Клапанный узел

Клапанный узел

Реферат

 

Клапанный узел может быть использован в насосах, перекачивающих под давлением вязкие абразивные жидкости. В шаровом запорном элементе клапанного узла выполнена полость в форме тела вращения с центром, смещенным относительно центра шарового запорного элемента. В полости размещен груз в виде тела вращения. Запорный элемент размещен в направляющей втулке, зажатой между седлом и крышкой. На крышке закреплен сердечник катушки индуктивности. Запорный элемент выполнен из неметаллического материала, а груз и крышка - из магнитомягкого материала. 1 ил.

Изобретение относится к области арматуростроения, в частности к конструкциям клапанных узлов насосов, применяющихся, например, в нефтеперерабатывающей и строительных отраслях промышленности, т.е. там, где необходимо перекачивание под давлением вязких абразивных жидкостей.

Из предшествующего уровня техники известен клапанный узел, включающий клапанную коробку, в конической расточке которого установлено седло под шаровой запорный элемент, поджатый к седлу пружиной (см., например, статью "Износ клапанов насосов от воздействия абразивных суспензий", 1987, с. 387, рис. 8Б).

К недостаткам аналога относится катастрофический абразивный износ сферической поверхности шарового запорного элемента, обусловленный тем, что его поворот при отрыве от седла невозможен из-за постоянного контакта с возвратной пружиной.

Известен также клапанный узел (см. патент США N 3742975, кл. 137 - 331, кл. F 16 K 15/09, 1973), включающий клапанную коробку, клапанное седло, размещенное в расточке клапанной коробки, шаровой запорный элемент, поджатый к клапанному седлу пружиной, и средства для поворота шарового запорного элемента, выполненное в виде скошенного контактного элемента.

Недостатком этого устройства является то, что в процессе его работы происходит односторонний аномальный износ клапанного седла. Это происходит из-за ударов запорного элемента по седлу клапана преимущественно со стороны скоса контактного элемента, жестко закрепленного на концевом витке пружины. Кроме того в известном клапанном узле необходима точная регулировка усилия пружины, поскольку наклонная составляющая силы прижима, передаваемая пружиной на запорный элемент, стремится или сдвинуть запорный элемент с седла, или (в момент посадки на седло) препятствует закрытию клапана.

Известен также клапанный узел (см. авт. свид. СССР N 1813953, кл. F 16 K 15/04, 1990 - прототип), содержащий клапанную коробку с входным и выходным каналами, направляющую втулку, установленную между клапанным седлом и крышкой, шаровой запорный элемент со средством его проворота во время работы.

Недостатком прототипа является то, что при работе с очень вязкими абразивосодержащими жидкостями, т. е. когда скорость проходящей через клапан жидкости относительно невелика, средство проворота шарового запорного элемента практически не срабатывает и наблюдается аномальный износ запорного элемента. Это снижает ресурс безотказной работы насоса. Кроме того, наличие в полости клапанного узла дополнительных деталей снижает площадь проходного сечения узла, что приводит к повышенным энергозатратам при работе.

Технической задачей, решаемой изобретением, является обеспечение снижения гидравлического сопротивления клапанного узла при работе с очень вязкими абразивными жидкостями, а также обеспечение надежной его работы за счет гарантированного проворота шарового запорного элемента и исключения тем самым его аномального износа.

Технический результат достигается тем, что клапанный узел, содержащий клапанную коробку с входным и выходным каналами, направляющую втулку, установленную между клапанным седлом и крышкой, и шаровой запорный элемент, согласно изобретению, дополнительно содержит груз, выполненный в виде тела вращения и из магнитомягкого материала, катушку индуктивности с сердечником, жестко закрепленным на крышке, выполненной из магнитомягкого материала, в шаровом запорном элементе выполнена замкнутая полость в форме тела вращения, центр которой смещен относительно центра шарового запорного элемента, а груз размещен с возможностью перемещения в полости шарового запорного элемента, который выполнен из немагнитного материала.

Такое выполнение клапанного узла обеспечивает снижение гидравлического сопротивления, поскольку в его полости, кроме запорного элемента, нет подвижных деталей, одновременно повышается надежность работы, за счет гарантированного проворота шарового запорного элемента при каждом такте нагнетания жидкой среды.

В дальнейшем изобретение поясняется чертежом (где изображен клапанный узел - продольный разрез) и описанием к нему.

Клапанный узел содержит клапанную коробку 1 с входным 2 и выходным 3 каналами, клапанное седло 4, размещенное в конической расточке клапанной коробки 1, направляющую втулку 5, зажатую между крышкой 6 и клапанным седлом 4, шаровой запорный элемент 7, внутри которого выполнена замкнутая полость 8, и груз 9, размещенный в полости 8. Полость 8 имеет форму тела вращения, центр которой смещен относительно центра шарового запорного элемента 7. В простейшем случае полость 8 имеет форму шара, центр которого смещен относительно центра шарового запорного элемента 7, при этом груз 9 также выполнен сферической формы. Крышка 6 изготовлена из магнитомягкого материала и снабжена сердечником 10, на который надета катушка 11 индуктивности. Груз 9 также изготовлен из магнитомягкого материала, а шаровой запорный элемент - из немагнитного материала.

Клапанный узел работает следующим образом.

При такте нагнетания жидкости насосом поток жидкости воздействует на шаровой запорный элемент 7 и перемещает его в направлении к поверхности крышки 6. При перемещении шарового запорного элемента 7 груз 9 находится в том же положении на поверхности полости 8, какое он занимал при закрытом положении клапанного узла. Двигаясь в потоке жидкости, шаровой запорный элемент 7 ударяется о поверхность крышки 6, при этом груз 9, двигаясь по инерции в полости 8, наносит удар по участку внутренней поверхности шарового запорного элемента 7, который смещен относительно линии, проходящей через центр шарового запорного элемента 7 и точкой касания его с поверхностью крышки 6, поскольку центр шарового запорного элемента 7 не совпадает с центром полости 8. Таким образом, в результате соударения груза 9 с внутренней поверхностью шарового запорного элемента 7 происходит поворот его на некоторый угол относительно положения, соответствующего моменту удара о поверхность крышки 6.

При такте всасывания шаровой запорный элемент 7, двигаясь в потоке жидкости под действием перепада давления и веса, ударяется о седло 4, при этом за счет того, что шаровой запорный элемент 7 сместился относительно оси седла 4, их удар происходит в какой-то точке седла 4. Однако ударная нагрузка воспринимается этой точкой седла 4, рассеивается (за счет свободного размещения груза 9 в полости 8) на ударную нагрузку от веса оболочки шарового запорного элемента 7 и веса груза 9, который ударяется по внутренней поверхности шарового запорного элемента 7 после смещения его относительно первоначальной точки удара.

С увеличением вязкости перекачиваемой жидкости уменьшается угол поворота шарового запорного элемента 7 при взаимодействии его с поверхностью крышки 6. В этом случае целесообразно включением катушки 11 использовать электромагнитные свойства предложенного клапанного узла. Тогда после удара шарового запорного элемента 7 о поверхность крышки 6 груз 9, выполненный из магнитомягкого материала, будет перемещаться в полости 8 не только за счет силы инерции, но и за счет силы электромагнитного притяжения, создаваемого катушкой 11 индуктивности, надетой на ферромагнитный сердечник 10, который жестко соединен с крышкой 6, выполняющей в данном случае и функцию наконечника электромагнита, так как выполнена из магнитомягкого материала. Катушка 11 индуктивности подключена к источнику питания через коммутатор, работа которого синхронизирована с работой насоса, таким образом, чтобы, начиная с момента начала такта нагнетания, происходило включение коммутатора на время, равное 0,5 - 0,9 длительности такта нагнетания. Благодаря этому при такте всасывания на груз 9 не будет действовать сила электромагнитного притяжения и перемещение шарового запорного элемента 7 в полости 8 в этом случае не будет отличаться от вышеописанного процесса.

Таким образом, за счет принудительного поворота запорного элемента, предложенный клапанный узел надежно работает как с обычными по вязкости абразивосодержащими жидкостями, так и с абразивосодержащими жидкостями, имеющими повышенную вязкость.

Формула изобретения

Клапанный узел, содержащий клапанную коробку с входным и выходным каналами, направляющую втулку, зажатую между клапанным седлом и крышкой, и шаровой запорный элемент, отличающийся тем, что дополнительно содержит груз, выполненный в виде тела вращения из магнитомягкого материала, и катушку индуктивности с сердечником, жестко закрепленным на крышке, выполненной из магнитомягкого материала, при этом в шаровом запорном элементе выполнена замкнутая полость в форме тела вращения, центр которой смещен относительно центра шарового запорного элемента, а груз размещен с возможностью перемещения в полости шарового запорного элемента, который выполнен из немагнитного материала.

РИСУНКИ

Рисунок 1