Результат интеллектуальной деятельности: Способ повышения надежности обратного клапана

Изобретение относится к гидравлическим предохранительным устройствам и может быть использовано для повышения надежности гидравлических устройств, предназначенных для предотвращения перетекания жидкости из полости высокого в полость низкого давления при быстропротекающих процессах, например при аварийных внешних воздействиях на приборы.

Из описания обратного клапана (см., RU 2244864, F16K 15/14, 20.01.2005) известен способ создания устройства, выполненного в виде корпуса с жесткими уплотнительными участками, поворотного органа и седла. Жесткие уплотнительные участки корпуса выполняют в виде расположенных по периферии двусторонних конусных выступов. Малые основания конусов направлены в противоположные стороны. Гибкий запорный элемент клапана выполняют в виде круглого эластичного диска, состоящего из периферийного и центрального участков. Периферийный участок диска выполняют в виде кольца, профиль которого в продольном сечении имеет вид прямоугольного треугольника с обращенной к центру гипотенузой. Центральный участок выполняют в виде сегмента шара, армированного со стороны основания металлической пластинкой. Периферийный участок плавно соединяют с центральным перемычкой ограниченной ширины, при этом толщина перемычки уменьшается от оси ее симметрии к краю. Корпус на внутренней поверхности со стороны входа жидкости выполняют с расточкой, форма которой соответствует продольному сечению периферийного участка. Седло выполняют ступенчатым с диффузорным участком на входе.

Недостатками данного технического решения является сложность реализации из-за значительного количества конструктивных звеньев. Кроме того, боковые перемещения запорного органа могут привести к негерметичному закрытию клапана из-за несовпадения отпечатка на эластичном элементе с седлом, что снижает эффективность и функциональную надежность обратного клапана.

Из описания обратного клапана (см., RU 2250406, F16K 15/14, 20.04.2005) известен способ создания устройства, содержащего корпус клапана, затвор и каналы гидравлической связи. Затвор выполняют в виде гибкого эластичного кольца, которое закрепляют на оси. Внутри корпуса клапана выполняют: на торце кольцевой паз для взаимодействия с кольцевым выступом гибкого эластичного затвора, а на внутреннем диаметре - выточку. В последней устанавливают стабилизатор с конической поверхностью и каналами гидравлической связи так, что стабилизатор может взаимодействовать с одной стороны с затвором, а с противоположной стороны через предохранительное упругое уплотнительное кольцо - с торцевой поверхностью соединения. Данное техническое решение принято в качестве прототипа.

Надежность устройства определена качеством прилегания гибкого запорного элемента, устанавливаемого в кольцевые пазы конструкции клапана, к его корпусу и крышке. Кроме того, установка стабилизатора, предотвращающего выход эластичного затвора из кольцевых пазов и служащего ограничителем эластичного затвора, усложняет конструкцию обратного клапана и снижает его надежность.

Задачей изобретения является разработка простого способа повышения надежности обратного клапана, основанного на использовании минимального количества конструктивных элементов, выполненных при этом с определенными физическими и геометрическими свойствами, что позволяет упростить конструкцию обратного клапана и повысить его надежность.

Техническим результатом является повышение надежности обратного клапана.

Технический результат достигается тем, что в способе повышения надежности обратного клапана запорный элемент в виде шарика выполняют из твердого материала, после чего на его поверхность наносят слой эластичного материала, опорные поверхности выполняют сферическими c диаметром минимум на 10% превышающим диаметр запорного элемента в виде шарика, а кромки отверстий в штуцерах, сопряженные с опорными поверхностями, выполняют со скруглением.

Сущность изобретения поясняется на фиг. 1, где схематично представлен обратный клапан, повышение надежности которого реализуется предлагаемым способом, где:

1 - корпус;

2, 3 - штуцеры;

4 - запорный элемент;

5 - опорная поверхность штуцера.

Обратный клапан представляет собой предохранительное устройство гидравлической системы, препятствующее перетеканию жидкости при изменении направления ее тока. Обратный клапан состоит из корпуса 1, содержащего внутреннюю полость, штуцеров 2 и 3, используемых для восприятия давления жидкости P₁ и P₂, и запорного элемента 4, выполняющего функцию затвора. При этом, если и корпус 1, и штуцеры 2 и 3 изготавливают из металлического сплава, то они могут быть закреплены между собой посредством сварки или лазерной пайки.

Внутренняя опорная поверхность 5 каждого из штуцеров выполняет роль седла для запорного элемента 4. Размер Д между опорными поверхностями 5 подбирают в каждом конкретном случае таким образом, чтобы запорный элемент 4 имел возможность свободно перемещаться внутри полости, образованной внутри корпуса и штуцеров. Свободное перемещение запорного элемента 4 обусловлено его формой и отсутствием его закрепления внутри, между отверстием Б штуцера 2 и отверстием В штуцера 3. Запорный элемент выполняют из твердого материала, например, твердого композитного полимера, позволяющего сохранить его форму при воздействии значительных давлений. Для наилучшего прилегания запорного элемента 4 к опорным поверхностям 5, уменьшения его износа при контакте с опорными поверхностями и, соответственно, повышения надежности обратного клапана, опорные поверхности выполняют соответствующими по своей форме запорному элементу 4, - сферическими. При этом, для наилучшего прилегания и обеспечения функции запирания, поверхность запорного элемента 4 выполняют эластичной за счет нанесения слоя эластичного материала, например, силиконовой резиновой смеси, любым из известных способов, а ее возможный износ в процессе эксплуатации уменьшают за счет скругления кромок отверстий, сопряженных с опорными поверхностями, выполненных в штуцерах.

При установке такого обратного клапана в гидравлическую систему, обратный клапан разделяет ее объем на две зоны, между которыми и осуществляется перетекание жидкости. На фиг. 2 схематично показано положение запорного элемента 4 при прямом и обратном токе жидкости.

На фиг. 3 показано отверстие штуцера 2 в аксонометрической проекции с пазом А, посредством которого формируют периферийные зоны для свободного перетекания жидкости из полости низкого давления P₂ (со стороны отверстия В) в полость высокого давления P₁ (в сторону отверстия Б). Для уменьшения износа запорного элемента 4, все кромки прямоугольного паза А выполнены со скруглениями. Глубину паза, диаметр шарика, толщину слоя эластичного материала, а также другие конструктивные особенности подбирают исходя из значений давлений P₁ и P₂, а также требуемой скорости перетекания жидкости из полости низкого давления P₂ в полость высокого давления P₁ в каждом конкретном случае применения обратного клапана в гидравлической системе.

Таким образом, под действием тока жидкости со стороны отверстия В (на вход обратного клапана) в направление отверстия Б (на выход обратного клапана) запорный элемент 4 отходит от опорной поверхности штуцера 3 и ложится на опорную поверхность штуцера 2 таким образом, что из-за наличия зазоров, образованных пазом А, между запорным элементом 4 и отверстием Б штуцера жидкость может свободно перетекать на выход обратного клапана (через отверстие Б). При аварийном воздействии ток жидкости со стороны отверстия В резко прекращается и на выходе обратного клапана образуется избыточное давление (полость высокого давления P₁), которое сдвигает запорный элемент 4 к опорной поверхности штуцера 3, перекрывая отверстие В и предотвращая перетекание через него жидкости (в полость низкого давления P₂)

Способ повышения надежности обратного клапана реализуется следующим образом.

Запорный элемент 4 в виде шарика выполняют из твердого материала, после чего на его поверхность наносят слой эластичного материала, например, силиконовой резиновой смеси. Опорные поверхности 5 в каждом штуцере выполняют сферическими c диаметром минимум на 10% превышающим диаметр запорного элемента в виде шарика. Кромки отверстий в штуцерах, сопряженные с опорными поверхностями 5, выполняют со скруглением.

Формирование опорной поверхности для сферического запорного элемента в виде сферы c диаметром минимум на 10% превышающим диаметр запорного элемента, позволяет запорному элементу свободно перемещаться между опорными поверхностями штуцеров, а сферическая форма опорных поверхностей позволяет уменьшить износ запорного элемента и увеличить эффективность прилегания поверхностей при функционировании обратного клапана.

В результате поиска, на основании источников патентной и технической информации, не обнаружены способы с совокупностью существенных признаков, совпадающих с изобретением. Предлагаемое изобретение представляет собой техническое решение, обладающее новизной и изобретательским уровнем.