подпружиненный предохранительный клапан

Формула изобретения

1. Подпружиненный предохранительный клапан, выполненный с возможностью самостоятельно возвращаться в исходное положение, содержащий установленный с возможностью перемещения вдоль оси (А) подшипника скольжения запирающий элемент (1) клапана с по меньшей мере одним шарниром (10; 11, 11"), на который опирается с возможностью поворота по меньшей мере один первый рычаг (H1, H1") запирающего элемента, соединенный с возможностью поворота через по меньшей мере один другой шарнир (3, 3") с по меньшей мере одним первым опорным рычагом (Н2, Н2"), причем этот по меньшей мере первый опорный рычаг (Н2, Н2") опирается с возможностью поворота на по меньшей мере один шарнир (12; 4, 4") опорного рычага, отличающийся тем, что другой шарнир (3, 3") является подвижной подпружиненной поступательной кинематической парой, причем поступательная кинематическая пара (3, 3^") соединена с действующей на нее по меньшей мере одной пружиной (8, 8^", 9), которая установлена с возможностью в закрытом положении (Р1) запирающего элемента (1) клапана прикладывать к поступательной кинематической паре (3, 3^") силу предварительного напряжения, направленную, по существу, под прямым углом к оси (А) подшипника скольжения в направлении закрывающего перемещения предохранительного клапана.

2. Подпружиненный предохранительный клапан по п.1, отличающийся тем, что по меньшей мере один первый рычаг (H1, H1") запирающего элемента в закрытом положении (Р1) запирающего элемента (1) клапана образует с осью (А) подшипника скольжения угол (0) запирающего элемента, лежащий в диапазоне 25-60°.

3. Подпружиненный предохранительный клапан по п.1 или 2, отличающийся тем, что по меньшей мере один первый опорный рычаг (Н2, Н2") в закрытом положении (Р1) запирающего элемента (1) клапана направлен, по существу, параллельно оси (А) подшипника скольжения.

4. Подпружиненный предохранительный клапан по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что предусмотрены первый и второй рычаги (H1, H1") запирающего элемента, а также первый и второй опорные рычаги (Н2, Н2"), которые расположены зеркально симметрично относительно оси (А) подшипника скольжения запирающего элемента (1) клапана.

5. Подпружиненный предохранительный клапан по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что по меньшей мере один шарнир (12, 4, 4") опорных рычагов укреплен на жесткой рычажной стенке (5), которая направлена перпендикулярно оси (А) подшипника скольжения запирающего элемента (1) клапана.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к подпружиненному предохранительному клапану, согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения.

Ограничительная часть пункта 1 формулы изобретения соответствует уровню техники, приведенному в учебнике профессора, доктора Зигфрида Хильдебранда "Элементы точной механики", издательство VEB Verlag Technik Berlin, 4-е издание, 1980, страницы 677-679. В нем описаны тормозные центробежные регуляторы с установленными на рычагах центробежными грузиками, в которых центробежная сила действует против возвратной силы расположенной в направлении ходовой оси пружины сжатия. Регулятор начинает действовать с предельной скоростью вращения, при которой тормозные поверхности как раз соприкасаются друг с другом. Сила пружины увеличивается с увеличением хода.

Для самостоятельно возвращающегося в исходное положение предохранительного клапана необходимо, с одной стороны, быстрое, а с другой стороны, широкое раскрытие, даже если сила открывания клапана после достижения силы срабатывания незначительно увеличивается с ходом клапана, или даже уменьшается.

Изобретение, так как оно представлено в пункте 1 формулы изобретения, решает задачу усовершенствования подпружиненного предохранительного клапана указанного в начале типа так, чтобы обеспечивалось широкое открывание клапана после достижения заданной силы открывания клапана даже в тех случаях, когда она после этого не увеличивается.

Предпочтительные варианты выполнения изобретения приведены в зависимых пунктах формулы изобретения.

Преимущество изобретения состоит в том, что подпружиненный предохранительный клапан открывается быстро и надежно, как только давление на клапан достигнет заданного предельного значения предварительного напряжения.

Широкое открывание может быть достигнуто с помощью пружинного пакета, имеющего плоскую пружинную характеристику и большой ход. Для быстрого открывания необходима малая масса подвижных частей. Оба этих требования могут быть, согласно изобретению, выполнены одновременно, что невозможно осуществить с помощью непосредственно действующих пружинных пакетов, например с помощью тарельчатой пружины или пружины сжатия.

Ниже приводится подробное описание изобретения на основе примеров выполнения со ссылками на чертежи, на которых изображено:

фиг.1 - принципиальная схема подпружиненного предохранительного клапана с альтернативными вариантами;

фиг.2 - характеристика силы открывания подпружиненного предохранительного клапана в зависимости от хода клапана,

фиг.3 - разрез подпружиненного предохранительного клапана с общей точкой шарнирного соединения стенки с рычагами в осесимметричном выполнении;

фиг.4 - разрез подпружиненного предохранительного клапана с различными точками шарнирного соединения с рычагами в осесимметричном выполнении.

На фиг.1 схематически показан самостоятельно возвращающийся в исходное положение, подпружиненный предохранительный клапан с запирающим устройством клапана, соответственно с запирающим элементом 1 клапана, который может быть колпачком, или штоком, или тарелкой, или крышкой не изображенного корпуса клапана.

Этот запирающий элемент 1 клапана неподвижно соединен с подшипником скольжения, соответственно осевым подшипником 2 скольжения, который установлен с возможностью перемещения вдоль оси клапана, соответственно оси хода, соответственно оси А подшипника скольжения. Запирающий элемент 1 клапана шарнирно соединен в шарнире 10 перпендикулярно оси А симметрии с первым рычагом H1 запирающего элемента, который через первую поступательную кинематическую пару 3 шарнирно соединен, с одной стороны, с первым опорным рычагом Н2 и, с другой стороны, с первой пружиной 8 сжатия. Первый рычаг H1 запирающего элемента образует в закрытом положении Р1 запирающего элемента 1 клапана с осью А симметрии острый угол (0), равный 35^о, а в сдвинутом на один ход, соответственно ход (а) клапана вдоль оси А подшипника скольжения, открытом положении Р2 - острый угол (1) запирающего элемента, который больше угла (0). Первый опорный рычаг Н2 шарнирно опирается на первый шарнир 4 опорных рычагов, который закреплен в жесткой опоре клапана, соответственно на жесткой рычажной стенке 5. Эта рычажная стенка 5 проходит перпендикулярно оси А симметрии. В закрытом положении Р1 запирающего элемента 1 клапана опорный рычаг Н2 образует с рычажной стенкой угол (0) опорного рычага, равный 90, а в открытом положении Р2 - больший угол (1). Первая пружина 8 сжатия в шарнире 7 пружинной стенки шарнирно соединена с опорой пружины, соответственно с пружинной стенкой 6, которая расположена перпендикулярно рычажной стенке 5, и образует с этой пружинной стенкой 6 угол (0) опорной пружины, равный 90 в закрытом положении Р1 запирающего элемента 1 клапана. В открытом положении Р2 запирающего элемента 1 клапана этот угол (0) опорной пружины увеличивается на угол хода.

Действующая в направлении хода запирающего элемента 1 клапана вдоль оси А подшипника скольжения на запирающий элемент 1 сила F1 открывания клапана передает силу F2 рычага запирающего элемента через первый рычаг H1 запирающего элемента на первую поступательную кинематическую пару 3. Последняя передает, с одной стороны, через первый опорный рычаг Н2 силу F3 опорного рычага на первый шарнир 4 опорного рычага и, с другой стороны, - силу F4 сжатия на первую пружину 8 сжатия. Эта первая пружина 8 сжатия за счет ее предварительного напряжения оказывает на запирающий элемент 1 клапана силу предварительного напряжения. Эту силу предварительного напряжения в закрытом положении Р1 запирающего элемента 1 устанавливают на заданное значение F_G силы предварительного напряжения.

Как показано пунктирными линиями на фиг, 1, первый рычаг Н1 запирающего элемента, первая поступательная кинематическая пара 3, первый опорный рычаг Н2 и первый шарнир 4 опорного рычага могут быть расположены зеркально симметрично относительно оси А подшипника скольжения. Соответствующие детали обозначены теми же позициями с добавлением апострофа ‘.

Зеркальное расположение может быть также предусмотрено дополнительно к изображенному сплошными линиями расположению. В этом случае позицией 10 обозначен двойной шарнир запирающего элемента клапана. При этом второй рычаг H1" запирающего элемента через вторую поступательную кинематическую пару 3" соединен, с одной стороны, через второй опорный рычаг Н2" со вторым шарниром 4" опорного рычага жестко с рычажной стенкой 5 и, с другой стороны, через вторую пружину 8" сжатия опирается на показанную на фиг.4 пружинную стенку 6".

Вместо одной действующей наружу первой и/или второй пружины 8, 8" сжатия или дополнительно к ней может быть также предусмотрена по меньшей мере одна действующая внутрь пружина 9 растяжения, которая соединена с первой и/или второй поступательной кинематической парой (3, 3").

Пружины сжатия (8, 8") с линейной пружинной характеристикой так комбинируют в предохранительном клапане с рычагами (H1, H2; H1", Н2"), что получают дегрессивную пружинную характеристику 13, показанную на фиг.2. На фиг.2 по оси абсцисс нанесен ход а клапана, а на оси ординат - сила F1 открывания клапана в произвольных единицах. При достижении силы F1 открывания клапана заданного предельного значения F_G силы предварительного напряжения предохранительный клапан открывается. При подходящем выборе рычагов (H1, H2; H1", H2") это означает, что необходимая для открывания запирающего элемента 1 клапана сила не должна увеличиваться с увеличением хода а, а может даже понижаться. Рычаги (H1, H2; Н1", H2") и пружины (8, 8") сжатия так комбинируют друг с другом, что в зависимости от хода а клапана только при сильно падающем давлении на запирающий элемент 1 клапана пружины (8, 8") сжатия прикладывают к запирающему элементу 1 достаточную силу, так что запирающий элемент 1 снова закрывается и создается первоначальная сила предварительного напряжения.

При подходящем передаточном отношении рычагов можно одновременно выполнить все требования:

1. Для создания необходимой силы предварительного напряжения можно в систему рычагов (H1, Н2; H1’, Н2") установить более слабую пружину (8, 8") сжатия, что приводит к уменьшению массы подвижной части предохранительного клапана. Дополнительно к этому уменьшается путь, который должна проходить подвижная масса.

2. Передаточное отношение рычагов можно выбрать так, что ход на первой, соответственно второй, пружине (8, 8") сжатия меньше хода а клапана на запирающем элементе 1 клапана, что позволяет выбирать пружину (8, 8") сжатия с меньшим ходом. Это также приводит к уменьшению подвижной массы.

3. За счет передаточного отношения рычагов не требуется увеличения давления на запирающий элемент 1 в зависимости от хода а клапана.

На фиг.3 схематически показан в разрезе осесимметричный подпружиненный предохранительный клапан. Первый и второй рычаги (H1, H1") запирающего элемента в разнесенных первом, соответственно втором, шарнирах (11, 11") шарнирно соединены с запирающим элементом 1 клапана. Первый и второй опорные рычаги (Н2; Н2") шарнирно соединены друг с другом в укрепленном на рычажной стенке 5 двойном шарнире 12 опорных рычагов и с рычажной стенкой 5. Выполненные в виде спиральных пружин первая и вторая пружины (8, 8") сжатия через первую, соответственно вторую, пружинные опоры (14) шарнирно соединены с первой, соответственно второй, поступательной кинематической парой 3, 3", через которые также шарнирно соединены друг с другом рычаги (H1, H2), соответственно (Н1, H2").

На фиг.4 схематически показан другой вариант выполнения в разрезе осесимметричного подпружиненного предохранительного клапана, согласно изобретению. При этом первый и второй рычаги (H1, H1") запирающего элемента в разнесенных первом, соответственно втором, шарнирах (11, 11") шарнирно соединены с запирающим элементом 1 клапана, согласно фиг.3. Первый и второй опорные рычаги (H2; H2") в первом, соответственно втором, шарнирах (4, 4") опорных рычагов шарнирно соединены с рычажной стенкой 5, согласно фиг.1.

Для достижения возможно меньшей начальной силы F4, действующей на пружины (8, 8") сжатия, угол 0 опоры пружин и угол 0 опоры рычагов должны составлять по меньшей мере примерно 90, а угол 0 запирающего элемента должен выбираться как можно меньше. Угол 0 запирающего элемента предпочтительно выбирают в диапазоне углов 25-60^о, при длине первого и второго рычагов (H1, H1") запирающего элемента 50 мм и длине первого и второго опорных рычагов (H2, H2") 60 мм.

Перечень позиций

1 - Запирающее устройство клапана, колпачок клапана, конус клапана, тарелка клапана, крышка клапана, запирающий элемент клапана.

2 - Подшипник скольжения для запирающего элемента клапана, осевой подшипник скольжения.

3,3" - Шарнир, первая, соответственно вторая, поступательная кинематическая пара.

4, 4" - Первый, соответственно второй, шарнир опорных рычагов.

5 - Рычажная стенка, жесткая опора клапана.

6, 6" - Пружинная стенка, жесткая опора пружин.

7 - Шарнир на пружинной стенке.

8, 8" - Первая, соответственно вторая, пружина сжатия.

9 - Пружина растяжения.

10 - Шарнир запирающего элемента клапана, двойной шарнир запирающего элемента клапана.

11, 11" - Первый, соответственно второй, шарнир запирающего элемента клапанаю

12 - Двойной шарнир опорных рычагов.

13 - Характеристика силы открывания, пружинная характеристика.

14, 14" - Пружинная опора.

а - Ход клапана, ход запирающего элемента клапана.

А - Ось клапана, ось подшипника скольжения, ось хода.

F_G - Предельное значение силы предварительного напряжения.

F1 - Сила открывания клапана, сила, воздействующая на запирающий элемент клапана.

F2 - Сила в рычаге запирающего элемента клапана, сила в H1.

F3 - Сила в опорном рычаге, сила в Н2.

F4 - Сила пружины, сила cжатия пружины, сила, воздействующая на пружину 8.

H1, H1" - Первый, соответственно второй, рычаг запирающего элемента.

Н2, Н2" - Первый, соответственно второй, опорный рычаг.

Р1 - Закрытое положение запирающего элемента клапана.

Р2 - Открытое положение запирающего элемента клапана.

0, 1 - Угол запирающего элемента, угол H1 относительно А без и соответственно с ходом запирающего элемента клапана.

0, 1 - Угол рычажной опоры, угол Н2 относительно 5 без и соответственно с ходом запирающего элемента клапана.

0 - Угол пружинной опоры, угол пружины 8 относительно 6 без хода.

- Угол хода пружины 8.