PL161514B1 - Zawór zwrotny - Google Patents

Abstract

1 Zawór zwrotny, zwłaszcza do łączenia linii zasila) jących układu smarowania minimalnego metodą powietrzno-olejową, składający się z korpusu, w którym jest umieszczony odcinający element z otworami i z torusowym obrzeżem, dzielący jego wewnętrzną przestrzeń, znamienny tym, ze korpus zaworu stanowią połączone poprzez nakrętkę (3) napinająca tuleja (2) i ustalający trzpień (1), z tym, że wewnętrzna przepływowa przestrzeń korpusu jest przedzielona odcinającym elementem (7), którego część środkowa jest płaskościenną, cienką przeponą (8), przy czym przepona (8) znajduje się pod nastawiałnym napięciem i jest odkształcona sferycznie tak, ze przykrywa wylot doprowadzającego otworu (6), zaś wloty wypływowych otworów (10) przepony (8) przykrywa sferyczna powierzchnia czoła ustalającego trzpienia (1), przy czym skrajna część (9) odcinającego elementu (7) jest usytuowana w jednostronnie otwartej cylindrycznej przestrzeni korpusu i swą pobocznicą wraz z częścią powierzchni przepony (8) zamyka i uszczelnia przestrzeń po przeciwnych stronach odcinającego elementu (7), a położenie osiowe skrajnej części (9) odcinającego elementu (7) jest ustalone przez dokręcanie połączenia gwintowego nakrętki (3) względem ustalającej tulei (2) aż do jej unieruchomienia.

Description

Przedmiotem wynalazku jest zawór zwrotny znajdujący zastosowanie do łączenia linii zasilających układu smarowania minimalnego metodą powietrzno-olejową, na przykład łożysk tocznych wysokoobrotowych zespołów wrzecionowych.

Zadaniem zaworu jest zapewnienie wypływu oleju o minimalnej objętości, dozowanego z przewodu olejowego do instalacji pneumatycznej oraz uniemożliwienie przedostania się powietrza do dozownika olejowego.

Z wyłożeniowego opisu RFN nr 1 802 652 znany jest zawór, którego odcinający element stanowi odcinek elastycznej rurki usytuowanej w komorze zaworowej w stanie odkształconym, tj. ze wstępnym ugięciem, przez umieszczenie elastycznej rurki pomiędzy ścianą komory zaworowej a stroną czołową przewodu usytuowanego prawie w połowie szerokości komory zaworowej.

Zasadnicze niedogodności tego zaworu to brak dostatecznej szczelności w kierunku zaporowym i wysoki próg zadziałania, uniemożliwiający zastosowanie go w układach mikrodozowania oleju. Dalszą niedogodnością jest skomplikowana budowa.

Z opisu polskiego prawa ochronnego nr 41 585 znany jest zawór zwrotny, którego odcinający element stanowi prostokątny elastyczny akrusz w postaci niepełnego rulonu, który w swej środko161 514 3 wej części przymocowany jest do ściany wylotowego otworu za pomocą mocującego wkrętu, a swobodnymi końcami przykrywa wlotowe otwory.

Zasadniczą niedogodnością tego zaworu jest brak wymaganej wysokiej szczelności w kierunku zaporowym.

Z opisu patentu USA nr 4 593 720 znany jest zawór końcówki napełniającej, który stanowi element obudowy doprowadzającej i odprowadzającej produkt (czynnik) oraz dławnica łącząca i ustalająca położenie elementów obudowy. Wewnętrzna przestrzeń końcówki jest przedzielona przeponą, która ma otwór usytuowany w jej głównej osi i jest płaskim krążkiem. Ponadto wewnętrzna przestrzeń zaopatrzona jest w pierścień uszczelniający. Przepona jest ustalona spoczynkowo w uformowanym gnieździe przez wgniecenie i ściśnięcie jej obrzeża pierścieniową krawędzią elementu doprowadzającego. Przepona jest naprężona czołową płaską powierzchnią uszczelnianą o wąskim pierścieniowym obrysie, zaś pozostała część powierzchni przykrywa jej otwór stożkowy. Element obudowy ma otwór doprowadzający, który w końcowej części przechodzi w dwa promieniowo rozstawione otwory kanałkowe a te łączą się z przestrzenią cylindryczno-stożkową. Przez wkręcenie dławika wgłąb cylindrcznej komory przesuwa on element obudowy w kierunku do gniazda przepony. Przesunięty element zwiększa głębokość wgniecenia i ściśnięcia przepony przez krawędź czołową elementu doprowadzającego oraz zwiększa napięcie przegrody. Przepona pracuje ograniczoną objętością materiału - mniejszą niż to wynika z jej kształtu geometrycznego i rozmiarów. Z przestrzeni doprowadzającej do otworu wylotowego przepony, w stanie otwarcia zaworu, produkt (czynnik) spływa dośrodkowo a jego wypływ poza otwór przepony następuje w postaci strugi ulegającej zawężeniu. Produkt (czynnik) wysypuje się i/lub wypływa poza obudowę końcówki.

Z opisu patentu USA nr 4 324 097 znany jest zawór zwrotny zabudowany w kolektorze wydechowym silnika spalinowego obejmujący cylindryczny kanał przelotowy z dwoma kołnierzami, między którymi jest zabudowana sztywna przegroda stożkowa z kołnierzowym, płaskim obrzeżem i z wierzchołkiem skierowanym w kierunku przepływu czynnika. Stożkowa pobocznica zewnętrzna jest pochylona pod kątem 140-160°, zaś wewnętrzna pod kątem 154°. Przegroda zaopatrzona jest w szereg otworów usytuowanych koncentrycznie. Na stożkowej przegrodzie ułożona jest przepona, która ma otwór w osi głównej i jest nim ustalona względem wierzchołka przegrody. Przy czym przepona jest płaskim krążkiem ułożonym względem stożka i jego pierścieniowego obrzeża tak, że jej położenie względem zabudowy jest ustalone przez ściśnięcie między kołnierzami kolektora. Przepona jest na tyle sprężysta, że przysłania otwory w sztywnej stożkowej przegrodzie, których całkowita powierzchnia jest w przybliżeniu 1,5 do 3 razy większa niż powierzchnia otworu w przeponie. Doprowadzona struga powietrza ulega podziałowi na wiązki strug w otworach sztywnej przegrody i powoduje ugięcie przegrody tak, że powietrze spływa dośrodkowo w kierunku wierzchołka przegrody i przepływa przez pierścieniową szczelinę w postaci strugi o dużym ciągu i łącząc się ze spalinami za przeponą jest odprowadzane do atmosfery.

Zasadniczą niedogodnością zaworów według patentów USA nr 4 593 720 i nr 4 324 097 jest to, że nie nadają się do stosowania w układach smarowania minimalnego metodą powietrzno-ólejową. Następną niedogodnością jest to, że zamocowanie membrany, polegające na ściśnięciu płaskiego jej obrzeża, powoduje zmniejszenie grubości elastycznego materiału membrany w miejscu zamocowania, wynikiem czego jest tak zwane wypłynięcie elastycznego materiału membrany do środka, które z kolei powoduje zmianę wstępnego napięcia membrany. Dalszą niedogodnością jest to, że ciśnienie transportowanego czynnika oddziaływuje na ograniczoną objętość materiału, z którego jest wykonana membrana przez co występuje ograniczona możliwość nastawienia i utrzymania parametrów pracy zaworu.

Z opisu polskiego patentu 70201 znane jest rozwiązanie, którego istotą jest opracowanie pneumatycznego zaworu, który posiada spiralną sprężynę połączoną jednym końcem z przeponą.

Jego istotą jest także to, że obudowa zaworu ma komorę sprężonego powietrza.

Zrealizowano ją przez opracowanie pneumatycznego zaworu przeponowego do emulsji, zwłaszcza torfowo-węglowej, który można zamykać z dużą prędkością, a więc w krótkim okresie czasu dzięki zastosowaniu sprężonego powietrza doprowadzonego z sieci wywołującego w komo4 rze obudowy siłę parcia działającego na przeponę, która pod wpływem tej siły zostaje wygięta w taki sposób i odpowiednio dociśnięta do gniazda zaworu, że zamyka zawór, natomiast otwieranie zaworu w krótkim okresie czasu powoduje, połączona z przeponą, spiralna sprężyna wykonująca szybki ruch po ustaniu działania siły parcia, co ma miejsce wtedy, gdy sprężone powietrze zostanie wypuszczone z komory obudowy do atmosfery.

Stosowanie tego rozwiązania jest możliwe gdy:

- przepona ma wykształconą trwale część środkową ponad torusowe obrzeże i ma wykonany z wierzchołka nadlew zatopienia stopy ucha do podwieszenia sprężyny skrętnej, zaś środkowa część przepony jest grubościenna i jest wykonana z gumy o znacznej twardości.

- torusowe obrzeże przepony jest umieszczone w gnieździe korupsu i obudowy oraz jest utrzymane spoczynkowo przez jego ściśnięcie w celu przeniesienia dużych obciążeń dynamicznych oraz uzyskania szczelności zaworu.

- zastosowane w zaworze sprężone powietrze nie jest składnikiem transportowanego roboczego czynnika.

Istotą rozwiązania według wynalazku jest konstrukcja zaworu zwrotnego składającego się z korpusu, który stanowią, połączone poprzez nakrętkę, napinająca tuleja i ustalający trzpień, z tym, że wewnętrzna, przepływowa przestrzeń korpusu jest przedzielona odcinającym elementem, którego część środkowa jest płaską, cienkościenną przeponą. Przepona znajduje się pod nastawialnym napięciem i jest odkształcona sferycznie tak, że przykrywa wylot doprowadzającego otworu, zaś wloty wypływowych otworów przepony przykrywa sferyczna powierzchnia czoła trzpienia ustalającego. Część skrajna odcinającego elementu jest usytuowana w jednostronnie otwartej cylindrycznej przestrzeni korpusu i swą pobocznicą oraz częścią powierzchni przepony zamyka i uszczelnia przestrzenie znajdujące się po przeciwnych stronach przepony. Położenie osiowe skrajnej części elementu dzielącego ustalone jest przez dokręcanie połączenia gwintowego nakrętki względem ustalającej tulei.

Istotą rozwiązania w innej wersji jest zawór zwrotny w postaci wkładki stanowiącej integralny zespół odrębnego urządzenia umieszczony w cylindrycznym gnieździe korpusu bloku jedno i/lub wielosekcyjnego rozdzielacza. Wkładkę zaworową stanowią, rozdzielone elementem odcinajcym, element niezależnego dozownika oleju w postaci cylindra z tłokiem i napinająca tuleja, osadzone spoczynkowo przez pokrywę bloku i pneumatyczny blok. Przepona znajduje się pod napięciem i jest odkształcona sferycznie tak, że przykrywa wylot otworu doprowadzającego olej, zaś wloty otworów wypływowych przepony przykrywa sferyczna powierzchnia czoła cylindra pompy dozującej. Natomiast część skrajna odcinającego elementu jest usytuowana w jednostronnie otwartej, cylindrycznej przestrzeni, utworzonej przez boczną powierzchnię gniazda bloku, cylindra i napinającej tulei i swą pobocznicą oraz częścią powierzchni przepony zamyka i uszczelnia przestrzenie znajdujące się po przeciwnych stronach przepony. Położenie osiowe skrajnej części elementu odcinającego w cylindrycznej przestrzeni ustalone jest długością tulei napinającej.

Opracowana konstrukcja według wynalazku pozwala na uzyskanie zamierzonego efektu technicznego przez to, że konstrukcyjne czynniki określają wykonalność ich układu zespołu przepływowego i zespołu uszczelniającego ze względu na warunki pracy jakie występują w przepływowo-uszczelniającej części zaworu, w szczególności w obszarze warstwy przyściennej między przeponą odcinającego elementu a sferyczną powierzchnią napinającego elementu. Zastosowany element odcinający o postaci geometrycznej, którego cała objętość materiału w stanie zamkniętym i otwartym zaworu pracuje w granicach sprężystości, a jego przepona ma małą lepkosprężystość i przy rozstawieniu otworów wypływowych przepony obwodowo względem centralnie usytuowanego doprowadzającego otworu wykonanego w napinającym elemencie, stanowi o tym, że przepływ czynnika przy otwartym zaworze z ośrodka jednofazowego do dwufazowego przebiega ruchem uwarstwionym w postaci strugi rozpływającej się odśrodkowo w soczewkowo szczelinowej przestrzeni, a jej podział na wiązki strug następuje w obszarze grubości materiału przepony.

Przy minimalnych stratach lokalnych, wyeliminowaniu zjawiska pulsacji przepony oraz lokalnego zapadania się krawędzi wypływowych jej otworów umożliwia dokładne ustalenie parametrów natężenia przepływu w wąskim zakresie i na stałym poziomie.

Zawór zwrotny według wynalazku umożliwia dokładne ustalenie ciśnienia otwarcia oraz utrzymywanie tego ciśnienia na niskim i powtarzalnym poziomie, jak również absolutną szczelność w kierunku zaporowym. Dalsze zalety to prosta konstrukcja, małe wymiary gabarytowe oraz możliwość zabudowy bezpośrednio na przewodach lub w korpusch rozdzielaczy z pompami dozującymi.

Odkształcenie przepony zachodzi równocześnie z działającym naprężeniem a powrót do kształtu początkowego następuje natychmiast, gdy ciśnienie robocze ośrodka dwufazowego jest większe od ciśnienia ośrodka jednofazowego, co zapewnia szybkie uzyskanie wymaganej szczelności zaworu i przy możliwości zachowania warunku (d/D)Wwkrs)l (gdzie: D - średnica otworu przewodu doprowadzajcego, d - średnica otworu wypływowego przepony) pozwala uzyskać efekt techniczny związany z transportem czynnika (oleju) w określonych odstępach czasu o minimalnym i stałym natężeniu przepływu o małej wartości.

Przedmiot wynalazku przedstawiony jest w przykładach wykonania na rysunkach, na których fig. 1 przedstawia zawór zwrotny w przekroju podłużnym, fig. 2 - odcinający element w przekroju poprzecznym, fig. 3 - odcinający element w widoku od strony czołowej, a fig. 4 - odmianę zaworu zwrotnego w przekroju podłużnym.

Przykład I. Korpus zaworu zwrotnego składa się z trzech części ustalającego trzpienia 1, napinającej tulei 2 i kołnierzowej nakrętki 3. Po zewnętrznej stronie ustalającego trzpienia 1 usytuowany jest kołnierz 4 z dwoma wycięciami. Ponadto ustalający trzpień 1 po stronie zewnętrznej kołnierza 4 jest nagwintowany, a po stronie wewnętrznej ma wykonany krótki odcinek o mniejszej średnicy, tworzący końcówkę, która od strony czołowej zakończona jest sferyczną powierzchnią. Wewnątrz ustalającego trzpienia 1 wykonane są współśrodkowo dwa otwory; otwór 5 zakończony doprowadzającym otworem 6, którego wylot usytuowany jest na sferycznej powierzchni końcówki ustalającego trzpienia 1. Napinająca tuleja 2 z czołowej strony wyposażona jest w dwa występy odpowiadające dwu wycięciom w kołnierzu 4 ustalającego trzpienia 1, a po zewnętrznej stronie jest nagwintowana. Wewnątrz napinającej tulei 2 wykonane są dwa współśrodkowe otwory: otwór o mniejszej średnicy z gwintem służącym do bezpośredniego podłączenia przewodu oraz otwór o większej średnicy z dnem, które stanowi płaszczyzna w kształcie płaskiego pierścienia. Ustalający trzpień 1 stroną wyposażoną w końcówkę zakończoną sferyczną powierzchnią umieszczony jest suwliwie w otworze o większej średnicy napinającej tulei 2, przy czym wzajemne położenie kątowe ustalającego trzpienia 1 względem napinającej tulei 2 zapewniają dwa występy napinającej tulei 2 wchodzące w dwa wycięcia w kołnierzu 4 ustalającego trzpienia 1, natomiast wzajemne położenie w kierunku osiowym zapewnia kołnierzowa nakrętka 3 łącząca te części w jedną całość. W przestrzeni w kształcie jednostronnie otwartego cylindrycznego pierścienia, zawartej pomiędzy płaszczyzną w kształcie płaskiego pierścienia i walcową powierzchnią większego otworu napinającej tulei 2 a płaszczyzną w kształcie płaskiego pierścienia i walcową powierzchnią końcówki o sferycznej powierzchni ustalającego trzpienia 1, stanowiącej gniazdo korpusu, umieszczony jest odcinający element 7, którego część środkowa jest płaskościenną przeponą 8 a część skrajna torusem 9, przy czym w przeponie 8 są wykonane otwory 10 usytuowane na okręgu o średnicy większej od średnicy doprowadzającego otworu 6 ale mniejszej od wewnętrznej średnicy torusa 9. Przepona 8 odcinającego elementu 7 znajduje się w stanie statycznym pod wstępnym napięciem wynikającym z wzajemnego osiowego położenia torusa 9 względem ustalającego trzpienia 1 i napinającej tulei 2, co uzyskuje się przez dokręcanie połączenia gwintowego nakrętki względem trzpienia 1, dzięki czemu elastyczna przepona 8 przylega do sferycznej powierzchni ustalającego trzpienia 1 i przykrywa wylot otworu doprowadzającego 6, zaś wlot wypływowych otworów 10 przysłania sferyczna powierzchnia czoła trzpienia 1. Natomiast skrajna część 9, która jest torusem odcinającego elementu 7, usytuowana w jednostronnie otwartej, cylindrycznej przestrzeni korpusu zaworu, swą pobocznicą wraz z częścią przepony 8 zamyka i uszczelnia przestrzenie po przeciwnych stronach elementu odcinającego 7. Położenie osiowe skrajnej części elementu odcinającego 7 ustalone jest przez dokręcanie połączenia gwintowego nakrętki 3 względem ustalającej tulei 2.

Działanie tego zaworu jest następujące. Wpływający do zaworu otworem 5 i doprowadzającym otworem 6 olej naciska na elastyczną przeponę 8 odcinającego elementu 7. W przypadku gdy ciśnienie w doprowadzającym otworze 6 jest wyższe od ciśnienia otwarcia zaworu, które jest sumą ciśnienia panującego za przeponą 8 i ciśnienia niezbędnego do pokonania sprężystości napiętej przepony 8, następuje odkształcenie elastycznej przepony 8. W wyniku tego odkształcenia elasty6 czna przepona 8 nie przylega do sferycznej powierzchni końcówki ustalającego trzpienia 1, a tym samym odsłania wylot doprowadzającego otworu 6, co umożliwia wypływ oleju przez otwory 10 wykonane w elastycznej przeponie 8 odcinającego elementu 7. Natomiast w przypadku gdy ciśnienie otwarcia zaworu jest wyższe od ciśnienia w doprowadzającym otworze 6, następuje powrót elastycznej przepony 8 do położenia pierwotnego, to jest do przylegania do sferycznej powierzchni końcówki ustalającego trzpienia 1, przy którym, na skutek przykrycia wylotu doprowadzającego otworu 6, przepływ oleju w kierunku przeciwnym, to jest zaporowym nie jest możliwy. Funkcję tę zawór zwrotny spełnia skutecznie wówczas, gdy okresy pomiędzy poszczególnymi impulsami dozowania oleju są duże oraz, gdy elastyczna przepona 8 odcinającego elementu 7 pracuje na granicach dwóch faz, a mianowicie fazy ciekłej przed elastyczną przeponą 8 oraz fazy gazowej za elastyczną przeponą 8 odcinającego elementu 7, co zapobiega niepożądanemu zapowietrzaniu się układu, w którym pracuje ten zawór zwrotny.

Przykład II. Odmiana zaworu zwrotnego, w postaci wkładki stanowiącej integralny zespół odrębnego urządzenia, którego konstrukcja składa się z trzech następujących części, a mianowicie z cylindra pompy dozującej 11 i ustalającej tulei 12 o jednakowych średnicach zewnętrznych oraz odcinającego elementu 7. Cylinder 11 pompy dozującej od strony przyległej do ustalającej tulei 12 ma wykonany krótki odcinek o mniejszej średnicy, który od strony czołowej zakończony jest sferyczną powierzchnią. W cylindrze 11 pompy dozującej są wykonane współśrodkowo dwa otwory, a mianowicie otwór 13, stanowiący komorę pompy dozującej zakończony doprowadzającym otworem 14, którego wylot usytuowany jest na sferycznej powierzchni końcówki cylindra pompy 11. Cylinder 11 i ustalająca tuleja 12 umieszczone są w gnieździe bloku 15 wielosekcyjnego rozdzielacza z elementami niezależnego dozowania oleju do poszczególnych punktów smarowania, przy czym gniazdo to od strony ustalającej tulei 12 zamknięte jest pokrywą 16, a od strony cylindra 11 pompy dozującej zamknięte jest pneumatycznym blokiem 17 tego samego wielosekcyjnego rozdzielacza. W przestrzeni w kształcie jednostronnie otwartego cylindrycznego pierścienia, zawartej pomiędzy płaszczyzną czołową ustalającej tulei 12, powierzchniami walcowymi otworu w korpusie 16 oraz pierścieniową płaszczyzną końcówki cylindra 11, stanowiącej gniazdo, umieszczony jest odcinający element 7, jak w przykładzie I. Ponadto w otworze 13 cylindra 11 usytuowany jest tłok 18 dozującej pompy napędzanej z pneumatycznego bloku 17 wielosekcyjnego rozdzielacza. W rozwiązaniu tym zawór zwrotny stanowi integralny zespół każdej z sekcji wielosekcyjnego rozdzielacza z pompami dozowania oleju do poszczególnych punktów smarowania.

Działanie tej odmiany zaworu zwrotnego jest identyczne jak działanie zaworu zwrotnego w przykładzie I z tą różnicą, że tłok 18 dozującej pompy przy każdym impulsie smarowniczym tłoczy odpowiednią ilość oleju.

Claims (2)

1. Zawór zwrotny, zwłaszcza do łączenia linii zasilających układu smarowania minimalnego metodą powietrzno-olejową, składający się z korpusu, w którym jest umieszczony odcinający element z otworami i z torusowym obrzeżem, dzielący jego wewnętrzną przestrzeń, znamienny tym, że korpus zaworu stanowią połączone poprzez nakrętkę (3) napinająca tuleja (2) i ustalający trzpień (1), z tym, że wewnętrzna przepływowa przestrzeń korpusu jest przedzielona odcinającym elementem (7), którego część środkowa jest płaskościenną, cienką przeponą (8), przy czym przepona (8) znajduje się pod nastawialnym napięciem i jest odkształcona sferycznie tak, że przykrywa wylot doprowadzającego otworu (6), zaś wloty wypływowych otworów (10) przepony (8) przykrywa sferyczna powierzchnia czoła ustalającego trzpienia (1), przy czym skrajna część (9) odcinającego elementu (7) jest usytuowana w jednostronnie otwartej cylindrycznej przestrzeni korpusu i swą pobocznicą wraz z częścią powierzchni przepony (8) zamyka i uszczelnia przestrzeń po przeciwnych stronach odcinającego elementu (7), a położenie osiowe skrajnej części (9) odcinającego elementu (7) jest ustalone przez dokręcanie połączenia gwintowego nakrętki (3) względem ustalającej tulei (2) aż do jej unieruchomienia.

2. Zawór zwrotny, zwłaszcza do łączenia linii zasilających układu smarowania minimalnego metodą powietrzno-olejową, w postaci wkładki zaworowej, stanowiącej integralny zespół odrębnego urządzenia, która zawiera odcinający element z otworami i z torusowym obrzeżem, znamienny tym, że jest umieszczony w cylindrycznym gnieździe korpusu bloku (15) jedno i/lub wielosekcyjnego rozdzielacza, przy czym wkładkę zaworową stanowią rozdzielone elementem odcinającym (7), element niezależnego dozowania oleju w postaci cylindra (11) z tłokiem (18) i napinająca tuleja (12) osadzone spoczynkowo przez pokrywę (16) bloku (15) i pneumatyczny blok (17), przy czym część środkowa elementu odcinającego (7) jest płaską, cienkościenną przeponą (8), która znajduje się pod napięciem i jest odkształcona tak, że przykrywa wylot otworu doprowadzającego (14), zaś wloty wypływowych otworów (10) przepony (8) przykrywa sferyczna powierzchnia czoła cylindra (11) pompy dozującej, natomiast skrajna część (9) elementu (7) jest usytuowana w jednostronnie otwartej cylindrycznej przestrzeni utworzonej przez boczną powierzchnię bloku (15), cylindra (11) i napinającej tulei (12) i swą pobocznicą oraz częścią powierzchni przepony (8) zamyka ją oraz uszczelnia przestrzenie znajdujące się po przeciwnych stronach przepony (8), zaś położenie osiowe skrajnej części (9) elementu odcinającego (7) w cylindrycznej przestrzeni ustalone jest długością napinającej tulei (12).