АО «ЦНИИАГ». В. Б. Овандер. Е. В. Княжанская. Клапанный гидрораспределитель высокого давления с самоуплотнением затвора

Клапанные гидрораспределители типа 3/2 (трехлинейные, двухпозиционные) и других типов широко применяются в гидроприводах для многих отраслей техники. Их совершенствование идет по пути снижения массогабаритных показателей, усилий управления и издержек производства.

Для клапанов, работающих при значительных перепадах давления рабочей жидкости, уменьшить усилие управления возможно применением гидростатической разгрузки затворов путем обеспечения минимальной площади поверхностей, на которые действует давление жидкости, прижимающее затвор к седлу клапана. Примером такой конструкции (рис. 1) служат клапаны фирмы НПП «Сенсор» (патент 2388953 RU).

В них затвор представляет собой втулку 9 с подвижным уплотнением 10 по расточке корпуса диаметром D и торцовой уплотнительной кромки Dc, контактирующей с седлом 2 через пластмассовое уплотнение 8.

Равенство указанных диаметров обеспечивает независимость усилия поджима затвора к седлу от любого направления перепада давления, поэтому такие клапаны работоспособны при давлениях жидкости на уровне контактных давлений, создаваемых на уплотнительной кромке затвора силами поджимной пружины.

Согласно каталогу НПП «Сенсор» для клапанов, работоспособных при любом направлении пе репада давления жидкости, его значение не должно превышать 2,5-4 МПа.

Поднять это давление за счет увеличения усилия пружины возможно, но при этом пропорционально растут усилия управления клапаном во всем диапазоне рабочих давлений жидкости и массогабаритные показатели клапана.

Более эффективен известный метод обеспечения герметичности при высоких давлениях с использованием эффекта самоуплотнения в паре затвор-седло за счет воздействия сил давления на затвор, возникающих из-за неравенства диаметров D и Dc.

Однако для сохранения герметичности клапана при реверсе перепада давления жидкости необходимо, чтобы разность между этими диаметрами меняла свой знак и была бы соизмерима с шириной ленты контакта затвора для ограничения роста сил управления клапаном с ростом давления жидкости.

На рисунке 2 представлена конструкция клапанного гидрораспределителя (тип 2/2 по патенту 2615891 RU), в которой благодаря гибкой гофрированной части затвора против седла под действием давления жидкости изменяется конусность контактной поверхности.

При воздействии перепада давления с наружной стороны затвора угол конуса увеличивается (рис. 3), а при смене направления перепада давления он уменьшается (рис. 4). Это приводит соответственно к увеличению или уменьшению диаметра Dc ленты контакта затвора с седлом и обеспечению самоуплотнения затвора при реверсе перепада давления.

Такая конструкция затвора как унифицированный элемент может эффективно использоваться и в гидрораспределителях типа 3/3 и 4/3 (рис. 5 и 6) для управления гидромоторами и гидроцилиндрами.

Нечувствительность к реверсу перепада давления обеспечивает им стопорение этих гидромашин под нагрузкой, сопровождающееся таким реверсом, из-за которого обычные гидрораспределители снабжаются дополнительными гидрозамками.

Испытания опытного образца гидрораспределителя с гибким гофрированным затвором (рис. 7), в котором диаметр его соединения с корпусом D был равен среднему диаметру фаски седла, и углы их конических контактных поверхностей при ∆p = 0 составили 45°, герметичность клапана сохранялась при реверсе p до 20 МПа.

Усилие открытия клапана было многократно ниже, чем в случае исходного контакта затвора по наружному диаметру фаски седла из-за неравенства углов их конических поверхностей.

Таким образом, была подтверждена эффективность конструкции клапанных гидрораспределителей с гибким гофрированным затвором.

Размещено в номере: «Вестник арматуростроителя», № 3 (52) 2019