обратный клапан

Формула изобретения

Обратный клапан, содержащий корпус с входным и выходным патрубками, подпружиненный запорный орган, взаимодействующий с коническим седлом, в котором концентрично с зазором установлена конусная вставка, отличающийся тем, что вставка выполнена в виде поджимного кольца, снабженного конической отбортовкой в виде уплотнительного элемента с расположенным на его поверхности упругим уплотнительным элементом, поджатым опорной втулкой с образованием между ними полости и размещением в ней упругого кольца, при этом торцовая поверхность упругого уплотнительного элемента, обращенная внутрь полости, выполнена конической с возможностью взаимодействия с упругим кольцом, в опорной втулке выполнены каналы, соединяющие данную полость с выходной полостью, кроме того, упругий уплотнительный элемент и упругое кольцо выполнены из эластичного материала.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к арматуростроению, в частности к запорной и защитной трубопроводной арматуре, предназначенной для гарантированного перекрытия обратного потока жидких и газообразных сред, и может найти применение в газовой, нефтяной, химической и других областях промышленности.

В настоящее время одной из актуальных задач является создание надежной конструкции обратного клапана, предназначенного для свободного пропуска с минимальным гидравлическим сопротивлением потока рабочей среды только в одном направлении. При этом на первый план выдвигается необходимость обеспечения высокой надежности работы клапана при использовании их в системе высокого давления, высокой степени герметичности в закрытом положении, а также быстродействии срабатывания.

Известен обратный клапан по заявке GB №2020398 А (кл. F 16 K 15/06, опубл. 14.11.79 г.), содержащий цилиндрический корпус с входным и выходным патрубками, с установленным в нем подпружиненным запорным органом, взаимодействующим с седлом, установленным во входном патрубке корпуса и выполненным в виде опорной втулки, снабженной фланцем, расположенным между буртом корпуса и торцевой поверхностью кольцевого элемента, закрепленного в корпусе между фланцем и буртиком корпуса, при этом наружная поверхность кольцевого элемента выполнена конической.

Недостатком известной конструкции является недостаточно высокая степень герметизации, обусловленная контактным давлением запорного органа на поверхность кольцевого элемента седла, соизмеримое с давлением нагнетательной среды, а также высокими динамическими нагрузками при посадке запорного органа на седло, что приводит к износу сопрягаемых поверхностей запорного органа и седла и пластической деформации кольцевого элемента и его разрушению.

Наиболее близким к изобретению является обратный клапан по авт. свид. СССР №194494 (F 16 K 15/04, опубл. 30.03.67 г.), содержащий корпус с входным и выходным патрубками, подпружиненный запорный орган, взаимодействующий с коническим седлом, в котором концентрично с зазором установлена конусная тонкостенная вставка, фланец которой зажат между уплотнительными кольцами.

Недостатком прототипа является низкая надежность работы клапана вследствие потери герметичности прилегания запорного органа к седлу в процессе эксплуатации и невозможности использования его в экстремальных условиях эксплуатации. Это происходит вследствие того, что постоянное воздействие высоких удельных нагрузок на тонкостенную конусную вставку приводит к ее износу и разрушению седла.

Предлагаемым изобретением решается задача повышения надежности клапана за счет предотвращения разрушения уплотнительного элемента от высоких удельных нагрузок и повышения степени герметизации в закрытом положении.

Для достижения технического результата в обратном клапане, содержащем корпус с входным и выходным патрубками, подпружиненный запорный орган, взаимодействующий с коническим седлом, в котором концентрично с зазором установлена конусная вставка, последняя выполнена в виде поджимного кольца, снабженного конической отбортовкой в виде уплотнительного элемента с расположенным на его поверхности упругим уплотнительным элементом, поджатым опорной втулкой с образованием между ними полости и размещением в ней упругого кольца, при этом торцовая поверхность упругого уплотнительного элемента, обращенная внутрь полости, выполнена конической с возможностью взаимодействия с упругим кольцом, в опорной втулке выполнены каналы, соединяющие данную полость с выходной полостью, кроме того, упругий уплотнительный элемент и упругое кольцо выполнены из эластичного материала.

Отличительными признаками предлагаемого обратного клапана от указанного выше известного, наиболее близкого к нему, является выполнение конусной вставки седла в виде поджимного кольца, снабженного конической отбортовкой в виде уплотнительного элемента, расположением на его поверхности упругого уплотнительного элемента и поджатие его опорной втулкой с образованием между ними полости, в которой размещено упругое кольцо, при этом торцовая поверхность упругого уплотнительного элемента, обращенная внутрь полости, выполнена конической с возможностью взаимодействия с упругим кольцом, в опорной втулке выполнены каналы, соединяющие данную полость с выходной полостью, кроме того, упругий уплотнительный элемент и упругое кольцо выполнены из эластичного материала.

Благодаря наличию этих признаков повышается надежность клапана и герметичность за счет того, что

- запорный орган, при снижении давления во входном патрубке под действием пружины и увеличении давления в выходном патрубке поджимается к поверхности седла, сжимает уплотнительный элемент, приводя к его деформации. Уплотнительный элемент при давлении на него запорного органа деформируется, т.е. изгибается и давит на эластичный упругий уплотнительный элемент, который и воспринимает часть осевого усилия от запорного органа, предотвращая разрушение уплотнительного элемента. Кроме того, упругий уплотнительный элемент за счет поверхности, контактирующей с запорным органом, обеспечивает дополнительное уплотнение в затворе клапана;

- упругий уплотнительный элемент под действием давления на него уплотнительного элемента перемещается по его конической поверхности в сторону уменьшения полости, действует на упругое кольцо, передает ему часть своей нагрузки. Упругое кольцо под действием возрастающего на него давления стремится принять первоначальное положение, что и способствует предотвращению разрушения уплотнительного элемента;

- рабочая среда под давлением в проточной полости через каналы поступает в полость и давит на упругое кольцо с другой стороны, т.е. сверху. Кольцо перемещается вниз, действует на упругий уплотнительный элемент и перемещает его в обратном направлении, поджимая к запорному органу и, тем самым, создавая дополнительное осевое усилие, которое удерживает уплотнительный элемент от разрушения и обеспечивает герметичность клапана;

- для обеспечения более надежной работы клапана и обеспечения герметичности при высоких давлениях упругий уплотнительный элемент выполнен из эластичного материала, а упругое кольцо выполнено из резины.

На фиг.1 представлен общий вид обратного клапана в разрезе;

на фиг.2 - узел I на фиг.1.

Клапан обратный содержит (см. фиг.1) корпус 1 с входным 2 и выходным 3 патрубками, седло в виде поджимного кольца 4, установленного в патрубке 2, запорный орган 5, выполненный в виде подвижного диска с закрепленным в нем направляющим штоком 6 и поджатым пружиной 7. Шток 6 запорного органа установлен в подшипниках 8, размещенных в сквозном отверстии 9 обтекателя 10. Обтекатель 10 расположен внутри корпуса 1 и выполнен за одно целое с ним. Между обтекателем и корпусом имеется кольцевое пространство, разделенное перемычками и образующее проточную полость 11 для потока среды, перекрываемое запорным органом 5. Отверстие 9 под шток 6 соединено с демпфирующей камерой 12 (камерой постоянного объема), образованной обтекателем 10 и перегородкой 13. В перегородке 13 выполнено дроссельное отверстие 14, соединяющее демпфирующую камеру 12 с рабочей камерой 15 и проточной полостью 11 корпуса 1.

Поджимное кольцо 4 седла (см. фиг.2) имеет коническую отбортовку, образующую уплотнительный элемент 16, на котором расположен упругий уплотнительный элемент 17, поджатый с другой стороны опорной втулкой 18. Между уплотнительным элементом 16, упругим уплотнительным элементом 17 и опорной втулкой 18 образована полость 20, в которой размещено упругое кольцо 21. Сторона 22 упругого уплотнительного элемента 17 выполнена конической и обращена внутрь полости 20 с возможностью взаимодействия с упругим кольцом 21. Упругий уплотнительный элемент 17 выполнен из эластичного материала, например из полиуретана, а упругое кольцо 21 выполнено, например, из резины. В опорной втулке 18 выполнены каналы 23, соединяющие полость 20 с проточной полостью 11 корпуса.

Обратный клапан работает следующим образом:

В исходном (закрытом) положении при отсутствии давления в системе запорный орган 5 под действием пружины 7 поджат к поверхности уплотнительного элемента 16 поджимного кольца 4, обеспечивая разобщение входа и выхода. Давление во входном 2, выходном 3 патрубках и полости 11 одинаково. При возрастании давления в патрубке 2 в сравнении с давлением в патрубке 3 запорный орган 5 из положения “закрыто” под действием напора рабочей среды, преодолевая усилие пружины 7, отходит от уплотнительного элемента 16 вправо и открывает клапан. Рабочая среда из входного патрубка 2 через проточную полость 11 поступает в выходной патрубок 3 клапана.

При этом шток 6 из отверстия 9 обтекателя 10 выдвигается в демпфирующую камеру 12, в результате чего объем этой камеры уменьшается, что приводит к сжатию в ней рабочей среды, частично проникающей в демпфирующую камеру 12 через зазоры между штоком 6, расположенным в отверстии 9 обтекателя 10, а также через дроссельное отверстие 14. Сжатая рабочая среда в камере 12 старается вытолкнуть шток 6 назад в отверстие, а пружина 7 - принять исходное положение, при этом происходит демпфирование запорного органа 5 при открытии клапана.

При уменьшении перепада давления во входном патрубке 2 снижается расход рабочей среды через клапан и соответственно скорость прямого потока среды уменьшается. Давление в демпфирующей камере 12 увеличивается и уравнивается с давлением в выходной полости 3.

Результирующее усилие открытия запорного органа 5 уменьшается и он под действием пружины 7 возвращается в исходное положение, прижимается к поджимному кольцу 4 и перекрывает проточную полость 11. При этом уплотнительный элемент 16 деформируется и действует на упругий уплотнительный элемент 17, который воспринимает часть осевого усилия от запорного органа 5, предотвращая разрушение уплотнительного элемента 16. Упругий уплотнительный элемент 17 под действием давления на него уплотнительного элемента 16 и запорного органа 5 перемещается по конической поверхности уплотнительного элемента 16 в сторону полости 20, уменьшая ее размеры и сжимает упругое кольцо 21. Упругое кольцо 21, стремясь принять первоначальное положение, перемещается вверх по конической поверхности 22 упругого уплотнительного элемента 17. Одновременно рабочая среда из проточной полости 11 под действием давления обратного потока рабочей жидкости через каналы 23 поступает в полость 20 и воздействует на упругое кольцо 21 с другой стороны. Кольцо 21 перемещается вниз в обратном направлении, давит на упругий уплотнительный элемент 17 и перемещает в обратном направлении, т.е. в сторону запорного органа 5, обеспечивая дополнительное поджатие уплотнительного элемента 16 и упругого уплотнительного элемента 17 к запорному органу 5. Одновременно при перемещении запорного органа 5 шток 6 выдвигается из демпфирующей камеры 12. Объем демпфирующей камеры 12 резко увеличивается и давление в ней, по сравнению с давлением в рабочей камере 15, уменьшается (из-за малой величины дроссельного отверстия 14 оно не успевает выравниваться), и движение запорного органа 5 при этом в большей степени зависит от пружины 7. При быстром движении запорного органа 5 давление в демпфирующей камере 12 становится значительно меньшим, чем в рабочей камере постоянного объема 15, и возникает декомпрессия среды, уменьшающая силу удара запорного органа 6 о седло.

Таким образом, клапан сохраняет свою работоспособность при экстремальных условиях работы в течение длительного времени, обеспечивая надежную герметизацию клапана за счет предотвращения разрушения уплотнительного элемента седла под действием высоких удельных нагрузок и снижения динамических нагрузок при посадке на седло запорного органа.

Эффект от применения предлагаемого устройства состоит в снижении затрат на его изготовление за счет надежной работы устройства и увеличения срока службы клапана в несколько раз. Изготовление подобных клапанов возможно при использовании существующих средств производства с применением известных технологических операций.