предохранительный клапан для защиты гидростойки от статического и динамического нагружений

Формула изобретения

Предохранительный клапан для защиты гидростойки от статического и динамического нагружений, включающий упор, запирающий элемент и подвижное седло, герметично установленное в корпусе с отверстием для слива жидкости, при этом подвижное седло имеет посадочное гнездо для запирающего элемента и отверстия для подвода жидкости под этот элемент, отличающийся тем, что подвижное седло и запирающий элемент, выполненный в виде мембраны с буртиком по периферии, поджаты упором по оси при помощи гайки со стороны запирающего элемента и стопорного кольца со стороны подвижного седла, при этом буртик мембраны контактирует с посадочным гнездом подвижного седла, которое выполнено с кольцевым выступом, расположенным с возможностью взаимодействия с внутренней поверхностью мембраны, а упор установлен подвижно в осевом направлении и имеет ограничитель хода.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое техническое решение относится к горному делу, а именно к области создания предохранительных клапанов для гидростоек, работающих в условиях шахт с труднообрушаемыми кровлями, опасных по проявлениям динамических нагрузок.

Известен предохранительный клапан, предназначенный для гидростойки механизированной крепи (патент ФРГ 1058956, кл. 5 с 10/01 от 19.11.59). Он состоит из корпуса, растягивающегося шпинделя, имеющего с одной стороны конусный клапан, а с другой - натяжное устройство для регулировки срабатывания клапана, включающее гайку, хвостовик, втулку. При достижении величины давления жидкости, определяемой настройкой клапана, растягивающийся шпиндель удлиняется в пределах упругой деформации и клапан открывается. После снятия давления в гидростойке этот элемент возвращается в исходное положение, клапан закрывается.

Недостатком данной конструкции является то, что растягивающийся элемент клапана обладает большой инерционностью, поэтому он работает только при плавном, статическом повышении давления в поршневой полости гидростойки.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является предохранительный клапан (Сологубов Н.В., Лаблайкс В.К., Другов А.С. Предохранительные клапаны опор механизированных крепей и гидростоек. - Угольное и горнорудное машиностроение (НИИИНФОРМТЯЖМАШ), 1970, 5, с. 8, фиг.2, г), состоящий из запирающего элемента в виде шарика, поджатого к посадочной поверхности подвижного седла с двух сторон при помощи пружин. Подвижное седло герметично установлено в корпусе, а шарик имеет возможность контакта с неподвижным упором. При повышении давления до величины, равной настройке клапана, подвижное седло с шариком без потери их общего контакта перемещаются в осевом направлении до соприкосновения шарика с неподвижным упором. Дальнейшее движение седла приводит к открытию клапана.

Клапаны подобного действия относятся к классу устройств нарастающего контактного давления, они обладают высокой герметичностью, но имеют существенный недостаток - низкое быстродействие запирающего элемента, прижатого к седлу при помощи пружин, что не позволяет защитить стойку от резких динамических нагрузок со стороны кровли.

Технической задачей предлагаемого решения является повышение быстродействия для обеспечения защиты гидростойки от статического и динамического нагружений за счет сил упругости запирающего элемента.

Поставленная задача достигается тем, что в предохранительном клапане для защиты гидростойки от статического и динамического нагружений, включающем упор, запирающий элемент и подвижное седло, герметично установленное в корпусе с отверстием для слива жидкости, при этом подвижное седло имеет посадочное гнездо для запирающего элемента и отверстия для подвода жидкости под этот элемент, согласно техническому решению подвижное седло и запирающий элемент, выполненный в виде мембраны с буртиком по периферии, поджаты упором по оси при помощи гайки со стороны запирающего элемента и стопорного кольца со стороны подвижного седла. Буртик мембраны контактирует с посадочным гнездом подвижного седла, которое выполнено с кольцевым выступом, расположенным с возможностью взаимодействия с внутренней поверхностью мембраны, а упор установлен подвижно в осевом направлении и имеет ограничитель хода.

Выполнение запирающего элемента в виде мембраны с буртиком по периферии, контактирующим с посадочным гнездом подвижного седла, позволяет обеспечить герметичное линейное кольцевое соединение запирающего элемента и седла, которое мгновенно размыкается при прогибе мембраны за счет сил ее упругости, обеспечивая быстродействие в момент динамического нагружения.

Взаимное прижатие подвижного седла и запирающего элемента упором по оси при помощи гайки со стороны запирающего элемента и стопорного кольца со стороны подвижного седла позволяет обеспечить предварительный герметизирующий контакт в соединении буртика мембраны с посадочным гнездом подвижного седла и ограничение хода подвижного седла для обеспечения прогиба мембраны при динамическом нагружении.

Выполнение подвижного седла с кольцевым выступом, расположенным с возможностью взаимодействия с внутренней поверхностью мембраны, обеспечивает кольцевую опорную зону для прогиба мембраны и ограничивает ее прогиб.

Установка упора, подвижного в осевом направлении, с ограничителем хода позволяет обеспечить необходимое направление его перемещения под действием динамического нагружения и прогиб мембраны на величину в пределах ее допустимой упругой податливости.

Сущность технического решения поясняется примером конкретного исполнения и чертежом, где показана схема общего вида предохранительного клапана для защиты гидростойки от статического и динамического нагружений (продольный разрез).

Предохранительный клапан для защиты гидростойки от статического и динамического нагружении (см. чертеж) состоит из корпуса 1 (цилиндра гидростойки или полого штока), подвижного седла 2 и запирающего элемента, выполненного в виде мембраны 3 с буртиком 4 по периферии. Мембрана 3 и подвижное седло 2 в исходном состоянии поджаты друг к другу упором 5 по оси при помощи гайки 6 со стороны запирающего элемента и стопорным кольцом 7 со стороны подвижного седла 2, причем буртик 4 контактирует с посадочным гнездом 8 подвижного седла 2. Последнее выполнено с кольцевым выступом 9, расположенным с возможностью взаимодействия с внутренней поверхностью 10 мембраны 3. Упор 5, установленный подвижно на пути действия нагружения, имеет ограничитель хода 11. Он соединен со сферической опорой 12, последняя - с верхняком крепи (не показано). Для подачи жидкости под мембрану 3 в подвижном седле 2 выполнены отверстия 13, а для слива жидкости в атмосферу - отверстия 14 в корпусе 1. Герметичность подвижного седла 2 с корпусом 1 обеспечивается установкой уплотнения 15.

Клапан работает следующим образом. В рабочем режиме жидкость подается в корпус 1 (цилиндр гидростойки или полый шток) и через отверстия 13 в подвижном седле 2 поступает под мембрану 3. Так как площадь S₁ поперечного сечения корпуса 1 больше площади S₂ торцевой поверхности мембраны 3, то мембрана 3 прижимается к подвижному седлу 2 и упору 5, положение которого предварительно фиксируется гайкой 6. В результате этого образуется герметичное соединение буртика 4 мембраны 3 с посадочным гнездом 8 подвижного седла 2.

При статическом нагружении, когда давление Р достигнет максимально допустимой величины, внутренняя поверхность 10 мембраны 3 войдет в контакт с кольцевым выступом 9 подвижного седла 2. Дальнейший рост давления в корпусе 1 приведет к упругому прогибу запирающего элемента - мембраны 3 относительно упора 5 (пунктирная линия на чертеже). Буртик 4 мембраны 3 перемещается вверх и отходит от посадочного гнезда 8 подвижного седла 2. Клапан открывается. В образовавшийся зазор между посадочным гнездом 8 и буртиком 4 жидкость из полости корпуса 1 по отверстиям 13 и 14 идет на слив. После снижения давления Р до номинальной рабочей величины подвижное седло 2 перемещается под действием упругой силы мембраны 3 в исходное положение, ее буртик 4 снова входит в контакт с посадочным гнездом 8 и клапан закрывается.

Во время динамического нагружения со стороны кровли силой F сферическая опора 12 стойки, жестко соединенная с верхняком, передает эту нагрузку через упор 5 на мембрану 3. Если нагрузка превышает допустимую величину, мембрана 3 упруго прогибается и соединяет полость корпуса 1 со сливом, как было описано выше (пунктирная линия на чертеже). При этом ход упора 5 ограничивается величиной h, что позволяет ограничить прогиб мембраны 3 в пределах допустимой упругой податливости, а движению подвижного седла 2 препятствует стопорное кольцо 7. Уплотнение 15 герметизирует полость корпуса 1.