Предохранительный клапан Советский патент 1992 года по МПК F16K17/04 

Изобретение относится к разгрузочным устройствам, предназначенным для защиты от перегрузки гидравлических и пневматических систем и связанных с ними механизмов, а также может быть использовано в буровых поршневых насосах.

Цель изобретения - повышение надежности предохранительного клапана.

На фиг.1 показан предохранительный клапан для жидкостей и газов в положении закрыто, разрез; на фиг.2 - клапан в момент открытия, когда начинается выброс рабочей среды через выходной патрубок; на фиг.З - предохранительный клапан для жидкостей и газов, установленный на буровом насосе.

Предохранительный клапан для жидкостей и газов содержит корпус 1 с угловым

расположением входного 2 и выходного 3 патрубков, клапан 4. выполненный в виде ступенчатого штока с диаметрами цилиндрических рабочих поверхностей Dud, направляющие втулки 5 и 6, рычаг 7, звенья 8 и 9, пружины 10, устройство 11 для создания нагрузки на пружины, устройство 12 для возврата клапана 4 в исходное положение, т.е. в положение закрыто. Втулка 5 выполняет роль седла.

Рычаг 7 шарнирно закреплен на корпусе 1 при помощи оси 13, звенья 8 и 9 шэр- нирно соединены с рычагом 1, клапаном 4 и между собой осями соответственно 14,15 и 16. Винт 17 ограничивает перемещение рычага 7 против часовой стрелки. Винт 18 служит для регулирования величины а отклонения звена 9 от центральной оси. На

А

корпусе 1 установлена шкала 19, вдоль которой перемещается указатель давления 20, закрепленный на траверсе 21 устройства 11.

На шкале 19 нанесены деления-риски, рядом с риской указано давление вне среды. Цена делений шкалы и ее размеры выбраны с теоретической характеристикой пружин 10 и диапазоном, в котором может изменяться рабочее давление среды.

По обе стороны от оси входного патрубка 2 смонтированы направляющие втулки 5 и 6, направляющие втулки снабжены уплот- нительными поясками диаметрами соответственно d и D.

Эластичное уплотнительное кольцо 22 надежно герметизирует корпус 1 по диаметру D, когда клапан 4 находится в исходном положении, а также при его движении из исходного (положения в положение открыто, обозначенное на фиг.1 штрихпунктир- ными линиями. Эластичное уплотнительное кольцо 23 образует с направляющей втулкой 5 герметичный затвор по диаметру d, когда клапан А находится в исходном положении, а также в начальной (первой) фазе срабатывания предохранительного клапана.

Для защиты эластичного уплотнитель- ного кольца 23 от повреждения в момент, когда начинается выброс рабочей среды через канал диаметром d выходного патрубка, клапан снабжен направляющим цилиндрическим пояском 24 и кожухом 25, а на направляющей втулке 5 выполнена проточка 26, обеспечивающая сопряжение кожуха и направляющей втулки с достаточными зазорами а «сходном положении клапана (см. фиг.1).

Благодаря наличию направляющего цилиндрического пояска 26 процесс срабатывания предохранительного клапана приобретает дополнительную, переходную (вторую) фазу, когда эластичное уплотнительное кольцо уже вышло из направляющей втулки и продолжает удаляться от зоны интенсивного воздействия рабочей среды, а кольцевая щель, необходимая для того, чтобы начался ее выброс через выходной патрубок, еще не образовалась.

На фиг.2 показано положение клапана 4 в момент, когда образуется кольцевая щель шириной Ь, и начинается интенсивный выброс рабочей среды через выходной патрубок (заключительная, третья фаза срабатывания предохранительного клапана). При этом эластичное уплотнительное кольцо 23 находится на расстоянии m + n от кольцевой щели и надежно закрыто кожухом 25 с перекрытием ияселичину т.

Экспериментальным путем установлено, что длина участков тип направляющего цилиндрического пояска должна находиться в пределах

0,2d (m + n) 0,3d;

0,1 d m 5 0,15d.

Рабочая среда, например буровой раствор, может содержать твердые частицы, которые, осаждаясь, могут накапливаться в

полости А (см. фиг.1), препятствуя заведению клапан 4 в исходное положение после срабатывания предохранительного клапана. Для предотвращения этого нежелательного явления предохранительный клапан

необходимо монтировать так, чтобы ось входного патрубка 2 располагалась вертикально (см. фиг.З). В этом случае твердые частицы, содержащиеся в буровом растворе, осаждаясь, будут попадать в проточную

воду выходного трубопровода и выноситься потоком.

Для того, чтобы установить предохранительный клапан в исходное рабочее положение, необходимо при помощи рукоятки

устройства 12, жестко связанной с осью 14, повернуть звено 8 против часовой стрелки до упора, т.е. до такого положения, когда звено 9 коснется установочного конца винта 18. при этом клапан 4 переместится в сторону выходного патрубка, и ступень диаметра d войдет в контакт с уплотнительным пояском направляющей втулки 5. Далее, создавая нагрузку на пружины 10 при помощи устройства 11, подводят указатель давления

к риске на шкале 19, соответствующей предельному значению рабочего давления среды.

Предохранительный клапан работает

следующим образом.

Рабочая среда при давлении Рр поступает через канал входного патрубка 2 (см, фиг.1) в полость А корпуса 1 и воздействует на подвижный ступенчатый шток - клапан 4,

герметизирующий корпус 1 по цилиндрическим поверхностям с диаметрами D и d. Ввиду неравенства диаметром D и d клапан 4 приобретает свойства дифференциального штока. Результирующее усилие, равное

произведению давления Рр на активную площадь дифференциального штока, направлено вдоль оси предохранительного клапана в сторону оси 14; в точке контакта звена 9 с установочным концом винта 18

усилие, действующее на клапан 4, раскладывается на две составляющие: усилие, дей- етаующее вдоль центральной оси предохранительного клапана и образующее момент сил М-), который стремится повернуть рычаг 7 по часовой стрелке относительно оси 13, м усилие, направленное вдоль оси винта 18 и образующее момент сил М2 с направлением против часовой стрелки относительно оси 13.

Таким образом, моменту сил Mi противодействует сумма моментов: М2 + Мз - момент от усилия пружин 10.

В сумме моментов (М. + Мз) составляющую М2 используют для приведения деист- вительнойхарактеристики

рычажно-пружинного устройства конкретного предохранительного клапана к теоретической характеристике пружин, зафиксированной в виде делений на шкале 19. Корректировка характеристики рычажно-пружинного устройства выполняется на заводе-изготовителе при помощи винта 18 путем увеличения или уменьшения величины а отклонения звена 9 от центральной оси предохранительного клапана (см. фиг,1). Причем благодаря тому, что винт 18 кинематически не связан с нагрузочным устройством 11, трудоемкость настройки предохранительного клапана сведена к ми- нимуму, а сама операция настройки не требует участия специалиста высокой квалификации. После регулировки предохранительного клапана винт 18 опломбиру- ется.

Клапан 4 находится в положении закрыто до тех пор, пока давление среды не превысит значение, установленное на шкале 19. При повышении давления в гидросистеме выше установленного предельного значения рычажно-пружинное устройство выходит из устойчивого положения, изображенного на фиг.1: вследствие поворота рычага 7 по часовой стрелке установочный конец винта 18 подводит звено 9 к цент- ральной оси предохранительного клапана. При переходе звена 9 через центральную ось происходит срабатывание предохранительного клапана: силовой трехзвенник клапан 4 - звено 9 - звено 8 мгновенно освобождается от противодействующего усилия пружин 10, звенья 8 и 9 складываются в положение Bi, изображенное на фиг.1 штрихпунктирными линиями, а клапан 4 под действием давления среды с большой

скоростью перемещается в положение В. при этом жидкость, запертая между торцами кожуха 25 и направляющей втулки 6. выполняет роль гидравлического амортизатора, поглощающего энергию удара. Вследствие освобождения канала Б рабочая среда выбрасывается через выходной патрубок 3, одновременно происходит отключение главного привода насоса.

Для приведения предохранительного клапана в исходное рабочее положение достаточно рукояткой устройства 12 повернуть ось 14 против часовой стрелки до упора звена 9 в установочный конец винта 18.

Формула изобретения

1 .Предохранительный клапан, содержащий корпус с угловым расположением входного и выходного патрубков, в котором выполнено сквозное осевое отверстие и в нем размещены двухступенчатый шток с разными диаметрами цилиндрических направляющих поясков, направляющие втулки с уплотнительными поясками, взаимодействующие со ступенями штока, а на корпусе установлены рычаг с пружинами и звенья с шарнирными связями, упор на рычаге или винт, соответственно ограничивающий отклонения звеньев, з другой регулирующий величину их отклонения от центральной оси сквозного отверстия корпуса, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности, направляющие втулки установлены по обе стороны от входного патрубка, ось которого расположена под углом к указанной оси отверстия корпуса, при этом упор на рычаге выполнен в виде регулировочного винта, а на упомянутых ступенях штока в гнездах установлены уп- лотнительные эластичные кольца, причем меньшая ступень штока расположена со стороны выходного патрубка и снабжена кожухом, закрывающим уплотнительное эластичное кольцо указанного штока, а на направляющей втулке, взаимодействующей с меньшей ступенью штока, выполнена проточка, направленная в сторону кожуха.

2.Клапан по п.1, отличающийся тем, что направляющий цилиндрический поясок штока меньшего диаметра выполнен частично закрытым кожухом.

s

«VI

о

CO O

CO

&

Сущность изобретения: в корпусе с угловым расположением входного и выходного патрубков выполнено сквозное осевое отверстие, в к-ром размещены двухступенчатый шток с разными диаметрами цилиндрических направляющих поясков. Направляющие втулки с уплотнительными поясками взаимодействуют со ступенями штока. На корпусе установлены рычаг с пружинами и звенья с шарнирными связями. Втулки установлены по обе стороны от входного патрубка, ось к-рого расположена под углом к оси отверстия корпуса. Упор на рычаге выполнен в виде регулировочного винта. На ступенях штока в гнездах установлены уплотнительные эластичные кольца. Меньшая ступень штока расположена со стороны выходного патрубке м снабженакожухом,закрывающим уплотнительное эластичное кольцо штока. На направляющей втулке, взаимодействующей с меньшей ступенью штока, выполнена проточка, направленная з сторону кожуха. Цилиндрический поясок штока меньшего диаметра выполнен частично закрытым кожухом. 1 з.п.ф-лы, 3 ил.

Фиг. 2

Предохранительный клапан

Буроцой HOCOQ