PL212440B1 - Zawór, zwlaszcza zawór ograniczajacy cisnienie - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest zawór, zwłaszcza zawór ograniczający ciśnienie dla górnictwa podziemnego, zawierający korpus zaworu, przez który przynajmniej na części jego długości może odbywać się osiowo przepływ i którym obciążony sprężyną tłok zaworu włożony jest w prowadnicę tłoka i zamyka ją z uszczelnieniem.

Taki zawór znany jest z niemieckiego opisu patentowego nr DE 20 2006 009 403.

W tego rodzaju zaworach ograniczających ciśnienie, które zwykle mają tylko jedno przyłącze i powinny otwierać się przykładowo przy ciś nieniu otwarcia wynoszącym 380 barów, może powstać problem polegający na tym, że przepływ osiągalny przy otwieraniu zaworu jest za mały. Taki problem może wystąpić zwłaszcza wtedy, kiedy zawór ma stosunkowo małą średnicę.

Celem wynalazku jest takie udoskonalenie zaworu ograniczającego ciśnienie wymienionego na wstępie rodzaju, by przy małej średnicy uzyskać możliwe duży przepływ, kiedy zawór otwiera się.

Cel ten został osiągnięty w ten sposób, że prowadnica tłoka ma powierzchnię kierującą, która w kierunku osiowym zmienia kierunek płynu wypływają cego poprzez szczelne gniazdo podczas otwierania się zaworu i tak kieruje go na znajdującą się na tłoku zaworu powierzchnię odbojową, że płyn działa w kierunku osiowym na tłok zaworu ciśnieniem dynamicznym płynu.

Powierzchnię kierującą znajdującą się na prowadnicy tłoka wykorzystuje się celowo do tego, by podczas otwierania tłoka zaworu zmienić kierunek płynu przepływającego przez gniazdo szczelne w kierunku osiowym, aby mógł on zadziałać na tłok zaworu ciśnieniem dynamicznym płynu. Powierzchnia odbojowa przewidziana na tłoku zaworu tworzy przeciwpowierzchnię, na którą może trafiać płyn, którego kierunek przypływu został zmieniony tak, że podczas otwierania zaworu ciśnienie dynamicznego przepływającego płynu jest wykorzystywane dodatkowo do tego, by oddziaływać na tłok zaworu siłą, aby tłok zaworu otworzył się dostatecznie szeroko i aby uzyskać wymagane przepływy.

Według pierwszej korzystnej postaci wykonania powierzchnia kierująca ma po stronie napływu styczną promieniową a po stronie wypływu styczną osiową, a zwłaszcza jest zakrzywiona wklęśle. Dzięki powierzchni kierunkowej ukształtowanej w taki sposób, strumień płynu przepływający przez prowadnicę tłoka jest tak odchylany i ma zmieniany kierunek, że płyn jest prawie w całości kierowany na powierzchnię odbojową tłoka zaworu, bez występowania przy tym niepożądanego poszerzenia strumienia płynu albo odchylenia w kierunku promieniowym.

Według dalszej korzystnej postaci wykonania jest korzystnie, jeśli tłok zaworu w obszarze najwęższego miejsca prowadnicy tłoka ma kształt koliście cylindryczny, bo dzięki temu zapobiega się też niepożądanemu poszerzeniu strumienia przepływającego medium.

Doświadczenia w praktyce pokazały, że korzystna jest maksymalna promieniowa szerokość szczeliny między powierzchnią kierującą a tłokiem zaworu rzędu wielkości od około 0,5 do 1 mm, zwłaszcza około 0,7 mm.

Ponadto jest korzystnie, jeśli maksymalna powierzchnia pierścieniowa między powierzchnią kierującą a tłokiem zaworu ma w przybliżeniu tę samą wielkość co najwęższy przekrój przepływu przed powierzchnią kierującą.

Według dalszej korzystnej postaci wykonania tłok zaworu ma na stronie czołowej powierzchnię napływu zakrzywioną wklęśle, która zwłaszcza ma po stronie napływu styczną osiową, a po stronie wypływu styczną promieniową. Za pomocą takiej powierzchni napływowej strumień płynu daje się przy otwieraniu zaworu korzystnie skierować na powierzchnię kierującą prowadnicy tłoka.

Korzystnie jest przy tym też, gdy powierzchnia kierująca i powierzchnia odbojowa ukształtowane są tak, że tłok zaworu zmienia kierunek przepływu płynu wypływającego przez zawór z kierunku osiowego najpierw na kierunek promieniowy, a następnie prowadnica tłoka zmienia go znów na kierunek osiowy.

Według dalszej korzystnej postaci wykonania między sprężyną a tłokiem zaworu znajduje się miseczka sprężyny, przy czym powierzchnie przylegania tłoka zaworu i miseczki sprężyny mają kształt czaszy kulistej. W tej postaci wykonania obie powierzchnie przylegania w kształcie czaszy kulistej gwarantują, że miseczka sprężyny zostanie przy niewielkim tarciu dociśnięta do położenia krańcowego, w którym miseczka sprężyny będzie ewentualnie też miała ustawienie ukośne.

Według dalszej korzystnej postaci wykonania także prowadnica tłoka może posiadać powierzchnię przylegania, która ma kształt czaszy kulistej i która odpowiada kształtowi czaszy kulistej miseczki sprężyny. Dzięki temu zdefiniowane położenie miseczki sprężyny zapewnione jest także wtedy, kiedy tłok zaworu znajduje się w swojej pozycji całkowicie zamkniętej.

PL 212 440 B1

Może być korzystnie, jeśli każda czasza kulista będzie miała taki sam punkt środkowy.

Aby było możliwe stosowanie mniejszych sprężyn jest korzystnie, jeśli tłok zaworu ma otwór przelotowy, tak aby płyn działał na przestrzeń pierścieniową między tłokiem zaworu a prowadnicą tłoka.

Poza tym jest korzystnie, gdy tłok zaworu jest dociskany do pierścienia uszczelniającego nie powierzchniowo, lecz tylko jedną krawędzią obwodową, bo w tym przypadku przy otwieraniu zaworu krawędź obwodowa powoduje określone prowadzenie strumienia, które według potrzeby skierowuje strumień płynu w kierunku powierzchni odbojowej, nie tworząc z niego wachlarza albo nie rozdzielając go.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia przekrój podłużny zaworu ograniczającego ciśnienie z otwartym tłokiem zaworu, fig. 2 powiększony widok częściowy zaworu z fig. 1, fig. 3 - przekrój podłużny innego przykładu wykonania zaworu ograniczającego ciśnienie z zamkniętym tłokiem zaworu, fig. 4 - częściowe powiększenie zaworu z fig. 3, jednak w trakcie otwierania się tłoka zaworu, fig. 5 - ujęcie odpowiadające fig. 2 z ilustracją występujących przebiegów ciśnienia i prędkości, a fig. 6 - przekrój podłużny dalszego przykładu wykonania zaworu ograniczającego ciśnienie.

Na fig. 1 pokazany jest przekrój podłużny pierwszego przykładu wykonania zaworu ograniczającego ciśnienie z korpusem zaworu, który składa się z dwóch połówek 10 i 12 obudowy połączonych ze sobą połączeniem gwintowym, przy czym druga połowa 12 obudowy ma osiowy otwór przelotowy 14, który zmniejsza się od większej średnicy do mniejszej średnicy i poprzez który płyny mogą przepływać osiowo przez zawór na części jego długości.

W prowadnicy 16 tłoka, która za pomocą gwintu 11 połączona jest z drugą połową 12 obudowy, umieszczony jest tłok 20 zaworu, na który działa swą siłą sprężyna 18.

Tłok 20 zaworu, przedstawiony w powiększeniu na fig. 2, uszczelniony jest względem prowadnicy 16 tłoka pierścieniem 22 o przekroju okrągłym, na prowadnicy tłoka zabezpieczony jest pierścieniem osadczym rozprężnym 19, a na swoim tylnym w kierunku przepływu końcu posiada czop koliście cylindryczny 24, którego średnica zewnętrzna odpowiada średnicy wewnętrznej prowadnicy 16 tłoka w jej najwęższym miejscu. Za swoim czopem 24 tłok 20 zaworu rozszerza się, kiedy patrzy się w kierunku przepływu, i tworzy tam powierzchnię odbojową 26 obiegającą na kształt pierścienia, która jest w zasadzie zorientowana promieniowo. Tylną krawędzią obwodową 28 czopa 24 tłok 20 zaworu w stanie zamkniętym zaworu przylega do pierścienia 30 o przekroju okrą głym, który przytrzymywany jest między drugą połową 12 obudowy a prowadnicą 16 tłoka.

Poza tym na figurach 1 i 2 pokazano, że za pierścieniem 30 o przekroju okrągłym prowadnica 16 tłoka posiada otwór przelotowy 32 przebiegający poprzecznie do kierunku osiowego, przez który w chwili otwierania się zaworu może wydostawać się płyn, który przepłynął przez szczelinę między czopem koliście cylindrycznym 24 tłoka 20 zaworu a najwęższym miejscem prowadnicy 16 tłoka.

Aby przy otwieraniu się zaworu płyn był prowadzony w sposób celowy, prowadnica 16 tłoka, patrząc w kierunku przepływu, ma między pierścieniem 30 o przekroju okrągłym a poprzecznym otworem przelotowym 32 powierzchnię kierującą 34, która przy otwieraniu się zaworu zmienia w kierunku osiowym kierunek przepływu płynu wypływającego przez prowadnicę 16 tłoka i kieruje go na powierzchnię odbojową 26 tłoka 20 zaworu. W przedstawionym przykładzie wykonania powierzchnia kierująca 34 jest zakrzywiona wklęśle i ma po stronie napływu styczną promieniową, a po stronie wypływu styczną osiową.

Jak ponadto przedstawiono na figurach 1 i 2, między sprężyną 18 a tłokiem 20 zaworu znajduje się miseczka 36 sprężyny, przy czym powierzchnie przylegania tłoka 20 zaworu i miseczki 36 sprężyny ma ją każdorazowo kształt czaszy kulistej o takim samym punkcie środkowym. Ponadto także prowadnica 16 tłoka posiada powierzchnię 38 przylegania, która jest dopasowana do odpowiedniej powierzchni 39 przylegania miseczki 36 sprężyny.

Na figurach 3 i 4 pokazana jest dalsza postać wykonania zaworu ograniczającego ciśnienie, przy czym dla tych samych części względnie elementów zastosowano takie same odnośniki i zrezygnowano z ponownego opisywania tych części.

W przypadku prowadnicy 16 tłoka tego przykładu wykonania część prowadnicy tłoka jest ukształtowana jako pierścieniowa wkładka 17, przy czym wkładka 17 zaopatrzona jest w pierścieniową powierzchnię kierującą, która z kolei w przekroju ukształtowana jest z krzywizną wklęsłą. W tym przykładzie wykonania wkładka 17 jest włożona w prowadnicę 16 tłoka i przytrzymywana przez drugą połowę 12 obudowy.

PL 212 440 B1

Ponadto w tym przykładzie wykonania tłok 20 zaworu na jego tylnym w kierunku przepływu końcu zaopatrzony jest w zakrzywioną wklęśle powierzchnię napływową 25, która od strony napływu ma styczną osiową, a od strony wypływu styczną promieniową. Dzięki temu przy otwieraniu się zaworu płyn z kierunku osiowego otworu 14 zmienia najpierw kierunek na promieniowy, trafia potem na powierzchnię kierującą 34 i zostaje przez nią skierowany z kierunku promieniowego znów do kierunku osiowego, a następnie wpada na powierzchnię odbojową 26 tłoka 20 zaworu, aby dodatkowo zadziałać na niego siłą.

Tłok 20 zaworu posiada w tym przykładzie wykonania ponadto otwór przelotowy 40, przez który ciśnienie działa na przestrzeń pierścieniową 42 między tłokiem 20 zaworu 20 a prowadnicą 16 tłoka. Poza tym w tym przykładzie wykonania miseczka 36 sprężyny posiada powierzchnię przylegania 46, która przylega do przedniego końca tłoku 20 zaworu ukształtowanego w postaci czopa i która ma postać czaszy kulistej. Tak samo tłok 20 zaworu ma w tym obszarze odpowiednią powierzchnię 44 przylegania w kształcie czaszy kulistej o tym samym punkcie środkowym. Wreszcie prowadnica 16 tłoka ma w okolicy miseczki sprężyny dalszą powierzchnię 48 przylegania, która także ma kształt czaszy kulistej o tym samym punkcie środkowym.

Odnośniki 50 oznaczają osłonę przeciwbryzgową z elastycznego materiału, która jest nasuwana na otwory wylotowe 54 przechodzące przez obudowę, przez które płyn może wydostawać się z korpusu zaworu.

Fig. 5 przedstawia warunki przepływu istniejące w postaci wykonania według fig. 2. Jak to widać, prędkość przepływu najpierw wzrasta, kiedy otwór wewnętrzny 16 drugiej połowy 12 obudowy zmniejsza się do mniejszej średnicy, przy czym równocześnie odpowiednio spada ciśnienie. Podczas otwierania się zaworu silnie spada ciśnienie w obszarze powierzchni kierującej 34, ponieważ prędkość przepływu mocno wzrasta z powodu zmniejszającego się przekroju przepływu między czopem 24 a powierzchnią kierują c ą 34.

Na fig. 6 pokazana jest dalsza postać wykonania zaworu ograniczającego ciśnienie, przy czym te elementy konstrukcji, które są takie same jak w wyżej opisanych postaciach wykonania oznaczone są tu tymi samymi odnośnikami i nie są bliżej opisywane.

Zawór przedstawiony na fig. 6 ukształtowany jest jako załączający dwustopniowo zawór ograniczający ciśnienie i między pierwszą częścią 10 obudowy a drugą częścią 12 obudowy ma trzecią część 62 obudowy, w której umieszczony jest suwak tłokowy 64, który jest przesuwny przeciwko sile kolejnej sprężyny 66 i jest dociśnięty do pierścienia 68 o przekroju okrągłym, który przytrzymywany jest między drugą częścią 12 obudowy a trzecią częścią 62 obudowy. Suwak tłokowy posiada centralny otwór 70, który zaopatrzony jest w punkt dławienia 72. Odnośniki 74 i 76 oznaczają odpowiednio pierścień uszczelniający. Odnośnikiem 78 oznaczona jest objętość tłumieniowa, która współpracuje ze szczeliną tłumieniową 80. Odnośnikiem 34 oznaczona jest tuleja tłumieniowa, która współpracuje z suwakiem tłokowym 64. Odnośnik 82 oznacza pierś cień przytrzymujący. Odnoś nikiem 84 oznaczono natomiast ochronę przeciwbryzgową.

W zaworze przedstawionym w fig. 6 obszar tł oka 20 zaworu wykonany jest w taki sam sposób jak w powyższych postaciach zaworów ograniczających ciśnienie. Dla suwaka tłokowego 64 część 62 obudowy tworzy prowadnicę tłoka i znowu posiada, gdy patrzy się w kierunku przepływu, za pierścieniem uszczelniającym 68 powierzchnię kierującą 86, która jest zakrzywiona wklęśle i która współpracuje ze zorientowaną promieniowo powierzchnią odbojową 88 suwaka tłokowego 64. W tym przykładzie wykonania idea wynalazku została więc zrealizowana dwa razy.

Kiedy w zaworze ograniczającym ciśnienie przedstawionym w fig. 6 narastające ciśnienie osiągnie wartość maksymalną, to tłok 20 zaworu najpierw otwiera się nieco, tak by we wnętrzu suwaka tłokowego 64 spadło ciśnienie i dzięki przesłonie 72 powstała różnica ciśnień, tak by następnie suwak tłokowy 64 przesunął się w kierunku przepływu i przepuścił płyn hydrauliczny do obszaru powierzchni kierującej 86. Ta powierzchnia kierująca 86 tak zmienia kierunek płynu hydraulicznego, że trafia on na powierzchnię odbojową 88 suwaka tłokowego 64 i przemieszcza go w kierunku przepływu, aby uzyskać dużą szerokość otwarcia.

Claims (10)

1. Zawór, zwłaszcza zawór ograniczający ciśnienie, zawierający korpus zaworu, przez który przynajmniej na części jego długości może odbywać się osiowo przepływ i w którym obciążony spręPL 212 440 B1 żyną tłok zaworu włożony jest w prowadnicę tłoka i zamyka ją z uszczelnieniem, znamienny tym, że prowadnica tłoka (16, 62) ma powierzchnię kierującą (34, 86), która zmienia w kierunku osiowym kierunek przepływu płynu wypływającego przez prowadnicę (16, 62) tłoka podczas otwierania się zaworu i tak kieruje na znajdując ą się na tł oku zaworu zorientowaną promieniowo powierzchnię odbojową (26), że płyn działa w kierunku osiowym na tłok (20, 64) zaworu dynamicznym ciśnieniem płynu.

2. Zawór według zastrz. 1, znamienny tym, że powierzchnia kierująca (34, 86) od strony napływu ma styczną promieniową, a od strony wypływu styczną osiową, a zwłaszcza jest zakrzywiona wklęśle.

3. Zawór według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że tłok (20) zaworu w obszarze najwęższego miejsca prowadnicy (16) tłoka jest ukształtowany jako czop koliście cylindryczny (24).

4. Zawór wedł ug zastrz. 1, znamienny tym, ż e najwię ksza powierzchnia pierś cieniowa mię dzy powierzchnią kierującą (34, 86) a tłokiem (20, 24, 64) zaworu ma w przybliżeniu tę samą wielkość co najwęższy przekrój przepływu przed powierzchnią kierującą (34, 86).

5. Zawór według zastrz. 1, znamienny tym, że tłok (20, 64) zaworu ma na stronie czołowej zakrzywioną wklęśle powierzchnię (29) napływu, która zwłaszcza po stronie napływu ma styczną osiową, a po stronie wypływu styczną promieniową.

6. Zawór wedł ug zastrz. 1, znamienny tym, ż e powierzchnia kierują ca (34, 86) i powierzchnia odbojowa (26) ukształtowane są tak, że tłok (20, 64) zaworu zmienia kierunek przepływu płynu wypływającego przez zawór z kierunku osiowego na kierunek promieniowy, a powierzchnia kierująca (34, 86) zmienia go znów na kierunek osiowy.

7. Zawór według zastrz. 1, znamienny tym, że między sprężyną (18) a tłokiem (20) zaworu znajduje się miseczka (36) sprężyny, przy czym powierzchnie przylegania tłoka (20) zaworu i miseczki (36) sprężyny mają kształt czaszy kulistej.

8. Zawór według zastrz. 1, znamienny tym, że prowadnica (16) tłoka i miseczka (36) sprężyny posiadają każdorazowo powierzchnię przylegania (48, 46), która ma kształt czaszy kulistej.

9. Zawór według zastrz. 1, znamienny tym, że tłok zaworu ma otwór przelotowy (40), dla oddziaływania płynu na przestrzeń pierścieniową (42) między tłokiem zaworu a prowadnicą tłoka.

10. Zawór według zastrz. 1, znamienny tym, że tłok (20, 64) zaworu dociśnięty jest do pierścienia uszczelniającego (30) tylko jedną krawędzią obwodową (28).