ОБРАТНЫЙ КЛАПАН Российский патент 2002 года по МПК F16K15/02 

Изобретение относится к арматуростроению.

Известен обратный клапан, защищенный авторским свидетельством СССР 1767264, МПК7 F 16 K 15/03, 1989.

В клапане для увеличения открытия запорного органа и снижения его гидравлического сопротивления используется кинематически связанный с запорным органом силовой цилиндр, рабочая камера которого соединена гибким трубопроводом с напорной полостью клапана. Под действием прямого потока рабочей среды запорный орган не может быть выведен в положение, при котором его гидравлическое сопротивление минимально. Полное открытие клапана осуществляется с помощью силового цилиндра, увеличивающего силу воздействия на запорный орган.

Недостатком аналога является относительно низкая эффективность использования энергии рабочего потока для воздействия на запорный орган клапана.

Прототипом изобретения является обратный клапан, защищенный патентом РФ на изобретение 2116541, МПК7 F 16 K 15/03, приоритет от 18.11.96.

Прототип содержит корпус, установленный в корпусе запорный орган, разделяющий проточную часть корпуса на входную и выходную полости, и кинематически связанный с запорным органом силовой цилиндр, одна рабочая камера которого сообщена трубкой с входной полостью корпуса, а вторая - с выходной полостью корпуса. На концевых участках трубок установлены эжекторные насадки, усиливающие приводной эффект силового цилиндра при прямом и обратном рабочем потоке в трубопроводе.

Недостатком прототипа является сложность и громоздкость конструкции и невозможность использования ее на подземных трубопроводах.

Изобретение решает задачу упрощения конструкции обратного клапана и расширения его функциональных возможностей.

Поставленная задача достигается в заявляемом обратном клапане, содержащем корпус с входной и выходной полостями, седло, упруго поджатый к седлу запорный орган и размещенный на запорном органе силовой цилиндр, рабочая камера которого сообщена с выходной полостью корпуса через дроссельное отверстие в цилиндре и камеру постоянного объема, размещенную между силовым цилиндром и трубкой с эжекторным насадком. Боковая поверхность рабочей камеры силового цилиндра выполнена в виде юбки запорного органа с уплотнительным пояском, взаимодействующим при движении запорного органа с наружной поверхностью камеры постоянного объема как с направляющей. Величина зазора между уплотнительным пояском и направляющей поверхностью выполнена переменной по длине хода запорного органа и максимальна при закрытом положении обратного клапана.

Существо изобретения поясняется чертежом, на фиг.1 которого изображен обратный клапан в разрезе; на фиг.2 - зазор между подвижными деталями силового цилиндра в увеличенном масштабе.

Обратный клапан содержит корпус 1, седло 2, запорный орган 3, соединенный с помощью шарового шарнира 4 со ступенчатым штоком 5. Запорный орган 3 в закрытом положении поджат к седлу 2 пружиной 6, воздействующей на ступенчатый шток 5, и разделяет проточную часть корпуса на входную 7 и выходную 8 полости. На запорном органе 3 размещен силовой цилиндр 9, боковая поверхность которого выполнена в виде юбки 10 запорного органа, снабженной уплотнительным пояском 11. Силовой цилиндр 9 включает рабочую камеру 12 переменного объема и крышку 13. Обратный клапан снабжен камерой 14 постоянного объема, сообщенной с рабочей камерой 12 силового цилиндра 9 через дроссельное отверстие 15 в крышке 13. Камера 14 сообщена с выходной полостью 8 корпуса 1 трубкой 16, на конце которой установлен эжекторный насадок 17 с каналом 18 в форме конфузора, переходящего в диффузор 19. Конец трубки 16 размещен в наиболее узком сечении канала насадка 17. Наружная поверхность 20 камеры 14 постоянного объема служит направляющей для цилиндрического пояска 11 при движении запорного органа 3. Величина зазора 21 между направляющей поверхностью 20 и уплотнительным пояском 11 выполнена переменной по длине хода запорного органа 3 и максимальна при закрытом положении обратного клапана. Шток 5 установлен в подшипниках 22.

Обратный клапан работает следующим образом.

Из положения "Закрыто" под действием прямого потока рабочей среды запорный орган 3, преодолевая усилие пружины 6, начинает движение на открытие обратного клапана. После небольшого перемещения запорного органа 3 зазор 21 между уплотнительным пояском 11 запорного органа 3 и направляющей поверхностью 20 камеры 14 постоянного объема резко уменьшается. Дальнейшее открытие запорного органа 3 приводит к значительному уменьшению объема рабочей камеры 12 силового цилиндра 9 и сжатию в ней рабочей среды, частично проникающей в проточную часть корпуса 1 через зазор 21 между уплотнительным пояском 11 и направляющей поверхностью 20, зазоры между штоком 5 и подшипником 22 в крышке 13, а также через дроссельное отверстие 15 в силовом цилиндре 9. При этом происходит демпфирование запорного органа 3 при его открытии.

С началом открытия обратного клапана прямой поток рабочей среды преодолевает конфузор 18 эжекторного насадка 17 и, ускоряясь в нем, создает зону пониженного давления на конце трубки 16, в камере 14 постоянного объема и сообщающейся с ней через дроссельное отверстие 15 рабочей камере 12, увеличивая результирующее усилие открытия запорного органа 3. При открытом запорном органе 3 объем рабочей камеры 12 практически очень мал и небольшое понижение давления в камере 14 постоянного объема обеспечивает устойчивое, плотное прижатие запорного органа 3 к крышке 13 силового цилиндра 9.

При уменьшении расхода среды через клапан скорость прямого потока рабочей среды, а том числе и проходящего через конфузор 18 эжекторного насадка 17, уменьшается, а давление в камере 14 постоянного объема увеличивается и уравнивается с давлением в выходной полости 8 проточной части корпуса 1. При этом результирующее усилие открытия запорного органа 3 уменьшается и он под действием пружины 6 поджимается к седлу 2. Обратный клапан закрывается.

Возникновение обратного потока в клапане происходит при остановке насоса (компрессора), работающего на коллектор, или при обрыве входного трубопровода (не показаны).

Обратный поток среды скользит вдоль наружной поверхности силового цилиндра 9, обтекая ее.

Часть обратного потока, входя в конус 19 эжекторного насадка 17, тормозится, кинетическая энергия потока превращается в потенциальную и давление на входе в трубку 16 и в камере 14 постоянного объема повышается - происходит наддув среды.

Поскольку в положении, при котором запорный орган 3 открыт, зазор 21 между уплотнительным пояском 11 и направляющей поверхностью 20 минимален, а объем рабочей камеры 12 силового цилиндра 9 незначителен и сообщен с камерой 14 постоянного объема дроссельным отверстием 15, давление в рабочей камере 12 практически равно давлению в камере 14. Запорный орган 3 под воздействием пружины 6 и рабочей среды начинает быстро закрываться, преодолевая порой значительное сопротивление со стороны инородных частиц, загрязняющих рабочую среду и накапливающихся в виде налета на поверхностях скольжения.

С увеличением хода на закрытие объем рабочей камеры 12 резко увеличивается и давление в ней, по сравнению с давлением в камере 14 постоянного объема, уменьшается (из-за малой величины дроссельного отверстия 15 оно не успевает выравниваться), движение запорного органа 3 при этом в большей степени зависит от пружины 6. При быстром движении запорного органа 3 давление в рабочей камере 12 становится значительно меньшим, чем в камере 14 постоянного объема, и возникает декомпрессия среды, уменьшающая силу удара запорного органа 3 о седло 2.

При подходе запорного органа 3 к седлу 2 кольцевой канал в проточной части обратного клапана становится небольшим, величина обратного потока уменьшается. Зазор 21 между направляющей поверхностью 20 и уплотнительным пояском 11 запорного органа 3 увеличивается и достигает своего максимального значения. Давление в рабочей камере 12 силового цилиндра 9 выравнивается с давлением в обратном потоке и действует на всю площадь запорного органа 3. Под действием обратного потока запорный орган 3 безударно и плотно прижимается к седлу 2.

Заявляемая конструкция обратного клапана компактна и пригодна для использования на подземных трубопроводах.

Изобретение относится к области арматуростроения. Обратный клапан содержит корпус с входной и выходной полостями, седло, запорный орган, поджатый к седлу пружиной. На запорном органе размещен силовой цилиндр, рабочая камера которого сообщена с выходной полостью корпуса через дроссельное отверстие в цилиндре и камеру постоянного объема. Последняя размещена между силовым цилиндром и трубкой с эжекторным насадком. Изобретение упрощает конструкцию обратного клапана и расширяет его функциональные возможности. 1 с. и 3 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Обратный клапан, содержащий корпус с входной и выходной полостями, седло, запорный орган, кинематически связанный со штоком силового цилиндра, рабочая камера которого сообщена с выходной полостью корпуса через трубку с эжекторным насадком, отличающийся тем, что силовой цилиндр размещен внутри корпуса на упруго поджатом к седлу запорном органе, а рабочая камера силового цилиндра сообщена с выходной полостью корпуса через дроссельное отверстие в силовом цилиндре и камеру постоянного объема, размещенную между силовым цилиндром и трубкой с эжекторным насадком. 2. Обратный клапан по п. 1, отличающийся тем, что боковая поверхность рабочей камеры силового цилиндра выполнена в виде юбки запорного органа с уплотнительным пояском, взаимодействующим при движении запорного органа с наружной поверхностью камеры постоянного объема как с направляющей, а величина зазора между направляющей поверхностью и уплотнительным пояском выполнена переменной по длине хода запорного органа. 3. Обратный клапан по п. 1 или 2, отличающийся тем, что величина зазора между направляющей поверхностью и уплотнительным пояском максимальна при закрытом положении обратного клапана.