PL164135B1 - Zawór ograniczajacy cisnienie ze stabilnym osadzeniem sprezyny PL - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest zawór ograniczający ciśnienie ze stabilnym osadzeniem· sprężyny, z tłokiem, który jest sterowany sprężyną i który jest zabezpieczony pierścieniowym uszczelnieniem w kształcie litery O, przy czym tłok jest przesuwnie osadzonym w otworze· tłokowym i w wielokątnie ukształtowanym talerzyku, na którym wsparta jest sprężyna i który pozostawia wolne przestrzenie przykrawędziowe dla przepływu medium ciśnieniowego, z pochwą tulejową, która otacza sprężynę i w której jest osadzona śruba regulacyjna stanowiąca jednocześnie przeciwległy talerzykowi wspornik sprężyny.

Tego rodzaju zawory ograniczające ciśnienie są stosowane wszystkim w podziemnych kopalniach do skutecznego zabezpieczenia systemów hydraulicznych przed występującymi

164_U5__ nagle przeciążeniami, wywołanymi na przykład nagłym osiadaniem lub wstrząsami górotworu. Te nagłe wstrząsy mogą spowodować takie przeciążenie poszczególnych podpór lub całego ich systemu, że następuje ich trwałe uszkodzenie, lub nawet zniszczenie. Zapobiegają temu zawory ograniczające ciśnienie, ponieważ otwierają się one przy występującym nagle przeciążeniu i uwalniają ciecz hydrauliczną.

Znany jest z opisu patentowego RFN nr DE-OS 28 30 891 zawór bezpieczeństwa, w którym występujące w systemie hydraulicznym nadciśnienie jest redukowane sprężyną zaworu, napiętą między śrubą zamykającą a tłokiem zaworu. Na talerzyku zaworu jest przy tym ukształtowany stożkowy element zamykający, który zostaje uniesiony z gniazda zaworu przy występującym przeciążeniu. Na tłoku zamykającym zaworu uformowany jest tłumik tłokowy, ograniczający otwór przepływowy. Tego rodzaju elementy zamykające nie wykazują niezbędnej niezawodności zamykania gniazda zaworu. Prócz tego, wskutek różnego osadzania sprężyny, może dochodzić do różnego sposobu działania takich zaworów.

Zawór ograniczający ciśnienie według niemieckiego opisu patentowego nr DE-OS 33 14 837, stanowiący wzór wyjściowy dla niniejszego wynalazku, posiada zamykaną pokrywką obudowę, w której usytuowana jest tylko jego sprężyna. Obciąża ona tłok zaworu, który jest prowadzony przesuwnie w jego prowadnicy, którą stanowi wywiercony w korpusie kanał. Zawierający tłok kanał posiada żłobek z pierścieniem uszczelniającym w kształcie liteiy O, zapewniający zaworowi właściwą szczelność. Znajdujące się w tłoku promieniowe otwory winny się podczas zadziałania zaworu przesunąć wraz z tłokiem względem tego pierścienia całkowicie, bo gwarantuje to wtedy, zjednej strony niezawodne otwarcie zaworu, a z drugiej - osiągnięcie dużej trwałości pierścienia uszczelniającego. Na wysokości talerzyka zaworu są usytuowane otwory wylotowe, przez które winno wypływać medium po zadziałaniu zaworu. Wadą jest tutaj to, że wymagane jest wielokrotne odchylanie strumienia medium, zanim opuści ono definitywnie zawór. Z tego powodu, jak również z powodu nierównomiernego podpierania talerzyka sprężyny, dochodzi do jego drgań, jak również do opierania się sprężyny zaworu o wewnętrzne ściany jej tulejowej pochwy.

W niemieckim opisie patentowym nr DE-PS 35 08 986 jest przedstawiony zawór ograniczający ciśnienie, w którym, dzięki zręcznemu prowadzeniu strumienia medium wjego wnętrzu, zabezpieczono przed tym medium części wewnętrzne i uzyskano większe natężenie jego przepływu. Talerzyk sprężyny jest od spodu zukosowany, a w ścianie wewnętrznej pochwy tulejowej sprężyny znajdują się kanały, którymi medium może być prowadzone do otworu przelotowego w śrubie regulacyjnej i przez ten otwór na zewnątrz, obok sprężyny, chociaż ostatecznie na końcu również przez sprężynę. Wadą tego rozwiązania jest to, że strumień medium, takjak poprzednio, musi przepływać obok talerzyka sprężyny, oddziaływuje na niego i może doprowadzić do jego ukośnego ustawienia, w wyniku czego dochodzi do nierównomiernego obciążenia sprężyny zaworu.

Celem wynalazku jest skonstruowanie trwałego zaworu ograniczającego ciśnienie, ukształtowanego korzystnie z punktu widzenia przepływu medium i zapewniającego duże natężenie jego przepływu.

Zgodnie z wynalazkiem, cel ten został osiągnięty dzięki temu, że talerzyk posiada gniazdo, w które wprowadzony jest tłok na głębokość poza jego krawędź, która jest granicą przejścia prostoliniowego odcinka tworzącej tłoka w jego kopułowy względnie stożkowy odcinek końcowy i że prowadnica tłokowa w swoim obszarze styku z talerzykiem posiada lejowate wybranie, które jest tak ukształtowane, że sięga od obrzeża tłokowego otworu, aż do ściany wewnętrznej pochwy tulejowej.

W tak ukształtowanym zaworze strumień medium może, podczas działania zaworu, zostać przeprowadzony w sposób bardzo korzystny obok talerzyka sprężyny lub ostatecznie nawet na wskroś niego, nie ulegając przy tym zbyt dużym odchyleniom. Poza tym, tłok tkwi tak głęboko w talerzyku sprężyny, to znaczy wewnątrz ukształtowanego w nim gniazda, że uzyskano stabilniejszy system zaworu, a dzięki temu korzystniejsze oddziaływanie siły na tłok. Można w ten sposób uniknąć niezawodnie ukośnych położeń sprężyny, względnie jej wybrzuszeń. Wreszcie, po przekroczeniu przez otwory w tłoku linii pierścienia uszczelniającego, przed strumieniem medium otwiera się wygodna droga przepływu, w ciągu której, w pochwie tulejowej

164 135 sprężyny znajduje się odpowiednie lejkowate wybranie. Jest ono osadzone praktycznie szczelnie powyżej pierścienia uszczelniającego tak, że bezpośrednio po przejściu przed tym pierścieniem wykonanych promieniowych otworów w tłoku, strumień medium może wytryskiwać we właściwym kierunku, to znaczy promieniowo, aby zostać następnie poprowadzony wzdłuż ścianek leja w kierunku wnętrza pochwy tulejowej.

Korzystne oddziaływanie na tłok sił, pochodzących z talerzyka sprężyny i jego korzystne ułożenie są zapewnione według wynalazku w ten sposób, że w talerzyku jest uformowane gniazdo o głębokości wynoszącej od 15 do 25%, korzystnie 20%, długości tłoka. W ten sposób tłok tkwi zawsze jedną piątą swej długości w talerzyku, dzięki czemu uzyskuje się opisane pewne jego prowadzenie.

Przez zmniejszenie powierzchni, wzdłuż której talerzyk nakłada się na tłok, poprawione zostają właściwości przegubowe tego połączenia tłoka z talerzykiem. Jest to osiągane zwłaszcza przez to, że gniazdo w talerzyku sprężyny jest zakończone ślepo i jest półkuliste, podczas gdy koniec stożkowego odcinka tłoka jest zaokrąglony. Technicznym ograniczeniem tego sposobu jest wytrzymałość na ściskanie oddziaływujących wzajemnie na siebie materiałów, z których wykonane są talerzyk i tłok. W związku z tym dalszą optymalizację uzyskuje się dzięki temu, że gniazdo posiada zakończenie stożkowe, korespondujące ze stożkowym wierzchnołkiem tłoka, wykonanym z nieco mniejszym kątem nachylenia jego tworzącej. W ten sposób uzyskuje się optymalną przegubowość między tłokiem i talerzykiem sprężyny.

Dalsze poprawienie prowadzenia strumienia medium po jego wyjściu przez przewiercenia w tłoku osiąga się przez wyposażenie spodu talerzyka sprężyny w korespondujące z otworami przepływowymi zfazowania. Strumienie cieczy zostają w ten sposób wprowadzone z konieczności w te otwory, bez możliwości rozdzielenia się pod spodem talerzyka. Medium zostaje podzielone praktycznie na cztery, trzy lub inną liczbę strug, odpowiadającą liczbie narożników, po to, żeby wpływało następnie otworami przepływowymi do przestrzeni wewnętrznej, w której znajduje się sprężyna, i żeby wreszcie tę przestrzeń ponownie opuściło.

Kanały poniżej talerzyka sprężyny mogą posiadać dowolnie dużą objętość i powstają jako wynik tego, że talerzyk posiada od spodu, wnikające w wybranie, wybrzuszenie, posiadające wymiary mniejsze od wymiarów tego wybrzuszenia. Te, przebiegające wzdłuż łuku, kanały poszerzają się przy tym jeszcze od strony ich wyjścia tak, że może zostać odprowadzona szybko wystarczająco duża ilość medium. Ponieważ kanały przebiegają na początku dokładnie w kierunku zgodnym z osiami promieniowych przewierceń w tłoku, więc strumienie medium zostają przyjęte bez dalszego odchylania i prowadzone w sposób ciągły lejkowatym wybraniem do ściany wewnętrznej pochwy tulejowej sprężyny, dzięki czemu uzyskuje się w jej wnętrzu równomierny strumień medium. Szczególnie korzystne prowadzenie medium uzyskuje się wtedy, kiedy powierzchnia ograniczająca wybranie jest powierzchnią drugiego stopnia i ma kształt paraboliczny, hiperboliczny lub eliptyczny. Strumienie przepływającej cieczy lub medium są przez to odchylane w sposób kontrolowany i wprowadzane bardzo równomiernie do przestrzeni, w której znajduje się sprężyna. Należy tu jeszcze raz wskazać na to, że strumień medium przy takim ukształtowaniu jest jak gdyby wyprowadzany z promieniowych otworów w tłoku i tak kierowany, że praktycznie nie występują w nim straty ciśnienia.

Można oczekiwać dalszych usprawnień, jeżeli wyznaczająca wybranie paraboloida obrotowa będzie miał za swój środek obrotu cylinder, przy czym parabola winna wirować po cylindrycznej powierzchni zewnętrznej założonego tłoka, niemal odpowiadającego rzeczywistemu. Powstaje w ten sposób dla strumienia medium system reflektora, dzięki któremu mogą być uzyskiwane, opisane już wyżej, zalety.

Przy zadziałaniu zaworu, do przestrzeni zawierającej sprężynę wpływa w krótkim czasie duża ilość medium. Dla uniknięcia zwrotnego spiętrzenia medium, wynalazek przewiduje istnienie w pochwie tulejowej sprężyny, w obrębie śruby regulacyjnej, rozmieszczonych promieniowo otworów. Medium może w ten sposób wydostać się na zewnątrz przez otwór przelotowy w śrubie regulacyjnej, i równocześnie przez opisane otwory, wykonane w pochwie tulejowej sprężyny w odpowiedniej liczbie.

Tego rodzaju zawory ograniczające ciśnienie mogą znaleźć korzystne zastosowanie jako indywidualne zawory pojedynczego stempla, przy czym optymalna oszczędność osiągana jest

164 135 przez to, że otaczająca śrubę regulacyjną pochwa tulejowa sprężyny jest zakończona kuliście, przy czym posiada otwór wylotowy korespondujący z otworem przelotowym. Tak więc wprowadzono dla systemu rabowania równomierne oddziaływania siły tak, że unika się odprysków i/lub karbów. Poza tym, dzięki takiemu postępowaniu, śruba regulacyjna do ustalania nacisku sprężyny, jest chroniona i niedostępna z zewnątrz, ewentualnie dostępna tylko w sposób zamierzony. To szczególne ukształtowanie pochwy tulejowej sprężyny nadaje jej ponadto zawsze taką samą powierzchnię zewnętrzną, nawet wtedy, kiedy śruba regulacyjna winna zostać wkręcona maksymalnie głąboko.

Wynalazek charakteryzuje się zwłaszcza tym, że przez szczególne ukształtowanie talerzyka sprężyny i wykonanie w prowadnicy tłokowej lejkowatego wybrania, zagwarantowane zostało korzystne prowadzenie strumienia medium po zadziałaniu zaworu. Ten strumień medium jest praktycznie przyjmowany już w momencie wychodzenia z promieniowo usytuowanych otworów w tłoku, i jak gdyby, przeprowadzony na wskroś przez talerzyk zaworu, i może wtedy wniknąć do przestrzeni zawierającej sprężynę, i po jej wypełnieniu ujść przez otwór przelotowy i otwory wylotowe do atmosfery. Strumień medium natrafia przy tym swoją krawędzią na talerzyk sprężyny, który jednak mimo to jest usytuowany pewnie i gwarantuje równomierne przenoszenie sił, ponieważ posiada odpowiednie wcięcia, a tłok może w nim być pewnie uchwycony i prowadzony. Dzięki właściwemu prowadzeniu strumienia medium i szczególnej konstrukcji całego zaworu mogą być osiągnięte natężenia przepływu 100 l i większe.

Przedmiot wynalazku zostanie dokładniej objaśniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia zawór ograniczający ciśnienie z parabolicznie ukształtowanym wybraniem w prowadnicy tłokowej w przekroju wzdłużnym, fig. 2 - zawór ograniczający ciśnienie z talerzykiem sprężyny, w przekroju poprzecznym według fig. 1, fig. 3 - talerzyk sprężyny w innym przykładzie wykonania, fig. 4 - zawór ograniczający ciśnienie z talerzykiem sprężyny posiadającym wnikające w wybranie wybrzuszenia, w przekroju wzdłużnym.

Widoczny na fig. 1 zawór 1 ograniczający ciśnienie zawiera pochwę tulejową 2 sprężyny, w której przestrzeni wewnętrznej 3, znajduje się sprężyna 4. Ta sprężyna 4 wspiera się jednym końcem na dolnym talerzyku 5 tak, że tłok 6 jest odpowiednio unieruchomiony w przewidzianym dla niego tłokowym otworze 9, a drugim końcem sprężyna 4 jest wsparta na śrubie regulacyjnej

10. Tłokowy otwór 9 jest wykonany w tłokowej prowadnicy 8 i posiada żłobek, w którym znajduje się pierścień uszczelniający 7 w kształcie litery O.

W śrubie regulacyjnej 10 znajduje się otwór przelotowy, przez który można, po pierwsze, pokręcać samą śrubę regulacyjną 10, zmieniając w ten sposób nacisk sprężyny 4 i przez który, po drugie, może wypływać medium w przypadku zadziałania zaworu. Ponadto, na pochwie tulejowej 2 usytuowane są promieniowo otwory wylotowe 12, zabezpieczające przestrzeń wewnętrzną 3 przed zwrotnym spiętrzeniem medium. W celu zabezpieczenia tej przestrzeni 3, przed kurzem, otwory wylotowe 12 są zakryte odpowiednimi elementami uszczelniającymi 14, w tym przypadku w postaci gumowych krążków. Można również stosować falistą sprężynę krążkową lub podobny element uszczelniejący.

Pokręcanie śruby regulacyjnej 10 i wypływanie medium z przestrzeni wewnętrznej 3 na zewnątrz po przejściu przez otwór przelotowy 11 w śrubie regulacyjnej 10 zachodzi poprzez znajdujący się w pochwie tulejowej 2 otwór 13.

Między talerzykiem 5 a pochwą tulejową 2 znajdują się otwory przepływowe 15, 16, przedstawione bliżej na fig. 3 i 4. Wymuszają one to, że medium, po przejściu przez talerzyk 5, może przepływać przez przestrzeń wewnętrzną 3 wzdłuż jej ścianki wewnętrznej 17.

Talerzyk 5 sprężyny posiada gniazdo 18 o głębokości odpowiadającej około 20% długości tłoka 6. Dzięki głębokiemu zanurzeniu tłoka 6 w talerzyku 5 osiągnięto stabilniejszy system zaworu, z przez to korzystniejsze oddziaływanie siły na tłok. Dzięki temu uniknięto w niezawodny sposób ukośnych położeń sprężyny względnie jej wybrzuszenia.

Obejmujące tłok 6 gniazdo 18 jest uformowane jako kombinowane, i kończy się otworem 19 o mniejszej od niego średnicy, przy czym tłok winien być zanurzony w talerzyku 5 znacznie poza krawędź 21, która jest granicą przejścia prostoliniowego odcinka 22 tworzącej tłoka 6 w jego kopulasty względnie stożkowy odcinek końcowy.

164 135

Fig. 2 przedstawia talerzyk 5 sprężyny w widoku z góry, przy czym widać wyraźnie, że jest on ukształtowany w kształcie kwadratu i to w taki sposób, że między narożnikami 25, 27 powstają otwory przepływowe 15, 16. Otwory te, zgodnie z fig. 3, mogą zostać dodatkowo zoptymalizowane w ten sposób, że istniejące między narożnikami 25, 27 ścianki boczne 26 posiadają wcięcia 28, przy czym można sobie wyobrazić jego kształt, różniący się od kształtu przedstawionego na fig. 4.

Zawór przedstawiony na fig. 4 odpowiada w zasadzie zaworowi z fig. 2, z tą jednakże różnicą, że na spodzie 30 talerzyka 5 jest uformowane wybrzuszenie 31 sięgające w głąb wybrania 20. Wraz z powierzchnią tego wybrania 20 tworzy ono system kanałów, poprzez które medium zostaje odprowadzone dogodnym strumieniem, podobnie jak w wykonaniu według fig. 1.

Różnica w porównaniu z fig. 1 polega również i na tym, że zakończenie 33 gniazda 18 oraz stożkowy wierzchołek 34 tłoka 6 posiadają szczególny kształt. Tłok 6 jest od góry zakończony stożkowo i na wierzchołku stożka zaokrąglony i to tak, że powierzchnia zetknięcia się tłoka z talerzykiem uległa zmniejszeniu. Stożkowe wybranie i wybrzuszenie 31 koresponduje ze stożkowym wierzchołkiem tłoka 6, posiadającym, na podobieństwo dzidy, niewielki kąt nachylenia jego tworzącej. Polepszyło to znacznie przegubowe połączenie między tłokiem 6 i talerzykiem 5 sprężyny.

To szczególne ukształtowanie zaworu ograniczającego ciśnienie, zwłaszcza ze szczególnym prowadzeniem talerzyka sprężyny, umożliwia stosowanie dłuższych sprężyn. Takie sprężyny o określonej charakterystyce są łatwiejsze do wytwarzania i posiadają większą trwałość. Zasadniczo korzystniejsze są również parametry, określające ich trwałą obciążalność.

16135

164 155

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 10 000 zł

Claims (10)

Zastrzeżenia patentowe

1. Zawór ograniczający ciśnienie ze stabilnym osadzeniem sprężyny, z tłokiem, który jest Sterowany sprężyną i który jest zabezpieczony pierścieniowym uszczelnieniem w kształcie litery O, przy czym tłok jest przesuwnie osadzony w otworze tłokowym i w wielokątnie ukształtowanym talerzyku, na którym wsparta jest sprężyna i który pozostawia wolne przestrzenie przykrawędziowe dla przepływu medium ciśnieniowego, z pochwą tulejową, która otacza sprężynę i w której jest osadzona śruba regulacyjna stanowiąca jednocześnie przeciwległy talerzykowi wspornik sprężyny, znamienny tym, że talerzyk (5) posiada gniazdo (18), w które wprowadzany jest tłok (6) na głębokość poza jego krawędź (21), która jest granicą przejścia prostoliniowego odcinka (22) tworzącej tłoka (6) w jego kopułowy względnie stożkowy odcinek końcowy, i że prowadnica tłokowa (8) w swoim obszarze styku (23) z talerzykiem (5) posiada lejowate wybranie (20), które jest tak ukształtowane, że sięga od obrzeża tłokowego otworu (9), aż do ściany wewnętrznej (17) pochwy tulejowej (2).

2. Zawór według zastrz. 1, znamienny tym, że głębokość gniazda (18) w talerzyku (5) wynosi od 15% do 25%, korzystnie 20% całkowitej długości tłoka (6).

3. Zawór według zastrz. 1, znamienny tym, że gniazdo (18) ma półkoliste dno (33), a koniec (34) stożkowego odcinka tłoka (6) jest zaokrąglony.

4. Zawór według zastrz. 1, znamienny tym, że gniazdo (18) posiada stożkowe dno (33), korespondujące ze stożkowym końcem (34) tłoka (6), posiadającym nieco mniejszy kąt nachylenia jego tworzącej.

5. Zawór według zastrz. 1, znamienny tym, że talerzyk (5) posiada od spodu (30) zfazowania, korespondujące z jego otworami przepływowymi (15,16).

6. Zawór według zastrz. 1, znamienny tym, że talerzyk (5) jest wyposażony od spodu (30) we wnikające w wybranie (20) wybrzuszenie (31), posiadające wymiary mniejsze niż to wybranie.

7. Zawór według zastrz. 1, znamienny tym, że powierzchnia ograniczająca wybranie (20) jest powierzchnią drugiego stopnia i ma kształt paraboliczny, hiperboliczny lub eliptyczny.

8. Zawór według zastrz. 7, znamienny tym, że środek obrotu określającej wybranie (20) paraboloidy obrotowej stanowi cylinder, przy czym parabola wiruje po powierzchni zewnętrznej wyobrażalnego tłoka, niemal odpowiadającego tłokowi (6).

9. Zawór według zastrz. 1, znamienny tym, że w pochwie tulejowej (2), w obrębie śruby regulacyjnej (10) są wykonane promieniowe otwory wyjściowe (12).

10. Zawór według zastrz. 1, znamienny tym, że pochwa tulejowa (2) w miejscu zawierającym śrubę regulacyjną (10) ma kształt kulisty i jest w niej wykonany współśrodkowy z otworem przelotowym (11) otwór wyjściowy (13).