КЛАПАН ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ Российский патент 2016 года по МПК F16K11/02 F15B13/02 

Настоящее изобретение относится к клапанам, используемым в объемных насосах высокого давления, применяемых, например, для гидроприводов, в которых перепуск жидкости изменяется от минимального до полного перепуска всей производительности насоса.

Известны дифференциальные (сбалансированные) клапаны с гидравлическим уравновешиванием части усилия, развиваемого давлением жидкости. В большинстве конструкций на золотнике выполняется дополнительный поясок, связанный с основным пояском. Пружина в этом случае уравновешивает лишь давление жидкости, действующее на площадь, равную разности площадей поясков (См. Т.М. Башта. ′′Гидравлические приводы летательных аппаратов′′. М., Машиностроение, 1967, стр. 255).

Недостатком этой конструкции является большое изменение давления в зависимости от величины перепускаемого в «слив» расхода. Это происходит из-за низкого давления в зоне отсечной кромки золотника и роста реакции струи, вектор которого направлен в ту же сторону, что и усилие пружины.

Наиболее близким техническим решением является дифференциальный клапан высокого давления с устройством для уменьшения статической ошибки по давлению при перепуске жидкости в зону низкого давления. Клапан выполнен в виде дифференциальной золотниковой пары, состоящей из многоступенчатой втулки, двухпояскового золотника и устройства уменьшения статической ошибки, выполненного в виде проточной части, образованной конусообразной поверхностью втулки, конической поверхностью золотникового пояска с малым углом конусности и отражательным диском. На золотник через отражательный диск большого диаметра воздействует пружина, расположенная в зоне низкого давления. Геометрия диска выполнена таким образом, чтобы переливаемая жидкость на диске отклонялась к периферии и давление на нижней стенке диска повышалось с ростом перепускаемого расхода. Вектор силы на нижнюю сторону диска действует против усилия пружины, и, таким образом, статическая ошибка при увеличении перепуска может быть снижена или исключена. (См. Ю.А. Данилов, Ю.Л. Кирилловский, Ю.Г. Колпаков ′′Аппаратура объемных гидроприводов: Рабочие процессы и характеристики′′. М., Машиностроение, 1990, рис. 1.11, стр. 22-24.)

Недостатком данной конструкции является сложность выбора геометрии конусной части золотникового пояска и нижней части отражательного диска, что усложняет конструкцию и снижает точность регулирования.

Техническим результатом, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, является упрощение конструкции клапана и повышение точности регулирования.

Указанный технический результат достигается тем, что в клапане высокого давления, содержащем двухпоясковую дифференциальную золотниковую пару, с каналом подвода жидкости из зоны высокого давления и с каналом отвода в зону низкого давления, пружину, расположенную в зоне низкого давления, устройство уменьшения статической ошибки по давлению при перепуске жидкости выполнено в виде третьего пояска, введенного перед пружиной, и полости, образованной вторым и третьим поясками, соединенной с зонами высокого и низкого давлений через гидравлические сопротивления.

Кроме того, гидравлическое сопротивление, соединяющее полость между вторым и третьим поясками с зоной низкого давления, может быть выполнено с переменной площадью по ходу золотника.

Отличительные признаки, а именно выполнение устройства уменьшения статической ошибки по давлению при перепуске жидкости в виде третьего пояска, введенного перед пружиной, и полости, образованной вторым и третьим поясками, соединенной с зонами высокого и низкого давлений через гидравлические сопротивления, позволяют упростить конструкцию клапана и повысить точность регулирования.

Выполнение гидравлического сопротивления, соединяющего полость между вторым и третьим поясками с зоной низкого давления, с переменной площадью позволяет регулировать создаваемое усилие по ходу золотника.

Предложенный клапан представлен на фиг. 1 и 2, где на фиг. 1 показан клапан с постоянным гидравлическим сопротивлением, а на фиг. 2 - вариант клапана с переменным гидравлическим сопротивлением, и описан ниже.

Клапан высокого давления содержит корпус 1, в котором установлена дифференциальная золотниковая пара в виде втулки 2 и золотника 3. В крышке 4 корпуса 1, в зоне низкого давления, установлена пружина 5, стремящаяся поджать золотник 3 к упору 6. В корпусе 1 выполнены канал 7 подвода из зоны высокого давления (Р_В), канал 8 отвода в зону низкого давления (Р_Н) рабочей жидкости и полости 9, 10 низкого давления.

Золотник выполнен трехпоясковым: I поясок - наименьший, II - средний, III - наибольший.

Пояски I и II образуют полость 11, соединенную с зоной высокого давления каналом 7. На II-м пояске золотника выполнен отсечной торец 12, а на втулке 2 - пазы 13 для изменения расхода перепускаемой жидкости.

Пояски II и III образуют полость 14, которая вместе с пояском III и за счет соединения с зоной высокого давления через входные окна 15 и с зоной низкого давления через выходные окна 16 выполняет функцию устройства уменьшения статической ошибки по давлению при перепуске жидкости. Окна 15 и 16 представляют собой расчетные гидравлические сопротивления, создающие определенные, необходимые давления в полости 14, на различных режимах работы клапана.

Полости высокого и низкого давлений разделены манжетными уплотнениями 17, установленными на I-м и III-м поясках золотника.

На фиг. 2 полость 14 соединена с полостью 11 через окно 18, а через пазы 19 и окно 21 с зоной низкого давления. Пазы 19 представляют собой переменное гидравлическое сопротивление за счет изменения проходного сечения отсечной кромкой 20 по ходу золотника.

На фиг. 1 из полости 10 осуществляется выход полного расхода через клапан по каналу 8, на фиг. 2 полость 10 соединена с зоной низкого давления каналом 22.

Клапан работает следующим образом.

Жидкость высокого давления через канал 7 подводится внутрь втулки 2. Высокое давление жидкости воздействует на разность площадей между II-м и I-м поясками золотника и создает усилие, действующее на пружину 5. Когда усилие от давления жидкости превышает усилие затяжки пружины, отсечной торец 12 золотника 3 открывает перепуск жидкости через пазы 13. Жидкость через окна 15 проходит внутрь золотника и через окна 16 выходит в полость низкого давления.

При перепуске жидкости высокого давления отсечным торцом 12 золотника через окна 13 устанавливается большая скорость истечения, которая нарастает с увеличением расхода перепуска. При этом перед торцом 12 золотника падает давление, и золотник 3 под действием пружины стремится уменьшить открытую площадь окон 13, и тогда давление жидкости на входе стремится нарастать. Для того чтобы уменьшить или исключить статическую ошибку при перепуске жидкости площади окон 15 и 16 задаются таким образом, чтобы между ними образовалась в полости 14 делительная камера, в которой давление увеличивается с ростом перепускаемой рабочей жидкости. Давление в делительной камере воздействует на разность площадей III-го и II-го поясков золотника и создается усилие, действующее против усилия от пружины 5, и таким образом уменьшается статическая ошибка по давлению.

В полость 14 на фиг. 2, образованную окнами 18 и пазами 19, подводится только часть перепускаемого расхода. С ростом перепускаемого расхода давление в камере 14 увеличивается за счет дросселирования пазов 19 отсечной кромкой 20 золотника 3.

Полный расход через клапан осуществляется через канал 8, минуя полость 10, которая запитана отдельно через канал 22. Для исключения заброса давления в делительной камере, при полностью закрытых пазах 19, предусмотрено окно 21.

Клапан высокого давления используется для гидроприводов насосов высокого давления. Дифференциальная золотниковая пара имеет каналы подвода жидкости из зоны высокого давления и отвода жидкости в зону низкого давления. В зоне низкого давления установлена пружина. Перед пружиной выполнен третий поясок. Полость между вторым и третьим поясками соединена с зонами высокого и низкого давлений через гидравлические сопротивления. Это позволяет уменьшить статическую ошибку по заявлению при перепуске жидкости с помощью достаточно простого устройства и повысить точность регулирования клапана. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Клапан высокого давления, содержащий двухпоясковую дифференциальную золотниковую пару, канал подвода жидкости из зоны высокого давления и канал отвода в зону низкого давления, пружину, расположенную в зоне низкого давления, и устройство уменьшения статической ошибки по давлению при перепуске жидкости,
отличающийся тем, что устройство уменьшения статической ошибки по давлению при перепуске жидкости выполнено в виде третьего пояска, введенного перед пружиной, и полости, образованной вторым и третьим поясками, соединенной с зонами высокого и низкого давлений через гидравлические сопротивления.

2. Клапан высокого давления по п. 1, отличающийся тем, что гидравлическое сопротивление, соединяющее полость между вторым и третьим поясками с зоной низкого давления, имеет переменную площадь по ходу золотника.