ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫЙ КЛАПАН Российский патент 2007 года по МПК F16K17/04 

Изобретение относится к области машиностроительной гидравлики, а более точно к предохранительным устройствам гидросистем машин и механизмов.

Известны различные конструкции предохранительных клапанов. Основным принципом их работы является уравновешивание воздействующего на запорный орган клапана давления рабочей жидкости усилием пружины или противодавлением [1].

В зависимости от конструктивных особенностей клапаны различаются герметичностью, чувствительностью, четкостью срабатывания, долговечностью, отсутствием или наличием автоколебаний и другими параметрами. В частности, при работе предохранительных клапанов при высоких давлениях (более 200 кгс/см) желательно, чтобы перед открытием клапана его герметичность не ухудшалась, т.е. чтобы запорный орган клапана не начинал приоткрываться и "травить", т.е. пропускать рабочую жидкость. Для этой цели желательно, чтобы в своей нагрузочной характеристике клапан перед открытием запорного органа имел ступень в давлении. Достигнуть этого можно различными способами.

Известно предохранительное устройство, в корпусе которого размещены основной и вспомогательный клапаны с шаровым запорным устройством. Для упрощения конструкции и технологии изготовления в корпусе выполнено двухступенчатое отверстие, в меньшей расточке которого установлена подпружиненная втулка, являющаяся седлом вспомогательного клапана, а в большой расточке размещено плавающее седло основного клапана, причем между упомянутыми седлами установлен шаровой элемент, являющийся запорным органом обоих клапанов [2].

Недостатками таких предохранительных устройств является неудовлетворительная герметичность запорного органа, наличие его автоколебаний и шума при срабатывании. Кроме того, с течением времени изменяется четкость их срабатывания.

Известны также предохранительные клапаны стержневого типа, которые в характеристике срабатывания имеют ступень в давлении. Особенностью конструкции таких клапанов является то, что седло запорного органа у него выполняется в виде подвижного поршня. В обычных условиях, когда давление подводимой рабочей жидкости ниже допустимого, запорный орган клапана закрыт, а подвижный поршень неподвижен [3].

При повышении давления рабочей жидкости и достижении им определенного уровня поршень такого клапана начинает перемещаться. При этом запорный орган (шарик или конус) под действием пружины перемещается вместе с поршнем, который при этом сжимает пружину. После того как шарик или конус, перекрывающий отверстие для перетока рабочей жидкости на слив, достигнет упорного стержня, площадь, на которую воздействует давление рабочей жидкости, уменьшится на величину площади отверстия, перекрываемого запорным органом. Вследствие этого нарушится равновесие сил, воздействующих на подвижный поршень со стороны рабочей жидкости и пружины. В результате этого перемещение поршня прекратится и возобновится лишь тогда, когда усилие на поршень со стороны рабочей жидкости без учета площади открытого перепускного отверстия превысит усилие пружины.

Таким образом, при срабатывании такого клапана в его характеристике образуется ступень в давлении. После того как будет преодолена эта ступень, шарик или конус оторвется от своего седла и откроет проход жидкости через отверстие в поршне клапана, т.е. клапан сработает и направит рабочую жидкость на слив.

Конструктивно такие клапаны могут быть выполнены по-разному, но, как правило, они состоят из корпуса, во внутренней полости которого установлен подпружиненный подвижный поршень с перепускным отверстием, делящий внутреннюю полость на две части, одна из которых сообщена с напорным трубопроводом и в ней установлен ограниченно перемещаемый вместе с поршнем подпружиненный запорный орган в виде шарика или конуса, который контактирует с седлом, выполненным в перепускном отверстии поршня, а другая часть соединена со сливным трубопроводом и в ней размещена пружина сжатия, воздействующая на подвижный поршень [4].

Описанный предохранительный клапан является наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и поэтому принят в качестве прототипа.

Недостатком такого клапана является то, что при его работе возникает шум и вибрация, вызванные автоколебаниями запорного органа или поршня, а также недостаточная четкость срабатывания, то есть при работе гидросистем при высоких циклических давлениях у таких клапанов имеет место снижение герметичности запорного органа, что снижает надежность их работы.

Технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является устранение указанных недостатков, а именно: повышение надежности работы предохранительного клапана путем повышения герметичности и устранения условий для возникновения автоколебаний его запорного органа или подвижного поршня.

Поставленная техническая задача достигается тем, что в известном предохранительном клапане, во внутренней полости корпуса которого установлен поршень с перепускным отверстием, делящий внутреннюю полость на две части, одна из которых сообщается с напорной магистралью и в ней установлен с возможностью ограниченного перемещения вместе с поршнем запорный орган, например в виде шарика или конуса, поджатый пружиной к седлу, выполненному в перепускном отверстии поршня, а другая часть соединена со сливной магистралью и в ней размещена воздействующая на поршень пружина сжатия, поршень выполнен в виде ступенчатого плунжера, обращен ступенью меньшего диаметра в сторону напорной магистрали и снабжен посадочным торцем, образованным перепадом ступеней плунжера с меньшим и большим диаметрами, которым он опирается на седло, образованное соответствующими расточками внутренней полости корпуса под упомянутый ступенчатый плунжер, причем перепускное отверстие выполнено на торце ступени плунжера меньшего диаметра, а торец ступени плунжера большего диаметра снабжен ограничителем перемещения, при этом внутренняя полость корпуса сообщена с напорной магистралью двумя расположенными по ходу перемещения запорного органа и ступенчатого плунжера отверстиями, между которыми расточками внутренней полости корпуса образовано дополнительное седло для запорного органа, расположенное таким образом, что при открытии ступенчатым плунжером второго бокового отверстия через него обеспечивается подвод рабочей жидкости из напорной магистрали под торец ступенчатого плунжера меньшего диаметра и одновременно путем установки запорного органа на дополнительное седло корпуса прекращается подвод рабочей жидкости от первого бокового отверстия, причем диаметр седла запорного органа в перепускном отверстии ступенчатого плунжера составляет 0,75-0,85 диаметра дополнительного седла в расточке корпуса.

Причем ограничитель перемещения ступенчатого плунжера выполнен в виде соосного цилиндрического выступа, который расположен внутри пружины сжатия, одновременно являясь ее направляющей.

Кроме того, перепускное отверстие ступенчатого плунжера выполнено в виде открытого со стороны торца меньшего диаметра осевого отверстия, сообщающегося радиальным отверстием с выполненной на наружной поверхности плунжера меньшего диаметра кольцевой канавкой, одна из боковых стенок которой совпадает с посадочным торцем ступенчатого плунжера.

Новым является то, что поршень выполнен в виде ступенчатого плунжера и обращен ступенью меньшего диаметра в сторону напорной магистрали и снабжен посадочным торцем, образованным перепадом ступеней плунжера с меньшим и большим диаметрами, которым он опирается на седло, образованное соответствующими расточками внутренней полости корпуса под упомянутый ступенчатый плунжер, причем перепускное отверстие выполнено на торце ступени плунжера меньшего диаметра, а торец ступени плунжера большего диаметра снабжен ограничителем перемещения, при этом внутренняя полость корпуса сообщена с напорной магистралью двумя расположенными по ходу перемещения запорного органа и ступенчатого плунжера отверстиями, между которыми расточками внутренней полости корпуса образовано дополнительное седло для запорного органа, расположенное таким образом, что при открытии ступенчатым плунжером второго бокового отверстия через него обеспечивается подвод рабочей жидкости из напорной магистрали под торец ступенчатого плунжера меньшего диаметра и одновременно путем установки запорного органа на дополнительное седло корпуса прекращается подвод рабочей жидкости от первого бокового отверстия, причем диаметр седла запорного органа в перепускном отверстии ступенчатого плунжера составляет 0,75-0,85 диаметра дополнительного седла в расточке корпуса.

Причем ограничитель перемещения ступенчатого плунжера выполнен в виде соосного цилиндрического выступа, который расположен внутри пружины сжатия, одновременно являясь ее направляющей.

Кроме того, перепускное отверстие ступенчатого плунжера выполнено в виде открытого со стороны торца меньшего диаметра осевого отверстия, сообщающегося радиальным отверстием с выполненной на наружной поверхности плунжера меньшего диаметра кольцевой канавкой, одна из боковых стенок которой совпадает с посадочным торцем ступенчатого плунжера.

Такое выполнение предохранительного клапана позволяет устранить известные недостатки, т.е. автоколебания запорного органа и сопутствующий им шум и вибрацию, а также добиться удовлетворительной герметичности, особенно при работе в гидросистемах с высоким циклическим давлением рабочей жидкости.

На фиг.1 изображен предохранительный клапан в закрытом состоянии, продольный разрез.

На фиг.2 изображен предохранительный клапан, но при сдвинутом давлением рабочей жидкости ступенчатом золотнике и посадке запорного элемента (шарика) на седло корпуса.

На фиг.3 изображен предохранительный клапан в полностью открытом состоянии.

Предохранительный клапан содержит корпус 1, во внутренней полости которого установлен ступенчатый плунжер 2, поджатый пружиной сжатия 3 своим посадочным торцем 4 к седлу 5. При этом плунжер 2 делит внутреннюю полость корпуса 1 на две части, одна из которых связана с напорной магистралью 6, а другая соединена со сливной магистралью 7 и баком 8.

Седло 5 образовано ступенью корпуса 1 между расточками под ступенчатый плунжер 2 с меньшим 9 и большим 10 диаметрами.

На торце 11 ступенчатого плунжера 2 с большим 10 диаметром выполнен за одно целое со ступенчатым плунжером 2 ограничитель перемещения в виде соосного цилиндрического выступа 12, который расположен внутри пружины сжатия, одновременно является ее направляющей.

На торце 13 ступени меньшего диаметра 9 расположено перепускное отверстие, которое выполнено в виде сообщающихся осевого 14 и радиального 15 отверстий, а также канавки 16, выполненной на наружной поверхности ступени плунжера 2 меньшего 9 диаметра. Причем канавка 16 своей боковой поверхностью с одной стороны примыкает к посадочному торцу 4 плунжера 2 между ступенями с меньшим 9 и большим 10 диаметрами.

В осевом отверстии 14 выполнено седло 17 запорного органа, например шарика 18 или конуса (не показан), поджатого пружиной 19 в направлении к плунжеру 2. Подвод рабочей жидкости от насоса 20 к шарику 18 и к торцу 13 ступенчатого плунжера 2 меньшего диаметра 9 осуществляется напорной магистралью 6 через расположенные по ходу перемещения ступенчатого плунжера 2 два боковых отверстия 21 и 22 корпуса 1.

На внутренней полости корпуса 1 между упомянутыми боковыми отверстиями 21 и 22 выполнено дополнительное седло 23 для шарика 18, представляющее собой расточку корпуса 1 под ступень плунжера 2 меньшего диаметра 9. Причем седло 23 расположено таким образом, что при открытии ступенчатым плунжером 2 второго бокового отверстия 22 для подвода рабочей жидкости под торец 13 шарик 18 установится на дополнительное седло 23 корпуса 1 и одновременно перекроет подвод рабочей жидкости к упомянутому торцу 13 ступенчатого плунжера 2 от бокового отверстия 21. При этом рабочая жидкость от насоса 20 через отверстие 24 и сливную магистраль 7 поступает в бак 8.

Работает предохранительный клапан следующим образом.

Рабочая жидкость от насоса 20 через напорную магистраль 5 и боковое отверстие 21 поступает к запорному шарику 18 и поджимает его к торцу 13 ступенчатого плунжера 2. При этом шарик 18 дополнительно поджат пружиной 19 к седлу 17, расположенному на торце 13 ступенчатого плунжера 2, и перекрывает проход рабочей жидкости.

Проход рабочей жидкости через боковое отверстие 22 также перекрыт ступенью плунжера 2 меньшего диаметра 9. Таким образом, рабочая жидкость через клапан на слив в бак 8 не проходит.

При повышении давления в гидросистеме до уровня, близкого к настройке предохранительного клапана, ступенчатый плунжер 2 перемещается, сжимая пружину сжатия 3, при этом его посадочный торец 4 отрывается от седла 5, а шарик 18 перемещается вслед за плунжером 2 и садится на дополнительное седло 23 корпуса 1, одновременно находясь в контакте с седлом 17. При этом происходит перекрытие подвода рабочей жидкости к торцу 13 ступенчатого золотника 2 от первого бокового отверстия 21 корпуса 1 и открывается подвод рабочей жидкости от второго бокового отверстия 22, что создает в характеристике работы клапана определенную ступень в давлении (фиг.2).

Дальнейшее повышение давления рабочей жидкости приводит к еще большему перемещению ступенчатого плунжера 2 и отрывает шарик 18 от его седла 17 на торце 13, открывая при этом проход рабочей жидкости от бокового отверстия 22 корпуса 1 через осевое 14 и радиальное 15 отверстия, а также канавку 16, отверстие 24 и сливную магистраль 7 в бак 8, т.е. клапан открывается, что приводит к сбросу давления в гидросистеме. Величина максимального перемещения ступенчатого плунжера 2 и деформация пружины 3 ограничиваются цилиндрическим выступом 12, который своим торцем может упираться в корпус 1.

При снижении давления рабочей жидкости под действием пружины 3 ступенчатый плунжер 2 возвращается на свое место, последовательно проходя все стадии аналогичные его перемещению при открытии, но в обратном порядке. При этом обеспечивается высокая четкость работы клапана, отсутствие автоколебаний запорного органа, т.е. шарика 18, и вызванных ими вибраций и шума. Кроме того, такая конструкция предохранительного клапана обеспечивает его высокую надежность и герметичность запорного органа при работе на высоких циклических давлениях.

Источники информации

1. Т.М.Башта. Машиностроительная гидравлика. Справочное пособие. М.: Машгиз, 1963 г., стр.328-329.

2. Авторское свидетельство СССР N430261, F16K 17/00, опубл. 30.05.1974, Бюл. N20.

3. Т.М.Башта. Машиностроительная гидравлика. М.: Машгиз, 1963 г., стр.342, фиг.209.

4. Т.М.Башта. Машиностроительная гидравлика. М: Машгиз, 1963 г., стр.342, фиг.209б - прототип.

Изобретение относится к области машиностроительной гидравлики и предназначено для использования в предохранительных устройствах гидросистем машин и механизмов. Предохранительный клапан содержит поршень с перепускным отверстием. Поршень делит внутреннюю полость на две части. Поршень выполнен в виде ступенчатого плунжера и обращен ступенью меньшего диаметра в сторону напорной магистрали и снабжен посадочным торцем, образованным перепадом ступеней плунжера с меньшим и большим диаметрами, которым он опирается на седло. Седло образовано соответствующими расточками внутренней полости корпуса под упомянутый ступенчатый плунжер. Перепускное отверстие выполнено на торце ступени плунжера меньшего диаметра. Торец ступени плунжера большего диаметра снабжен ограничителем перемещения. Внутренняя полость корпуса сообщена с напорной магистралью двумя расположенными по ходу перемещения запорного органа и ступенчатого плунжера отверстиями. Между отверстиями расточками внутренней полости корпуса образовано дополнительное седло для запорного органа. Диаметр седла запорного органа в перепускном отверстии ступенчатого плунжера составляет 0,75-0,85 диаметра дополнительного седла в расточке корпуса. Изобретение направлено на повышение надежности работы предохранительного клапана путем повышения герметичности и устранения условий для возникновения автоколебаний его запорного органа или подвижного поршня. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Предохранительный клапан, во внутренней полости корпуса которого установлен поршень с перепускным отверстием, делящий внутреннюю полость на две части, одна из которых сообщается с напорной магистралью, и в ней установлен с возможностью ограниченного перемещения вместе с поршнем запорный орган, например, в виде шарика или конуса, поджатый пружиной к седлу, выполненному в перепускном отверстии поршня, а другая часть соединена со сливной магистралью, в ней размещена воздействующая на поршень пружина сжатия, отличающийся тем, что поршень выполнен в виде ступенчатого плунжера и обращен ступенью меньшего диаметра в сторону напорной магистрали и снабжен посадочным торцем, образованным перепадом ступеней плунжера с меньшим и большим диаметрами, которым он опирается на седло, образованное соответствующими расточками внутренней полости корпуса под упомянутый ступенчатый плунжер, причем перепускное отверстие выполнено на торце ступени плунжера меньшего диаметра, а торец ступени плунжера большего диаметра снабжен ограничителем перемещения, при этом внутренняя полость корпуса сообщена с напорной магистралью двумя расположенными по ходу перемещения запорного органа и ступенчатого плунжера отверстиями, между которыми расточками внутренней полости корпуса образовано дополнительное седло для запорного органа, расположенное таким образом, что при открытии ступенчатым плунжером второго бокового отверстия через него обеспечивается подвод рабочей жидкости из напорной магистрали под торец ступенчатого плунжера меньшего диаметра и одновременно путем установки запорного органа на дополнительное седло корпуса прекращается подвод рабочей жидкости от первого бокового отверстия, причем диаметр седла запорного органа в перепускном отверстии ступенчатого плунжера составляет 0,75-0,85 диаметра дополнительного седла в расточке корпуса.2. Предохранительный клапан по п.1, отличающийся тем, что ограничитель перемещения ступенчатого плунжера выполнен в виде соосного цилиндрического выступа, который расположен внутри пружины сжатия одновременно являясь ее направляющей.3. Предохранительный клапан по п.1, отличающийся тем, что перепускное отверстие ступенчатого плунжера выполнено в виде открытого со стороны торца меньшего диаметра осевого отверстия, сообщающегося радиальным отверстием с выполненной на наружной поверхности плунжера меньшего диаметра кольцевой канавкой, одна из боковых стенок которой совпадает с посадочным торцем ступенчатого плунжера.