Клапанное устройство

Авторы патента:

Ковтунов Александр Владимирович (RU)

Полезная модель относится к области агрегатостроения, а более конкретно к предохранительным клапанам, и предназначено для защиты системы от превышения в них давления свыше допустимой величины. Техническим результатом является повышение герметизирующей способности клапанно-седельной пары и повышение ресурса. Технический результат достигается тем, что клапанное устройство, содержащее разъемный корпус с входным патрубком и крышкой корпуса с выходным патрубком, седло в корпусе, тарельчатый запорный орган с хвостовиком и нагруженная пружина в сторону седла, тарельчатый запорный орган выполнен с удлиненным хвостовиком, в центре днища тарельчатого органа выполнено шестигранное отверстие и его наружная поверхность выполнена конической, дополнительно введены не менее трех цилиндрических полувтулок с наружной сферической поверхностью, а на внутренней поверхности выполнен профильный паз, и установлены вокруг хвостовика, оперты сферической наружной поверхностью на наружную коническую поверхность тарельчатого запорного органа и стянуты браслетной пружиной, образуя между собой каналы, а верхняя часть сферической поверхности полувтулок взаимодействует с наружной поверхностью закладной опоры, которая выполнена в виде усеченного конуса с основанием к верху и центральным сквозным цилиндрическим отверстием, которое переходит в коническое и через него проходит хвостовик запорного органа, и на нем установлен с отверстием в центре подпятник цилиндрической формы со сферической наружной поверхностью, которая взаимодействует с конической поверхностью отверстия закладной опоры и жестко зафиксирована на хвостовике, а у закладной опоры в основании усеченного конуса выполнена круговая проточка, образуя выступ, на котором размещены не менее трех сферических шайб, через которые нагруженная пружина поджимает закладную опору, полувтулки и тарельчатый запорный орган. 2 илл.

Известно автоматическое клапанное устройство, включающее корпус с штуцером подвода и отвода рабочей среды, между которыми в корпусе выполнено седло, и взаимодействующее с клапаном (запорным органом), снабженным направляющим цилиндром, сцентрированным в корпусе и взаимодействующим с пружинной, усилие которой направлено в сторону поджатия клапана к седлу [Чегодаев Д.Е. Элементы клапанных устройств авиационных агрегатов и их надежность/ Д.Е.Чегодаев, О.П.Мулюкин. - М.: Изд-во МАИ, 1994.-208 с.: ил. (см. рис.1.1, с.11)].

Недостатком устройства является низкая герметизирующая способность клапанно-седельной пары и малый ресурс.

Известно пневматическое клапанное устройство, содержащее корпус с входным и выходным патрубком, между которыми в корпусе выполнено седло, введенное во взаимодействие с основным клапаном, сцентрированным в направляющей поверхности корпуса и взаимодействующим с пружиной, усилие которой направлено в сторону поджатия основного клапана к седлу, а в выходной полости корпуса выполнено второе седло, взаимодействующее с дополнительным клапаном, взаимодействующим с дополнительной пружиной, усилие которой направлено в сторону прижатия дополнительного клапана к седлу, а сам дополнительный клапан кинематически связан с основным клапаном [А.С. СССР 1451397, МКИ: F16K 14/04. Пневматическое клапанное устройство/ Д.Е.Чегодаев, О.П.Мулюкин, П.М.Огар и др., опубл. 15.01.89, БИ 2].

Недостатком данного устройства являются низкая герметизирующая способность клапанно-седельной пары и малый ресурс.

Данное техническое решение выбрано авторами в качестве прототипа.

Техническим результатом является повышение герметизирующей способности клапанно-седельной пары и повышение ресурса.

Технический результат достигается тем, что в клапанном устройстве, содержащем разъемный корпус с входным патрубком и крышкой корпуса с выходным патрубком, седло в корпусе, тарельчатый запорный орган с хвостовиком и нагруженную пружину, поджимающую запорный орган к седлу, согласно полезной модели, тарельчатый запорный орган выполнен с хвостовиком, в центре днища тарельчатого запорного органа выполнено технологическое шестигранное отверстие под ключ, и наружняя поверхность запорного органа выполнена конической, также в него дополнительно введены не менее трех цилиндрических полувтулок с наружной сферической поверхностью, а на внутренней поверхности выполнен профильный паз, и полувтулки установлены вокруг хвостовика, причем полувтулки оперты сферической наружной поверхностью на наружную коническую поверхность тарельчатого запорного органа и стянуты браслетной пружиной, образуя между собой каналы, а верхняя часть сферической поверхности полувтулок взаимодействует с наружной поверхностью закладной опоры, которая выполнена в виде усеченного конуса с основанием к верху и центральным сквозным цилиндрическим отверстием, которое переходит в коническое и через него проходит хвостовик запорного органа и на хвостовике установлен с отверстием в центре подпятник цилиндрической формы со сферической наружной поверхностью, которая взаимодействует с конической поверхностью отверстия закладной опоры и жестко зафиксирована на хвостовике, а у закладной опоры в основании усеченного конуса выполнена круговая проточка, образуя выступ, на котором размещены не менее трех сферических шайб, через которые пружина поджимает друг к другу закладную опору, полувтулки и тарельчатый запорный орган.

Существенными признаками, характеризующими полезную модель, являются тарельчатый запорный орган с хвостовиком, шестигранным отверстием и конической наружной поверхностью, цилиндрические полувтулки с наружной сферической поверхностью и профильным пазом на внутренней поверхности, стянутые браслетной пружиной, закладная опора, выполненная в виде усеченного конуса с основанием к верху и центральным сквозным цилиндрическим отверстием, которое переходит в коническое, подпятник цилиндрической формы со сферической наружной поверхностью, сферические шайбы. Введение данных конструктивных элементов образуют совокупность, которая обеспечивает повышенные надежность срабатывания клапанно-седельной пары и ресурс.

На фиг.1 представлен продольный разрез предлагаемого устройства, на фиг.2 разрез А-А устройства.

Клапанное устройство состоит из: 1 - разъемный корпус; 2 - седло; 3 - входной патрубок подвода давления/рабочей среды; 4 - технологическое шестигранное отверстие под ключ; 5 - тарельчатый запорный орган; 6 -клапанное уплотнение; 7 - направляющая запорного органа 5, выполненная в виде набора трех цилиндрических полувтулок (см. фиг.1 и фиг.2); 8 - сферическая поверхность цилиндрических полувтулок; 9 - браслетная пружина сжатия; 10 - сферическая поверхность цилиндрических полувтулок; 11 - сферическая шайба; 12 - цилиндрическая пружина сжатия; 13 - выходной патрубок; 14 - крышка корпуса; 15 - уплотнение; 16 - контргайка; 17 - гайка; 18 - коническая поверхность закладной опоры; 19 - сферический подпятник; 20 - закладная опора; 21 - коническая поверхность закладной опоры; 22 -резьбовой хвостовик; 23 - наружная коническая поверхность запорного органа; 24 - каналы; - угол перекоса геометрических осей запорного органа 5 и полувтулок 7; - угол перекоса геометрических осей пружины 12 и закладной опоры 20 (углы и специально представлены увеличенными для наглядности пояснения конструктивного исполнения устройства; реально углы и составляют доли градуса, так как образующие эти углы поверхности выполняются с высокой точностью).

Подготовка устройства к работе заключается в следующем. Вне корпуса 1 (см. фиг.1) на резьбовой хвостовик 22 запорного органа 5 устанавливаются закладная опора 20, сферический подпятник 19 и навинчивается без затяжки гайка 17. Наружная поверхность запорного органа 5 выполнена конической Затем между поверхностями 23 запорного органа 5 и поверхностью 21 закладной опоры 20 устанавливают направляющую 7 запорного органа 5, выполненную в виде трех цилиндрических полувтулок с наружной сферической поверхностью 8 (нижняя часть), опертой на наружную коническую поверхность 23 тарельчатого запорного органа 5, и с наружной сферической поверхностью 10 (верхняя часть), опертой на поверхность 21 закладной опоры 20, и с профильным пазом на внутренней поверхности (см. фиг.2). Полувтулки направляющей 7 запорного органа 5 установлены вокруг хвостовика 22 и стянуты в собранном положении при помощи браслетной пружины 9, образуя между собой каналы 24. Наружняя поверхность 21 закладной опоры 20 выполнена в виде усеченного конуса с основанием к верху и центральным сквозным цилиндрическим отверстием, которое переходит в коническое и через него проходит хвостовик 22 запорного органа 5 и на хвостовике 22 установлен с отверстием в центре подпятник 19 цилиндрической формы со сферической наружной поверхностью, которая взаимодействует с конической поверхностью 18 отверстия закладной опоры 2.0 и жестко зафиксирована на хвостовике 22, а у закладной опоры 20 в основании усеченного конуса выполнена круговая проточка, образуя выступ, на котором размещены не менее трех сферических шайб 11, через которые пружина 12 поджимает друг к другу закладную опору 20, полувтулки направляющей 7 и тарельчатый запорный орган 5.

Далее собранный узел устанавливают в корпус 1 и вращают гайку 17. В центре днища тарельчатого запорного органа 5 выполнено технологическое шестигранное отверстие под ключ 4 для удержания запорного органа 5 от проворачивания при помощи ключа, вставленного в технологическое шестигранное отверстие 4. Путем вращения гайки 17 устанавливают нужный зазор (или его ликвидируют) в сопряжении направляющих поверхностей корпуса 1 и цилиндрических полувтулок. Затем гайка 17 фиксируется в исходном положении при помощи контргайки 16 (с удержанием запорного органа 5 от проворачивания при помощи ключа, вставленного в технологическое отверстие 4). После этого в корпус 1 устанавливаются шайба 11, пружина 12 и ввинчивается заглушка 14 с предварительно установленным на ней радиальным уплотнительным кольцом 15 (с удержанием запорного органа 5 от проворачивания при помощи ключа, вставленного в технологическое отверстие 4).

На этом сборка завершается и клапанное устройство готово к работе. Принцип работы устройства базируется на классическом принципе работы устройств такого рода с перекрытым в исходном положении рабочим трактом «Вход»-«Выход»: открытии при превышении давлении рабочей среды на «Входе» допустимого (настроечного) значения, последующем сбросе части рабочей среды через тракт «Вход»-«Выход» и последующем перекрытии указанного тракта при снижении давления рабочей среды на «Входе» до допустимого значения.

Соответственно, при росте давления рабочей среды на «Входе» устройства сверхдопустимой величины, развиваемое давлением среды усилие превысит усилие пружины 12, которая через шайбу 11, закладную опору 20 и цилиндрические полувтулки направляющей 7 поджимает запорный орган 5 к седлу 2 корпуса 1. При этом запорный орган 5 отойдет от седла 2 корпуса 1 и рабочая среда через каналы 24 (см. фиг.2) будет перепускаться со «Входа» на «Выход» устройства. При этом давление рабочей среды на «Входе» будет снижаться и с течением времени достигнет допускаемой величины. В этом случае запорный орган 5 под действием пружины 12 вновь подожмется к седлу 2 корпуса 1, перекрывая проходной тракт «Вход»-«Выход».

Длительная эксплуатация клапанного устройства (многократное периодическое открытие и последующее закрытие запорного органа 5) обуславливает износ направляющих поверхностей сопряжения «корпус 1 -цилиндрические полувтулки направляющей 7». Следствием этого износа явится увеличение угла , негативно влияющего на герметизирующую способность клапанного уплотнения 6 клапанно-седельной пары 2,5.

В этом случае клапанное устройство демонтируется с пневмогидросистем объекта, подвергается разборке и повторной сборке (порядок сборки освещен выше), в ходе которого обеспечивается нужное значение зазора между направляющими сопряжения «корпус 1 - цилиндрические полувтулки 7». Причем порядок разборки носит упрощенный характер:

- из корпуса 1 демонтируется крышка корпуса 14 с кольцом 15 (с удержанием запорного органа 5 от проворачивания при помощи ключа, вставленного в технологическое отверстие 4);

- демонтируется пружина 12 с шайбой 11;

- демонтируется контргайка 16 (с удержанием запорного органа 5 от проворачивания, - см. выше);

- гайка 17 подтягивается (с удержанием запорного органа 5 от проворачивания, - см. выше) до обеспечения нужной величины зазора между направляющими поверхностями сопряжения «корпус 1 - цилиндрические полувтулки 7») с последующей фиксацией положения гайки 17 при помощи контргайки 16;

- устанавливают шайбу 11, пружину 12 и крышку корпуса 14 с кольцом 15 (с удержанием запорного органа 5 от проворачивания, - см. выше).

Предлагаемое клапанное устройство обладает повышенной герметизирующей способностью и увеличенным межремонтным сроком службы.

Клапанное устройство, содержащее разъемный корпус с входным патрубком и крышкой корпуса с выходным патрубком, седло в корпусе, тарельчатый запорный орган с хвостовиком и пружину, поджимающую запорный орган к седлу, отличающееся тем, что тарельчатый запорный орган выполнен с хвостовиком, в центре днища тарельчатого органа выполнено шестигранное отверстие и наружная поверхность запорного органа выполнена конической, а также дополнительно содержит не менее трех цилиндрических полувтулок с наружной сферической поверхностью, а на внутренней поверхности выполнен профильный паз, и полувтулки установлены вокруг хвостовика, причем полувтулки оперты сферической наружной поверхностью на наружную коническую поверхность тарельчатого запорного органа и стянуты браслетной пружиной, образуя между собой каналы, а верхняя часть сферической поверхности полувтулок взаимодействует с наружной поверхностью закладной опоры, которая выполнена в виде усеченного конуса с основанием к верху и центральным сквозным цилиндрическим отверстием, которое переходит в коническое и через него проходит хвостовик запорного органа, и на хвостовике установлен с отверстием в центре подпятник цилиндрической формы со сферической наружной поверхностью, которая взаимодействует с конической поверхностью отверстия закладной опоры и жестко зафиксирована на хвостовике, а у закладной опоры в основании усеченного конуса выполнена круговая проточка, образуя выступ, на котором размещены не менее трех сферических шайб, через которые пружина поджимает друг к другу закладную опору, полувтулки и тарельчатый запорный орган.