RU2250391C2

RU2250391C2 - Plunger pump check valve

Info

Publication number: RU2250391C2
Application number: RU2003119666/06A
Authority: RU
Inventors: Е.Т. Антошин (RU); Е.Т. Антошин; В.Г. Фролов (RU); В.Г. Фролов
Priority date: 2003-06-30
Filing date: 2003-06-30
Publication date: 2005-04-20

Abstract

FIELD: high-pressure and superhigh-pressure plunger pumps of hydraulic cutting complex.

SUBSTANCE: proposed valve has body with seat and bush secured in this body. Bush is provided with passages whose axes are located over circle at diameter of shut-off member. Shut-off member is made in form of tablet located in cylindrical cavity of bush. Diameter of cylindrical cavity is equal to diameter of tablet. Passages of bush are brought into communication with cylindrical cavity which is communicated with taper cavity of body through said passages and axial passage of bush. Sealing unit is located in wedge-shaped cavity formed between body, seat and bush. Sealing unit is provided with ring made from flexible material. Ring is engageable with end face of wedge-shaped sealing member. Wedge-shaped cavity is formed in seat by wedge-shaped circular bore, end surface of bush and inner surface of body.

EFFECT: enhanced operational reliability; simplified construction; reduced overall dimensions.

2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения, к пневмогидравлическим системам, в частности к тарельчатым клапанам, и может быть использовано в плунжерных насосах высокого и сверхвысокою давления силового агрегата гидрорезного комплекса, применяемого для водоструйной резки или очистки любых поверхностей и емкостей из различных материалов.The invention relates to the field of mechanical engineering, to pneumohydraulic systems, in particular to poppet valves, and can be used in plunger pumps of high and ultrahigh pressure power unit of a hydraulic cutting complex, used for water-jet cutting or cleaning of any surfaces and containers made of various materials.

Известен обратный клапан, который предназначен для работы в пневмогидросистемах. Клапан состоит из корпуса с седлом, закрепленной в корпусе втулки (направляющей) с осевым каналом, тарельчатого запорного элемента, перекрывающего осевой канал седла, и уплотнительного элемента, размещенного между поверхностями уплотняемых деталей.Known check valve, which is designed to work in pneumohydraulic systems. The valve consists of a housing with a saddle fixed in the sleeve housing (guide) with an axial channel, a poppet locking element overlapping the axial channel of the seat, and a sealing element located between the surfaces of the parts to be sealed.

Во втулке (направляющей) установлена дополнительная втулка, которая поджата к ней пружиной. Запорный элемент поджат к седлу дополнительной пружиной через толкатель в виде шарика. Между торцовой поверхностью тарели и торцовой поверхностью дополнительной втулки со стороны подачи жидкости образован зазор, на величину которого увеличивается ход тарели, а следовательно, увеличивается и пропускная способность клапана (Авторское свидетельство СССР №1571341, кл. F 16 К 15/02, 1987 г.).An additional sleeve is installed in the sleeve (guide), which is pressed against it by a spring. The locking element is pressed to the seat with an additional spring through a pusher in the form of a ball. Between the end surface of the plate and the end surface of the additional sleeve on the liquid supply side, a gap is formed, the size of which increases the stroke of the plate, and therefore increases the valve capacity (USSR Author's Certificate No. 1571341, class F 16 K 15/02, 1987 )

Известный клапан при работе в пневмогидросистемах высокого и сверхвысокого давления будет иметь низкую надежность из-за большой инерционной массы, большого количества трущихся поверхностей (из-за наличия пружин) и быстрого износа уплотнительного элемента тарели при давлениях (до 250 МПа) и частоте хода запорного элемента 7,5 с^-1, поэтому использование его в системах, работающих с жидкостями и газами под высоким и сверхвысоким давлениями, весьма проблематично.The known valve when operating in high and ultra-high pressure pneumatic systems will have low reliability due to the large inertial mass, the large number of friction surfaces (due to the presence of springs) and the rapid wear of the plate sealing element at pressures (up to 250 MPa) and the shutter element stroke frequency 7.5 s ^-1 , so its use in systems working with liquids and gases under high and ultrahigh pressures is very problematic.

Известен обратный клапан, который используется при работе с газообразными и жидкими средами, находящимися под высоким давлением. Клапан содержит корпус с седлом, закрепленную в корпусе втулку (крышку) с осевым каналом, переходящим в полость, в которой установлен запорный элемент, перекрывающий осевой канал седла, уплотнительный узел, размещенный между поверхностями уплотняемых деталей, состоящий из клинообразного уплотнительного элемента. Корпус и втулка (крышка) соединены гайкой, имеющей наружную и внутреннюю резьбы и воздействующей на клиновой уплотнительный элемент. Запорный элемент выполнен в виде подпружиненного золотника с хвостовиком, направляющей для которого являются стенки осевого канала седла. Уплотнительный элемент имеет трапецеидальное сечение, вершина которого опирается на конусные поверхности корпуса и втулки и направлена навстречу направлению рабочего давления (Авторское свидетельство СССР №403913, кл. F 16 К 15/02, 1963 г.).Known check valve, which is used when working with gaseous and liquid media under high pressure. The valve comprises a housing with a seat, a sleeve (cover) fixed in the housing with an axial channel turning into a cavity in which a locking element is installed that overlaps the axial channel of the seat, a sealing assembly located between the surfaces of the parts to be sealed, consisting of a wedge-shaped sealing element. The housing and the sleeve (cover) are connected by a nut having external and internal threads and acting on the wedge sealing element. The locking element is made in the form of a spring-loaded spool with a shank, the guide for which are the walls of the axial channel of the saddle. The sealing element has a trapezoidal cross section, the top of which rests on the conical surfaces of the housing and the sleeve and is directed towards the direction of the working pressure (USSR Author's Certificate No. 403913, class F 16 K 15/02, 1963).

Данный клапан обеспечивает герметичность соединения при работе с жидкими и газообразными средами, находящимися под высоким давлением и многократную сборку и разборку.This valve ensures tightness of the connection when working with liquid and gaseous media under high pressure and multiple assembly and disassembly.

Однако использование этого клапана в насосах высокого и сверхвысокого давления из-за его больших габаритов приведет к увеличению габаритов насоса и всего силового агрегата пневмогидросистемы, а из-за того, что запорный элемент обладает достаточно большой инерционной массой, при высокой частоте его перемещения (7,5 с^-1) и сверхвысоком давлении (до 250 МПа) рабочей среды происходит разрушение его торцовой поверхности, что отрицательно влияет на надежность клапана. Кроме того, наличие пружины увеличивает количество трущихся поверхностей, что также снижает надежность его работы.However, the use of this valve in high and ultra-high pressure pumps, due to its large dimensions, will lead to an increase in the dimensions of the pump and the entire power unit of the pneumatic and hydraulic system, and due to the fact that the locking element has a sufficiently large inertial mass at a high frequency of its movement (7, 5 s ^-1 ) and ultrahigh pressure (up to 250 MPa) of the working medium, its end surface is destroyed, which negatively affects the reliability of the valve. In addition, the presence of a spring increases the number of friction surfaces, which also reduces the reliability of its operation.

При сборке, а тем более многократной очень сложно достигнуть снижения усилия и обеспечения герметичности при одновременном обжатии уплотнительным элементом двух конических поверхностей разных деталей с помощью гайки, имеющей внутреннюю и наружную резьбы.During assembly, and even more so multiple, it is very difficult to achieve a reduction in effort and ensuring tightness while simultaneously compressing two conical surfaces of different parts with a sealing element using a nut having internal and external threads.

В основу изобретения положена задача разработать клапан для плунжерного насоса сверхвысокого давления, который благодаря усовершенствованию конструкции обеспечит надежную работу на сверхвысоких давлениях при простом конструктивном выполнении и малых габаритах.The basis of the invention is the task of developing a valve for a plunger pump of ultrahigh pressure, which, thanks to improved design, will ensure reliable operation at ultrahigh pressures with a simple structural design and small dimensions.

Сущность изобретения заключается в том, что обратный клапан плунжерного насоса содержит корпус с седлом, закрепленную в корпусе втулку с осевым каналом, переходящим в полость, в которой установлен запорный элемент, перекрывающий осевой канал седла, уплотнительный узел, размещенный между поверхностями уплотняемых деталей, состоящий из клинообразного уплотнительного элемента. Особенностью заявляемого изобретения является то, что во втулке выполнены каналы, оси которых расположены на окружности, диаметр которой равен диаметру запорного элемента, выполненного в виде таблетки и размещенного в цилиндрической полости втулки, диаметр которой равен диаметру таблетки, при этом каналы втулки сообщаются с цилиндрической полостью, которая соединяется через эти каналы и осевой канал втулки с конической полостью корпуса, а уплотнительный узел размещен в клинообразной полости, образованной между корпусом, седлом и втулкой, и снабжен кольцом из упругого материала, контактирующим с тупым торцом клинообразного уплотнительного элемента, вершина клина которого направлена в сторону воздействия рабочего давления.The essence of the invention lies in the fact that the check valve of the plunger pump comprises a housing with a seat, a sleeve fixed in the housing with an axial channel turning into a cavity in which a locking element is installed that overlaps the axial channel of the seat, a sealing assembly located between the surfaces of the parts to be sealed, consisting of wedge-shaped sealing element. A feature of the claimed invention is that the sleeve is made of channels, the axes of which are located on a circle whose diameter is equal to the diameter of the locking element made in the form of a tablet and placed in the cylindrical cavity of the sleeve, the diameter of which is equal to the diameter of the tablet, while the channels of the sleeve communicate with the cylindrical cavity which is connected through these channels and the axial channel of the sleeve with the conical cavity of the housing, and the sealing assembly is placed in a wedge-shaped cavity formed between the housing, the seat and the sleeve Oh, and is provided with a ring of elastic material in contact with the blunt wedge end face sealing member, the wedge tip of which is directed towards the impact of the working pressure.

Кроме того, для технологичности и удобства сборки клинообразная полость образована клинообразной кольцевой проточкой, выполненной в седле, торцовой поверхностью втулки и внутренней поверхностью корпуса, к которой обращена вершина клина уплотнительного элемента, а торец седла снабжен буртиком, контактирующим с кольцом из упругого материала.In addition, for the manufacturability and ease of assembly, the wedge-shaped cavity is formed by a wedge-shaped annular groove made in the saddle, the end surface of the sleeve and the inner surface of the housing, which faces the top of the wedge of the sealing element, and the end face of the saddle is provided with a shoulder in contact with the ring of elastic material.

Технический результат, который обуславливает решение поставленной задачи, заключается в том, что при таком конструктивном выполнении клапана стало возможным уменьшить количество трущихся поверхностей, исключить из конструкции такие детали, как гайка и пружина, что обеспечило за счет уменьшения турбулентности и гидродинамического сопротивления потоку рабочей среды более надежную работу клапана на сверхвысоких давлениях и привело к уменьшению его габаритов.The technical result that determines the solution of the problem lies in the fact that with such a constructive execution of the valve it became possible to reduce the number of friction surfaces, to exclude from the design such parts as a nut and spring, which, due to a decrease in turbulence and hydrodynamic resistance to the flow of the working medium, reliable operation of the valve at ultrahigh pressures and led to a decrease in its size.

На фиг.1 изображен предлагаемый клапан, продольный разрез;Figure 1 shows the proposed valve, a longitudinal section;

На фиг.2 изображены каналы, выполненные во втулке - вид А-А на фиг.1.Figure 2 shows the channels made in the sleeve - view aa in figure 1.

Обратный клапан плунжерного насоса содержит корпус 1 с закрепленным в нем на резьбе седлом 2, втулку 3, расположенную в корпусе 1 и поджатую торцом с буртиком седла 2 к уступу корпуса 1, запорный элемент 4. В корпусе 1, седле 2 и во втулке 3 выполнены центральные осевые каналы 5, 6, 7 соответственно. Для увеличения пропускной способности и снижения сопротивления потоку рабочей среды во втулке 3 выполнены параллельные центральной оси каналы 8, оси которых расположены на диаметре, равном диаметру D запорного элемента 4. Каналы 8 сообщаются с цилиндрической полостью 9, которая соединяется с каналом 7. В полости 9 втулки 3, которая является направляющей размещен запорный элемент 4, перекрывающий осевой канал 6 седла 2. Контактируемые поверхности запорного элемента 4 и седла 2 выполнены полированными для обеспечения герметичности контакта. Запорный элемент 4 имеет форму таблетки со скругленной боковой поверхностью для исключения его заклинивания при перемещении в полости 9 и для уменьшения режима турбулентности потока рабочей среды. Радиус скругления r боковой поверхности таблетки 4 равен половине ее высоты h. Для открытия канала 6 таблетка 4 перемещается на ход S=1/2h, диаметр d канала 6 равен половине диаметра D таблетки 4. Ход S выбирается для исключения залегания таблетки 4 под углом к центральной оси относительно седла 2 и обеспечения прохода в каналы 8 и 5 необходимого количества жидкости. Осевые каналы 5 и 6 имеют конические части, образующие полости 10 и 11 соответственно, для плавного входа и выхода рабочей среды, что снижает гидродинамическое сопротивление и приводит к увеличению КПД клапана. Для обеспечения герметичности при работе клапана в условиях высоких и сверхвысоких давлений уплотнение седла 2 осуществляется уплотнительным элементом 12 из полимерного материала, например капролона, и резиновым кольцом 13, установленными в клинообразной кольцевой проточке 14. Вершина проточки 14 обращена к внутренней поверхности корпуса 1, что позволяет обеспечить герметизацию седла 2 и корпуса 1 за счет клиновой части уплотнительного элемента 12 при воздействии рабочего давления.The check valve of the plunger pump comprises a housing 1 with a seat 2 fixed to it on the thread, a sleeve 3 located in the housing 1 and pressed by an end face with a shoulder 2 of the saddle to the ledge of the housing 1, a locking element 4. In the housing 1, the saddle 2 and in the sleeve 3 are made Central axial channels 5, 6, 7, respectively. To increase the throughput and reduce the resistance to the flow of the working fluid in the sleeve 3, channels 8 are made parallel to the central axis, the axes of which are located on a diameter equal to the diameter D of the locking element 4. The channels 8 communicate with a cylindrical cavity 9, which is connected to the channel 7. In the cavity 9 sleeve 3, which is a guide, a locking element 4 is placed, overlapping the axial channel 6 of the seat 2. The contact surfaces of the locking element 4 and the saddle 2 are polished to ensure tight contact. The locking element 4 is in the form of a tablet with a rounded side surface to prevent it from jamming when moving in the cavity 9 and to reduce the turbulence of the working fluid flow. The radius of rounding r of the side surface of the tablet 4 is equal to half its height h. To open channel 6, tablet 4 is moved to stroke S = 1 / 2h, the diameter d of channel 6 is equal to half the diameter D of tablet 4. The stroke S is selected to prevent the tablet 4 from lying at an angle to the central axis relative to the seat 2 and to allow passage into channels 8 and 5 the required amount of fluid. The axial channels 5 and 6 have conical parts forming cavities 10 and 11, respectively, for a smooth entry and exit of the working medium, which reduces the hydrodynamic resistance and leads to an increase in valve efficiency. To ensure tightness during operation of the valve at high and ultrahigh pressures, the seat 2 is sealed with a sealing element 12 made of a polymer material, for example caprolon, and a rubber ring 13 installed in a wedge-shaped annular groove 14. The top of the groove 14 faces the inner surface of the housing 1, which allows provide sealing of the seat 2 and the housing 1 due to the wedge of the sealing element 12 when exposed to operating pressure.

Для технологичности и удобства сборки клинообразная полость образована клинообразной кольцевой проточкой 14, выполненной в седле, торцовой поверхностью втулки 3 и внутренней поверхностью корпуса 1, к которой обращена вершина клина уплотнительного элемента 12, а седло 2 снабжено буртиком, контактирующим с кольцом 13 и удерживающим его при сборке.For manufacturability and ease of assembly, the wedge-shaped cavity is formed by a wedge-shaped annular groove 14 made in the saddle, the end surface of the sleeve 3 and the inner surface of the housing 1, which faces the top of the wedge of the sealing element 12, and the seat 2 is provided with a shoulder in contact with the ring 13 and holding it at assembly.

Клапан работает следующим образом.The valve operates as follows.

Плунжером насоса при такте нагнетания в полости 11 и канале 6 создается избыточное давление ΔР_н рабочей среды, например жидкости, относительно рабочего давления Р₂. ΔР_н=P₁-P₂, где P₁- давление жидкости, подаваемой в клапан. Избыточное давление необходимо для отрыва таблетки 4 от седла 2. Клапан открывается при перемещении таблетки 4 на ход S во втулке 3 до упора, перекрывая канал 7 и образуя щель в полости 9 со стороны седла 2. Жидкость с большой скоростью через образовавшуюся щель и каналы 8 нагнетается в коническую полость 10, где поддерживается заданное рабочее давление Р₂=100-250 МПа, и поступает к рабочему органу. За счет воздействия рабочего давления Р₂происходит самоуплотнение элемента 12 через кольцо 13.The pump plunger during the injection stroke in the cavity 11 and channel 6 creates an excess pressure ΔP _{n of the} working medium, such as liquid, relative to the working pressure P ₂ . ΔP _n = P ₁ -P ₂ where P ₁ is the pressure of the fluid supplied to the valve. Excess pressure is necessary to tear off tablet 4 from the seat 2. The valve opens when tablet 4 is moved to stroke S in sleeve 3 until it stops, blocking channel 7 and forming a gap in cavity 9 from the side of seat 2. Liquid with high speed through the formed gap and channels 8 injected into the conical cavity 10, where the specified working pressure P ₂ = 100-250 MPa is maintained, and enters the working body. Due to the influence of the working pressure P ₂ , the element 12 self-seals through the ring 13.

При такте всасывания давление в полости 11 и канале 6 падает на величину ΔPв=P₂-P₁ и таблетка 4 под действием гидродинамической силы садится на седло 2, перекрывая канал 6, клапан закрывается.With the suction stroke, the pressure in the cavity 11 and channel 6 drops by ΔPв = P ₂ -P ₁ and the tablet 4, under the action of hydrodynamic force, sits on the seat 2, blocking the channel 6, the valve closes.

Клапан, воплощающий заявленное изобретение при его осуществлении за счет усовершенствования конструкции, способен обеспечить надежную работу при давлении рабочей среды до 250 МПа путем уменьшения турбулентности и гидродинамического сопротивления потоку рабочей среды, в результате чего возрастает ресурс работы клапана ≈ в 10 раз. Клапан имеет габариты: диаметр D_min=22 мм, длина L_min=35 мм, а благодаря простоте и универсальности может использоваться и как нагнетательный, и как всасывающий.The valve embodying the claimed invention when it is implemented due to the improvement of the design is able to provide reliable operation at a working medium pressure of up to 250 MPa by reducing turbulence and hydrodynamic resistance to the working medium flow, as a result of which the valve’s operating life is increased by 10 times. The valve has dimensions: diameter D _min = 22 mm, length L _min = 35 mm, and due to its simplicity and versatility it can be used both as a discharge and as a suction one.

Claims

1. The check valve of the plunger pump, comprising a housing with a seat, a sleeve fixed in the housing with an axial channel passing into a cavity in which a shut-off element is installed that overlaps the axial channel of the seat, a sealing assembly located between the surfaces of the parts to be sealed, consisting of a wedge-shaped sealing element, characterized in that the sleeve is made of channels whose axes are located on a circle whose diameter is equal to the diameter of the locking element made in the form of a tablet and placed in a cylindrical the sleeve cavity, the diameter of which is equal to the diameter of the tablet, while the channels of the sleeve communicate with the cylindrical cavity, which is connected through these channels and the axial channel of the sleeve with a conical cavity of the housing, and the sealing assembly is placed in a wedge-shaped cavity formed between the housing by the saddle and the sleeve and provided with a ring of elastic material in contact with the blunt end of the wedge-shaped sealing element, the top of the wedge of which is directed towards the working pressure.

2. The check valve of the plunger pump according to claim 1, characterized in that the wedge-shaped cavity is formed by a wedge-shaped annular groove made in the saddle, the end surface of the sleeve and the inner surface of the housing, which faces the top of the wedge of the sealing element, and the saddle is provided with a shoulder in contact with the ring from elastic material.