PL161518B1 - Hydrauliczny zawór przelewowy - Google Patents

Abstract

Hydrauliczny zawór przelewowy składający się z kadłuba, uszczelniającej tulei, nurnika, sprężyny, przyłącza, gniazda, gwitowanej tulei i grzybka wykonanego z poliamidu lub tworzywa o podobnych własnościach fizyko-mechanicznych, znamienny tym, że grzybek (9) ma płaską powierzchnię (24), opierającą się o czołową powierzchnię (25) gniazda (6) zaworu i amortyzującą obciążenia, oraz korek (16) z podtoczeniem (2R), stykający się pierścieniowym zaokrągleniem (IR), wzdłuż całego obwodu, ze ścianką (17) wewnętrznego otworu (18) gniazda (6), umieszczony w tym otworze (18) z lekkim wciskiem.

Description

Przedmiotem wynalazku jest hydrauliczny zawór przelewowy przeznaczony do zabezpieczania układów hydraulicznych przed przeciążeniem, zwłaszcza hydraulicznych układów wysokociśnieniowych.

Hydrauliczne zawory przelewowe, stosowane również jako zawory bezpieczeństwa, spełniają bardzo ważną rolę we wszelkich układach hydraulicznych zabezpieczając je przed przeciążeniem. Zawory te muszą zapewniać szczelność układu przy ciśnieniu niższym od nastwionego na zaworze, oraz natychmiastowe otwarcie układu w chwili wzrostu ciśnienia w układzie hydraulicznym do wartości przewyższającej ciśnienie nastawione na zaworze. Poza tym zawory przelewowe muszą się charakteryzować małą histerezą, to znaczy małą różnicą ciśnienia otwarcia i zamknięcia zaworu. W czasie długotrwałego, nadmiernego obciążenia układu hydraulicznego powinny zapewniać wypływ cieczy z układu, utrzymując jednocześnie stałe ciśnienie w jego wnętrzu. Powierzchnia przepływu hydraulicznego zaworu przelewowego powinna być odpowiednio dobrana w zależności od pojemności i charakteru układu hydraulicznego, który ten zawór zabezpiecza. W przypadku zabezpieczania siłowników hydraulicznych powierzchnia przepływu zaworu powinna być proporcjonalna do powierzchni poprzecznego przekroju cylindra siłownika.

Najczęściej dotychczas stosowane zawory przelewowe mają zespól zamykający składający się z gniazda zamykanego kulą lub stożkowym grzybkiem. Ponieważ w chwili zamykania zaworu kula lub stożkowy grzybek uderza z dużą siłą o gniazdo, elementy te wykonuje się z hartowanej stali o dużej twardości. Stożkowy grzybek zaworu musi być bardzo dokładnie prowadzony w stosunku do gniazda. Małe wzajemne przesunięcie osi tych elementów powoduje nieszczelności zabezpieczanego układu hydraulicznego. Zawory tego typu są więc bardzo trudne technologicznie i drogie. Poza tym w układach hydraulicznych, w których jako medium hydraulicznejest stosowana emulsja olejowo-wodna zawory tego typu ulegają korozji. Nie pomagają tu nawet ochronne warstwy antykorozyjne, gdyż ulegają one szybko uszkodzenu na styku gniazda z elementem zamykającym, w następstwie czego zawór ulega korozji i traci szczelność.

Znane są także powszechnie stosowane zawory pizelewowe, których zespół zamykający składa się z walcowego nurnika uszczelnionego na obwodzie uszczelką o przekroju kołowym. Otwieranie zaworu następuje przez wysunięcie nurnika z uszczelki pod wpływem ciśnienia cieczy, a jego zamykanie - przez wciśnięcie nurnika do uszczelki pod wpływem działania siły sprężyny Zawory te działają właściwie jedynie przy małych powierzchniach przepływu zaworu, gdy średnica uszczelki jest mała i uszczelka jest odpowiednio sztywna. Przy większych średnicach uszczelek są

161 518 one wyrzucane z gniazda przez przepływającą pod ciśnieniem ciecz. Dla uniknięcia takiej ewentualności firma Thyssen wprowadziła do zaworu tulejkę dociskaną sprężyną, przytrzymującą uszczelkę w czasie przepływu cieczy przez zawór. Jednak tulejka zabezpieczająca uszczelkę zmniejsza powierzchnię przepływu zaworu oraz komplikuje jego konstrukcję i podnosi koszty wykonania.

Znane są także, z praktyki przemysłowej, zawory przelewowe, wyposażone w stalowe gniazdo o przekroju półokrągłym, zamykane poliamidową okrągłą płytką. W zaworach tych gniazdo zaworu jest zbyt duże w stosunku do powierzchni jego przepływu i zawór o małej powierzchni przepływu osiąga duże gabaryty.

Opisane powyżej zawory przelewowe charakteryzują się małymi powierzchniami przepływu przy dużych gabarytach zaworu. W większości zaworów sprężyna powodująca zamykanie przepływu cieczy znajduje się w przestrzeni wypełnionej medium hydraulicznym i jeżeli tym medium jest niskoprocentowa emulsja olejowo-wodna, sprężyna ulega korozji co wpływa na zmianę charakterystyki zaworu.

Powyższe niedogodności usuwa całkowicie hydrauliczny zawór przelewowy, według wynalazku, składający się z kadłuba, tulei uszczelniającej, nurnika, sprężyny, przyłącza, gniazda, gwintowanej tulei i grzybka wykonanego z poliamidu lub materiału o podobnych własnościach fizyko-mechanicznych, przy czym grzybek ma płaską powierzchnię opierającą się o czołową powierzchnię gniazda zaworu i amortyzującą obciążenia, oraz korek z odpowiednim podtoczeniem stykający się pierścieniowym zaokrągleniem, wzdłuż całego obwodu, ze ścianką wewnętrznego otworu gniazda, umieszczony w tym otworze z lekkim wciskiem. Gniazdo zaworu ma górną krawędź otworu wykonaną w postaci promienia lub sfazowania zapewniającego łagodne wprowadzenie korka grzybka do tego otworu. Zawór ma tuleję uszczelniającą, która za pomocą uszczelek oddziela komorę mieszczącą sprężynę od przestrzeni zaworu dostępnej dla medium hydraulicznego.

Przedmiot wynalazku uwidoczniono w przykładowym wykonaniu na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia hydrauliczny zawór przelewowy w przekroju podłużnym, a fig.2 - poliamidowy grzybek zaworu usytuowany w gnieździe.

Hydrauliczny zawór przelewowy, według wynalazku, składa się z kadłuba 1, w którym umieszczono uszczelniającą tuleję 2, nurnik 3 i sprężynę 4, oraz z przyłącza 5 mieszczącego gniazdo 6 zaworu. Sprężyna 4 jest napinana za pomocą gwintowanej tulei 7 wkręconej od góry do kadłuba 1 i zablokowanej w danym położeniu przy użyciu nakrętki 8. Na dolnej części nurnika3 osadzono poliamidowy grzybek 9 zamykający przepływ cieczy przez gniazdo 6 zaworu. Górną część nurnika 3 wyposażono w kołnierz 10, o który opiera się sprężyna 4. Uszczelniająca tuleja 2 ma uszczelki 11 i 12 uszczelniające przestrzeń 13 kadłuba 1, mieszczącą sprężynę 4, względem reszty zaworu i izolujące sprężynę 4 od kontaktu z medium hydraulicznym. Gniazdo 6 zaworu uszczelniono w przyłączu 5 za pomocą uszczelki 14, zaś przyłącze 5 łączące zawór z zabezpieczanym układem hydraulicznym uszczelniono uszczelką 15.

Grzybek 9 (fig.2) ma korek 16, którego pierścieniowe zaokrąglenie IR przylega ściśle do ścianki 17 wewnętrznego otworu 18 gniazda 6 i zamyka przepływ przez ten otwór 18. Podtoczenie 2R, pomimo że średnica korka 16 w osi zaokrąglenia IR jest większa od średnicy otworu 18, zapewnia stosunkowo lekkie przesuwanie się korka 16 w otworze 18 i całkowitą szczelność na styku tych dwóch elementów. Dzięki podtoczeniu 2R szczytowa część zaokrąglenia IR ulega deformacji sprężystej, po wciśnięciu korka 16 do otworu 18, przy użyciu niedużej siły. Tworzywo ze szczytu zaokrąglenia IR przemieszcza się sprężyście w kierunku podtoczenia 2R i w przeciwnym, wzdłuż ścianki 17 otworu 18. Promień 3R lub sfazowanie 3F wykonane w górnej części gniazda 6, na krawędzi otworu 18, zapewnia łagodne wprowadzenie korka 16 grzybka 9 do wewnętrznego otworu 18 gniazda 6.

Hydrauliczny zawór przelewowy, według wynalazku, działa w sposób następujący. Ciecz zamknięta w układzie hydraulicznym zabezpieczonym zaworem przelewowym naciska na korek 16 grzybka 9 zaworu. Nacisk ten, poprzez nurnik 3 i kołnierz 10, przenosi się na sprężynę 4, która odpowiednio napięta, za pomocą gwintowanej tulei 7, ustala ciśnienie cieczy w zabezpieczonym

161 518 układzie hydraulicznym. Po przekroczeniu wartości ciśnienia cieczy nastawionej na hdyraulicznym zaworze przelewowym zawór ten otwiera się. Wartość ciśnienia otwarcia zaworu określa równanie:

n^d² gdzie: p - ciśnienie cieczy w zabezpieczanym układzie hydraulicznym w czasie otwierania się zaworu, P - siła nacisku sprężyny 4 na grzybek 9, d - średnica wewnętrznego otworu 18 gniazda 6, T - siła tarcia nurnika 3 w uszczelniającej tulei 2 i tarcia korka 16 o ściankę 17 otworu 18.

Od wartości tarcia T zależy wartość histerezy zaworu. Przy dużym ciśnieniu cieczy w zabezpieczanym układzie hydraulicznym wartość siły T jest nieznacząca i nie ma większego wpływu na pracę zaworu. Gdy wysokość ciśnienia cieczy w zabezpieczanym układzie i otworze 18 przekroczy wartość nastawioną na sprężynie 4, sprężyna ta ugina się a korek 16 wysuwa się z otworu 18, otwierające przepływ cieczy do przestrzeni 19 zaworu i następnie, otworami 20, do przestrzeni 21 skąd otworami 22, po odciśnięciu opaski 23, ciecz wypływa na zewnątrz zaworu. Gdy ciśnienie cieczy w zabezpieczanym układzie hydraulicznym i otworze 18 zmniejszy się do odpowiedniej wartości, sprężyna 4, poprzez nurnik 3, wciska korek 16 grzybka 9 do otworu 18 gniazda 6 i zamyka przepływ cieczy przez zawór.

W chwili zamykania przepływu cieczy powierzchnia 24 (fig. 2) grzybka 9 uderza o powierzchnię 25 gniazda 6. Ponieważ poliamidowy grzybek 9 jest elastyczny, żadna z powierzchni 24 i 25 nie ulega trwałym odkształceniom. Uderzenie powierzchni 24 o powierzchnię 25 wydaje charakterystyczny stukot, który czyni zawór szczególnie przydatnym dla zabezpieczania układów hydraulicznych zmechanizowanych obudów górniczych, gdyż odgłos działającego zaworu informuje górników o osiadaniu stropu i o ewentualnym zagrożeniu. Tej cechy charakterystycznej nie mają zawory dotychczas stosowane w hydraulicznych obudowach górniczych.

Fig. 2

Fig 7

Zakład Wydawnictw UPRP Nakład90egz Cena 10 000 zł

Claims (3)

Zastrzeżenia patentowe

1. Hydrauliczny zawór przelewowy składający się z kadłuba, uszczelniającej tulei, nurnika, sprężyny, przyłącza, gniazda, gwitowanej tulei i grzybka wykonanego z poliamidu lub tworzywa o podobnych własnościach fizyko-mechanicznych, znamienny tym, że grzybek (9) ma płaską powierzchnię (24), opierającą się o czołową powierzchnię (25) gniazda (6) zaworu i amortyzującą obciążenia, oraz korek (16) z podtoczeniem (2R), stykający się pierścieniowym zaokrągleniem (IR), wzdłuż całego obwodu, ze ścianką (17) wewnętrznego otworu (18) gniazda (6), umieszczony w tym otworze (18) z lekkim wciskiem.

2. Hydrauliczny zwór przelewowy według zastrz. 1, znamienny tym, że gniazdo (6) zaworu ma górną krawędź otworu (18) wykonaną w postaci promienia (3R) lub sfazowania (3F) zapewniającego łagodne wprowadzenie korka (16) grzybka (9) do tego otworu (18).

3. Hydrauliczny zawór przelewowy, według zastrz. 1 i 2, znamienny tym, że ma uszczelniającą tuleję (2), która za pomocą uszczelek (11 i 12) oddziela komorę (13), mieszczącą sprężynę (4) od przestrzeni zaworu dostępnej dla medium hydraulicznego.