Обратный поворотный клапан

 

Изобретение относится к арматуростроению и предназначено для надежного перекрытия обратного потока жидкой среды в трубопроводах. Обратный поворотный клапан содержит корпус, установленный на шарнирном соединении с осью подвижный затвор. Затвор разделяет проточную часть на входную и выходную полости. На затворе со стороны входной полости под углом к его уплотнительной поверхности и параллельно оси расположены с зазором друг относительно друга и затвора пластины. Последние связаны друг с другом и с затвором посредством ребер жесткости. Ребра жесткости расположены параллельно друг другу, перпендикулярно пластинам и оси подвижного шарнира. Изобретение направлено на повышение технологичности и упрощение конструкции обратного поворотного клапана за счет снижения динамического сопротивления потоку текучей среды, стабилизации рабочего потока среды и снижения коэффициента пульсации. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к арматуростроению и может быть использовано для перекрытия обратного потока среды в трубопроводах.

Известен обратный поворотный клапан (ОПК), включающий корпус с двумя проходными каналами, размещенный в корпусе на шарнирном соединении подвижный затвор (см. патент на полезную мод. РФ 9037, F 16 K 15/03, оп. 01.99 г.).

Недостатком данной конструкции ОПК является то, что для удержания затвора в открытом положении он должен находиться под углом 30-40 градусов к потоку среды, из-за этого создается значительное сопротивление потоку, для пульсирующих потоков необходимое усилие прижима затвора к корпусу трудно обеспечить из-за значительной массы затвора, который должен быть прочным для ОПК с Ду 200...2000 мм. Это приводит к вибрации затвора. В результате обтекания потоком округлых поверхностей затвора создаются нежелательные вихревые течения, дестабилизирующие поток среды, что приводит к еще большим пульсациям скорости потока, вибрации затвора и всей системы трубопровода.

Известен обратный затвор, содержащий корпус, поворотный диск, разделяющий проточную часть корпуса на входную и выходную полости, кинематически связанные с валом гидропривод и гидродемпфер (см. патент РФ 2168096, МКИ F 16 K 15/03, БИ 15, 05.2001 г.).

Недостатком данного устройства является громоздкость внешних конструкций, сложность конструкции, энергетические потери потока из-за сопротивления течению среды. Округлая форма затвора способствует образованию боковых вихревых течений, дестабилизирующих пульсирующий поток, что приводит к увеличению вибрации и шумов.

Заявленное изобретение решает задачу повышения технологичности и упрощения конструкции ОПК за счет исключения всевозможных приводных демпфирующих устройств, снижения динамического сопротивления потоку текучей среды, а также стабилизации рабочего потока среды, снижения коэффициента пульсаций.

Поставленная задача решается в ОПК, содержащем корпус, установленный на шарнирном соединении с осью подвижный затвор, разделяющий проточную часть корпуса на входную и выходную полости, на затворе со стороны входной полости под углом к его уплотнительной поверхности и параллельно оси расположены с зазором пластины, связанные друг с другом и с затвором посредством ребер жесткости, расположенных параллельно друг другу, перпендикулярно пластинам и оси подвижного шарнира.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на фиг.1 которого изображен ОПК в разрезе, положение "Закрыто", на фиг.2 изображен ОПК в разрезе, положение "Открыто", на фиг.3 - вид 1 на фиг.2, на фиг.4 - сечение 2-2 фиг.2.

ОПК, содержащий корпус 1, установленный на шарнирном соединении 2 с осью 3, подвижный затвор 4 с уплотнительной поверхностью 5, разделяющий проточную часть корпуса 1 на входную 6 и выходную 7 полости. Для герметизации со стороны горловины 8 установлены пробка 9, сухари 10, диск 11, крепежный элемент 12. На затворе 4 со стороны входной полости 6 под углом α_i к его уплотнительной поверхности 5 и параллельно оси 3 расположены с зазором пластины 13, связанные друг с другом и с затвором посредством поперечных ребер жесткости 14, расположенных параллельно друг другу, перпендикулярно пластинам 13 и оси 3 подвижного шарнира 2, причем ребра 14 и пластины 13 образовывают пространственную аэродинамическую решетку. Со стороны входной полости 5 установлено седло 15 с уплотняющей поверхностью 16 и диаметром d отверстия для прохода текучей среды. Уплотнительная поверхность 5 имеет геометрическую ось 17. Ось 3 имеет геометрическую ось 18.

Устройство работает следующим образом. После запуска насоса прямой поток поступает во входную полость 6 и за счет перепада давления на затворе происходит его перемещение в открытое положение (обычно угол наклона уплотнительной поверхности 5 к направлению потока составляет 30...40 град, т.к. по мере поднятия затвора 4 подъемная сила, действующая на него, уменьшается, удерживать затвор в таком положении затруднительно при малых углах наклона к потоку, особенно при его значительной массе для больших Ду и низких скоростях потока). Одновременно на каждую из пластин 13 начинает действовать подъемная сила, приложенная к фокусу пластины, суммарная подъемная сила становится достаточной, чтобы затвор 4 был полностью выведен из зоны потока среды, при этом он займет горизонтальное положение, а пластины 13 имеют наклон к уплотнительной поверхности 5 и к направлению скорости потока угол α_i. Величина аэродинамической подъемной силы, действующей на каждую из пластин 13, может быть определена по формуле F_i=S_i•C_y•ρ•V²/2, гдe S_i=a_i•b_i - площадь i-й пластины 13, i= 1, 2, 3... ; С_у=2πα_i - поправочный коэффициент; α_i - угол наклона пластин 13 к направлению потока, в данном случае к уплотняемой поверхности 5 затвора 4, которая параллельна вектору скорости потока, в рад. (см. Краснов М.Ф. Прикладная аэродинамика. - Л.: Высшая школа, 1974).

Для уравновешенной системы сумма моментов относительно геометрической оси 18 равна нулю, поэтому можно записать K_п•P₀-L∑F_i•K_i=0, где К_п - коэффициент запаса, учитывающий пульсацию скорости потока, K_п= 1,3 для коэффициента пульсации 0,2; P₀ - вес затвора вместе с пластинами и ребрами жесткости (аэродинамической решеткой), Н; F_i - аэродинамическая подъемная сила, действующая на i-ю пластину 13, Н;
L - плечо приложения силы Р, м;
К_i - плечо приложения силы F_i, м.

Расположение пластин 13, параметры α_i a_i, b_i, количество пластин, их параллельное расположение могут быть различными в зависимости от размеров, веса затвора с пластинами, динамических параметров потока и требований по стабилизации потока после ОПК, с учетом общего требования наименьшего аэродинамического сопротивления системы пластин и максимального демпфирующего влияния на текучую среду. Таким образом, пластины 13 позволяют создать аэродинамическую подъемную силу, уравновешивающую силу тяжести затвора 4 с пластинами 13, ребрами 14, и обеспечить надежный прижим затвора 4 к пробке 9. Полностью выведенный из зоны потока затвор 4 не создает сопротивления потоку, сопротивление же пластин 13, ребер 14 незначительно. Пластины 13 выполняют функции источника подъемной силы затвора 4 и одновременно улучшают динамические характеристики потока (снижают коэффициент пульсации, стабилизируют поток). Когда пластины 13 имеют значительную толщину из соображений эрозионной стойкости, передние и задние кромки пластин 13, ребер 14 могут быть заострены или выполняться в виде специального аэродинамического обтекаемого профиля. Прямоугольная форма пластин 13 выбрана неслучайно, любые закругления передних, задних, боковых кромок создают нежелательные вихревые слои с различными скоростными градиентами, приводящие к завихрениям потока, его дестабилизации, потерям энергии, вибрации и т.д.

Компактность устройства, отсутствие внешних демпфирующих элементов (решетка выполняет функции демпфера) позволяют использовать ОПК на подводных и подземных трубопроводах. Значительное демпфирующее влияние пластин и ребер жесткости на динамические характеристики потока позволяют использовать данное изобретение в ОПК с Ду до 3000 мм для высокоскоростных пульсирующих газовых, многокомпонентных и жидких сред.

Области использования данного технического решения ОПК:
- паровая и газовая арматура,
- технологические газогидравлические процессы,
- системы транспортирования газообразных сред,
- газовая, нефтяная промышленность,
- водоснабжение, вентиляция.

Формула изобретения

1. Обратный поворотный клапан, содержащий корпус, установленный на шарнирном соединении с осью подвижный затвор, разделяющий проточную часть на входную и выходную полости, отличающийся тем, что на затворе со стороны входной полости под углом к его уплотнительной поверхности и параллельно оси расположены с зазором друг относительно друга и затвора пластины, связанные друг с другом и с затвором посредством ребер жесткости, расположенных параллельно друг другу, перпендикулярно пластинам и оси подвижного шарнира.

2. Обратный поворотный клапан по п.1, отличающийся тем, что пластины имеют прямоугольную форму, угол наклона их к уплотнительной поверхности затвора выбирают в пределах 5-15°, а передние и задние кромки выполнены заостренными.

3. Обратный поворотный клапан по п.1, отличающийся тем, что пластина и ребра жесткости пластины выполнены в виде пространственной аэродинамической решетки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4