Перепускной клапан
Полезная модель относится к устройству клапанов с запорным элементом нагруженным пружиной и может быть использована в качестве регулирующей арматуры окрасочных агрегатов высокого давления. Перепускной клапан состоит из корпуса с проходным каналом и установленным в его калиброванном гнезде посредством зажимного кольца седлом, цилиндрического запорного элемента с иглой, расположенной с возможностью взаимодействия с седлом, пружины, установленной коаксиально на запорном элементе, тарелки, маховика с фиксатором, упорной шайбы и кольцевых уплотнений. Тарелка установлена в верхней части корпуса на резьбе, имеет центральное отверстие и специальную профильную верхнюю поверхность для взаимодействия с маховиком, который при повороте поднимается вместе с запорным элементом с верхней частью которого он соединен посредством фиксатора. Пружина установлена своим нижним витком на запорном элементе посредством упорной шайбы, смонтированной на запорном элементе в его средней части, при этом верхний виток пружины расположен с возможностью взаимодействия с тарелкой. Высота поднятия маховика не превышает величину возможного сжатия пружины.
Полезная модель относится к устройствам для поддержания параметров потока текучей среды в системах их перемещения, а более конкретно к клапанам с запорным элементом нагруженным пружиной и может быть использовано в качестве запорно-регулирующей арматуры окрасочных агрегатов высокого давления.
Известен дренажно-предохранительный клапан, включающий корпус с проходным каналом и установленным в нем седлом, пружинный запорный элемент, управляющий орган в виде штока, см. патент RU, кл. F 16 К 17/00, №2086844. 1997 г. Клапан обеспечивает возможность поддержания величины рабочего давлением текучей среды в системе в узких пределах благодаря наличию в его конструкции двух тарировочных пружин, однако он не предназначен для оперативного кратковременного и тем более продолжительного сброса давления текучей среды в системе в силу отсутствия в нем ряда соответствующих элементов.
Известен обратный клапан, включающий корпус с проходным каналом и установленным в нем седлом, подпружиненный запорный орган с иглой, расположенной с возможностью взаимодействия с седлом, регулировочный орган, см. патент SU, Кл. F 16 К 15/00, №489898, 1973 г. Клапан обладает низким гидросопротивлением и обеспечивает возможность надежного перекрытия его проходного канала. Недостатком известного клапана является отсутствие в его конструкции механизма, который мог бы при необходимости
удерживать запорный орган в положении соответствующем полному открытию клапана.
Известен предохранительный клапан, включающий корпус с проходным каналом и установленным в нем седлом, цилиндрический запорный элемент с иглой, расположенной с возможностью взаимодействия с седлом, пружину, установленную коаксиально на запорном элементе, толстостенный стакан, регулировочный винт, кольцевое уплотнение, см. патент RU, кл. F 16 К 17/06, №2059912, 1996 г. Данная конструкция клапана обеспечивает его надежное перекрытие и возможность управления при его посредством параметрами потока текучей среды в системе путем изменения величины соответствующего зазора с помощью регулировочного винта. Указанное известное техническое решение принято в качестве прототипа как наиболее близкий по технической сущности и достигаемому результату аналог.
Недостатком прототипа является наличие в его конструкции установленного в корпусе направляющего толстостенного стакана, который разрывает жесткую кинематическую связь между исполнительным элементом - иглой и средством управления -регулировочным винтом. Сколько бы мы не пытались ослабить регулировочный винт, игла все равно будет под действием одной или двух пружин перекрывать сечение проходного канала, поддерживая рабочее давление в системе. Таким образом, известный клапан не может быть использован в системах где возникает необходимость одним движением руки перевести ее на неопределенный период времени в щадящий режим ожидания.
Предлагаемая полезная модель направлена на достижение технического результата который выражается в обеспечении возможности оперативного полного открытия клапана на неопределенный период времени в простом и надежном конструктивном оформлении всех его основных функциональных элементов при максимальном сохранении положительных свойств прототипа.
Достижение указанного технического результата обеспечивает в конечном итоге повышение безопасности и удобства при использовании перепускного клапана в системах с высоким давлением текучей среды.
Положительный результат достигается тем, что перепускной клапан, содержащий, корпус с проходным каналом и установленным в нем седлом, цилиндрический запорный элемент с иглой, расположенной с возможностью взаимодействия с седлом, пружину, установленную коаксиально на запорном элементе, кольцевое уплотнение, снабжен, тарелкой, маховиком с фиксатором, упорной шайбой, зажимным кольцом для фиксации седла и дополнительным кольцевым уплотнением. Корпус имеет в нижней части на наружной поверхности и в верхней части на внутренней поверхности резьбовой участок соответственно для установки в магистраль высокого давления и установки в нем тарелки, а в средней части на наружной поверхности - кольцевую проточку. Тарелка имеет центральное отверстие, резьбовой участок для установки в корпусе и специальную профильную верхнюю поверхность для взаимодействия с маховиком, который соединен посредством
фиксатора с верхней частью запорного элемента и установлен на профильной поверхности тарелки с возможностью поднятия при повороте вместе с запорным элементом, при этом высота поднятия маховика не превышает величину сжатия пружины. Пружина установлена своим нижним витком на запорном элементе посредством упорной шайбы, смонтированной на запорном элементе в его средней части, при этом верхний виток пружины расположен с возможностью взаимодействия с тарелкой. В верхней части запорного элемента перпендикулярно его продольной оси выполнено сквозное отверстие для установки в нем фиксатора, в нижней части на цилиндрической поверхности - кольцевая проточка, а на торцевой - центральное углубление для установки иглы. В проходном канале корпуса выполнено калиброванное гнездо, а седло и зажимное кольцо последовательно и неподвижно установлены в калиброванном гнезде со стороны магистрали высокого давления. Основное кольцевое уплотнение расположено в кольцевой проточке в нижней части запорного элемента, а дополнительное - в кольцевой проточке на наружной поверхности корпуса.
Предпочтительным является выполнение маховика в форме крышки с центральным углублением для соединения с верхней частью запорного элемента и сквозным диаметрально расположенным отверстием для установки в нем фиксатора, который выполнен, например, в виде штифта.
В дополнение к изложенному, возможно конструктивное исполнение клапана в котором зажимное кольцо для фиксации
седла неподвижно установлено в калиброванном гнезде проходного канала корпуса посредством завальцовки.
Для обеспечения безопасной и надежной работы систем подачи текучей среды номинальное давление в котором составляет несколько десятков Мпа требуются технические средства, обеспечивающие возможность оперативного выведения системы на холостой режим ожидания путем уменьшением давления в них в десятки или даже сотни раз. Функционирование запорно-регулирующей арматуры в таких системах сопряжено с огромными динамическими усилиями воздействующими на ее основные функциональные элементы, что в свою очередь предъявляет повышенные требования к конструктивному оформлению узлов и средств их фиксации и крепления.
Оснащение перепускного клапана тарелкой, которая выполняет роль резьбовой футорки между корпусом и запорным элементом, позволяет также обеспечить любой закон подъема последнего путем выбора специального профиля верхней поверхности.
Упорная шайба является не только удобным техническим средством, обеспечивающим надежное взаимодействие пружины с запорным элементом при любой величине диаметра последнего и даже при отсутствии заплечиков, но еще и выполняет роль элемента тарировки пружины путем подбора толщины самой упорной шайбы.
Седло перепускного клапана является деталью, которая требует высокой точности изготовления и установки, а производится из износостойкого и высокопрочного материала с повышенной
хрупкостью. В процессе работы седло испытывает значительные осевые динамические нагрузки, тем более что при полном открытии клапана игла не оказывает на него поддерживающего усилия. Для обеспечения надежного крепления седла в проходном канале предусмотрено калиброванное гнездо, которое исключает выдавливание седла внутрь корпуса и обеспечивает его точное взаимное расположение относительно иглы. Зажимное кольцо изготовлено из деформируемого металла и фиксирует седло в калиброванном гнезде, для чего осуществляют эавальцовку зажимного кольца со стороны нижней кромки стенки корпуса. Таким образом, завальцовка является конструктивным элементом перепускной клапан поскольку характеризует форму поверхности корпуса в месте крепления зажимного кольца и выражается в небольшом буртике предотвращающем выпадение зажимного кольца из калиброванного гнезда.
Маховик с фиксатором является удобным средством для обеспечения оперативного и доступного управления устройством, поскольку жестко и непосредственно соединен с запорным элементом. Форма маховика и место его крепления на перепускном клапане создают последнему благоприятные условия закрытости от окружающей среды.
Размещение кольцевых уплотнений в кольцевых проточках обеспечивает минимизацию величины зазора, в который они могут быть вытеснены давлением текучей средой, что повышает их устойчивость и надежность.
Техническое решение иллюстрировано чертежами.
На фиг.1 изображен общий вид перепускного клапана в разрезе; фиг.2 - разрез А-А на фиг.1, левая часть разреза соответствует рабочему положению клапана, правая - клапан установлен на полное открытие.
Перепускной клапан состоит из корпуса 1 с проходным каналом 2, в котором выполнено в виде уступа калиброванное гнездо. В калиброванное гнездо со стороны магистрали высокого давления (на фигурах не показана) последовательно посредством эавальцовки установлены седло 3 и зажимное кольцо 4. В нижней части корпуса 1 на его наружной поверхности имеется резьбовой участок 5 для монтажа в магистраль высокого давления. Внутри корпуса 1 размещен цилиндрический запорный элемент 6. В нижней части запорного элемента 6 на цилиндрической поверхности имеется кольцевая проточка в которой установлено основное кольцевое уплотнение 7, а на торцевой поверхности - центральное углубление в котором с натягом установлена игла 8, взаимодействующая с седлом 3. В средней части на запорном элементе 6 смонтирована на заплечиках упорная шайба 9, на которую опирается своим нижним витком пружина 10, размещенная коаксиально на запорном элементе 6. В верхней части на внутренней поверхности корпуса 1 имеется резьбовой участок 11 в котором установлена до упора своим резьбовым участком тарелка 12 таким образом, что в ее торцевую поверхность упирается верхний виток пружины 10. В тарелке 12 имеется центральное отверстие 13 через которое проходит запорный элемент 6, а ее верхняя поверхность 14 имеет специальный профиль, который
представляет собой радиальную ложбинку. На специальную профильную верхнюю поверхность 14 тарелки 12 опирается своей ответной поверхностью маховик 15, который соединен посредством фиксатора 16 с верхней частью запорного элемента 6. Маховик 15 выполнен в форме крышки с центральным углублением 17 для соединения с верхней частью запорного элемента 6. При этом в маховике 15 и в верхней части запорного элемента 6 выполнено единое для них сквозное отверстие 18 в котором с натягом установлен штифтовой фиксатор 16. Максимальная высота поднятия маховика 15 обозначена на фигуре буквой И. Перепускной клапан оснащен дополнительным кольцевым уплотнением 19 которое расположено в кольцевой проточке, выполненной в средней части корпуса 1 на его наружной поверхности.
Перепускной клапан работает следующим образом. Корпус 1 устанавливают в соответствующее место магистрали высокого давления посредством резьбового участка 11, при этом герметизация посадочного места осуществляется с помощью дополнительного кольцевого уплотнения 19, расположенного в кольцевой проточке, выполненной в средней части корпуса 1 на его наружной поверхности. Подачу текучей среды осуществляется через проходной канал 2 путем воздействия давления на иглу 8, которая поднимается и открывает проходное сечение между ней и седлом 3. Поднятие иглы 8 происходит при превышении давления текучей среды в магистрали и проходном канале 2 определенного значения. При открытии клапана происходит перепускание текучей среды через него и снижение давления в магистрали. Как только
давления текучей среды в магистрали и проходном канале 2 снизится до определенного значения, игла 8 возвращается в исходное положение и клапан закрывается. Настройка перепускного клапана на заданное значение рабочего давления осуществляется путем тарировки пружины 10, которая находится в частично сжатом состоянии между упорной шайбой 9 и торцевой поверхностью тарелки 12.
В процессе работы окрасочных агрегатов, в которых используются перепускные клапаны, бывают продолжительные перерывы, в течение которых нет необходимости поддержания рабочего давления в магистрали, а выключение агрегата нецелесообразно. При возникновении, осуществляют поворот маховика 15 по или против часовой стрелки на 90°, происходит поднятие маховика 15 на высоту Н за счет специального профиля верхней поверхности 14 тарелки 12. Одновременно с маховиком 15 на такую же высоту Н поднимается и запорный элемент 6 вместе с иглой 8. Высота Н является достаточной для полного открытия сечения проходного канала 2 клапана. Вместе с тем остаточная величина сжатия пружины 10 не должна быть меньше высоты И для обеспечения полного поднятия маховика 15. При полном открытии клапана происходит сброс давления до минимальной величины и система продолжает функционировать в «холостом» режиме. В поднятом положении маховик 15 опирается своей ответной поверхностью не плоскую часть поверхности 14 тарелки 12 и может в нем находится сколь угодно долго. Для закрытия клапана необходимо осуществить поворот маховика 15 по или против
часовой стрелки на 90°, при этом пружина 10 возвращает его в нижнее положение. Рабочее положение клапана является самоустанавливающимся и маховик 15 не нужно точно доводить при закрытии, он самостоятельно соскользнет по профильной части поверхность 14 для занятия нижнего положения.
Внутренняя герметизация перепускного клапана обеспечивается расположенным в кольцевой проточке основным кольцевым уплотнением 7, которое препятствует попаданию текучей среды из нижней части внутренней полости корпуса 1 в верхнюю, а внешняя - дополнительным кольцевым уплотнением 19.
Перепускной клапан прост и эргономичен в эксплуатации, а его конструкция обеспечивает надежную и безопасную работу в условиях высоких давлений текучей среды.
1. Перепускной клапан, содержащий корпус с проходным каналом и установленным в нем седлом, цилиндрический запорный элемент с иглой, расположенной с возможностью взаимодействия с седлом, пружину, установленную коаксиально на запорном элементе, кольцевое уплотнение, отличающийся тем, что он снабжен тарелкой, маховиком с фиксатором, упорной шайбой, зажимным кольцом для фиксации седла и дополнительным кольцевым уплотнением, корпус имеет в нижней части на наружной поверхности и в верхней части на внутренней поверхности резьбовой участок соответственно для установки в магистраль высокого давления и установки в нем тарелки, а в средней части на наружной поверхности - кольцевую проточку, тарелка имеет центральное отверстие, резьбовой участок для установки в корпусе и специальную профильную верхнюю поверхность для взаимодействия с маховиком, причем последний соединен посредством фиксатора с верхней частью запорного элемента и установлен на профильной поверхности тарелки с возможностью поднятия при повороте вместе с запорным элементом, при этом высота поднятия маховика не превышает величину сжатия пружины, которая установлена своим нижним витком на запорном элементе посредством упорной шайбы, смонтированной на запорном элементе в его средней части, при этом верхний виток пружины расположен с возможностью взаимодействия с тарелкой, в верхней части запорного элемента перпендикулярно его продольной оси выполнено сквозное отверстие для установки в нем фиксатора, в нижней части на цилиндрической поверхности - кольцевая проточка, а на торцевой - центральное углубление для установки иглы, в проходном канале корпуса выполнено калиброванное гнездо, а седло и зажимное кольцо последовательно и неподвижно установлены в калиброванном гнезде со стороны магистрали высокого давления, основное кольцевое уплотнение расположено в кольцевой проточке в нижней части запорного элемента, а дополнительное - в кольцевой проточке на наружной поверхности корпуса.
2. Перепускной клапан по п.1, отличающийся тем, что маховик выполнен в форме крышки с центральным углублением для соединения с верхней частью запорного элемента и сквозным диаметрально расположенным отверстием для установки в нем фиксатора, который выполнен, например, в виде штифта.
3. Перепускной клапан по п.1 или 2, отличающийся тем, что зажимное кольцо для фиксации седла неподвижно установлено в калиброванном гнезде проходного канала корпуса посредством завальцовки.
