ОБРАТНЫЙ КЛАПАН ДЛЯ УСЛОВИЙ РАБОТЫ ПРИ НИЗКОМ ДАВЛЕНИИ Российский патент 2023 года по МПК F16K15/14 

[0001] Эта заявка испрашивает приоритет по заявке на патент Китая №202011104363.1, озаглавленной «ОБРАТНЫЙ КЛАПАН ДЛЯ УСЛОВИЙ РАБОТЫ ПРИ НИЗКОМ ДАВЛЕНИИ», поданной в Китайское национальное управление интеллектуальной собственности 15 октября 2020 года, которая включена в настоящий документ посредством ссылки во всей своей полноте.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

[0002] Настоящая заявка относится к технической области однонаправленного уплотнения, и в частности, к обратному клапану для условий работы при низком давлении.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В промышленном производстве широко используется обратный клапан, который в основном используется, чтобы позволить текучей среде течь только в одном направлении, а не течь в обратном направлении. В области предохранительных клапанов, поскольку обратное давление, как правило, существует на выходе из предохранительного клапана, несколько обратных клапанов могут быть разумно соединены и использоваться в качестве защитного устройства от обратного потока с тем, чтобы избежать воздействия обратного давления на отверстие предохранительного клапана.

[0004] В обычной технологии, обратный клапан состоит из корпуса клапана, крышки клапана, седла клапана, узла тарелки клапана, пружины и прокладки пружины, где седло клапана, узел тарелки клапана и пружина установлены в камере, образованной корпусом клапана и крышкой клапана; при этом седло клапана установлено между корпусом клапана и крышкой клапана и уплотнительной прокладкой пружины; причем узел тарелки клапана устанавливает камеру корпуса клапана и включает в себя тарелку клапана и уплотнительную прокладку, где уплотнительная прокладка внутренне выравнивает один конец тарелки клапана и уплотняется на седле клапана; а пружина установлена на другом конце тарелки клапана. В случае, когда давление оказывается в обратном направлении, то есть в случае, когда давление прикладывается с одного конца, где находится пружина, среда не может протекать через клапан, потому что узел тарелки клапана уплотняется к седлу клапана; а в случае, когда давление оказывается в номинальном направлении, давление среды отталкивает узел тарелки клапана и пружину, так что клапан открывается, и среда течет через него.

[0005] В случае, когда давление на входе обратного клапана является чрезмерно низким, пружину трудно сжать, а клапан трудно открыть. В случае, когда давление на выходе является низким, уплотнение между узлом тарелки клапана и уплотнительной прокладкой будет ослабленным, и будет происходить утечка.

[0006] Следовательно, в условиях работы с низким давлением, как сделать возможным быстро открываться обратному клапану, когда среда протекает через обратный клапан, и обеспечить хорошее уплотнение обратного клапана, когда среда течет в обратном направлении, является технической проблемой, которая требует срочного решения.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0007] Чтобы преодолеть недостатки традиционной технологии, авторы изобретения провели тщательное исследование для обеспечения обратного клапана для условий работы при низком давлении, который отходит от традиционной концепции конструкции обратного клапана. Согласно настоящей заявке, корпус клапана, крышка клапана, верхняя диафрагма, предпочтительная нижняя диафрагма и упругий цилиндрический штифт оптимально сочетаются, так что обратный клапан быстро открывается, когда среда протекает через обратный клапан, и отличное уплотнение может быть достигнуто за счет использования разницы давлений, вызванной различными площадями контакта верхней и нижней поверхностей верхней диафрагмы, когда среда низкого давления течет в обратном направлении. Дополнительно, чем выше давление, тем лучше эффект уплотнения.

[0008] Техническое решение согласно настоящей заявке заключается в следующем:

[0009] Обратный клапан для условий работы при низком давлении включает крышку клапана, корпус клапана и верхнюю диафрагму, при этом верхняя диафрагма лежит между крышкой клапана и корпусом клапана. Крышка клапана, корпус клапана и верхняя диафрагма плотно соединены резьбовыми креплениями. Первая камера давления образована на нижней поверхности крышки клапана для размещения среды обратного потока.

[0010] Впускной канал и выпускной канал образованы внутри корпуса клапана, вторая камера давления образована на верхней поверхности корпуса клапана, впускное отверстие образовано для продолжения от внутренней стенки впускного канала до нижней части второй камеры давления, и среда поступает во вторую камеру давления из впускного канала и через впускное отверстие, оказывая направленное вверх давление на верхнюю диафрагму, так что верхняя диафрагма перемещается к крышке клапана.

[0011] Выпускной канал включает вертикальный выпускной канал и горизонтальный выпускной канал, при этом входной конец вертикального выпускного канала расположен на верхней поверхности корпуса клапана, выходной конец вертикального выпускного канала находится в сообщении с горизонтальным выпускным каналом, вторая камера давления и входной конец вертикального выпускного канала опускаются в область покрытия первой камеры давления, а когда верхняя диафрагма движется к крышке клапана, впускное отверстие находится в сообщении с вертикальным выпускным каналом, и среда протекает через вертикальный выпускной канал и горизонтальный выпускной канал, а затем выходит из обратного клапана.

[0012] Канавка обратного потока, сообщающаяся с первой камерой давления, образована на боковой стенке горизонтального выпускного канала. Часть среды обратного потока, поступающая в горизонтальный выпускной канал через канавку обратного потока, поступает в первую камеру давления, а другая часть среды обратного потока поступает в вертикальный выпускной канал. Площадь контакта между средой и верхней поверхностью верхней диафрагмы больше, чем площадь контакта между средой и нижней поверхностью верхней диафрагмы, так что обратное уплотнение реализуется за счет разницы давления между верхней поверхностью и нижней поверхностью верхней диафрагмы.

[0013] Обратный клапан для условий работы при низком давлении согласно настоящей заявке имеет следующие полезные эффекты.

[0014] (1) Обратный клапан для условий работы при низком давлении согласно настоящей заявке не ограничивается традиционной конструкцией обратного клапана. Согласно настоящей заявке, корпус клапана, крышка клапана, верхняя диафрагма, предпочтительная нижняя диафрагма и упругий цилиндрический штифт оптимально сочетаются друг с другом, и может быть реализовано превосходное уплотнение обратного клапана за счет использования разницы давления, вызванной разными площадями контакта верхней и нижней поверхностей верхней диафрагмы при обратном течении среды низкого давления. Дополнительно, чем выше давление, тем лучше эффект уплотнения.

[0015] (2) В обратном клапане для условий работы при низком давлении согласно настоящей заявке, между корпусом клапана и крышкой клапана закреплена упруго деформируемая верхняя диафрагма, так что обратный клапан может быть быстро открыт при относительно низком давлении.

[0016] (3) В обратном клапане для условий работы при низком давлении согласно настоящей заявке, впускное отверстие сконструировано так, чтобы иметь наклон, так что среда может плавно поступать во впускное отверстие после поступления во впускной канал, что снижает колебание текучей среды и резкий рост давления, вызванный сужением среднего проходного отверстия во впускном канале.

[0017] (4) В обратном клапане для условий работы при низком давлении согласно настоящей заявке, высота первой камеры давления специально рассчитана для управления деформацией верхней диафрагмы, чтобы она находилась в соответствующем диапазоне, что способствует высокочастотному использованию верхней диафрагмы.

[0018] (5) В обратном клапане для условий работы при низком давлении согласно настоящей заявке, нижняя диафрагма расположена во второй камере давления, и высота нижней диафрагмы специально рассчитана таким образом, чтобы нижняя диафрагма могла поддерживать верхнюю диафрагму во время уплотнения, что может снизить деформацию верхней диафрагмы. Следовательно, уплотнение может еще быть реализовано даже при меньшей деформации, вызванной меньшей разностью давлений между верхней и нижней поверхностями верхней диафрагмы.

[0019] (6) В обратном клапане для условий работы при низком давлении согласно настоящей заявке, упругий цилиндрический штифт установлен в канавке обратного потока, а верхний конец упругого цилиндрического штифта расположен в первой камере давления, что помогает среде обратного потока течь в первую камеру давления для реализации уплотнения.

[0020] (7) В обратном клапане для условий работы при низком давлении согласно настоящей заявке, вертикальный выпускной канал в корпусе клапана расположен на оси корпуса клапана, а кольцевая вторая камера давления расположена на внешней окружности вертикального выпускного канала, так что верхняя диафрагма является относительно равномерно нагруженной, что является полезным для продления срока службы.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0021] Фиг. 1 представляет собой схематичный вид сечения обратного клапана для работы в условиях низкого давления согласно предпочтительному варианту выполнения настоящей заявки; и

[0022] Фиг. 2 представляет собой вид сверху корпуса клапана согласно предпочтительному варианту выполнения настоящей заявки.

[0023] Ссылочные позиции:

1 крышка клапана,

11 первая камера давления,

2 корпус клапана,

21 вторая камера давления,

22 впускной канал

221 впускное отверстие

231 вертикальный выпускной канал

232 горизонтальный выпускной канал

233 канавка обратного потока,

3 верхняя диафрагма

4 нижняя диафрагма

5 упругий цилиндрический штифт.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ВЫПОЛНЕНИЯ

[0024] Признаки и преимущества настоящей заявки станут более ясными и определенными из следующего подробного описания настоящей заявки.

[0025] Обратный клапан для условий работы при низком давлении предусмотрен согласно настоящей заявке, как показано на фиг. 1, который включает: крышку 1 клапана, корпус 2 клапана и верхнюю диафрагму 3. Между крышкой 1 клапана и корпусом 2 клапана лежит верхняя диафрагма 3. Крышка 1 клапана, корпус 2 клапана и верхняя диафрагма 3 герметично соединены резьбовыми креплениями (например, болтами и винтами). Первая камера 11 давления образована на нижней поверхности крышки 1 клапана для размещения среды обратного потока, и размещенная среда обратного потока прикладывает направленное вниз давление к верхней диафрагме 3.

[0026] Впускной канал 22 и выпускной канал образованы внутри корпуса 2 клапана, вторая камера 21 давления образована на верхней поверхности корпуса 2 клапана, впускное отверстие 221 образовано для продолжения от внутренней стенки впускного канала 22 к нижней части второй камеры 21 давления, и среда поступает во вторую камеру 21 давления из впускного канала 22 и через впускное отверстие 221, оказывая направленное вверх давление на верхнюю диафрагму 3, так что верхняя диафрагма 3 перемещается к крышке 1 клапана, как показано на фиг. 1 и фиг. 2.

[0027] Выпускной канал включает вертикальный выпускной канал 231 и горизонтальный выпускной канал 232, где входной конец вертикального выпускного канала 231 расположен на верхней поверхности корпуса 2 клапана, выходной конец вертикального выпускного канала 231 находится в сообщении с горизонтальным выпускным каналом 232, вторая камера 21 давления и входной конец вертикального выпускного канала 231 попадают в область покрытия первой камеры 11 давления, и когда верхняя диафрагма 3 движется к крышке 1 клапана, впускное отверстие 221 сообщается с вертикальным выпускным каналом 231, и среда течет через вертикальный выпускной канал 231 и горизонтальный выпускной канал 232, а затем выходит из обратного клапана.

[0028] Канавка 233 обратного потока, сообщающаяся с первой камерой 11 давления, образована на боковой стенке горизонтального выпускного канала 232. Часть среды обратного потока, поступающая в горизонтальный выпускной канал 232, поступает в первую камеру 11 давления через канавку 233 обратного потока, а другая часть среды обратного потока поступает в вертикальный выпускной канал 231, так что реализуется обратное уплотнение посредством разности давлений между верхней поверхностью и нижней поверхностью верхней диафрагмы 3.

[0029] При работе обратного клапана, среда поступает с левой стороны на фиг. 1, затем поступает во вторую камеру 21 давления корпуса 2 клапана через впускной канал 22, и воздействует на нижнюю поверхность верхней диафрагмы 3, так что верхняя диафрагма 3 перемещается к крышке 1 клапана, при этом впускной канал находится в сообщении с выпускным каналом, и среда вытекает из выпускного канала.

[0030] Когда среда поступает с правой стороны обратного клапана на фиг. 1, она течет двумя путями. На одном пути, среда поступает в первую камеру 11 давления через канавку 233 обратного потока и создает давление, действующее на верхнюю поверхность верхней диафрагмы 3, создавая тем самым направленную вниз силу. На другом пути, среда образует другое давление, действующее на нижнюю поверхность верхней диафрагмы 3 на верхней диафрагме 3 и вертикальный выпускной канал 231, образуя, таким образом, направленную вверх силу. Поскольку площадь контакта давления, действующего на верхнюю поверхность верхней диафрагмы 3, больше, чем площадь контакта давления, действующего на нижнюю поверхность верхней диафрагмы 3, направленная вниз сила, действующая на верхнюю диафрагму 3, больше, чем сила, направленная вверх, так что верхняя диафрагма 3 действует как основное уплотнение и блокирует поток среды от выпускного канала к входному каналу, тем самым, предотвращая обратную утечку среды.

[0031] В предпочтительном варианте выполнения настоящей заявки, крышка 1 клапана и корпус 2 клапана уплотнены посредством зубчатой концентрической обработки.

[0032] В предпочтительном варианте выполнения настоящей заявки, верхняя диафрагма 3 может быть изготовлена из политетрафторэтилена, фторированного сополимера этилена и пропилена (FEP), фторкаучука с полотняной вставкой и металла.

[0033] В предпочтительном варианте выполнения настоящей заявки, высота первой камеры 11 давления находится в пределах максимального диапазона упругой деформации верхней диафрагмы 3 в том же направлении, с тем, чтобы предотвратить пластическую деформацию верхней диафрагмы 3 от высокочастотного использования верхней диафрагмы 3.

[0034] Кроме того, область поперечного участка первой камеры 11 давления должна быть максимально большой, насколько это возможно, удовлетворяя структурной стабильности обратного клапана, так что направленная вниз сила на верхней диафрагме 3 будет дополнительно больше, чем направленная вверх сила, которая является полезной для предотвращения утечки.

[0035] В предпочтительном варианте выполнения настоящей заявки, впускное отверстие 221 представляет собой наклонный проточный канал, где впускное отверстие 221 имеет переднее походу впускное отверстие на внутренней стенке впускного канала 22 и заднее по ходу выпускное отверстие в нижней части второй камеры 21, так что среда может плавно поступать во впускное отверстие 221 из переднего по ходу впускного отверстия после поступления во впускной канал 22, что снижает колебание текучей среды и резкий рост давления, вызванный сужением среднего проходного отверстия во впускном канале 22.

[0036] В предпочтительном варианте выполнения настоящей заявки, вторая камера 21 давления представляет собой кольцевую камеру и расположена на внешней окружности вертикального выпускного канала 231. Из-за кольцевой конструкции второй камеры давления, среда воздействует на кольцевую область верхней диафрагмы, так что верхняя диафрагма более равномерно нагружается, что продлевает срок службы верхней диафрагмы.

[0037] В предпочтительном варианте выполнения настоящей заявки, вертикальный выпускной канал 231 расположен на оси корпуса 2 клапана. Кроме того, площадь сечения вертикального выпускного канала 231 должна быть как можно меньше при удовлетворении требований к скорости потока, чтобы направленная вниз сила на верхнюю диафрагму 3 также была больше, чем направленная вверх сила, что является выгодным для предотвращения утечки.

[0038] В предпочтительном варианте выполнения настоящей заявки, нижняя диафрагма 4 предусмотрена во второй камере 21 давления, и толщина нижней диафрагмы 4 меньше высоты второй камеры 21 давления. Кроме того, толщина нижней диафрагмы 4 составляет от 1/4 до 3/4 высоты второй камеры 21 давления. Нижняя диафрагма расположена ниже верхней диафрагмы, поддерживая верхнюю диафрагму во время уплотнения и подавляя деформацию верхней диафрагмы. Следовательно, уплотнение может еще быть реализовано даже при меньшей деформации, вызванной меньшей разностью давления между верхней и нижней поверхностями верхней диафрагмы.

[0039] В предпочтительном варианте выполнения настоящей заявки, упругий цилиндрический штифт 5 установлен в канавке 233 обратного потока, а верхний конец упругого цилиндрического штифта 5 расположен в первой камере 11 давления.

[0040] Кроме того, внешняя стенка упругого цилиндрического штифта 5 упирается во внутреннюю стенку первой камеры 11 давления, поэтому упругий цилиндрический штифт 5 играет роль позиционирования канавки 233 обратного потока.

[0041] Вышеупомянутое техническое решение настоящей заявки реализует хорошую характеристику уплотнения обратного клапана в диапазоне низкого давления, так что среда низкого давления может течь в клапане только в одном направлении, что решает проблему, при которой обычный обратный клапан является трудно открываемым, и легко протекать при низком давлении.

[0042] Настоящая заявка подробно описана выше в сочетании с конкретными вариантами выполнения и иллюстративными примерами, но эти описания не следует рассматривать как ограничивающие настоящую заявку. Специалистам в данной области техники должно быть понятно, что, не выходя за рамки сущности и объема настоящей заявки, в техническое решение настоящей заявки и ее вариантов выполнения могут быть внесены различные эквивалентные замены, модификации или усовершенствования, все из которых входят в объем настоящей заявки. Объем защиты настоящей заявки должен быть ограничен прилагаемой формулой изобретения.

[0043] Содержание, не описанное подробно в описании настоящей заявки, считается хорошо известным специалистам в данной области техники.

Обратный клапан для условий работы при низком давлении, содержащий: крышку (1) клапана, корпус (2) клапана и верхнюю диафрагму (3) между корпусом и крышкой, при этом первая полость (11) давления предусмотрена на нижней поверхности крышки (1) клапана и используется для размещения среды обратного направления; на верхней поверхности корпуса (2) клапана выточена вторая полость (21) давления, внутри которой предусмотрены впускной канал (22) и выпускной канал, впускное отверстие (221) выточено из внутренней стенки впускного канала (22) к нижней поверхности второй полости (21) давления, и среда поступает во вторую полость (21) давления из впускного канала (22) через впускное отверстие (221) и прикладывает направленное вверх давление на верхнюю диафрагму (3), заставляя верхнюю диафрагму (3) двигаться в направлении крышки клапана; обратный канал (233) в сообщении с первой полостью (11) давления выточен на боковой стенке выпускного канала, и часть среды обратного направления, которая поступает в выпускной канал, может поступать в первую полость (11) давления посредством обратного канала (233), а уплотнение обратного направления может быть выполнено посредством разницы давлений между верхней и нижней поверхностями верхней диафрагмы (3). Настоящий обратный клапан быстро открывается, когда среда проходит через обратный клапан, и уплотнение обратного направления при низком давлении также может быть обеспечено за счет использования разницы давления на двух сторонах верхней диафрагмы. 10 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Обратный клапан для условий работы при низком давлении, содержащий крышку (1) клапана, корпус (2) клапана и верхнюю диафрагму (3), при этом верхняя диафрагма (3) лежит между крышкой (1) клапана и корпусом (2) клапана, при этом крышка (1) клапана, корпус (2) клапана и верхняя диафрагма (3) герметично соединены резьбовыми креплениями;

первая камера (11) давления образована на нижней поверхности крышки (1) клапана для размещения среды обратного потока;

впускной канал (22) и выпускной канал образованы внутри корпуса (2) клапана, вторая камера (21) давления образована на верхней поверхности корпуса (2) клапана, впускное отверстие (221) образовано для продолжения от внутренней стенки впускного канала (22) к нижней части второй камеры (21) давления, и среда поступает во вторую камеру (21) давления из впускного канала (22) и через впускное отверстие (221), оказывая направленное вверх давление на верхнюю диафрагму (3), так что верхняя диафрагма (3) перемещается к крышке (1) клапана;

выпускной канал содержит вертикальный выпускной канал (231) и горизонтальный выпускной канал (232), при этом входной конец вертикального выпускного канала (231) расположен на верхней поверхности корпуса (2) клапана, выходной конец вертикального выпускного канала (231) находится в сообщении с горизонтальным выпускным каналом (232), вторая камера (21) давления и входной конец вертикального выпускного канала (231) опускаются в область покрытия первой камеры (11) давления, и когда верхняя диафрагма (3) движется к крышке (1) клапана, впускное отверстие (221) находится в сообщении с вертикальным выпускным каналом (231), и среда протекает через вертикальный выпускной канал (231) и горизонтальный выпускной канал (232) и затем выход из обратного клапана; и

канавка (233) обратного потока, сообщающаяся с первой камерой давления (11), образована на боковой стенке горизонтального выпускного канала (232), при этом часть среды обратного потока, поступающая в горизонтальный выпускной канал (232), поступает в первую камеру (11) давления через канавку (233) обратного потока, а другая часть среды обратного потока поступает в вертикальный выпускной канал (231), причем площадь контакта между средой и верхней поверхностью верхней диафрагмы (3) больше, чем площадь контакта между средой и нижней поверхностью верхней диафрагмы (3), так что обратное уплотнение реализуется за счет разницы давления между верхней поверхностью и нижней поверхностью верхней диафрагмы (3).

2. Обратный клапан по п.1, в котором крышка (1) клапана и корпус (2) клапана уплотнены посредством зубчатой концентрической обработки.

3. Обратный клапан по п.1, в котором верхняя диафрагма (3) изготовлена из политетрафторэтилена, фторированного сополимера этилена и пропилена (FEP), фторкаучука с полотняной вставкой и металла.

4. Обратный клапан по п.1, в котором высота первой камеры (11) давления находится в пределах диапазона максимальной упругой деформации верхней диафрагмы (3) в том же направлении.

5. Обратный клапан по п.1, в котором впускное отверстие (221) представляет собой наклонный проточный канал, при этом впускное отверстие (221) имеет переднее по ходу впускное отверстие на внутренней стенке впускного канала (22) и заднее по ходу выпускное отверстие в нижней части второй камеры (21) давления.

6. Обратный клапан по п.1, в котором вертикальный выпускной канал (231) расположен на оси корпуса (2) клапана.

7. Обратный клапан по п.1, в котором вторая камера (21) давления представляет собой кольцевую камеру и расположена на внешней окружности вертикального выпускного канала (231).

8. Обратный клапан по п.1, в котором во второй камере (21) давления предусмотрена нижняя диафрагма (4), а толщина нижней диафрагмы (4) меньше высоты второй камеры (21) давления.

9. Обратный клапан по п.1, в котором упругий цилиндрический штифт (5) установлен в канавке (233) обратного потока, а верхний конец упругого цилиндрического штифта (5) расположен в первой камере (11) давления.

10. Обратный клапан по п.9, в котором внешняя стенка упругого цилиндрического штифта (5) упирается во внутреннюю стенку первой камеры (11) давления.

11. Обратный клапан по п.8, в котором толщина нижней диафрагмы (4) составляет от 1/4 до 3/4 высоты второй камеры (21) давления.