ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫЙ КЛАПАН Российский патент 2008 года по МПК F16K17/02 

Изобретение относится к области машиностроительной гидравлики, а более точно к предохранительным клапанам 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 (см. Т.М.Башта. Машиностроительная гидравлика. Справочное пособие. М., «Машгиз», 1963 г., Стр.328-345).

При определенном давлении рабочей жидкости предохранительный клапан должен срабатывать, т.е. открываться и пропускать определенное количество жидкости на слив. При снижении давления ниже давления срабатывания запорный орган клапана должен плотно сесть на седло и перекрыть проход рабочей жидкости. Клапаны отличаются чувствительностью, быстродействием, разбросом давления срабатывания и другими параметрами.

Наибольшей чувствительностью и быстродействием обладают предохранительные клапаны прямого действия, т.е. такие, у которых размер рабочего окна изменяется только от воздействия на него давления рабочей жидкости. Вместе с тем в момент открытия запорного органа у таких клапанов происходит значительный заброс (всплеск) рабочего давления, превышающий давление срабатывания, что может привести к разрушению маслопроводов и повреждению конструкции гидроагрегатов. Поэтому при проектировании или подборе таких предохранительных клапанов стремятся сохранить их чувствительность и быстродействие, но уменьшить величину первоначального заброса давления.

Наиболее простым как по конструкции, так и по технологии изготовления является шариковый предохранительный клапан, запорный орган которого выполнен в виде подпружиненного шарика. Затяжка пружины сжатия может быть постоянной или регулируемой. Шариковые предохранительные клапаны обладают высокой чувствительностью и быстродействием срабатывания, однако при длительной работе шарик под действием вибраций разбивает свое гнездо. Поэтому шариковые предохранительные клапаны применяются в системах с низким давлением рабочей жидкости для случаев с эпизодическим срабатыванием.

Клапаны с конусным запорным органом относятся к тому же типу клапанов прямого действия, что и шариковые, однако при их изготовлении требуется большая точность механической обработки в отношении соосности цилиндрической и конусной частей запорного органа и корпуса (см. Т.М.Башта. Машиностроительная гидравлика. Справочное пособие. М., «Машгиз», 1963 г., Стр.328, 329, фиг.201).

Известен предохранительный клапан прямого действия US 4063594 А, кл. Е21В 43/00, 20.12.1977 (5 с.), содержащий корпус, внутренняя полость которого разделена на камеры нагнетания, установки пружины запорного органа и слива, в камере слива размещен запорный орган в виде шарика, поджатый к седлу пружиной через толкатель в виде плунжера, установленного в отверстии внутренней перегородки корпуса, разделяющей камеру слива и камеру установки пружины запорного органа, причем камера установки пружины запорного органа и камера нагнетания сообщены между собой отверстием, а седло запорного органа выполнено в виде втулки, закрепленной в камере нагнетания соосно продольной оси симметрии внутренней полости корпуса.

Описанный предохранительный клапан прямого действия по совокупности признаков является наиболее близким к предлагаемому и принят в качестве прототипа. Он обладает небольшими размерами, малым разбросом давлений открытия и закрытия (малым гистерезисом), однако сложен и трудоемок в изготовлении, кроме того, в этом клапане невозможна замена запорного органа одного вида на другой, например конуса на шарик или наоборот, что требуется в целях унификации конструкции деталей при изготовлении клапанов разного назначения, например более дешевых шариковых, предназначенных для низких рабочих давлений, и более дорогих конусных для работы на высоких давлениях.

Технической задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является устранение описанных недостатков, а именно: упрощение конструкции и снижение трудоемкости изготовления при одновременной унификации конструкции для производства предохранительных клапанов как с шариковым, так и с конусным запорными органами при одновременном достижении их высоких технических характеристик.

Поставленная техническая задача достигается тем, что в предохранительном клапане, содержащем корпус, внутренняя полость которого разделена на камеры нагнетания, установки пружины запорного органа и слива, в камере слива размещен запорный орган, например в виде шарика или конуса, поджатый к седлу пружиной через толкатель в виде плунжера, установленного в отверстии внутренней перегородки корпуса, разделяющей камеру слива и камеру установки пружины запорного органа, причем камера установки пружины запорного органа и камера нагнетания сообщены между собой отверстием, а седло запорного органа выполнено в виде втулки, закрепленной в камере нагнетания соосно продольной оси симметрии внутренней полости корпуса. Причем втулка седла запорного органа закреплена в расточке камеры нагнетания корпуса при помощи выполненной на ее наружной поверхности и в расточке камеры нагнетания резьбы, внутренний торец втулки уплотнен с расточкой корпуса камеры слива при помощи выполненной на нем контактной конусной или сферической поверхности, а в стенке втулки выполнено, по крайней мере, одно радиальное отверстие, сообщающее камеру нагнетания с камерой установки пружины запорного органа.

Запорный орган в виде конуса со стороны плунжера снабжен направляющей, например в виде цилиндрического выступа, который установлен в выполненном в торце плунжера отверстии, сообщенном с камерой слива.

Кроме того, торец плунжера со стороны запорного органа выполнен конусным для запорного органа в виде шарика.

Новым в изобретении является то, что втулка седла запорного органа закреплена в расточке камеры нагнетания корпуса при помощи выполненной на ее наружной поверхности и в расточке камеры нагнетания резьбы, внутренний торец втулки уплотнен с расточкой корпуса камеры слива при помощи выполненной на нем контактной конусной или сферической поверхности, а в стенке втулки выполнено, по крайней мере, одно радиальное отверстие, сообщающее камеру нагнетания с камерой установки пружины запорного органа.

Новым является также то, что запорный орган в виде конуса со стороны плунжера снабжен направляющей, например в виде цилиндрического выступа, который установлен в выполненном в торце плунжера отверстии, сообщенном с камерой слива.

Кроме того, новым является то, что торец плунжера со стороны запорного органа, выполнен конусным для запорного органа в виде шарика.

Такое выполнение по сравнению с прототипом позволяет значительно снизить колебания давления при срабатывании клапана, а также упростить его конструкцию и технологию изготовления, снизить трудоемкость, уменьшить габариты, а также унифицировать конструкцию для использования различных видов запорных органов, при этом обеспечить высокие качественные показатели работы.

На фиг.1 изображен предохранительный клапан, продольный разрез.

На фиг.2 - то же, вариант исполнения.

Предохранительный клапан содержит корпус 1, внутренняя полость которого разделена на камеры нагнетания 2, слива 3 и установки 4 пружины 5 запорного органа. В камере слива 3 помещен запорный орган, например в виде шарика 6 или конуса 7 (фиг.2). Пружина 5 через толкатель в виде плунжера 8 поджимает запорный орган в виде шарика 6 или конуса 7 к седлу 9, отделяя камеру слива 3 от камеры нагнетания 2. Плунжер 8 установлен в отверстии 10 внутренней перегородки 11 корпуса 1. При этом камера 4 установки пружины запорного органа выполнена глухой, так как внутренней перегородкой 11 и установленным в отверстии 10 плунжером 8 она отделена от камеры слива 3, т.е. гидравлически с ней не сообщается.

Для того чтобы уменьшить размеры используемой пружины 5 запорного органа, а также обеспечить демпфирование последнего, камера 4 установки пружины 5 запорного органа сообщена с камерой нагнетания 2 посредством соединенных друг с другом отверстий 12 и 13. Причем отверстие 12 сообщено с глухой камерой 4 установки пружины 5 запорного органа и выполнено в корпусе 1 параллельно оси его внутренней полости, а отверстие 13 выполнено радиально и сообщено с камерой нагнетания 2 под седлом 9 запорного органа. При этом отношение площадей поперечных сечений отверстия 10 во внутренней перегородке 11 под плунжер 8 и отверстия седла 9 запорного элемента находится в пределах 0,5...0,9.

Седло 9 запорного органа выполнено в виде резьбовой втулки 14 (фиг.1), которая закреплена в камере нагнетания 2 соосно продольной оси симметрии внутренней полости корпуса 1. Упомянутая втулка 14 по своему ввернутому внутреннему торцу 15 со стороны камеры слива 3 герметично уплотнена с расточкой 16 камеры нагнетания 2 посредством выполнения на торце 15 конусной или сферической поверхности 17 и ее контакта с ребром 18 корпуса 1 под камеру слива 3. При этом расточка 16 камеры нагнетания 2 сообщается отверстием 12 с камерой 4 установки пружины 5 запорного органа, а в стенке втулки 14 выполнено, по крайней мере, одно радиальное отверстие 13, сообщающее расточку 16 с камерой нагнетания 2.

В варианте исполнения по фиг.2 запорный орган выполнен в виде конуса 7, снабженного направляющей, выполненной в виде цилиндрического выступа 19, который установлен в отверстии 20, выполненном в торце плунжера 8 и сообщенном с камерой слива 3. Для запорного органа в виде шарика 6 торец плунжера 8 со стороны запорного органа снабжается направляющим конусом 21. Камера нагнетания 2 соединена с насосом 22, а камера слива 3 - с баком 23.

Работает предохранительный клапан следующим образом. Рабочая жидкость от насоса 22 поступает в камеру нагнетания 2 клапана и посредством отверстий 12 и 13 - в камеру 4 установки пружины 5 запорного органа корпуса 1. При превышении давления рабочей жидкости в камере нагнетания 2 давления настройки предохранительного клапана, т.е. усилия пружины 5, шарик 6 или конус 7 отжимаются от седла 9 и через плунжер 8 сжимают пружину 5. Через образовавшуюся вокруг шарика 6 или конуса 7 кольцевую щель рабочая жидкость из камеры нагнетания 2 перепускается в камеру слива 3 и далее по трубопроводу в бак 23. При падении давления рабочей жидкости в камере нагнетания 2 ниже давления настройки клапана шарик 6 или конус 7 под действием пружины 5 садится на седло 9 и перекрывает поток рабочей жидкости из камеры нагнетания 2 в камеру слива 3.

Такое выполнение предохранительного клапана обеспечивает решение нескольких задач.

Во-первых, позволяет значительно уменьшить размеры пружины 5 запорного органа за счет использования эффекта гидравлического уравновешивания некоторой части усилия, воспринимаемого шариком 6 или конусом 7 от давления рабочей жидкости, что особенно актуально при работе с большими давлениями рабочей жидкости.

Во-вторых, рабочая жидкость, находящаяся в камере 4 установки пружины 5, обеспечивает гидравлическое демпфирование запорного органа и предохраняет его от колебаний и, как следствие, от соударений с седлом 9, уменьшая их взаимный износ и потерю герметичности. Поэтому при работе клапана отсутствуют вибрации и шум, обеспечивается его высокая надежность работы и герметичность. При этом конструкция клапана проста, отличается малой трудоемкостью изготовления, а габариты клапана, а значит, его материалоемкость, меньше чем у известных клапанов - аналогов того же назначения.

В-третьих, конструкция клапана универсальна и позволяет использовать запорные органы как в виде шарика 6, так и в виде конуса 7.

Изобретение относится к области машиностроительной гидравлики, к предохранительным клапанам гидросистем машин и механизмов. Предохранительный клапан содержит корпус. Внутренняя полость корпуса разделена на камеры нагнетания, установки пружины запорного органа (ЗО) и слива. В камере слива размещен ЗО, например в виде шарика или конуса. ЗО поджат к седлу пружиной через толкатель в виде плунжера. Плунжер установлен в отверстии внутренней перегородки корпуса. Перегородка разделяет камеру слива и камеру установки пружины ЗО. Камера установки пружины ЗО и камера нагнетания сообщены между собой отверстием. Седло ЗО выполнено в виде втулки. Она закреплена в расточке камеры нагнетания корпуса соосно продольной оси симметрии внутренней полости корпуса при помощи резьбы. Резьба выполнена на ее наружной поверхности и в расточке камеры нагнетания. Внутренний торец втулки уплотнен с расточкой корпуса камеры слива при помощи выполненной на нем контактной конусной или сферической поверхности. В стенке втулки выполнено, по крайней мере, одно радиальное отверстие, сообщающее камеру нагнетания с камерой установки пружины ЗО. Изобретение упрощает конструкцию и снижает трудоемкость изготовления при одновременной унификации конструкции. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Предохранительный клапан, содержащий корпус, внутренняя полость которого разделена на камеры нагнетания, установки пружины запорного органа и слива, в камере слива размещен запорный орган, например, в виде шарика или конуса, поджатый к седлу пружиной через толкатель в виде плунжера, установленного в отверстии внутренней перегородки корпуса, разделяющей камеру слива и камеру установки пружины запорного органа, причем камера установки пружины запорного органа и камера нагнетания сообщены между собой отверстием, а седло запорного органа выполнено в виде втулки, закрепленной в камере нагнетания соосно продольной оси симметрии внутренней полости корпуса, отличающийся тем, что втулка седла запорного органа закреплена в расточке камеры нагнетания корпуса при помощи выполненной на ее наружной поверхности и в расточке камеры нагнетания резьбы, внутренний торец втулки уплотнен с расточкой корпуса камеры слива при помощи выполненной на нем контактной конусной или сферической поверхности, а в стенке втулки выполнено, по крайней мере, одно радиальное отверстие, сообщающее камеру нагнетания с камерой установки пружины запорного органа.2. Предохранительный клапан по п.1, отличающийся тем, что запорный орган в виде конуса со стороны плунжера снабжен направляющей, например, в виде цилиндрического выступа, который установлен в выполненном в торце плунжера отверстии, сообщенном с камерой слива.3. Предохранительный клапан по п.1, отличающийся тем, что торец плунжера со стороны запорного органа выполнен конусным для запорного органа в виде шарика.