Результат интеллектуальной деятельности: Обратный клапан

Изобретение относится к арматуростроению и предназначено в качестве клапана, установленного на трубопроводе для предотвращения обратного потока рабочей среды.

Известен «Обратный клапан» (патент RU №2482367, МПК F16K 15/03, F16K 47/02, опубл. 20.05.2013 Бюл. № 14), 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.

Недостатками данного клапана являются:

- сложность изготовления, связанная с наличием большого количества деталей, которые должны быть точно изготовлены и механически точно сопряжены;

- небольшая площадь контакта затвора и седла, что приводит к выходу из работоспособности при малейшем нарушении геометрии контактирующих поверхностей;

- контакт затвора и седла производится «металл по металлу», что также требует очень точной подгонки деталей и невозможна в полевых условиях.

Наиболее близким по технической сущности является «Обратный клапан» (патент RU №2244864, МПК F16K 15/14, опубл. 20.01.2005 Бюл. № 2), включающий корпус с жесткими уплотнительными участками, поворотный запорный орган и седло, при этом жесткие уплотнительные участки корпуса выполнены в виде расположенных по периферии двусторонних кольцевых конусных выступов, малые основания конусов которых направлены в противоположные стороны, а запорный орган представляет собой круглый эластичный диск, состоящий из периферийного и центрального участков, причем периферийный выполнен в виде кольца, профиль которого в продольном сечении имеет вид прямоугольного треугольника с обращенной к центру гипотенузой, а центральный - сегмента шара, армированного со стороны его основания круглой металлической пластинкой, периферийный участок плавно соединен с центральным перемычкой ограниченной ширины, толщина которой уменьшается от оси ее симметрии к краю перемычки; корпус на внутренней поверхности со стороны входа жидкости снабжен расточкой, имеющей форму, адекватную продольному сечению периферийного участка, седло выполнено ступенчатым с диффузорным участком на входе.

Недостатками данного клапана являются:

- наличие плоскости на армированной поверхности, обращенной в сторону седла, приводит к вибрации в открытом состоянии, тем самым, увеличивая сопротивления проходящему через корпус потоку жидкости и приводящему к дополнительным затратам энергии на перекачку жидкости, и уменьшая срок работы, быстро разрушая переменно направленными воздействиями перемычку;

-контакт жестких уплотнительных участков корпуса в виде расположенных по периферии двусторонних кольцевых конусных выступов с соответствующими конусными поверхностями фланцев производится «металл по металлу», что также требует очень точной подгонки деталей и невозможна в полевых условиях, при этом при малейшем смятии хотя бы одной, контактирующих поверхностей, или снижении усилия прижатия теряется герметичность этого соединения.

Технической задачей предполагаемого изобретения является создание конструкции обратного клапана, позволяющей надежно и герметично фиксировать корпус во фланце на длительный срок и снизить затраты на перекачку жидкости через обратный клапан и ремонт клапана, связанный с выходом из строя перемычки.

Техническая задача решается обратным клапаном, включающим корпус с уплотнительными участками, поворотный запорный орган и седло, запорный орган представляет собой круглый эластичный диск, состоящий из периферийного и центрального участков, причем периферийный выполнен в виде кольца, профиль которого в продольном сечении имеет вид прямоугольного треугольника с обращенной к центру гипотенузой, а центральный - сегмента шара, армированного металлом, периферийный участок плавно соединен с центральным перемычкой, корпус со стороны перемычки снаружи снабжен установочной рукояткой, а седло снабжено диффузорным участком на входе.

Новым является то, что уплотнительные участки корпуса выполнены в виде расположенных по периферии с двух сторон центрирующий поверхностей, выполненных с возможность взаимодействия с соответствующими центрирующими поверхностями фланцев с герметизацией соответствующими уплотнительными кольцами по поверхности прилегания, при этом в корпусе с противоположной стороны седла соосно ему выполнена цилиндрическая выборка диаметром соответствующим наружному диаметру кольца запорного органа с кольцевой проточкой под пружинную шайбу, фиксирующую в цилиндрической выборке кольцо с конусной поверхностью, выполненной с возможностью герметичного прижатия кольца запорного органа к корпусу, причем со стороны седла в сегменте шара изготовлена выборка в виде сегмента сферы с диаметром в основании примерно равным диаметру седла.

На чертеже изображен закрытый клапан, установленный между фланцами, в поперечном разрезе.

Конструктивные элементы и соединения, не влияющие на работоспособность обратного клапана, на чертеже не показаны или показаны условно.

Обратный клапан включает корпус 1 с левым 2 и правым 3 уплотнительными участками, поворотный запорный орган 4 и седло 5. Запорный орган 4 представляет собой круглый эластичный диск, состоящий из периферийного 6 и центрального 7 участков. Периферийный участок 6 выполнен в виде кольца, профиль которого в продольном сечении имеет вид прямоугольного треугольника с обращенной к центру гипотенузой, а центральный 7 - сегмента шара, армированного металлом 8. Периферийный участок 6 плавно соединен с центральным участком 7 перемычкой 9. Корпус 1 со стороны перемычки снаружи снабжен установочной рукояткой 10, а седло 5 снабжено диффузорным участком 11 на входе. Уплотнительные участки 2 и 3 корпуса 1 выполнены в виде расположенных по периферии с двух сторон центрирующий поверхностей, выполненных с возможность взаимодействия с соответствующими центрирующими поверхностями 12 и 13 правого 14 и левого 15 фланцев трубопровода (не показан) соответственно с герметизацией левым 16 и правым 17 уплотнительными кольцами по поверхности прилегания. Для центрирования на корпусе 1 могут быть изготовлены выступы 18 и/или выборки 19 соответствующие выборкам 20 и/или выступам 21 соответствующих фланцев 14 и/или 15. На конструкцию, вид и расположение выступов 18 и/или выборок 19 корпуса 1 и выборок 20 и/или выступов 21 соответствующих фланцев 14 и/или 15 авторы не претендуют. В корпусе 1 с противоположной стороны седла 5 соосно выполнена цилиндрическая выборка 22 диаметром D соответствующим наружному диаметру D кольца 6 запорного органа 4 с кольцевой проточкой 23 под пружинную шайбу 24, фиксирующую в цилиндрической выборке 22 кольцо 25 с конусной поверхностью 26, выполненной с возможностью герметичного прижатия кольца 6 запорного органа 4 к корпусу 1. Со стороны седла 5 в сегменте шара 7 запорного органа 4 изготовлена выборка 27 в виде сегмента сферы с диаметром d в основании примерно равным диаметру d1 седла 5.

При изготовлении запорного органа 4 матрицу и пуансон штампа (не показаны) заполняют не вулканизированным эластичным материалом (резина, полиуретан и т.п.) с размещением в средней части металлической пластины 8 с технологическими отверстиями (не пронумерованы). Штамп сжимают и нагревают для вулканизации эластичного материала с предварительным формированием периферийного 6 и центрального 7 участков с перемычкой 9 запорного органа 4 в виде круглого эластичного диска. При этом периферийный участок 6 получается в виде кольца, профиль которого в продольном сечении имеет вид прямоугольного треугольника с обращенной к центру гипотенузой, а центральный 7 - сегмента шара, армированного металлом 8 из формованной пластины с выборкой 27 со стороны седла в виде сегмента сферы с диаметром d в основании примерно равным диаметру d1 седла 5. На обрезном штампе (не показан) удаляют облой и отделяют периферийный участок 6 от центрального 7 за исключением перемычки 9.

Запорный орган 4 диаметром D вставляют в цилиндрическую выборку 22 диаметром D до упора стороной со сферической выборкой 27, направленной в сторону седла 5. При этом перемычка 9 запорного органа 4 должна располагаться с одной стороны корпуса 1 с установочной рукоятью 10. Периферийный участок 6 по периметру кольцом 25 с конусной поверхностью 26 герметично прижимают к корпусу 1, фиксируя кольцо 25 пружинной шайбой 24, вставляемой в проточку 23 цилиндрической выборки 22.

Обратный клапан в сборе при помощи установочной рукояти 10 устанавливают между фланцами 14 и 15 так, чтобы рукоять 10 и перемычка 9 располагались сверху. Между уплотнительными участками 2 и 3 центрирующими поверхностями 12 и 13 правого 14 и левого 15 фланцев соответственно размещают левый 16 и правый 17 уплотнительные кольца по поверхности прилегания. При необходимости установочную рукоять 10 отсоединяют от корпуса 1. Фланцы 14 и 15 стягивают между собой шпильками с гайками, болтами с гайками стяжными скобами и т.п. (не показаны). При этом уплотнительные участки 2 и 3, взаимодействуя с соответствующими центрирующими поверхностями 12 и 13 правого 14 и левого 15 фланцев, центрируют корпус 1 относительно фланцев 14 и 15, благодаря выступам 18 и/или выборки 19 корпуса 1 и соответствующим выборкам 20 и/или выступам 21 фланцев 14 и/или 15.

Так как уплотнительные кольца 16 и 17 имеют большую площадь прилегания к корпусу 1 и фланцам 14 и 15, то надежная герметизация обеспечивается даже при небольших нарушениях целостности колец 16 и/или 17 и неровностях участков 2 и/или 3 корпуса 1 и поверхностей 12 и/или 13 соответствующих фланцев 14 и 15, что значительно упрощает и удешевляет изготовление фланцев 14 и 15 и корпуса 1, обеспечивая надежную герметизацию на длительный срок (межремонтный период, связанный с устранением протечек в соединении фланцы 14 и 15 - корпус 1 увеличился более чем в 2 раза по сравнению с наиболее близким аналогом).

После сборки обратного клапана через трубопровод начинают прокачивать жидкость. При прохождении жидкости через корпус 1 со стороны седла 5 центральная часть 7 запорного органа 4 поворачивается относительно перемычки 9 вверх открывая седло 5. Благодаря диффузорному участку 11 седла 5 и наличию в сегменте шара 7 запорного органа 4 выборки 27 в виде сегмента сферы с диаметром d в основании примерно равным диаметру d1 седла 5 снижается перепад давлений до и после корпуса 1 в трубопроводе, так как центральная часть 7 запорного органа 4 полностью открывает седло 5 и исключаются вибрации центральной части 7 запорного органа 4.

При перекачке нефти через трубопровод с внутренним поперечным проходным сечением 78 мм потери на перекачку жидкости через седло 5 обратного клапана снизились на 7% по сравнению с наиболее близким аналогом. Межремонтный период, связанный с разрушением перемычки 9 запорного органа 4, при этом увеличился более чем в 1,6 раза.

При разгерметизации трубопровода (слом углового вентиля, механическое повреждение, коррозия стыков и т.п.) со стороны седла обратного клапана для исключения обратного тока жидкости центральная часть 7 запорного органа 4, поворачиваясь вокруг перемычки 9 под весом металла 8 и перепада давлений, прижмется к корпусу 1 своим эластичным материалом, перекрывая седлу 5 и исключая обратный ток жидкости в трубопроводе. Чем больше перепад давлений, тем надежнее герметизируется стык центральная часть 7 запорного органа - корпус 1. Так как упругий материал центральной части 7 запорного органа 4 имеют большую площадь прилегания к корпусу 1, то надежная герметизация обеспечивается даже при небольших нарушениях целостности упругого материала центральной части 7 и неровностях корпуса 1 в районе прилегания, что значительно упрощает и удешевляет изготовление запорного органа 4 и корпуса 1, обеспечивая надежную герметизацию на длительный срок при аварийных ситуациях на трубопроводе.

Предлагаемая конструкция обратного клапана позволяет надежно и герметично зафиксировать корпус во фланце на длительный срок и снизить затраты на перекачку жидкости через обратный клапан, а также - на ремонт клапана, связанный с выходом из строя перемычки.