Газовый обратный клапан

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт механики металлополимерных систем имени В.А.Белого Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Пинчук Леонид Семенович Марков Евгений Михайлович Банный Виктор Анатольевич Гольдаде Виктор Антонович Цветкова Елена Александровна Резник Валерий Дмитриевич Пашуто Виктор Юрьевич(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт механики металлополимерных систем имени В.А.Белого Национальной академии наук Беларуси(57) Газовый обратный клапан, содержащий изготовленный из эластичного материала цилиндрический корпус с осевой сквозной полостью, содержащей расположенные последовательно первый цилиндрический участок, конический участок, направленный вершиной вниз, и сопряженный с ним второй цилиндрический участок, являющийся нижним каналом, Фиг. 4 16335 1 2012.10.30 на верхнем торце цилиндрического корпуса выполнено входное отверстие, диаметр которого меньше диаметра первого цилиндрического участка, а на наружной поверхности цилиндрического корпуса выполнен крепежный фланец и установленный в цилиндрическом корпусе с возможностью перемещения в нем стержень, включающий верхнюю ступень, содержащую штуцер с осевым каналом и установленный на нем цилиндрический элемент с поперечным сквозным отверстием, сообщенным с осевым каналом, и нижнюю ступень, содержащую цилиндрическую часть, имеющую наибольший диаметр, и сопряженный с ней конический корпус, заканчивающийся цилиндрическим хвостовиком, отличающийся тем,что в нижнем торце цилиндрического корпуса соосно его осевой сквозной полости выполнена глухая кольцевая полость, охватывающая нижний канал и конический участок осевой сквозной полости цилиндрического корпуса, верхняя ступень стержня выполнена с возможностью сопряжения с входным отверстием цилиндрического корпуса по скользящей посадке, а цилиндрическая часть нижней ступени стержня, имеющая наибольший диаметр,выполнена с возможностью входить с зазором в первый цилиндрический участок осевой сквозной полости цилиндрического корпуса и снабжена сквозными пазами, параллельными оси стержня. Изобретение соответствует области устройств, предназначенных для управления расходом газа путем изменения площади сечения газового потока, а именно области обратных клапанов, предотвращающих утечки газа из емкостей, находящихся под избыточным давлением. Обратные газовые клапаны являются обязательным элементом пневматических шин медицинского назначения, применяемых для фиксации поврежденных конечностей 1. Из множества конструкций обратных клапанов, применяемых в шинах, наиболее простой является система, состоящая из двух особым образом сваренных эластичных полосок, которые выгибаются под действием давления в шине, герметизируя газовый канал 2. В обратных клапанах часто используют уплотнительный узел, состоящий из шарового запорного органа и седла, снабженного специальными посадочными поверхностями 3. Эту конструкцию, усложненную путем размещения шара между дроссельными вставками особой формы, применяют для регулирования утечек 4. Удобным в управлении является обратный клапан, состоящий из сопряженных сжимаемых пружиной пробки и колпачка,которые несут на обращенных друг к другу поверхностях винтовые контактные элементы,герметизирующие зазор между пробкой и колпачком 5. Общим недостатком этих конструкций является невысокая надежность. Более надежны клапаны, содержащие запорный узел с конусной поверхностью контакта уплотнительных деталей. Клапан 6 содержит корпус, гильзу, в которую помещена подпружиненная конусная запорная деталь, резиновое седло, крышку с резиновой манжетой и сопряженный с ней толкатель. Ее недостатки - сложная конструкция и многооперационная технология изготовления клапана. Прототипом изобретения является простой и надежный клапан 7 с конусным запорным узлом, состоящий всего из двух деталей. Первая из них - цилиндрический корпус, который выполнен из эластичного материала, снабжен крепежным фланцем на наружной поверхности и осесимметричной сквозной полостью, имеющей специальную форму. В верхней части корпуса форма полости цилиндрическая, а диаметр входного отверстия в полость меньше диаметра цилиндра. В средней - полость переходит из цилиндрической формы в коническую, вершиной вниз. В нижней части корпуса выполнен круговой сквозной канал, входящий в коническую полость. Второй деталью клапана является изготовленный из твердого материала, имеющий круговую симметрию стержень, который помещен в полость корпуса и состоит из следующих элементов. Верхняя часть стержня 2 16335 1 2012.10.30 представляет собой штуцер, по скользящей посадке сопряженный со входным отверстием корпуса. Штуцер закреплен на цилиндрическом элементе стержня, диаметр которого больше, чем диаметр штуцера, входящего с зазором в цилиндрическую полость корпуса. Цилиндрический элемент стержня переходит в конус, соответствующий конической полости корпуса. Конус снабжен поперечным сквозным отверстием, которое сообщено с осевым отверстием в штуцере, и оканчивается цилиндрическим хвостовиком, входящим с натягом в нижний канал корпуса. Недостатки прототипа шланг для воздуха, надеваемый на штуцер, должен быть надвинут на него не ниже определенного уровня, иначе при опускании стержня в нижнюю часть корпуса с целью посадки его конуса в коническое гнездо торец шланга упрется в корпус, препятствуя контактированию конуса с гнездом небольшая величина зазора между стенкой цилиндрической полости корпуса и цилиндрическим элементом стержня препятствует перетеканию воздуха и уравниванию давления в верхней и нижней частях полости корпуса, затрудняя управление клапаном степень герметичности контакта конуса с корпусом зависит только от точности выполнения конического сопряжения и практически не зависит от эластичности материала,из которого выполнен корпус. Задачи, на решение которых направлено изобретение исключить вероятность упора торца шланга, надеваемого на штуцер, в корпус клапана обеспечить свободное перетекание воздуха между верхней и нижней частями полости клапана использовать избыточное давление газа, находящегося в изделии, на котором смонтирован клапан, для повышения степени герметичности запорного узла. Поставленные задачи решаются тем, что конструкция клапана-прототипа дополнена новыми элементами, обеспечивающими новое взаимодействие деталей клапана. Известная конструкция клапана состоит из сопряженных корпуса и стержня. Корпус выполнен из эластичного материала в виде полой цилиндрической детали, несущей на поверхности цилиндра крепежный фланец. Сквозная полость содержит последовательно расположенные первый цилиндрический участок, конический участок, направленный вершиной вниз, и сопряженный с ним второй цилиндрический участок, являющийся нижним каналом. На верхнем торце корпуса выполнено входное отверстие, диаметр которого меньше диаметра первого цилиндрического участка. В корпусе с возможностью перемещения установлен стержень. Его верхняя ступень содержит штуцер с осевым каналом и установленный на нем цилиндрический элемент с поперечным сквозным отверстием, сообщенным с осевым каналом. Нижняя ступень стержня содержит цилиндрическую часть,имеющую наибольший диаметр, и сопряженный с ней конический корпус, оканчивающийся цилиндрическим хвостовиком, входящим в нижний канал корпуса по посадке с натягом. Эта конструкция дополнена следующими новыми элементами. Цилиндрическая часть стержня выполнена ступенчатой. Верхняя ступенька с диаметром, большим диаметра штуцера, сопряжена по скользящей посадке со входным отверстием в корпусе. Ее высота такова, что при упоре конусной части стержня в коническое гнездо корпуса торец ступеньки выступает над корпусом. Верхняя ступенька расположена соосно на нижней цилиндрической ступеньке, которая сопряжена по посадке с зазором с цилиндрической полостью корпуса и снабжена пазами, выполненными по всей длине цилиндрической образующей нижней ступеньки. В нижнем торце корпуса соосно имеющейся в нем сквозной полости выполнена еще одна глухая кольцевая полость, охватывающая нижнюю цилиндрическую и коническую части сквозной полости. Сущность изобретения состоит в следующем. 3 16335 1 2012.10.30 1. Сопряжение входного отверстия в корпусе не со штуцером, а с верхней цилиндрической ступенькой стержня позволяет надевать на штуцер трубку для подачи воздуха, не контролируя глубину ее посадки, вплоть до упора трубки в верхнюю ступеньку. Таким образом исключается вероятность упора трубки в торец корпуса, обусловливающего невозможность посадки конуса в коническое гнездо корпуса и негерметичность запорного узла. 2. Выполнение сквозных пазов на нижней цилиндрической ступеньке стержня обеспечивает свободное перетекание воздуха между нижней и верхней частями полости клапана. Это исключает возникновение перепада давления в полости, затрудняющего управление клапаном путем перемещения стержня в корпусе по вертикали. 3. Глухая кольцевая полость в нижней части эластичного корпуса позволяет реализовать эффект самоуплотнения запорного узла клапана. Избыточное давление воздуха в изделии, несущем клапан, прижимает податливую стенку корпуса к коническому участку стержня, увеличивая контактное давление и степень герметичности клапана. Пример предложенной конструкции газового обратного клапана приведен на рисунках фиг. 1 - поперечное сечение корпуса, фиг. 2 - фронтальный вид стержня, фиг. 3 - поперечное сечение А-А стержня, фиг. 4 и 5 - клапан в сборе во время и после надувания изделия. На фиг. 1 изображен цилиндрический корпус клапана, изготовленный из эластичного материала. На наружной поверхности корпуса закреплен крепежный фланец 1. Круглая осевая сквозная полость в корпусе состоит из цилиндрических 2 и 3 и конического 4 участков. Диаметротверстия 5, выполненного в верхнем торце корпуса, меньше диаметрацилиндрической части 2 полости,, вследствие чего на входе в полость образован кольцевой заплечик 6. В нижнем торце корпуса соосно сквозной полости выполнена глухая полость 7 таким образом, что конический участок сквозной полости образован эластичной стенкой 8. Сопряженный с корпусом стержень (фиг. 2) имеет круговую симметрию и состоит из следующих элементов. Штуцер 9, снабженный осевым каналом 10 и кольцевой нарезкой 11 на наружной поверхности, укреплен на цилиндрическом элементе 12, диаметр которого больше диаметра штуцера. Элемент 12 выполнен соосно цилиндрической части 13 стержня, снабжен сквозными (фиг. 3) пазами 14, параллельными оси стержня, и переходит в корпус 15. Последний соответствует полой конической части 4 корпуса и оканчивается цилиндрическим хвостовиком 16. В конусе 15 выполнено поперечное сквозное отверстие 17, сообщенное с каналом 10. Сборку клапана осуществляют, вставляя стержень в корпус через отверстие 6, диаметр которогоменьше диаметра цилиндрической части 13 стержня. Это удается благодаря эластичности материала, из которого выполнен корпус, обусловливающей отгибание в полость 2 заплечика 6 и растяжение отверстия 5. В собранном клапане (фиг. 4) цилиндрический элемент 12 сопряжен по посадке скольжения с отверстием 5 корпуса, цилиндрическая часть 13 стержня установлена с зазором в цилиндрическом участке 2 полости корпуса. В нижнем положении стержня хвостовик 16 входит в канал 3, образованный эластичными стенками корпуса, с натягом (фиг. 5). На штуцер 9 надет шланг 18 для подачи сжатого воздуха, плотное соединение шланга со штуцером обеспечивается благодаря кольцевой нарезке 11. С помощью фланца 1 клапан закреплен (приклеен, приварен) на стенке 19 надуваемого изделия. Клапан работает следующим образом. При надувании изделия (фиг. 4) стержень находится в корпусе в верхнем положении. Между конусом 15 и стенкой конической полости 4 образован зазор толщиной ,хвостовик 16 удален от цилиндрического канала 3 корпуса. Воздух, нагнетаемый по шлангу 18, через канал 10 и отверстие 17 попадает в полость корпуса и проходит через зазорв канал 3, а затем в полость изделия, ограниченную стенками 19. 4 16335 1 2012.10.30 Когда давление в изделии достигает требуемого значения (фиг. 5), нажимают на элемент 12 и опускают стержень в нижнее положение. Сжатый воздух перетекает по пазам 14, уравнивая давление в полости корпуса выше и ниже цилиндрической части 13 стержня. Благодаря этому для перемещения стержня вниз не требуется преодолевать давление сжатого воздуха, и запирание клапана осуществляется легко. Хвостовик 16 входит с натягом в канал 3, конус 15 садится в коническое гнездо полости 4, избыточное давление воздуха в изделии прижимает стенку 8 к конусу. В результате обеспечивается надежная герметизация полости изделия в течение длительного времени. В нижнем положении стержня торец элемента 12 находится не ниже заплечиков 6, обеспечивая перемещение стержня строго по вертикали без перекосов. Шланг 18 (фиг. 5) снят, даже надвинутый на штуцер до упора в элемент 12, не касается верхнего торца корпуса и не мешает управлению клапаном. Таким образом, задачи, поставленные при создании изобретения, решены. Газовый обратный клапан найдет применение в полых тонкостенных изделиях, находящихся под избыточным давлением в мячах, надувных игрушках, плавсредствах, а также в изделиях медицинской техники, прежде всего, в надувных шинах для иммобилизации поврежденных конечностей и других частей тела. Источники информации 1. Пожарский В.Ф. Шины // БСЭ. - Т. 29, 1978. - С. 1209-1210. 2. Патент 2141597, МПК 16 15/20,60 29/00, 1999. 3. Патент 2324097, МПК 16 15/00, 15/04, 2007. 4. Патент 5022422, МПК 16 31/00, 1991. 5. Патент 7063102, МПК 16 15/20, 2006. 6. Заявка 97 119950, МПК 16 15/20, 1999. 7. Патент 2859932, МПК 16 15/20, 15/00, 1958 (прототип). Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 6