PL164823B1

PL164823B1 - Wysokociśnieniowy zawór bezpieczeństwa dla urządzeń hydraulicznych narażonych na udary

Info

Publication number: PL164823B1
Application number: PL28903991A
Authority: PL
Inventors: Aleksander S Gwiazda; Jan B Gwiazda
Original assignee: Aleksander S Gwiazda; Jan B Gwiazda
Priority date: 1991-02-11
Filing date: 1991-02-11
Publication date: 1994-10-31
Also published as: PL289039A1

Abstract

Wysokociśniemow zsaw<ór bezpieczeństwa dla urządzeń hydraulicznych narażonych na udary, składający się z kadłuba i pojemnika gazu zaopatrzonego w gazowy zawór zwrotny, znamienny tym, że ma grzybek (3, /9), wykonany z poliamidu lub tworzywa o podobnych właściwościach fizyko-mechanicznych, z płaską powierzchnią (3a, 19a) przylegającą dopłaskiej, gładkiej powierzchni(/a, 17a) kadłuba (1, /7) wykonanego z metalu nierdzewnego, przy czym naciski powierzchniowe pomiędzy płaskąpowierzchnią (3a, 19a) grzybka (3, 19) i płaską powierzchnią (1a, 17a) kadłuba (1,17) są tak dobrane, że wynoszą od 9,5 do 9,95% wytrzymałości na ściskanie (ρ) tworzywa, z którego wykonano grzybek (3, 19), co uzyskuje się dobierając średnicę (D) zewnętrzną grzybka (3,19), w stosunku do średnicy (d) gniazda zaworu i siły (F) dociskającej grzybek (3, 19) do powierzchni (1a. 17a) kadłuba (1,17). według zależ4F ności: 0,95 <3C > ------ ~---- =- > 0,5 oc

Description

Przedmiotem wynalazku jest wysokociśnieniowy zawór bezpieczeństwa dla urządzeń hydraulicznych narażonych na udary, którego zadaniem jest wypuszczenie z układu hydraulicznego odpowiedniej ilości cieczy, by zapobiec nadmiernemu wzrostowi jej ciśnienia pod wpływem energii udaru.

Zawory bezpieczeństwa służą do zabezpieczania różnych urządzeń przed nadmiernym wzrostem ciśnienia w ich układach hydraulicznych. Aby zawór bezpieczeństwa dobrze zabezpieczał urządzenie, musi otwierać natychmiast po pojawieniu się impulsu nadmiernego ciśnienia. Jedną z podstawowych zalet zaworu bezpieczeństwa jest więc odpowiednio krótki czas jego otwarcia. Czas otwarcia się zaworu zależy w dużej mierze od jego konstrukcji.

Najczęściej stosowany dotychczas zawór bezpieczeństwa ma poliamidowe stożkowe gniazdo zamykane stalową kulą. Zawór taki jest zamykany i uszczelniany na średnicy, która jest znacznie większa od średnicy cylindrycznej części gniazda zaworu, przeznaczonej dla przepływu medium hydraulicznego. W efekcie powierzchnia uszczelnienia (zamykania) zaworu jest znacznie większa od jego powierzchni przepływu. Przy wysokociśnieniowych zaworach bezpieczeństwa zamykanych siłą sprężyny sytuacja takajest bardzo niekorzystna, gdyż zawór wymaga silnej i dużej sprężyny, która powoduje znaczne zwiększenie jego gabarytów i kosztów jego wytwarzania. Poza tym stalowa kula zamykająca zawór jest narażona na uderzenia zanieczyszczeń znajdujących się w medium hydraulicznym, co powoduje uszkodzenia warstwy rdzochronnej i korozję prowadzącą do nieszczelności zaworu.

Znany jest z szeregu zastosowań wysokociśnieniowy zawór bezpieczeństwa z gniazdem uszczelnionym pierścieniem typu 0, w którym przesuwa się nurnik zaopatrzony w otwór wzdłużny i połączone z nim otwory promieniowe. Gdy otwory promieniowe znajdują się przed uszczelką (pierścieniem) typu 0 zawór jest zamknięty. Gdy wzrost ciśnienia spowoduje przesunięcie nurnika w takie położenie, że otwory promieniowe wysuną się za uszczelkę, następuje przepływ medium hydraulicznego przez zawór. Zawory tego typu mają długi czas otwarcia, gdyż nurnik musi się przesunąć o kilka milimetrów zanim nastąpi otwarcie zaworu. Poza tym powierzchnia zamknięcia zaworu jest znacznie większa od jego powierzchni przepływu, co zwiększa gabaryty i koszty wytworzenia zaworu.

W patencie polskim nr 161 518 przedstawiono hydrauliczny zawór przelotowy, którego poliamidowy grzybek ma korek, dopasowany na wcisk do średnicy gniazda, zamykający przepływ. W zaworze tym średnica korka musi być współosiowa ze średnicą gniazda. Współosiowość taką można uzyskać jedynie przy zachowaniu specjalnego reżimu technologicznego, co podnosi koszy wykonania zaworu.

Opisane powyżej niedogodności usuwa całkowicie wysokociśnieniowy zawór bezpieczeństwa według wynalazku. Wysokociśnieniowy zawór bezpieczeństwa dla urządzeń hydraulicznych narażonych na udary składa się z kadłuba i pojemnika gazu zaopatrzonego w gazowy zawór zwrotny oraz ma grzybek wykonany z poliamidu lub tworzywa o podobnych właściwościach fizyko-mechanicznych, z płaską powierzchnią przylegającą do płaskiej, gładkiej powierzchni kadłuba wykonanego z metalu nierdzewnego, przy czym naciski powierzchniowe pomiędzy płaską powierzchnią grzybka i płaską powierzchnią kadłuba są tak dobrane, że wynoszą od 0,5 do 0,95% wytrzymałości na ściskanie tworzywa, z którego wykonano grzybek, co uzyskuje się dobierając średnicę zewnętrzną grzybka, w stosunku do średnicy gniazda zaworu i siły dociskającej grzybek do powierzchni kadłuba, według zależności:

4F

0,95 a_c > -, >0,5o_c (1)

Π( D² - d²) gdzie: D - zewnętrzna średnica grzybka, d - średnica gniazda zaworu, c - wytrzymałość na ściskanie tworzywa (poliamidu), z którego wykonano grzybek, F - siła dociskająca grzybek do gniazda (powierzchni kadłuba) p (2) gdzie: p - ciśnienie, przy którym otwiera się zawór bezpieczeństwa.

Zawór według wynalazku ma uszczelkę, umieszczoną w otwartym rowku, wykonanym w ściance zbiornika gazu, przy czym jedna ze ścianek rowka stanowi kadłub zaworu, uszczelniającą wodzik względem zbiornika gazu. Na wodziku umieszczono zawór zwrotny gazu.

Wysokociśnieniowy zawór bezpieczeństwa dla urządzeń hydraulicznych narażonych na udary składa się z kadłuba i tulei mieszczącej sprężynę oraz ma grzybek wykonany z poliamidu

164 823 lub tworzywa o podobnych właściwościach fizyko-mechanicznych, z płaską powierzchnią przylegającą do płaskiej, gładkiej powierzchni kadłuba wykonanego z metalu nierdzewnego, przy czym naciski powierzchniowe pomiędzy płaską powierzchnią grzybka i płaską powierzchnią kadłuba są tak dobrane, że wynoszą od 0,5 do 0,95% wytrzymałości na ściskanie tworzywa, z którego wykonano grzybek, co uzyskuje się dobierając średnicę zewnętrzną grzybka, w stosunku do średnicy gniazda zaworu i siły dociskającej grzybek do powierzchni kadłuba, według zależności (1). Zawór ma wkręconą śrubę z ostrą końcówką w ściankę śruby napinającej sprężynę, oraz ma łożysko, usytuowane bezpośrednio pod śrubą napinającą sprężynę, składające się z pierścienia, kuli i otworu w śrubie napinającej sprężynę. Zawór ma kadłub wykonany jako oddzielny element, osadzony w dnie tulei mieszczącej sprężynę.

Przedmiot wynalazku uwidoczniono w przykładowych wykonaniach na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia wysokociśnieniowy zawór bezpieczeństwa dla urządzeń hydraulicznych zamykany siłą sprężonego gazu z kulkowym zaworem zwrotnym gazowym, umieszczonym na zbiorniku gazu, fig. 2 - zawór bezpieczeństwa zamykany siłą sprężonego gazu, z grzybkowym zaworem zwrotnym gazowym, umieszczonym na wodziku grzybka a fig. 3 wysokociśnieniowy zawór bezpieczeństwa zamykany siłą sprężyny.

Wysokociśnieniowy zawór bezpieczeństwa dla urządzeń hydraulicznych narażonych na udary składa się (fig. 1) z kadłuba 1 zaworu, zbiornika 2 gazu, grzybka 3 i wodzika 4. Wodzik 4 uszczelniono, względem zbiornika 2 gazu, za pomocą uszczelki 5, usytuowanej w otwartym rowku 6, wykonanym w ściance zbiornika 2 gazu. Otwarty rowek pozwala, po wykręceniu kadłuba 1, na zakładanie sztywnych uszczelek, których nie można by założyć do rowka wykonanego w pobocznicy cylindra. Grzybek 3 zamocowano na wcisk w wodziku 4, za pomocą czopa 7. Na zbiorniku 2 gazu umieszczono zawór zwrotny gazowy składający się z gniazda 8, śruby 9 i kulki 10 dociskającej do gniazda 8 za pomocą sprężyny 11. Zawór zwrotny gazowy jest zaślepiony korkiem 12 i zamknięty nakrętką 13, które to elementy mocuje się po napełnieniu zbiornika 2 sprężonym gazem. Sprężony gaz zajmuje przestrzeń 14 w zbiorniku 2. Medium hydrauliczne pod ciśnieniem dopływa do zaworu otworem 15 i wypływa na zewnątrz otworami

16.

Odmiana zaworu przedstawiona na fig. 2 składa się z kadłuba 17, zbiornika 18 gazu i płaskiego grzybka 19 przymocowanego śrubą 20 do wodzika 21. śrubę 20 uszczelniono względem wodzika 21 za pomocą uszczelki 22 a wodzik 21 uszczelniono względem zbiornika 18 gazu za pomocą uszczelki 23. Zawór zwrotny gazowy uumieszczono w wodziku 21. Zawór ten składa się ze śruby 24, sprężyny 25, kołpaka 26, i uszczelki 27. Przestrzeń 28 zbiornika 18 wypełniono sprężonym gazem. Medium hydrauliczne dopływa do zaworu otworem 29 i wypływa na zewnątrz, po odepchnięciu grzybka 19, otworami 30.

Na figurze 3 przedstawiono odmianę wysokociśnieniowego zaworu bezpieczeństwa, którego grzybek jest dociskany do gniazda siłą sprężyny. Kadłub 31 zaworu osadzono w dnie 32 tulei 33 mieszczącej sprężynę 34. Grzybek 35 zaworu osadzono, za pomocą czopa 36, w wodziku 37. Siła sprężyny 34 jest przekazywana na wodzik 37 za pomocą kołpaka 38. Sprężyna 34 jest napinana za pomocą śruby 39. W celu zmniejszenia tarcia śruby 39 o sprężynę 34, pomiędzy tymi elementami usytuowano łożysko składające się z kuli 40 osadzonej w otworze 41 pierścienia oporowego sprężyny 42. Śruba 39 napinająca sprężynę 34 jest blokowana za pomocą śruby 43. Medium hydrauliczne dopływa do zaworu otworem 44 i wypływa na zewnątrz, po odepchnięciu grzybka 35, otworami 45.

Wysokociśnieniowy zawór bezpieczeństwa dla urządzeń hydraulicznych narażonych na udary, według wynalazku, działa w sposób następujący. Gaz sprężony w przestrzeni 14 (fig. 1) zbiornika 2 gazu naciska na wodzik 4 uszczelniony uszczelką 5, wytwarzając siłę F dociskającą grzybek 3 do wyszlifowanej powierzchni 1a kadłuba 1. Siła F osiąga wartość:

gdzie: p1 - ciśnienie gazu w przestrzeni 14, D1 - średnica wodzika.

164 823

Siła F powoduje powstanie nacisków kp powierzchniowych pomiędzy płaską (uszczelniającą) powierzchnią 3a grzybka 3 a powierzchnia 1a zaworu. Wartość tych nacisków wynosi:

4F kp = -Ύ—Γ (4)

Π( D² - d²)

Wielkości D i d opisano we wzorze (1). Badania wykazały, że dla zapewniania szczelności zaworu w jego górnym zakresie działania, niezbędne jest spełnienie warunku określonego wzorem (1). Jeżeli naciski powierzchniowe kp są mniejsze od 0,5 wytrzymałości na ściskanie tworzywa grzybka (kp<0,5 Oc) to zawór w swym górnym zakresie pracy jest nieszczelny, jeżeli zaś kp > 0,95<ac, grzybek przy nieobciążonym zaworze może ulec uszkodzeniu. Siła F uzyskana wskutek działania sprężonego gazu na wodzik 4 jest równoważona siłą powstałą pod wpływem działania ciśnienia p medium hydraulicznego, w otworze 15, na płaską powierzchnię 3a o średnicy d na grzybku 3, przy czym p jest ciśnieniem otwarcia się zaworu. Po odepchnięciu grzybka 3 od powierzchni la kadłuba 1, medium hydrauliczne wypływa z otworu 15, poprzez otwory 16, na zewnątrz zaworu. Po odpowiednim spadku ciśnienia cieczy w otworze 15, gaz sprężony w przestrzeni 14 zbiornika 2 dociska grzybek 3 do powierzchni 1 a kadłuba 1, zamykając drogę przepływu cieczy przez zawór.

W identyczny sposób działa odmiana zaworu przedstawiona na fig. 2. Po odpowiednim wzroście ciśnienia cieczy w otworze 29, płaski grzybek 19 zostanie odepchnięty od gniazda i medium hydrauliczne wypływa otworami 30 na zewnątrz zaworu, zaś po _spadku ciśnienia cieczy w otworze 29, gaz sprężony w przestrzeni 28 dociska grzybek 19 do gniazda i zamyka przepływ cieczy przez otwór.

W odmianie zaworu przedstawionej na fig. 3, grzybek 35 jest dociskany do powierzchni 3 la kadłuba 31 siłą sprężyny 34 napinanej za pomocą śruby 39. Ciśnienie cieczy znajdującej się w otworze 44 naciska na powierzchnię 35a o średnicy d na grzybku 35. W chwili gdy siła, powstała wskutek działania ciśnienia cieczy w otworze 4-4 na grzybek 35, przewyższy siłę sprężyny 34, grzybek 35 zostaje odepchnięty od (gniazda) powierzchni 3 la kadłuba 31 i medium hydrauliczne wypływa z otworu 44, poprzez otwory 45, na zewnątrz zaworu. Gdy w otworze 44 nastąpi odpowiedni spadek ciśnienia cieczy, sprężyna 34 dociska grzybek 35 do powierzchni 3la kadłuba 31, zamykając drogę przepływu medium hydraulicznego przez zawór.

164 823

Fig.3

J35.

164 823

Fig.2

164 823

Fig. 1

Departament Wydawnictw UP RP Nakład 90 egz.

Cena 10 000 zł

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. WysokociSnieniowynawór Zazpie cezPstwadlaurcądzeń hyZraulic2nychznrażonychon udary, składający się z kadłuba i pojemnika gaze zaopatrzonego w gazowy zawór zwrotny, znamienny tym, że ma grzybek (3, 19), wykonany z poliamidu lub tworzywa o podobnych właściwościach fizyko-mechanicznych, z płaską powierzchnią (3a, 19a) przylegającą do płaskiej, gładkiej powierzchni (1a, 17a) kadłuba (1,17) wykonanego z metalu nierdzewnego, przy czym naciski powierzchniowe pomiędzy płaską powierzchnią (3a, 19a) grzybka (3,19) i płaską powierzchnią (1a, 17a) kadłuba (1,17) są tak dobrane, że wynoszą od 0,5 do 0,95% wytrzymałości na ściskanie (Oc) tworzywa, z którego wykonano grzybek (3,19), co uzyskuje się dobierając średnicę (D) zewnętrzną grzybka (3,19), w stosunku do średnicy (d) gniazda zaworu i siły (F) dociskającej grzybek (3,19) do powierzchni (1a, 17a) kadłuba (1,17), według zależności:

4F

0,95 a_c > -i-5— > 0,5 o_c

Π( D² - d²)
2. Zawór według zastrz. 1, znamienny tym, że ma uszczelkę (5, 23) umieszczoną w otwartym rowku (6), wykonanym w ściance zbiornika (2) gazu, przy czym jedną ze ścianek rowka (6) stanowi kadłub (1,17) zaworu, uszczelniającą wodzik (4,21) względem zbiornika (2, 18) gazu.
3. Zawór według zastrz. 2, znamienny tym, że ma zawór zwrotny gazu umiszczony na wodziku (21).
4. Wysokociśnieniowy zawór bezpieczeństwa dla urządzeń hydraulicznych narażonych na udary, składający się z kadłuba i tulei mieszczącej sprężynę, znamienny tym, że ma grzybek (35) wykonany z poliamidu lub tworzywa o podobnych właściwościach fizyko-mechanicznych, z płaską powierzchnią (35a) przylegającą do płaskiej, gładkiej powierzchni (31a) kadłuba (31) wykonanego z metalu nierdzewnego, przy czym naciski powierzchniowe pomiędzy płaską powierzchnią (35a) grzybka (35) i płaską powierzchnią (31a) kadłuba (31) są tak dobrane, że wynoszą od 0,5 do 0,95% wytrzymałości na ściskanie (Oc) tworzywa, z którego wykonano grzybek (35), co uzyskuje się dobierając średnicę (D) zewnętrzną grzybka (35), w stosunku do średnicy (d) gniazda zaworu i siły (F) dociskającej grzybek (35) do powierzchni (31a) kadłuba (31), według zależności:

4F

0,95 o_c > -5-3- > 0,5 a_c

Π( D² - d²)
5. Zawór według zastrz. 4, znamienny tym, że w ściankę śruby (39) napinającej sprężynę (34) ma wkręconą śrubę (43) z ostrą końcówką.
6. Zawór według zastrz. 5, znamienny tym, że ma łożysko, usytuowane bezpośrednio pod śrubą (39), składające się z pierścienia oporowego sprężyny (42), kuli (40) i otworu (39a) w śrubie (39).
7. Zawór według zastrz. 4, znamienny tym, że ma kadłub (31) wykonany jako oddzielny element, osadzony w dnie (32) tulei (33).