CZ4643U1 - Hydraulic securing and control element, particularly safety valve - Google Patents

Description

Oblast technikyTechnical field

Technické řešení se týká hydraulických a jistících prvků, zejména pojistných ventilů čerpadel a hydraulických obvodů. Dosavadní stav technikyThe technical solution relates to hydraulic and protection elements, in particular pump safety valves and hydraulic circuits. BACKGROUND OF THE INVENTION

V současné době se pro jištění čerpadel a hydraulických obvodů proti překročení provozního či přípustného tlaku kapaliny používají přímoproudé nebo protiproude pojistné ventily, dále pojistné ventily se střižným elementem, pojistné ventily s vnějším řízením, např. elektrickým signálem či tlakovým vzduchem, a nebo tlakové snímače ve spojení s automatikou ovládající pohon čerpadla .At present, direct or countercurrent safety valves, shear element safety valves, external control safety valves such as electric signal or compressed air, or pressure sensors in the circuit are used to protect pumps and hydraulic circuits against exceeding the operating or permissible fluid pressure. connection to the pump control automatics.

Pojistné ventily se střižným elementem jsou konstrukčně nejjednodušší, mají prakticky svislou vypínací charakteristiku s okamžitým poklesem tlaku do nuly, avšak jejich nevýhodou je nemožnost nastavení přesného vypínacího tlaku. Pojistné ventily s vnějším řízením a samostatné tlakové spínače s vazbou na pohonnou jednotku mohou být dle konstrukce vysoce přesné a citlivé včetně dostatečně strmé vypínací charakteristiky, ale konstrukčně se jedná o složitá zařízení vyžadující zpravidla řadu vedlejších podpůrných prvků, popř. zdrojů energie, které do systému vnášejí mnoho dalších zdrojů možných poruch a zvyšují tak nespolehlivost celého systému.Safety valves with shear element are the simplest in construction, have practically vertical cut-off characteristics with instant pressure drop to zero, but their disadvantage is the impossibility of setting the exact cut-off pressure. Depending on the design, safety valves with external control and separate pressure switches coupled to the drive unit may be highly accurate and sensitive, including a sufficiently steep cut-off characteristic, but in construction they are complex devices requiring a number of auxiliary elements, respectively. energy sources, which bring many other sources of possible failures into the system and thus increase the unreliability of the whole system.

Nejčastěji používanými jistícími a regulačními prvky jsou přímoproudé a protiproude pojistné ventily s přímým řízením pracovní kapalinou, které jsou z hlediska chování v systému rovnocenné. Jedná se o zařízení konstrukčně poměrně jednoduchá bez vazby na jakékoliv další přídavné zdroje energie a tudíž i o zařízení dostatečně spolehlivá. Nevýhodou je záporná strmost vypínací charakteristiky, což vede k nezanedbatelnému zvýšení tlaku nutného pro plné otevření tohoto pojistného prvku. Další nevýhodou je skutečnost, že u tohoto typu pojistného ventilu nelze řešit pokles tlaku při vypnutí pojistného ventilu, naopak při vypínání pojistného ventilu dochází spolu se zvyšováním přepouštěného množství kapaliny přes pojistný ventil k přibližně lineárnímu nárůstu tlaku nad nastavený vypínací tlak až do maximální hodnoty, přičemž velikost tohoto nárůstu je dána strmostí vypínací charakteristiky. Další nevýhodou těchto pojistných ventilů je pak skutečnost, že z hlediska mechaniky pracují tyto v oblasti stabilní rovnováhy mezi hydraulickou silou působící na kuželku ventilu a silou pružiny, což vyvolává možnost práce pojistných ventilů v nestandardním režimu částečného přepouštění průtoku, tj. k ztrátové regulaci tlaku. Vzhledem ke skutečnosti, že pojistné ventily nejsou většinou konstrukčně řešeny pro možnost dlouhodobějšího přepouštění části průtoku, je tento režim práce pojistných ventilů většinou nepřípustný, protože může vést k vážnému poškození pojistného prvku a ke zvýšení jeho nespolehlivosti.The most commonly used belaying and regulating elements are direct-current and counter-current safety valves with direct control of the working fluid, which are equivalent in terms of system behavior. These devices are relatively simple in construction, without any connection to any other additional energy sources, and hence reliable. A disadvantage is the negative steepness of the tripping characteristic, which leads to a noticeable increase in the pressure required to fully open this locking element. Another disadvantage is the fact that in this type of safety valve the pressure drop cannot be solved when the safety valve is switched off. On the contrary, when the safety valve is switched off, the pressure over the safety valve increases approximately linearly above the set cut-off pressure. the magnitude of this increase is given by the steepness of the tripping characteristic. A further disadvantage of these relief valves is that they operate mechanically in a stable equilibrium between the hydraulic force acting on the valve plug and the spring force, which makes it possible for the relief valves to operate in a non-standard partial flow relief mode, i.e., pressure loss control. Due to the fact that the safety valves are not usually designed for the possibility of long-term leakage of part of the flow, this mode of safety valve operation is usually inadmissible, as it can lead to serious damage of the safety element and increase its unreliability.

-1CZ 4643 U1-1GB 4643 U1

Podstata technického řešeníThe essence of the technical solution

Uvedené nevýhody odstraňuje do značné míry technické řešení, kterým je hydraulický jističi a regulační prvek, zejména pojistný ventil, sestávající z tělesa opatřeného minimálně jedním sedlem, kde v pracovním prostoru tělesa je suvně uložena alespoň hlavní kuželka a jsou na něj napojeny přívodní větev a odpadní větev pracovní kapaliny. Jeho podstata spočívá v tom, že pod sedlem je v odpadní větvi tělesa umístěn škrticí prvek.These drawbacks are largely eliminated by the technical solution, which is a hydraulic circuit breaker and a control element, in particular a safety valve consisting of a body provided with at least one seat, in which at least the main plug is slidably mounted in the working space of the body. working fluid. It is based on the fact that a throttle element is placed under the seat in the waste branch of the body.

V optimálním provedení je škrticí prvek tvořen tryskou a nad škrticím prvkem je odpadní větev propojena pod sedlo pomocné kuželky uložené v tělese suvně ve společném pracovním prostoru s hlavni kuželkou.In an optimum embodiment, the throttle element is formed by a nozzle and above the throttle element the waste branch is connected below the seat of the auxiliary plug mounted in the housing in a common working space with the main plug.

Navrhovanou konstrukcí se dosahuje podstatného snížení tla- ”j kového nárůstu potřebného pro havarijní přepouštění celého průtoku, což je výhodné zejména u vysokotlakých ventilů, přičemž oproti nepřímo řízeným pojistným ventilům se jedná o zařízení nepoměrně jednodušší a nenárokující další vnější zdroje energie. Dále se omezuje možnost nestandardního provozu v režimu dlouhodobé regulace průtoku přepouštěním, zvyšuje se spolehlivost a bezpečnost systému při minimalizaci jeho rozměrů.The proposed design achieves a substantial reduction in the pressure build-up required for emergency leakage of the entire flow, which is particularly advantageous for high-pressure valves, which, compared to indirectly controlled relief valves, is a device which is disproportionately simpler and does not require additional external energy sources. Furthermore, the possibility of non-standard operation in the mode of long-term flow control through the overflow is reduced, the reliability and safety of the system is increased while minimizing its dimensions.

Přehled obrázků na výkresechBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Konkrétní příklady provedení pojistných ventilů podle technického řešení jsou schematicky znázorněny na připojených výkresech, kde obr. 1 představuje osový vertikální řez základním provedením běžného protiproudého ventilu, obr. 2 řez alternativním provedením protiproudého ventilu se dvěma kuželkami a obr. 3 řez dvoukuželkovým přímoproudým ventilem.Specific embodiments of the safety valves according to the invention are schematically shown in the accompanying drawings, in which Fig. 1 is an axial vertical section through a basic embodiment of a conventional countercurrent valve, Fig. 2 is a sectional view of an alternate countercurrent valve with two plugs;

Příklady provedení technického řešeníExamples of technical solution

Pojistný ventil podle obr. 1 je tvořen tělesem 1 opatřeným sedlem 2, kde v pracovním prostoru 2 tělesa 1 je suvně uložena hlavní kuželka 4, opatřená diferenciálním mezikružím 5 a pružinou 'The safety valve according to FIG. 1 is formed by a body 1 provided with a seat 2, wherein in the working space 2 of the body 1 a main cone 4, slipped with a differential ring 5 and a spring is slidably mounted.

6., a jsou z něho vyvedeny přívodní větev 7 a odpadní větev 8 pracovní kapaliny. V odpadní větvi 8 je pak umístěn škrticí prvek 9, _t např. tryska. U alternativních provedení podle obr. 2 a 3, je v pracovním prostoru 3 tělesa 1 dále suvně uložena pomocná kuželka 10 opatřená rovněž pružinou 6, přičemž její plocha může být až několikanásobně větší než plocha diferenciálního mezikruží 5 hlavní kuželky 4 nebo její celkové plochy v případě přímoproudého ventilu dle obr. 3.6, and the inlet branch 7 and the outlet branch 8 of the working liquid are discharged therefrom. In the return line 8 is then placed in a throttle element _9, that e.g. nozzle. In the alternative embodiments according to FIGS. 2 and 3, in the working space 3 of the body 1, the auxiliary plug 10 is also slidably mounted, also provided with a spring 6, its area being up to several times larger than the differential annulus 5 of the main plug 4 or of the direct-current valve according to Fig. 3.

Při běžném provozním tlaku kapaliny je na hlavní kuželku 4 v pracovním prostoru 3_ pojistného ventilu přímým působením tlaku kapaliny na její diferenciální mezikruží 5, případně přímo na její plochu u přímoproudého ventilu dle obr. 3, vyvozována síla, která nepřemůže sílu pružiny 6 dotlačující hlavní kuželku 4 do sedla, 2 a uzavírající pojistný ventil. V případě netěsností mezi sedlem 2 a hlavní kuželkou 4, popř. pomocnou kuželkou 10 v obou alternativních provedeních, je případný průsak kapaliny odváděn z odpadní větve 8 přes škrtící prvek 9 do odpadu, když vzhledem k zanedbatelnému množství prosakované kapaliny nenastává v tomto škrtícím prvku 9^ prakticky žádná tlaková diference.At normal operating pressure of the liquid, a force is applied to the main plug 4 in the working space 3 of the safety valve by direct application of the pressure of the liquid to its differential ring 5 or directly to its surface at the direct valve shown in FIG. 4 into the seat, 2 and closing the safety valve. In the case of leaks between the seat 2 and the main plug 4, respectively. In both alternative embodiments, any leakage of liquid is discharged from the waste branch 8 via the throttle element 9 to the drain when virtually no pressure difference occurs in this throttle element 9 due to the negligible amount of leakage liquid.

-2CZ 4643 U1-2GB 4643 U1

V případě vzrůstu tlaku kapaliny v pracovním prostoru 2 na hodnotu nastavení pojistného ventilu se vyrovná hydraulická síla tlaku kapaliny na hlavní kuželku 4 se silou pružiny 6 uzavírající celý systém. Při jakémkoliv dalším zvýšení tlaku kapaliny překoná hydraulická síla sílu pružiny 6 a hlavní kuželka 4 pojistného ventilu se začne otevírat. Ve chvíli, kdy se hlavní kuželka 4, byt i minimálně, nadzvedne, začne pojistný ventil přepouštět spárou mezi hlavní kuželkou 4 a sedlem 2 část kapaliny do odpadní větve 8 nad škrticím prvkem 9_, odkud tato proudí dále do neznázorněného odpadního potrubí. Při průchodu přes škrticí prvek 9 dojde vzhledem ke značné rozdílnosti průtočných průřezů ke zvýšení tlaku kapaliny v části odpadní větve 8 nad škrticím prvkem 9 a pod sedlem 2 hlavní kuželky 4., resp. v alternativních provedeních dle obr. 2 a 3 i pod sedlem 2 pomocné kuželky 10. Tento tlak působí na celou plochu kuželek 4., 10., což vyvolá přídavnou sílu na jejich otevření s následným zvýšením jejich zdvihu a tím i průtoku pojistného ventilu. Toto zvýšení průtoku vede k nepatrnému snížení tlaku čerpané kapaliny v pracovním prostoru 3. a tím i snížení síly na diferenciální mezikruží 5 hlavní kuželky 4, nebo na její celkovou plochu v provedení přímoproudého ventilu dle obr. 3. Avšak toto dále vede k dalšímu nárůstu tlaku kapaliny v odpadní větvi 8., a tím i nárůstu celkové síly působící na kuželky 4., 10. Tímto způsobem se dosáhne jevu, kdy u takto upraveného pojistného ventilu je nárůst tlaku potřebný k přepuštění určitého množství kapaliny mnohem nižší než nárůst tlaku potřebný k přepuštění stejného množství kapaliny pojistným ventilem klasické konstrukce. Při vhodném dimenzování systému, tj. volbě vzájemných poměrů jednotlivých rozměrů hlavní kuželky 4 a pomocné kuželky 10., velikosti škrticího prvku a síly pružin 6., lze dokonce dosáhnout jevu, kdy charakteristika vykazuje pouze prakticky neznatelný nárůst tlaku v systému nad vypínací tlak kapaliny následovaný relativně strmým poklesem tohoto tlaku na hodnotu danou celkovým průtokem čerpadla a velikostí škrticího prvku 9. Průmyslová využitelnostIf the pressure of the fluid in the working space 2 rises to the value of the safety valve setting, the hydraulic force of the liquid pressure on the main plug 4 is equal to the spring force 6 closing the entire system. With any further increase in fluid pressure, the hydraulic force overcomes the force of the spring 6 and the main plug 4 of the relief valve begins to open. As soon as the main plug 4, even minimally, is lifted, the safety valve begins to pass a portion of the liquid into the drain line 8 above the throttle element 9 from the main plug 4 and the seat 2, from where it flows further into the drain pipe (not shown). When passing through the throttle element 9, due to the considerable difference in flow cross-sections, there is an increase in the liquid pressure in the part of the waste branch 8 above the throttle element 9 and below the seat 2 of the main plug 4, respectively. 2 and 3, even under the seat 2 of the auxiliary plug 10. This pressure acts on the entire surface of the plugs 4, 10, which causes an additional force to open them with a consequent increase in their stroke and thus the flow of the safety valve. This increase in flow leads to a slight decrease in the pressure of the pumped liquid in the working space 3 and thus a reduction of the force on the differential ring 5 of the main plug 4, or on its total area in the direct flow valve design of Fig. 3. In this way, the pressure rise required to release a certain amount of liquid is much lower than the pressure rise required to release a pressure relief valve. of the same amount of liquid through the safety valve of a classic design. If the system is appropriately dimensioned, ie by selecting the relative proportions of the individual dimensions of the main plug 4 and the auxiliary plug 10, the size of the throttle element and the spring force 6, it is even possible to achieve a phenomenon where the characteristic shows only a practically a relatively steep drop of this pressure to a value given by the total flow rate of the pump and the size of the throttle element.

Technické řešení lze s výhodou uplatnit u většiny vysokotlakých hydraulických jistících a regulačních prvků, zejména u pojistných ventilů čerpadel a hydraulických obvodů, používaných v různých průmyslových odvětvích.The technical solution can be advantageously applied to most high-pressure hydraulic circuit breakers and control elements, especially pump relief valves and hydraulic circuits used in various industries.

Claims (3)

NÁROKY NA OCHRANUPROTECTION REQUIREMENTS 1. Hydraulický jistící a regulační prvek, zejména pojistný ventil, sestávající z tělesa opatřeného minimálně jedním sedlem, kde v pracovním prostoru tělesa je suvně uložena alespoň hlavní kuželka a jsou na něj napojeny přívodní větev a odpadní větev pracovní kapaliny, vyznačující se tím, že pod sedlem (2) je v odpadní větvi (8) tělesa (1) umístěn škrticí prvek (9).A hydraulic protection and control element, in particular a safety valve, comprising a body provided with at least one seat, in which at least the main plug is slidably mounted in the working space of the body and the supply and waste branches of the working fluid are connected thereto; a throttle element (9) is located in the waste branch (8) of the body (1) by means of a seat (2). 2. Hydraulický jističi a regulační prvek podle nároku 1, vyznačující se tím, že škrticí prvek (9) je tvořen tryskou. * ťHydraulic circuit breaker and control element according to claim 1, characterized in that the throttle element (9) is formed by a nozzle. * ť 3. Hydraulický jistící a regulační prvek podle nároku 1 a 2, vyznačující se tím, že nad škrticím prvkem (9), je odpadní větev (8) propojena pod sedlo (2) pomocné kuželky (10), uložené v tělese (1) suvně, ve společném pracovním prostoru (3) s hlavní kuželkou (4).Hydraulic protection and regulation element according to Claims 1 and 2, characterized in that above the throttle element (9), the waste branch (8) is connected below the seat (2) of the auxiliary plug (10), mounted in the slide body (1). , in the common working space (3) with the main plug (4).