RU2243439C2

RU2243439C2 - Check valve

Info

Publication number: RU2243439C2
Application number: RU2003103623/06A
Authority: RU
Inventors: М.Г. Басаргин (RU); М.Г. Басаргин; Е.А. Зайцев (RU); Е.А. Зайцев; Д.Н. Веремеев (RU); Д.Н. Веремеев
Original assignee: Открытое акционерное общество "Энергомашкорпорация"
Priority date: 2003-02-10
Filing date: 2003-02-10
Publication date: 2004-12-27

Abstract

FIELD: valve engineering.

SUBSTANCE: check valve has housing with inlet and outlet branch pipes and spring-loaded closure member. The closure member co-operates with the conical seat. The seat receives the conical insert which is mounted concentrically and with a spaced relation to the seat. The insert is made of a pressing ring. The ring is provided with conical flange made of a sealing members provided with flexible sealing member on its surface. The sealing member is pressed by the bearing bushing to form a space between them and receive the flexible ring. The face of the flexible sealing member which points inward the space is made conical for permitting interaction with the flexible ring. The bearing bushing is provided with passages. The passages connect the space with the outlet space. Te flexible sealing member and flexible ring are made of an elastomeric material.

EFFECT: enhanced reliability and pressure tightness.

2 dwg

Description

Изобретение относится к арматуростроению, в частности к запорной и защитной трубопроводной арматуре, предназначенной для гарантированного перекрытия обратного потока жидких и газообразных сред, и может найти применение в газовой, нефтяной, химической и других областях промышленности.The invention relates to valve manufacturing, in particular to stop and protective pipe fittings, designed for guaranteed shutoff of the return flow of liquid and gaseous media, and can find application in gas, oil, chemical and other industries.

В настоящее время одной из актуальных задач является создание надежной конструкции обратного клапана, предназначенного для свободного пропуска с минимальным гидравлическим сопротивлением потока рабочей среды только в одном направлении. При этом на первый план выдвигается необходимость обеспечения высокой надежности работы клапана при использовании их в системе высокого давления, высокой степени герметичности в закрытом положении, а также быстродействии срабатывания.At present, one of the urgent tasks is to create a reliable design of the non-return valve, designed for free passage with minimal hydraulic resistance to the flow of the working medium in only one direction. At the same time, the need to ensure high reliability of the valve when using them in a high pressure system, a high degree of tightness in the closed position, and also response speed is highlighted.

Известен обратный клапан по заявке GB №2020398 А (кл. F 16 K 15/06, опубл. 14.11.79 г.), содержащий цилиндрический корпус с входным и выходным патрубками, с установленным в нем подпружиненным запорным органом, взаимодействующим с седлом, установленным во входном патрубке корпуса и выполненным в виде опорной втулки, снабженной фланцем, расположенным между буртом корпуса и торцевой поверхностью кольцевого элемента, закрепленного в корпусе между фланцем и буртиком корпуса, при этом наружная поверхность кольцевого элемента выполнена конической.Known check valve according to the application GB No. 2020398 A (class F 16 K 15/06, publ. 14.11.79), containing a cylindrical body with inlet and outlet nozzles, with a spring-loaded shut-off element installed in it, interacting with a saddle installed in the inlet pipe of the housing and made in the form of a support sleeve provided with a flange located between the shoulder of the housing and the end surface of the annular element mounted in the housing between the flange and the shoulder of the housing, while the outer surface of the annular element is made conical.

Недостатком известной конструкции является недостаточно высокая степень герметизации, обусловленная контактным давлением запорного органа на поверхность кольцевого элемента седла, соизмеримое с давлением нагнетательной среды, а также высокими динамическими нагрузками при посадке запорного органа на седло, что приводит к износу сопрягаемых поверхностей запорного органа и седла и пластической деформации кольцевого элемента и его разрушению.A disadvantage of the known design is the insufficiently high degree of sealing caused by the contact pressure of the locking member on the surface of the annular element of the seat, comparable with the pressure of the injection medium, as well as high dynamic loads when the locking member is mounted on the seat, which leads to wear of the mating surfaces of the locking member and the seat and plastic deformation of the annular element and its destruction.

Наиболее близким к изобретению является обратный клапан по авт. свид. СССР №194494 (F 16 K 15/04, опубл. 30.03.67 г.), содержащий корпус с входным и выходным патрубками, подпружиненный запорный орган, взаимодействующий с коническим седлом, в котором концентрично с зазором установлена конусная тонкостенная вставка, фланец которой зажат между уплотнительными кольцами.Closest to the invention is a check valve according to ed. testimonial. USSR No. 194494 (F 16 K 15/04, publ. 30.03.67), comprising a housing with inlet and outlet nozzles, a spring-loaded locking element interacting with a conical seat, in which a conical thin-walled insert is concentrically with a gap, the flange of which is clamped between the o-rings.

Недостатком прототипа является низкая надежность работы клапана вследствие потери герметичности прилегания запорного органа к седлу в процессе эксплуатации и невозможности использования его в экстремальных условиях эксплуатации. Это происходит вследствие того, что постоянное воздействие высоких удельных нагрузок на тонкостенную конусную вставку приводит к ее износу и разрушению седла.The disadvantage of the prototype is the low reliability of the valve due to the loss of tightness of the fit of the locking body to the seat during operation and the inability to use it in extreme operating conditions. This is due to the fact that the constant impact of high specific loads on a thin-walled conical insert leads to its wear and destruction of the seat.

Предлагаемым изобретением решается задача повышения надежности клапана за счет предотвращения разрушения уплотнительного элемента от высоких удельных нагрузок и повышения степени герметизации в закрытом положении.The present invention solves the problem of increasing the reliability of the valve by preventing the destruction of the sealing element from high specific loads and increasing the degree of sealing in the closed position.

Для достижения технического результата в обратном клапане, содержащем корпус с входным и выходным патрубками, подпружиненный запорный орган, взаимодействующий с коническим седлом, в котором концентрично с зазором установлена конусная вставка, последняя выполнена в виде поджимного кольца, снабженного конической отбортовкой в виде уплотнительного элемента с расположенным на его поверхности упругим уплотнительным элементом, поджатым опорной втулкой с образованием между ними полости и размещением в ней упругого кольца, при этом торцовая поверхность упругого уплотнительного элемента, обращенная внутрь полости, выполнена конической с возможностью взаимодействия с упругим кольцом, в опорной втулке выполнены каналы, соединяющие данную полость с выходной полостью, кроме того, упругий уплотнительный элемент и упругое кольцо выполнены из эластичного материала.To achieve a technical result, in the non-return valve containing a housing with inlet and outlet nozzles, a spring-loaded locking element interacting with a conical seat, in which a conical insert is mounted concentrically with a gap, the latter is made in the form of a compression ring provided with a conical flange in the form of a sealing element with on its surface, an elastic sealing element, pinched by a support sleeve with the formation of a cavity between them and the placement of an elastic ring in it, while I the surface of the elastic sealing element facing the inside of the cavity is made conical with the possibility of interaction with the elastic ring, channels supporting this cavity with the outlet cavity are made in the supporting sleeve, in addition, the elastic sealing element and the elastic ring are made of elastic material.

Отличительными признаками предлагаемого обратного клапана от указанного выше известного, наиболее близкого к нему, является выполнение конусной вставки седла в виде поджимного кольца, снабженного конической отбортовкой в виде уплотнительного элемента, расположением на его поверхности упругого уплотнительного элемента и поджатие его опорной втулкой с образованием между ними полости, в которой размещено упругое кольцо, при этом торцовая поверхность упругого уплотнительного элемента, обращенная внутрь полости, выполнена конической с возможностью взаимодействия с упругим кольцом, в опорной втулке выполнены каналы, соединяющие данную полость с выходной полостью, кроме того, упругий уплотнительный элемент и упругое кольцо выполнены из эластичного материала.Distinctive features of the proposed non-return valve from the above known, closest to it, is the implementation of a tapered seat insert in the form of a compression ring equipped with a conical flange in the form of a sealing element, the location of the elastic sealing element on its surface and pressing it with a supporting sleeve with the formation of a cavity between them in which the elastic ring is placed, while the end surface of the elastic sealing element facing the inside of the cavity is conical with the possibility of interaction with the elastic ring, in the supporting sleeve there are channels connecting this cavity with the outlet cavity, in addition, the elastic sealing element and the elastic ring are made of elastic material.

Благодаря наличию этих признаков повышается надежность клапана и герметичность за счет того, чтоThanks to these features, valve reliability and tightness are enhanced due to the fact that

- запорный орган, при снижении давления во входном патрубке под действием пружины и увеличении давления в выходном патрубке поджимается к поверхности седла, сжимает уплотнительный элемент, приводя к его деформации. Уплотнительный элемент при давлении на него запорного органа деформируется, т.е. изгибается и давит на эластичный упругий уплотнительный элемент, который и воспринимает часть осевого усилия от запорного органа, предотвращая разрушение уплотнительного элемента. Кроме того, упругий уплотнительный элемент за счет поверхности, контактирующей с запорным органом, обеспечивает дополнительное уплотнение в затворе клапана;- a locking member, when the pressure in the inlet pipe decreases under the action of a spring and the pressure in the outlet pipe increases, it is pressed to the surface of the seat, compresses the sealing element, leading to its deformation. The sealing element is deformed under pressure of the locking member, i.e. bends and presses on the elastic elastic sealing element, which also receives part of the axial force from the locking member, preventing the destruction of the sealing element. In addition, the elastic sealing element due to the surface in contact with the locking body, provides additional sealing in the valve shutter;

- упругий уплотнительный элемент под действием давления на него уплотнительного элемента перемещается по его конической поверхности в сторону уменьшения полости, действует на упругое кольцо, передает ему часть своей нагрузки. Упругое кольцо под действием возрастающего на него давления стремится принять первоначальное положение, что и способствует предотвращению разрушения уплотнительного элемента;- the elastic sealing element under the action of pressure on it of the sealing element moves along its conical surface in the direction of decreasing the cavity, acts on the elastic ring, transfers part of its load to it. The elastic ring under the action of increasing pressure on it tends to take its original position, which helps prevent the destruction of the sealing element;

- рабочая среда под давлением в проточной полости через каналы поступает в полость и давит на упругое кольцо с другой стороны, т.е. сверху. Кольцо перемещается вниз, действует на упругий уплотнительный элемент и перемещает его в обратном направлении, поджимая к запорному органу и, тем самым, создавая дополнительное осевое усилие, которое удерживает уплотнительный элемент от разрушения и обеспечивает герметичность клапана;- the working medium under pressure in the flow cavity through the channels enters the cavity and presses on the elastic ring on the other hand, i.e. from above. The ring moves down, acts on the elastic sealing element and moves it in the opposite direction, pressing it to the locking body and, thereby, creating additional axial force, which keeps the sealing element from breaking and ensures valve tightness;

- для обеспечения более надежной работы клапана и обеспечения герметичности при высоких давлениях упругий уплотнительный элемент выполнен из эластичного материала, а упругое кольцо выполнено из резины.- to ensure more reliable operation of the valve and ensure tightness at high pressures, the elastic sealing element is made of elastic material, and the elastic ring is made of rubber.

На фиг.1 представлен общий вид обратного клапана в разрезе;Figure 1 presents a General view of the check valve in section;

на фиг.2 - узел I на фиг.1.figure 2 - node I in figure 1.

Клапан обратный содержит (см. фиг.1) корпус 1 с входным 2 и выходным 3 патрубками, седло в виде поджимного кольца 4, установленного в патрубке 2, запорный орган 5, выполненный в виде подвижного диска с закрепленным в нем направляющим штоком 6 и поджатым пружиной 7. Шток 6 запорного органа установлен в подшипниках 8, размещенных в сквозном отверстии 9 обтекателя 10. Обтекатель 10 расположен внутри корпуса 1 и выполнен за одно целое с ним. Между обтекателем и корпусом имеется кольцевое пространство, разделенное перемычками и образующее проточную полость 11 для потока среды, перекрываемое запорным органом 5. Отверстие 9 под шток 6 соединено с демпфирующей камерой 12 (камерой постоянного объема), образованной обтекателем 10 и перегородкой 13. В перегородке 13 выполнено дроссельное отверстие 14, соединяющее демпфирующую камеру 12 с рабочей камерой 15 и проточной полостью 11 корпуса 1.The check valve contains (see Fig. 1) a housing 1 with an inlet 2 and an outlet 3 nozzles, a saddle in the form of a compression ring 4 installed in the nozzle 2, a locking member 5, made in the form of a movable disk with a guide rod 6 fixed therein and preloaded spring 7. The rod 6 of the locking member is mounted in bearings 8 located in the through hole 9 of the fairing 10. The fairing 10 is located inside the housing 1 and is made in one piece with it. Between the fairing and the housing there is an annular space separated by jumpers and forming a flow cavity 11 for the flow of medium, blocked by a locking member 5. A hole 9 for the rod 6 is connected to a damping chamber 12 (constant volume chamber) formed by the fairing 10 and the partition 13. In the partition 13 made throttle hole 14, connecting the damping chamber 12 with the working chamber 15 and the flow cavity 11 of the housing 1.

Поджимное кольцо 4 седла (см. фиг.2) имеет коническую отбортовку, образующую уплотнительный элемент 16, на котором расположен упругий уплотнительный элемент 17, поджатый с другой стороны опорной втулкой 18. Между уплотнительным элементом 16, упругим уплотнительным элементом 17 и опорной втулкой 18 образована полость 20, в которой размещено упругое кольцо 21. Сторона 22 упругого уплотнительного элемента 17 выполнена конической и обращена внутрь полости 20 с возможностью взаимодействия с упругим кольцом 21. Упругий уплотнительный элемент 17 выполнен из эластичного материала, например из полиуретана, а упругое кольцо 21 выполнено, например, из резины. В опорной втулке 18 выполнены каналы 23, соединяющие полость 20 с проточной полостью 11 корпуса.The seat ring 4 (see FIG. 2) has a conical flange forming a sealing element 16, on which an elastic sealing element 17 is located, which is pressed on the other side by the support sleeve 18. Between the sealing element 16, the elastic sealing element 17 and the support sleeve 18 is formed the cavity 20 in which the elastic ring 21 is placed. The side 22 of the elastic sealing element 17 is made conical and facing the inside of the cavity 20 with the possibility of interaction with the elastic ring 21. The elastic sealing element 17 is made of elastic material, for example polyurethane, and the elastic ring 21 is made, for example, of rubber. In the supporting sleeve 18, channels 23 are made connecting the cavity 20 with the flow cavity 11 of the housing.

Обратный клапан работает следующим образом:The check valve operates as follows:

В исходном (закрытом) положении при отсутствии давления в системе запорный орган 5 под действием пружины 7 поджат к поверхности уплотнительного элемента 16 поджимного кольца 4, обеспечивая разобщение входа и выхода. Давление во входном 2, выходном 3 патрубках и полости 11 одинаково. При возрастании давления в патрубке 2 в сравнении с давлением в патрубке 3 запорный орган 5 из положения “закрыто” под действием напора рабочей среды, преодолевая усилие пружины 7, отходит от уплотнительного элемента 16 вправо и открывает клапан. Рабочая среда из входного патрубка 2 через проточную полость 11 поступает в выходной патрубок 3 клапана.In the initial (closed) position, in the absence of pressure in the system, the locking member 5 is pressed against the surface of the sealing element 16 of the compression ring 4 by the action of the spring 7, providing isolation of the input and output. The pressure in the inlet 2, outlet 3 nozzles and cavity 11 is the same. With increasing pressure in the pipe 2 in comparison with the pressure in the pipe 3, the shut-off member 5 from the “closed” position under the action of the pressure of the working medium, overcoming the force of the spring 7, moves away from the sealing element 16 to the right and opens the valve. The working medium from the inlet pipe 2 through the flow cavity 11 enters the outlet pipe 3 of the valve.

При этом шток 6 из отверстия 9 обтекателя 10 выдвигается в демпфирующую камеру 12, в результате чего объем этой камеры уменьшается, что приводит к сжатию в ней рабочей среды, частично проникающей в демпфирующую камеру 12 через зазоры между штоком 6, расположенным в отверстии 9 обтекателя 10, а также через дроссельное отверстие 14. Сжатая рабочая среда в камере 12 старается вытолкнуть шток 6 назад в отверстие, а пружина 7 - принять исходное положение, при этом происходит демпфирование запорного органа 5 при открытии клапана.In this case, the rod 6 from the opening 9 of the fairing 10 extends into the damping chamber 12, as a result of which the volume of this chamber decreases, which leads to compression of the working medium partially penetrating into the damping chamber 12 through the gaps between the rod 6 located in the opening 9 of the fairing 10 and also through the throttle hole 14. The compressed working medium in the chamber 12 tries to push the rod 6 back into the hole, and the spring 7 - to take its original position, while the damping of the locking element 5 occurs when the valve is opened.

При уменьшении перепада давления во входном патрубке 2 снижается расход рабочей среды через клапан и соответственно скорость прямого потока среды уменьшается. Давление в демпфирующей камере 12 увеличивается и уравнивается с давлением в выходной полости 3.With a decrease in pressure drop in the inlet pipe 2, the flow rate of the working medium through the valve decreases and, accordingly, the speed of the direct flow of the medium decreases. The pressure in the damping chamber 12 increases and equalizes with the pressure in the outlet cavity 3.

Результирующее усилие открытия запорного органа 5 уменьшается и он под действием пружины 7 возвращается в исходное положение, прижимается к поджимному кольцу 4 и перекрывает проточную полость 11. При этом уплотнительный элемент 16 деформируется и действует на упругий уплотнительный элемент 17, который воспринимает часть осевого усилия от запорного органа 5, предотвращая разрушение уплотнительного элемента 16. Упругий уплотнительный элемент 17 под действием давления на него уплотнительного элемента 16 и запорного органа 5 перемещается по конической поверхности уплотнительного элемента 16 в сторону полости 20, уменьшая ее размеры и сжимает упругое кольцо 21. Упругое кольцо 21, стремясь принять первоначальное положение, перемещается вверх по конической поверхности 22 упругого уплотнительного элемента 17. Одновременно рабочая среда из проточной полости 11 под действием давления обратного потока рабочей жидкости через каналы 23 поступает в полость 20 и воздействует на упругое кольцо 21 с другой стороны. Кольцо 21 перемещается вниз в обратном направлении, давит на упругий уплотнительный элемент 17 и перемещает в обратном направлении, т.е. в сторону запорного органа 5, обеспечивая дополнительное поджатие уплотнительного элемента 16 и упругого уплотнительного элемента 17 к запорному органу 5. Одновременно при перемещении запорного органа 5 шток 6 выдвигается из демпфирующей камеры 12. Объем демпфирующей камеры 12 резко увеличивается и давление в ней, по сравнению с давлением в рабочей камере 15, уменьшается (из-за малой величины дроссельного отверстия 14 оно не успевает выравниваться), и движение запорного органа 5 при этом в большей степени зависит от пружины 7. При быстром движении запорного органа 5 давление в демпфирующей камере 12 становится значительно меньшим, чем в рабочей камере постоянного объема 15, и возникает декомпрессия среды, уменьшающая силу удара запорного органа 6 о седло.The resulting opening force of the locking member 5 decreases and it returns to its original position under the action of the spring 7, presses against the compression ring 4 and closes the flow cavity 11. The sealing element 16 is deformed and acts on the elastic sealing element 17, which receives part of the axial force from the locking body 5, preventing the destruction of the sealing element 16. The elastic sealing element 17 under the action of pressure on it of the sealing element 16 and the locking member 5 moves along the horses the surface of the sealing element 16 in the direction of the cavity 20, reducing its size and compresses the elastic ring 21. The elastic ring 21, trying to take its original position, moves upward along the conical surface 22 of the elastic sealing element 17. Simultaneously, the working medium from the flow cavity 11 under the pressure of the return the flow of the working fluid through the channels 23 enters the cavity 20 and acts on the elastic ring 21 on the other hand. The ring 21 moves down in the opposite direction, presses on the elastic sealing element 17 and moves in the opposite direction, i.e. in the direction of the locking member 5, providing an additional compression of the sealing element 16 and the elastic sealing element 17 to the locking member 5. Simultaneously, when the locking member 5 is moved, the rod 6 extends from the damping chamber 12. The volume of the damping chamber 12 increases sharply and the pressure in it, compared to the pressure in the working chamber 15, decreases (due to the small size of the throttle hole 14 it does not have time to equalize), and the movement of the locking member 5 is more dependent on the spring 7. With rapid movement of the locking member 5, the pressure in the damping chamber 12 becomes significantly lower than in the working chamber of a constant volume 15, and medium decompression occurs, which reduces the impact force of the locking member 6 on the saddle.

Таким образом, клапан сохраняет свою работоспособность при экстремальных условиях работы в течение длительного времени, обеспечивая надежную герметизацию клапана за счет предотвращения разрушения уплотнительного элемента седла под действием высоких удельных нагрузок и снижения динамических нагрузок при посадке на седло запорного органа.Thus, the valve maintains its operability under extreme operating conditions for a long time, providing reliable valve sealing by preventing destruction of the sealing element of the seat under the action of high specific loads and reducing dynamic loads when landing on the saddle shut-off body.

Эффект от применения предлагаемого устройства состоит в снижении затрат на его изготовление за счет надежной работы устройства и увеличения срока службы клапана в несколько раз. Изготовление подобных клапанов возможно при использовании существующих средств производства с применением известных технологических операций.The effect of the application of the proposed device is to reduce the cost of its manufacture due to the reliable operation of the device and increase the service life of the valve several times. The manufacture of such valves is possible using existing means of production using well-known technological operations.

Claims

A non-return valve, comprising a housing with inlet and outlet nozzles, a spring-loaded locking element interacting with a conical seat, in which a conical insert is installed concentrically with a gap, characterized in that the insert is made in the form of a compression ring provided with a conical flange in the form of a sealing element located on its surface with an elastic sealing element, tightened by the support sleeve with the formation of a cavity between them and the placement of an elastic ring in it, while the end surface of the elastic the sealing element facing the inside of the cavity is made conical with the possibility of interacting with the elastic ring, channels supporting this cavity with the outlet cavity are made in the support sleeve, in addition, the elastic sealing element and the elastic ring are made of elastic material.