Обратный клапан

Обратный клапан

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к промышленной трубопроводной арматуре, устанавливаемой в трубопроводах и предназначенной для недопущения изменения направления потока среды в технологической системе с обеспечением максимальной герметичности.

Известен вертикальный отсечной клапан (патент RU №2111400 C1), предназначенный для автоматического перекрытия трубопровода, в котором имеются корпус с вертикальным патрубком, седло, с входным и выходным отверстиями и установленный в нем с возможностью перемещения в вертикальном патрубке корпуса полый запорный элемент, выполненный в виде нагруженного пружиной сферического тела с отверстиями в верхней и нижней частях его поверхности, причем пружина, нагружающая сферическое тело, закреплена за верхнюю часть вертикального патрубка корпуса и нижнюю часть сферического тела и размещена в отверстии верхней части поверхности сферического тела, через которое полость тела сообщена с окружающей его полостью, при этом отверстия, выполненные в нижней части поверхности сферического тела, снабжены обратными клапанами, установленными с возможностью приема полного давления, а в исходном положении сферическое тело расположено в вертикальном патрубке корпуса.

Недостаток такого отсечного клапана заключается в том, что при прекращении рабочего потока через сечение клапана или значительное уменьшение рабочего давления запорный элемент может приоткрыть проходное сечение, т.к. на запорный элемент не будут воздействовать аэродинамические силы и пружина будет поднимать его вверх. Такой клапан не гарантирует максимальную герметичность проходного сечения.

Известен быстродействующий разгруженный отсечной клапан RZD-X-SAV фирмы Моквелд (Mokveld Valves bv, Голландия, 2010 г.), который состоит из наружного корпуса и внутреннего корпуса, находящегося в проходном сечении клапана, и имеющий поршень, шток поршня, шпиндель клапана и седло.

Помимо положительных качеств клапан имеет и недостаток, заключающийся в том, что запорный элемент - поршень - находится во внутреннем корпусе, создавая этим определенное гидравлическое сопротивление, а самый главный недостаток - клапан исключает возможность использовать технологические устройства, контролирующие состояние трубопровода, двигаясь внутри.

Известен обратный (затвор) клапан ПТ44016-700 (ПТ44016-1000), изготовитель ОАО «ПТПА» г.Пенза, в котором управление затвором осуществляется потоком рабочей среды: при отсутствии давления или наличии обратного потока рабочей среды диск поворачивается на оси, опускается на уплотнительную поверхность седла корпуса (под собственным весом или под действием обратного потока среды) и перекрывает проходное сечение затвора, создавая препятствие обратному потоку среды. В конструкции затвора применена подвеска диска на рычаге с применением упругого полимерного блока, схема контакта уплотнительных поверхностей - "плоскость по плоскости".

Недостаток такого затвора состоит в том, что конструкция уплотнения «плоскость по плоскости» позволяет допустимые протечки и не обеспечивает достаточную герметичность.

Задачей, решаемой изобретением, является повышение надежности и герметичности работы обратного и/или отсечного прямоточного клапана, работающего при больших давлениях в условиях высокой температуры рабочей среды.

Указанный технический результат достигается тем, что клапан содержит корпус, выполненный, преимущественно, в виде тела вращения, снабженный боковой дополнительной камерой, выполненной с возможностью размещения в ней рычага и затвора, причем корпус содержит седло клапана, контактирующая с затвором поверхность которого выполнена в виде участка конической поверхности, затвор выполнен в виде сектора шара с внешней и внутренней поверхностями, к внешней выпуклой поверхности затвора, вблизи оси симметрии шарнирно прикреплено одно плечо рычага с ограничением перемещения затвора относительно рычага, второе плечо рычага закреплено на оси внутри клапана, прикрепленной к корпусу клапана, и соединено с демпфером. В частном случае реализации клапан содержит упругий элемент, обеспечивающий возможность герметичного прижатия затвора к седлу при заранее заданном потоке среды внутри клапана. Боковая поверхность затвора между внешней и внутренней поверхностями сегмента шара может быть выполнена закругленной.

Также боковая поверхность затвора между внешней и внутренней поверхностями сегмента шара может быть выполнена имеющей форму указанной выше конической поверхности, то есть поверхности затвора и седла клапана выполнены взаимосопряженными.

Также боковая поверхность затвора клапана может содержать уплотнительный элемент, выполненный с возможностью обеспечения герметичности при малых разностях давления среды перед и после затвора, например 10 мбар и ниже.

На Фиг.1 представлено сечение обратного клапана в положении «открыто».

На Фиг.2 представлено сечение обратного клапана в положении «закрыто».

На Фиг.3 представлен вид контакта сферической поверхности затвора с конической поверхностью седла.

На Фиг.4 представлен вид крепления затвора на рычаге.

На Фиг.5 представлен вид затвора с пластинчатыми пружинами.

Предлагаемый клапан (Фиг.1, 2) состоит из корпуса 1, крышки 2, демпфера 3, установочного кольца 4, седла 5 с внутренней поверхностью 6 в виде усеченного конуса, резьбового крепления 7, жестко соединяющего седло 5 и установочное кольцо 4 с корпусом 1, рычага 8, закрепленного на оси 9 затвора 10 с его внешней выпуклой стороны (Фиг.2, Фиг.3, Фиг.5), выполненного в виде сектора шара с боковой поверхностью 11, выполненной таким образом, что поверхность контакта затвора с седлом расположена, преимущественно, между внутренней и наружной стенками сегмента. В частном случае поперечный профиль боковой поверхности может быть выполнен закругленным, как это показано на Фиг.3, или в виде участка конической поверхности, повторяющей коническую поверхность седла. Устройство также содержит шпильки 12 (Фиг.4) крепления затвора к рычагу 8 через шарнирный подшипник 13, зафиксированный стопорным кольцом 14, защитного фланца 15, гайки 16 с резиновым амортизатором, заглушки 17, кольца с тремя и более пластинчатыми пружинами 18 (Фиг.5), закрепленного на рычаге 8, и уплотнительных колец 19.

В частном случае реализации клапан может содержать упругий элемент, обеспечивающий возможность герметичного прижатия затвора к седлу при заранее заданном потоке среды внутри клапана.

В частном случае реализации боковая поверхность затвора клапана может содержать уплотнительный элемент, выполненный с возможностью обеспечения герметичности при малых прямых потоках, например, возникающих при малых перепадах давления по обе стороны затвора. Уплотнение может быть выполнено, например, в виде выступающей из боковой поверхности манжеты.

Обратный клапан работает следующим образом.

Управление затвором осуществляется, преимущественно, потоком рабочей среды. При наличии прямого потока затвор перемещается в направлении от седла и существенно не препятствует протеканию рабочей среды через клапан. При отсутствии прямого потока или наличии обратного потока рабочей среды затвор 10 поворачивается на оси 9 и, преодолевая сопротивление демпфера, плавно опускается на уплотнительную поверхность 6 седла 5 корпуса 1 (под собственным весом или под действием обратного потока среды). В результате перекрывается проходное сечение клапана затвором, и прекращается протекание среды через клапан. Демпфирующий блок 3 обеспечивает плавное перекрытие потока рабочей среды, при больших проходных сечениях клапана, когда затвор перемещается под действием потока или гидродинамических сил, формирующих малую разность давлений между лицевой и тыльной поверхностями затвора. Пластинчатые пружины 18 создают определенное положение затвора 10 при контакте боковой поверхности 11 с внутренней поверхностью 6 седла 5 и предотвращают возможные автоколебания затвора 10. При почти полном закрытии клапана, разность давлений возрастает, возрастает и скорость перемещения затвора. Однако, при этом, к краям затвора прикладываются гидродинамические силы, незначительно деформирующие затвор. После соприкосновения краев затвора 10 и седла 5 происходит обратная деформация, частично нейтрализующая последствия удара затвора о седло.

Таким образом, обеспечивается безударное закрытие клапана под воздействием обратного потока.

Возможность использования устройства в виде отсечного клапана обеспечивается либо силами гравитации, прижимающими затвор к седлу, либо упругим элементом, обеспечивающим возможность герметичного прижатия затвора к седлу при заранее заданном потоке среды внутри клапана. Упругий элемент может быть выполнен в виде пружины, установленной на оси.

Соединение затвора 10 с рычагом 8 при помощи шарнирного подшипника 13, имеющего некоторую свободу вращения благодаря небольшому зазору с защитным фланцем 15, обеспечивает герметичный контакт поверхности 11 с конической поверхностью 6 седла 5.

Основное преимущество клапана состоит в наличии герметичного контакта боковой поверхности затвора с конической поверхностью седла, обеспечивающего надежное перекрытие любой рабочей среды в трубопроводе без протечек. Указанное преимущество достигается за счет возможности пластической деформации затвора с обеспечением перемещения отдельных участков боковой поверхности затвора как в осевом, так и в поперечном направлениях. Также конструкция клапана позволяет использовать в качестве уплотнений высокотемпературные графитовые материалы, что расширяет технические возможности предлагаемого клапана. В случае существенных отклонений поперечного сечения седла клапана от круглой формы сферическая форма затвора позволяет затвору менять форму в продольном направлении, обеспечивая герметичность контакта.

Конструкция клапана позволяет установить на боковой поверхности кольцевое армированное уплотнение для гарантированного перекрытия проходного сечения при малых давлениеях рабочего потока.

В случае тепловой деформации затвора или других элементов отсечного клапана, вызванной неравномерностью температур в пределах потока, кран обеспечивает сопряжение элементов без потери надежности относительно известных устройств.

Также экспериментальным путем установлено, что кран обеспечивает защиту от автоколебаний при малых расходах среды, протекающей в прямом направлении.

Предложенная конструкция также обеспечивает возможность использования устройства и в качестве отсечного клапана.

1. Клапан, преимущественно обратный, содержащий корпус, выполненный преимущественно в виде тела вращения, снабженного боковой дополнительной камерой, выполненной с возможностью размещения в ней рычага и затвора, причем корпус содержит седло клапана, контактирующая с затвором поверхность которого выполнена в виде участка конической поверхности, затвор выполнен с внешней и внутренней поверхностями, к внешней выпуклой поверхности затвора по оси его симметрии шарнирно прикреплен один конец рычага с ограничением перемещения затвора относительно рычага, второй конец рычага закреплен на оси внутри клапана, прикрепленной к корпусу клапана и соединенной с демпфером, при этом затвор содержит пластинчатый упругий элемент, обеспечивающий возможность герметичного прижатия затвора к седлу при заранее заданном потоке среды внутри клапана.

2. Клапан по п.1, отличающийся тем, что боковая поверхность затвора между внешней и внутренней поверхностями выполнена закругленной.

3. Клапан по п.1, отличающийся тем, что боковая поверхность затвора между внешней и внутренней поверхностями выполнена имеющей форму указанной выше конической поверхности.

4. Клапан по п.1, отличающийся тем, что боковая поверхность затвора содержит уплотнительный элемент, выполненный с возможностью обеспечения герметичности при заранее заданных разностях давления перед и после затвора.