PL164702B1 - Zawór do amortyzowania tapniec górotworu PL - Google Patents

Abstract

1. Zawór do amortyzowania tapniec góro- tworu posiadajacy obudowe z osiowym wlo- tem przystosowanym do laczenia z przestrze- nia tloczna hydraulicznego stojaka kopalnia- nego oraz z promieniowymi wylotami, przy czym pomiedzy wlotem i wylotem ma szczelne gniazdo dla tloka zamykajacego, umieszczo- nego poosiowo przesuwnie w obudowie zawo- ru, którego strona czolowa zwrócona ku wlo- towi ma postac grota, a na jego stronie odwróconej od wlotu znajduje sie przestrzen tloczna amortyzatora gazowego, przy czym ponadto w obudowie zaworu znajduja sie waskie otwory wylotowe pomiedzy szczelnym gniazdem i wspomnianymi wylotami promie- niowymi, które w polozeniu zamkniecia tloka zamykajacego sa zakryte przez jego obwód, znamienny tym, ze grot (29) tloka zamykaja- cego (6) ma postac stozka wkleslego, przy czym plaszcz stozka nachylony jest wzgledem przekroju poprzecznego pod katem ( a) rów- nym 20 do 40°. PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest zawór do amortyzowania tąpnięć górotworu o obudowie, która posiada osiowo usytuowany wlot przystosowany do łączenia z przestrzenią tłoczną hydraulicznego stojaka kopalnianego, oraz usytuowane promieniowo wyloty, przy czym pomiędzy tymi wylotami a wlotem ma szczelne gniazdo dla tłoka zamykającego, umieszczonego poosiowo przesuwnie w obudowie zaworu. Strona czołowa tłoka zwrócona ku wlotowi ma postać grota, a na jego stronie odwróconej od wlotu znajduje się przestrzeń tłoczna amortyzatora gazowego, przy czym w obudowie zaworu znajdują się wąskie otwory wylotowe pomiędzy szczelnym gniazdem i wspomnianymi wylotami promieniowymi. Usytuowane promieniowo wyloty, lecz nie wąskie otwory wylotowe w położeniu zamknięcia tłoka zamykającego są zakryte przez obwód tego tłoka.

164 702

Zawory do amortyzowania tąpnięć górotworu powinny umożliwiać dostosowanie się hydraulicznych stojaków kopalnianych do przekraczającego granicę ich wytrzymałości osadzenia się górotworu przy tąpnięciu. Powinny one wtedy wypuścić bardzo szybko znaczną ilość cieczy hydraulicznej, aby stojak mógł szybko zsunąć się razem skracając swoją długość i nie został dzięki temu zniszczony na skutek przeciążenia. Następnie jednak zawory powinny się również szybko zamykać, aby stojak przy swojej skróconej długości mógł znowu spełniać zadanie podpory.

Jak dotąd nie udało się w zadawalającym stopniu pogodzić obu tych przeciwstawnych wymagań. Albo otwieranie albo też zamykanie odbywa się zbyt wolno, a niekiedy również i oba te zadziałania.

Znane są dotychczas zawory, których element zamykający zakończony jest stożkowym grotem. Zastosowanie grota jest z jednej strony korzystne, gdyż ułatwia ruch zamykający tłoka, z drugiej strony przynosi efekty obniżające sprawność zaworu, gdyż zmniejsza siłę napływającego medium co powoduje spowolnienie jego ruchu podczas otwierania. Takie rozwiązanie znane jest na przykład z polskiego opisu patentowego nr 117 532. Podobne konstrukcje znane są z niemieckich opisów patentowych nr PS 32 15 889 i OS 26 36 794. Zawór według polskiego opisu patentowego nr 117 532 nie znalazł w praktyce zastosowania, natomiast zawór według niemieckiego opisu 3215 889 otwiera się szybko, lecz zamyka powoli, a z kolei zawór według OS 26, 36 794 otwiera się zbyt wolno i również zamyka się niezbyt szybko.

Zadaniem wynalazku jest skonstruowanie zaworu do amortyzowania tąpnięć górotworu, który będzie otwierał się szybko i zamykał również szybko.

Wynalazek opiera się na wymienionej na wstępie konstrukcji, przy czym według wynalazku zwrócona ku wlotowi czołowa część tłoka zamykającego, ukształtowana-jest jako grot, którego powierzchnia boczna ma kształt stożka wklęsłego, przy czym płaszcz stożka nachylony jest względem przekroju poprzecznego grota pod kątem 20 do 40°, a zwłaszcza pod kątem 25 do 35°. Płaszcz stożkowy grota zakończony jest korzystnie odsądzoną krawędzią, której jedna powierzchnia boczna stanowi przedłużenie powierzchni stożkowej grota, a drugą powierzchnia boczna, przeciwległa do powierzchni stożkowej, leży w płaszczyźnie prostopadłej do osi stożka i współpracuje z pierścieniem uszczelniającym zaworu.

Korzystnie grot jest połączony z pozostałą częścią tłoka zamykającego połączeniem gwintowym i pomiędzy częścią tłoka zamykającego i grotem ukształtowane jest gniazdo dla pierścienia uszczelniającego.

Korzystnie tłok zamykający jest uszczelniony względem przestrzeni tłocznej amortyzatora gazowego pierścieniem uszczelniającym wargowym, zwłaszcza pierścieniem uszczelniającym o przekroju poprzecznym w kształcie podobnym do litery U.

Ponadto zaleca się wycięcie na obwodzie tłoka zamykającego co najmniej jednego rowka pomiędzy pierścieniem uszczelniającym wargowym a przestrzenią tłoczną amortyzatora gazowego.

Korzystnie tłok zamykający prowadzony jest w sposób ciągły na pewnej długości, która jest większa od połowy jego średnicy, zwłaszcza większa od trzech czwartych jego średnicy. Ma to na celu szybsze i bardziej pewne otwieranie i zamykanie, przy czym zapobiega w ten sposób również skośnemu ustawianiu się tłoka zamykającego, a tym samym jego zakleszczaniu się. W związku z tym, jako szczególnie korzystne i pewne ukształtowanie proponuje się również, żeby tłok zamykający był prowadzony przez dwie powierzchnie pierścieniowe, ukształtowane blisko obu końców tłoka i posiadał przewężenie pomiędzy tymi dwoma powierzchniami pierścieniowymi.

Korzystnie tłok zamykający jest ukształtowany w całości jako cienkościenny korpus wydrążony, mający możliwie jak najmniejszą masę, tak aby jego bezwładność była niewielka i aby był on zdolny do stosunkowo szybkiego otwierania i zamykania.

Zaleca się, aby wlot obudowy miał przekrój poprzeczny jednakowy na całej swojej długości.

Tłok zamykający zaworu według wynalazku umożliwia uzyskanie na szczelnym gnieździe powierzchni przylegania o wystarczającej wielkości, umożliwiającej aby podczas działania na powierzchnię tłoka zwiększonego ciśnienia statycznego, przekraczającego wielkość nadawaną przez amortyzator gazowy, następowało szybkie otwieranie zaworu. Siła wywierana wskutek czołowego napływu na tłok zamykający w położeniu otwarcia zostaje jednakże zmniejszona przez grot wykonany w zalecanej postaci. Dzięki temu tłok zamykający może łatwiej realizować zamyka4

164 702 nie. Grotowi nadano ogólnie kształt wklęsłego stożka. Ten stożek o wklęsłej powierzchni bocznej posiada szczególnie korzystne własności przepływu cieczy hydraulicznej. Skierowuje on bowiem ciecz w lepszym stopniu na zewnątrz i ogranicza powstawanie ciśnienia spiętrzania. Odsadzona krawędź grota powoduje, że w położeniu otwarcia przepływ następuje w pewnej odległości od pierścienia uszczelniającego przez ten pierścień.

Ukierunkowany przez grot, a zwłaszcza przez jego ukształtowanie jako stożka o wklęsłej powierzchni bocznej, ruch strumienia zachowuje poza końcową krawędzią tej powierzchni bocznej stożka swój kierunek. Pierścień uszczelniający nie jest narażony na uszkodzenia i charakteryzuje się niezawodnością działania.

Niezmienny przekrój poprzeczny wspomnianego już wlotu na całej jego długości może ponadto przyczyniać się do wytwarzania stosunkowo równomiernego przepływu.

Przez zastosowanie odpowiedniego, omówionego już kąta nachylenia i zarysu powierzchni bocznej stożka względem przekroju poprzecznego można również dobrać i zoptymalizować wielkość siły osiowej działającej na tłok zamykający na skutek napływu cieczy hydraulicznej. Im mniejszy jest ten kąt tym większa jest składowa osiowa siły.

Odsadzona krawędź przy podstawie grota powoduje przyspieszenie otwarcia przy proponowanym ukształtowaniu tłoka zamykającego. Pierścień uszczelniający wargowy jest dociskany znacznie mocniej niż inne pierścienie uszczelniające przez działanie ciśnienia jakie ma on wytrzymać i to na większej powierzchni. Na skutek tego osadza się on znacznie mocniej. Aby go poruszyć konieczna jest większa „siła odrywająca. Tłok zamykający zostaje wskutek tego wprawiony w ruchu dopiero przy znacznym zwiększeniu ciśnienia, wtedy jednak przemieszcza się o tyle szybciej. Pierścień uszczelniający wargowy w porównaniu z pierścieniem uszczelniającym o przekroju okrągłym wykazuje ponadto zdolność do tłumienia drgań, gdy zawór podczas przebiegu zamykania „wibruje.

Rowek na obwodzie tłoka zamykającego działa podobnie jak uszczelnienie labiryntowe. Wskutek tego podwyższenie ciśnienia w przestrzeni tłocznej amortyzatora gazowego, które występuje przy cofaniu się tłoka zamykającego nie oddziaływuje tak gwałtownie na pierścień uszczelniający, którego docisk zwiększa się na skutek wzrostu ciśnienia. Ponadto rowek ten wykazuje również zdolność do tłumienia wibracji.

Wynalazek zostanie bliżej przedstawiony w przykładzie wykonania uwidocznionym na rysunku, którego figura ukazuje zawór do amortyzowania tąpnięć górotworu w przekroju poosiowym.

Obudowa 1 zaworu może być łączona w znany sposób połączeniem gwintowym za pośrednictwem gwintu 2 poniżej uszczelnienia przez pierścień uszczelniający 3 o przekroju okrągłym, z przestrzenią tłoczną hydraulicznego stojaka kopalnianego.

Wnętrze obudowy 1 zaworu jest podzielone na cylindrycznego kształtu wlot 4 i na nieco szerszą od niego przestrzeń 5 cylindra, w której jest prowadzony tłok zamykający 6.

Krawędź odsadzenia pomiędzy cylindrycznym wlotem 4 a przestrzenią 5 cylindra jest ścięta pod kątem około 45° i stanowi szczelne gniazdo 7 dla posiadającego tak samo ściętą powierzchnię uszczelnienia 8 pierścienia uszczelniającego tłoka zamykającego 6. W niewielkiej odległości od szczelnego gniazda 7 usytuowane jest osiem wąskich otworów wylotowych 10; w dalszej odległości znajduje się wieniec dziewięciu usytuowanych promieniowo otworów okrągłych, stanowiących właściwe wyloty 11. Przestrzeń 5 cylindra jest zamknięta na swoim końcu częścią wkręcaną 12. Przestrzeń 5 cylindra dla utworzenia amortyzatora gazowego w przestrzeni tłocznej 13, występującej pomiędzy częścią wkręcaną 12 a tłokiem zamykającym 6, wypełniona jest gazem znajdującym się pod ciśnieniem np. 254 bar. Hydrauliczne ciśnienie nastawione wynosi wtedy 420 barów.

Tłok zamykający 6 ma następującą, omówioną poniżej szczegółowo budowę. Korpus zasadniczy 14 ma pomiędzy cylindrycznym pierścieniem 15 na swoim przednim osiowym końcu a pierścieniem 16 na swoim tylnym osiowym końcu przewężenie 17, przy czym ogólnie jest on wykonany jako cienkościenny i wydrążony. Jego pusta przestrzeń 18 powiększa przestrzeń tłoczną 13. Dla uszczelnienia tłoka zamykającego 6 względem przestrzeni tłocznej 13 przewidziany jest pierścień uszczelniający wargowy 19 o przekroju poprzecznym przypominającym kształt litery U, umieszczony w pierścieniu 16. Pomiędzy pierścieniem uszczelniającym wargowym 19 a tylnym końcem tłoka zamykającego 6 nacięty jest rowek 20.

164 702

Wewnątrz pierścienia 15 uformowane jest otwarte do przodu wybranie, stanowiące gniazdo pierścienia uszczelniającego 9. Pierścień uszczelniający 9 jest przytrzymywany w tym gnieździe przez zachodzącą na niego część przednią 21, która króćcem 22 wchodzi w przyporządkowane temu króćcowi wybranie 23 w korpusie zasadniczym 14 i jest wkręcona za pomocą gwintu 24 w korpus zasadniczy 14. Wpuszczony w część przednią 21 pierścień uszczelniający 25 o przekroju poprzecznym okrągłym stanowi uszczelnienie pomiędzy częścią przednią 21 a pierścieniem uszczelniającym 9. Aby przy składaniu umknąć przedostawania się do wewnątrz powietrza pod ciśnieniem, w części przedniej 21 i w pierścieniu 15 korpusu zasadniczego przewidziane zostały otwory odpowietrzające 26 względnie 27. Kolejny osiowy otwór 28 przewidziany w części przedniej 21 zmniejsza jej masę.

Część przednia 21 jest ukształtowana przed pierścieniem uszczelniającym 9 jako ogólnie biorąc grot 29 o kształcie stożka, posiadającego wklęsłą powierzchnię boczną. Jego powierzchnia boczna w obszarze końcowym, gdzie kończy się ona wytłoczoną krawędzią 30 tworzy kąt alfa z powierzchnią przekroju poprzecznego, wynoszący w pokazanym przykładzie wykonania 25°. Krawędź 30 usytuowana jest jeszcze w pewnej odległości przed pierścieniem uszczelniającym 9. Jego skośna powierzchnia uszczelnienia 8 przylega bezpośrednio do obwodu grota 29.

Wkręcona swoim obwodem w miejscach 31 w obudowę 1 zaworu część wkręcana 12, uszczelniona wpuszczonym w obudowę 1 pierścieniem uszczelniającym wargowym 32 o przekroju poprzecznym w kształcie litery U, zawiera ponadto układ zaworowy 33 do wypełniania i opróżniania przestrzeni tłocznej 13.

Układ zaworowy 33 składa się z grzybka 36 zaworu, uszczelniającego nad pierścieniem uszczelniającym 35 przechodzący przelotowo osiowy otwór okrągły 34 w części wkręcanej 12. Grzybek 36 zaworu jest prowadzony przez wchodzący przesuwnie w otwór 34 króciec 37 i jest oparty za pośrednictwem sprężyny 38 na elemencie mocującym 40, zamocowanym od wewnątrz śrubami 39 do części wkręcanej 12. Na skutek oddziaływania siły na króciec 37 od zewnątrz grzybek 36 zaworu zostaje uniesiony i sprężony gaz może zostać wpuszczony lub wypuszczony.

Dwa ślepe otwory 41 są przeznaczone do wkładania specjalnego przyrządu do odkręcania części wkręcanej 12 i są tak zwymiarowane, aby odpowiednie trzpienie przyrządu do odkręcania mogły przenosić na nie wystarczającą siłę, umożliwiającą wykręcanie lub wkręcanie części wkręcanej 12 przy pozbawionej ciśnienia przestrzeni tłocznej 13, jednakże musiałyby one zostać ścięte, jeśli zostałaby podjęta próba odkręcania przy panującym wewnątrz ciśnieniu.

Opisany powyżej zawór do amortyzowania tąpnięć górotworu pracuje w następujący sposób:

Jeśli ciśnienie gazu w przestrzeni tłocznej 13 wzrośnie ponad nastawioną wartość graniczną ciśnienia we wlocie 4, to powstała wskutek tego siła, oddziaływująca na znajdującą się wewnątrz szczelnego gniazda 7 daną powierzchnię tłoka zamykającego 6, wystarcza do przesunięcia tłoka zamykającego 6 w położenie otwarcia. Po odsunięciu się pierścienia uszczelniającego 9 od szczelnego gniazda 7 zwiększa się czynna powierzchnia tłoka do wielkości przekroju poprzecznego przestrzeni 5 cylindra. Wypływająca poprzez otwory wylotowe 10 ilość cieczy hydraulicznej jest nieistotna. Dopiero kiedy przednia część końcowa pierścienia 15 przy znacznym już udziale jego przekroju poprzecznego odsłoni wyloty 11, nastąpi w tym momencie rozprężenie. Poosiowy występ pierścienia 15 ponad wylotami 11 (w przybliżeniu do połowy otworów wylotowych 10) jest tak dobrany, aby wyloty 11 działały dopiero wtedy, kiedy pomiędzy szczelnym gniazdem 7 a pierścieniem uszczelniającym 9 utworzy się dostateczny przelot, to znaczy kiedy zawór będzie odpowiednio wystarczająco otwarty. Tak długo nadciśnienie, powodujące proces otwierania zaworu, pozostaje zatem w znacznym stopniu niezredukowany.

Otwory wylotowe 15 mają za zadanie przyspieszyć proces zamykania, kiedy to skutek omówionych uprzednio zwymiarowań wyloty 11 są już odsłonięte, natomiast jeszcze nie został osiągnięty stan zamknięcia szczelnego gniazda 7.

Co do pozostałych szczegółów działanie opisanego i pokazanego zaworu do amortyzowania tąpnięć górotworu, odnośnie różnych jego cech konstrukcyjnych, zostało wyczerpująco opisane powyżej.

164 702

41 36 34 37 35 12

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

Claims (10)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Zawór do amortyzowania tąpnięć górotworu posiadający obudowę z osiowym wlotem przystosowanym do łączenia z przestrzenią tłoczną hydraulicznego stojaka kopalnianego oraz z promieniowymi wylotami, przy czym pomiędzy wlotem i wylotem ma szczelne gniazdo dla tłoka zamykającego, umieszczonego poosiowo przesuwnie w obudowie zaworu, którego strona czołowa zwrócona ku wlotowi ma postać grota, a na jego stronie odwróconej od wlotu znajduje się przestrzeń tłoczna amortyzatora gazowego, przy czym ponadto w obudowie zaworu znajdują się wąskie otwory wylotowe pomiędzy szczelnym gniazdem i wspomnianymi wylotami promieniowymi, które w położeniu zamknięcia tłoka zamykającego są zakryte przez jego obwód, znamienny tym, że grot (29) tłoka zamykającego (6) ma postać stożka wklęsłego, przy czym płaszcz stożka nachylony jest względem przekroju poprzecznego pod kątem (α) równym 20 do 40°.
2. 2. Zawór według zastrz. 1, znamienny tym, że płaszcz stożka grota (29) nachylony jest względem przekroju poprzecznego pod kątem (α) równym 25 do 35°.
3. 3. Zawór według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że płaszcz stożka grota (29) zakończony jest krawędzią (30), której jedna powierzchnia boczna stanowi przedłużenie powierzchni stożkowej grota (29), a druga powierzchnia boczna, przeciwległa do powierzchni stożkowej, leży w płaszczyźnie prostopadłej do osi stożka, współpracując z pierścieniem uszczelniającym (9).
4. 4. Zawór według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że grot (29) jest połączony z pozostałą częścią (14) tłoka zamykającego (6) połączeniem gwintowym i pomiędzy częścią (16) tłoka zamykającego (6) a grotem (29) ukształtowane jest gniazdo dla pierścienia uszczelniającego (9).
5. 5. Zawór według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że tłok zamykający (6) jest uszczelniony względem przestrzeni tłocznej (13) amortyzatora gazowego za pomocą pierścienia uszczelniającego wargowego (19), zwłaszcza za pomocą takiego pierścienia o przekroju poprzecznym w kształcie zbliżonym do litery U.
6. 6. Zawór według zastrz. 5, znamienny tym, że pomiędzy pierścieniem uszczelniającym wargowym (19) a przestrzenią tłoczną (13) amortyzatora gazowego, na obwodzie tłoka zamykającego (6) ma co najmniej jeden rowek (20).
7. 7. Zawór według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że tłok zamykający (6) jest prowadzony korzystnie w sposób ciągły na pewnej swej długości, która jest większa od połowy, a korzystnie większa od trzech czwartych, jego średnicy.
8. 8. Zawór według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że tłok zamykający (6) jest prowadzony za pomocą dwóch powierzchni pierścieniowych (15,16), ukształtowanych blisko jego obu końców i ma przewężenie (17) pomiędzy nimi.
9. 9. Zawór według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że tłok zamykający (6) jest ukształtowany ogólnie jako cienkościenny korpus pusty.
10. 10. Zawór według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że wspomniany wlot (4) posiada przekrój poprzeczny jednakowy na całej swojej długości.