ЗОЛОТНИКОВЫЙ ПНЕВМО-ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬ С ГИДРАВЛИЧЕСКИМ УПРАВЛЕНИЕМ
SPOOL PNEUMATIC-HYDRAULIC DISTRIBUTOR WITH HYDRAULIC CONTROL

Изобретение относится к области нефтяной и газовой промышленности и может быть использовано в геофизических приборах для регулирования направления потока рабочей жидкости в условиях воздействия агрессивной среды.
Известен гидравлический клапан (патент РФ №2188355, F16K 11/07, F15B 13/02, опубл. 27.08.2002), содержащий корпус с двухступенчатым отверстием, полости ступеней которого сообщены с присоединительными каналами, золотник с кольцевыми выступами, расположенный с возможностью осевого перемещения между позициями соединения и разъединения присоединительных каналов, привод перемещения золотника, запорный орган с уплотнением, расположенным с возможностью осевого перемещения в замкнутой кольцевой полости, образованной в позиции разъединения каналов поверхностями золотника, ступенчатого отверстия и расположенной между кольцевыми выступами золотника подпружиненной защитной втулки до торцевого стыка ее с сопрягаемой деталью, причем замкнутая кольцевая полость сообщена каналом или каналами с полостью ступени большего диаметра, обеспечивающими возможность перемещения уплотнения под защитную втулку до раскрытия стыка и раскрытие стыка после упора уплотнения в защитную втулку при потоке жидкости со стороны ступени отверстия меньшего диаметра.
Недостатком аналога являются ограниченные функциональные возможности. В конструкции используются пружины, которые теряют свои свойства в зависимости от частоты и продолжительности работы гидравлического клапана. Изменение характеристик пружины приводит к изменению параметров работы гидравлического клапана, что, в свою очередь, снижает надежность работы всего устройства, в которую устанавливается гидравлический клапан. Так же для исправной работы клапана требуется чистая рабочая жидкость, в ином случае это может привести к заклиниванию клапана.
Известно также устройство распределения жидкости для управления гидравлическими механизмами карьерного бурового станка (патент РФ №2353826, F15B 13/02, опубл. 27.04.2009), имеющее в своем составе блоки клапанного распределения, каждый из которых содержит корпус с подводными, отводными и сливными каналами со встроенными в него предохранительным и управляемым клапанами, дроссельную плиту и пилоты управления, причем корпус, предохранительный и управляемый клапаны, дроссельная плита, установленная на управляемый клапан, и пилоты образуют трехлинейный, трехпозиционный блок распределения рабочей жидкости с защитой гидролинии подвода рабочей жидкости к потребителю от перегрузок и свободный ее отвод в обратном направлении на слив с регулируемым временем срабатывания управляемого клапана при отключении гидропривода с исключением гидроударов, при этом распределение рабочей жидкости для управления гидравлическими механизмами осуществляют тремя блоками согласно схемы подключения линий подвода, отвода и слива, а также программой включения электромагнитов пилотов управления клапанов.
Недостатком аналога являются ограниченные функциональные возможности, обусловленные использованием его только для карьерного бурового станка.
Известен также гидрораспределитель (патент РФ №2049938, F15B 13/02, опубл. 10.12.1995), содержащий корпус, в цилиндрической расточке которого установлена с радиальным зазором уплотненная гильза с несимметричным вырезом, плунжер, размещенный в гильзе, и крышку, причем в корпусе концентрично основной выполнена дополнительная расточка, гильза снабжена буртом, размещенным в дополнительной расточке между корпусом и крышкой с осевым зазором для компенсации температурного расширения и отклонений геометрической формы бурта и дополнительной расточки.
Основными недостатками являются следующие. Уплотнения поясков плунжера относительно гильзы осуществляется по типу «металл по металлу». Такой тип уплотнения очень требователен к чистоте рабочей жидкости, недостаточная фильтрация рабочей жидкости приводит к заклиниванию плунжера. Уплотнение «металл по металлу» достигается за счет маленьких зазоров между плунжером и гильзой, это обеспечивается за счет точного изготовления и использования дорогих инструментов.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому является гидрораспределитель (патент РФ №2715296, F15B 13/02, опубл. 26.02.2020), содержащий корпус, в котором выполнены каналы для входа, выхода, дренажа рабочего тела, а также каналы подвода управляющего давления для управления открытым и закрытым положением гидрораспределителя, при этом внутри корпуса расположен, как минимум, один профилированный поршень со штоком, взаимодействующим своей профилированной ответной частью с запорным элементом, причем корпус гидрораспределителя выполнен в виде геометрического тела с плоскими гранями, преимущественно, параллелепипеда, при этом входные и/или выходные части упомянутых каналов располагаются на его сторонах, и состоящего, по крайней мере, из центральной полой профилированной части и двух крышек, установленных с его торцов, причем внутри центральной полой части корпуса выполнена перегородка с центральным отверстием, разделяющая упомянутую полость на две части, первую и вторую, причем внутри упомянутого центрального отверстия перегородки установлен с возможностью осевого перемещения запорный элемент, выполненный в виде шарика, при этом в первой полости корпуса неподвижно установлен профилированный цилиндр, взаимодействующий одним торцом с упомянутой перегородкой, внутри которого установлен с возможностью перемещения профилированный поршень, состоящий из непосредственно самого поршня и связанного с ним штока, выполненный с возможностью взаимодействия своей профилированной ответной частью штока, расположенной диаметрально противоположно поршню, с поверхностью упомянутого шарика, с одной стороны, а во второй полости корпуса неподвижно установлен профилированный цилиндр, взаимодействующий одним торцом с упомянутой перегородкой, внутри которого установлен с возможностью перемещения профилированный поршень, состоящий из непосредственно самого поршня и связанного с ним штока, выполненный с возможностью взаимодействия своей профилированной ответной частью штока, расположенной диаметрально противоположно поршню, с поверхностью указанного шарика, с другой стороны, причем на торцевых поверхностях обоих неподвижных профилированных цилиндров, взаимодействующих с перегородкой, выполнены уплотнительные поверхности для шарика, при этом между торцами крышек корпуса и торцами указанных неподвижных цилиндров выполнены осевые полости для подвода или отвода рабочего тела для/при перемещении упомянутых поршней в указанных цилиндрах, при этом диаметр поршня, установленного в одной полости, превышает диаметр поршня, установленного в другой полости, причем в стенках обоих упомянутых цилиндров выполнены сквозные радиальные каналы, соединяющие соответствующие полости в неподвижных цилиндрах с соответствующими полостями входа, выхода и дренажа рабочего тела.
Недостатками ближайшего аналога являются ограниченные функциональные возможности, обусловленные работой только в чистой рабочей жидкости и невысокая надежность гидравлического распределителя из-за недостаточной герметизации портов гидрораспределителя. В ближайшем аналоге реализован тип уплотнения «металл по металлу», в виде седла и шарика. Данный тип уплотнения требует высокой точности изготовления. В зависимости от частоты использования и продолжительности работы гидрораспределителя, седло изнашивается, и приводит к недостаточной герметизации портов гидрораспределителя. Износ седла приводит к дорогостоящему ремонту, и замене сложных в изготовлении и обработке деталей. Также немаловажным недостатком является требование к чистоте рабочей жидкости, при попадании мелких частиц абразива между седлом и шариком, приводит к недостаточной герметизации портов.
Задачами изобретения являются - расширение функциональных возможностей, повышение надежности работы золотникового пневмогидравлического распределителя.
Технический результат - обеспечение безотказной работы золотникового пневмогидравлического распределителя с широким диапазоном агрессивных загрязненных рабочих жидкостей.
Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что гидравлический распределитель с гидравлическим управлением, содержащий две крышки, согласно изобретению содержит золотник, на котором установлены две втулки с уплотнительными элементами, два прижима уплотнений и гильза, при этом в прижимы уплотнений установлены комбинированные уплотнения.
Общими существенными признаками заявленного изобретения и ближайшего аналога являются:
1.Общее выполнение на функциональном уровне - трехлинейные, двухпозиционные гидравлические распределители с (пилотным) гидравлическим уплотнением.
2.Оба упомянутых распределителя способны работать в условиях грязной среды и при высоких давлениях.
З.Оба упомянутых распределителя используются для управления подачей рабочей жидкости.
Однако, при наибольшем числе схожих признаков между заявленным изобретением и ближайшим аналогом имеются существенные отличия в реализации способов уплотнения. Уближайшего аналога уплотнение производится по типу «металл по металлу» за счет шарика, а в заявленном изобретении уплотнение осуществляется за счет комбинированных уплотнений и золотника.
Существо изобретения поясняется чертежами. На фиг. 1 изображен клапан, золотник 2 которого находится в положении, когда полость 1 сообщена с полостью 2. На фиг.2 изображено положение клапана, при котором золотник 2 сообщает полость 2 с полостью 3.
Золотниковый пневмогидравлический распределитель с гидравлическим управлением (фиг.1) содержит две крышки 1 для крепления в корпус гидравлического устройства (на чертеже не показано), золотник 2, на котором установлены две втулки 3 с уплотнительными элементами, два прижима уплотнений 4, гильза 5. В прижимы уплотнений 4 установлены комбинированные уплотнения 6, которые представляют собой комбинацию уплотнений различных типов. Например, комбинированное уплотнение, содержащее уплотнительное кольцо и кольцо, выполненное из жесткого эластичного пластика (патент US 5433452, F16J15/16, F16J15/18, опубл. 18.07.1995). Также могут использоваться и другие виды комбинированных уплотнений, отличающихся геометрической формой.
Первая гидравлическая полость (ГП1) образована крышкой 1, золотником 2 и втулкой 3. Вторая гидравлическая полость (ГТ12) идентична первой гидравлической полости (ГП1). Полость 1 образована крышкой 1, втулкой 3 и гильзой 5. Полость 2 образована золотником 2, втулкой 3, прижимом уплотнения 4 и гильзой 5. Полость 3 образована идентично полости 1.
Золотниковый пневмо-щдравлический распределитель с гидравлическим управлением работает следующим образом - при подаче рабочей жидкости в гидравлическую полость ГП2 золотник 2 перемещается в крайнее левое положение (фиг. 1) тем самым сообщая полость 1 с полостью 2, при подаче рабочей жидкости в гидравлическую полость ГП1 золотник 2 перемещается в крайнее правое положение (фиг. 2) сообщая полость 2 с полостью 3.Втулки 3 и прижимы 4 выполняют функцию направляющих золотника 2, а также прижима комбинированных уплотнений 6. Гильза 5 выполняет функцию направляющего золотника 2 и ответного прижима комбинированных уплотнений 6.Гидравлическая жидкость в полостях ГШи ГП2 может быть как чистой так и грязной. Во внутренних диаметрах втулок 3 выполнены разгрузочные пояски 7, они предотвращают заклинивание золотника, при воздействии высоких перепадов давлений, тем самым обеспечивают безотказную работу золотникового пневмо-гидравлического распределителя с широким диапазоном агрессивных загрязненных рабочих жидкостей.
Золотниковый пневмо-гидравлический распределитель с гидравлическим управлением может работать с широким диапазоном агрессивных загрязненных рабочих сред: буровой раствор, нефть, различные производные нефти, вода, газ, за счет применения комбинированных уплотнений 6.
Итак, заявленное изобретение позволяет расширить функциональные возможности и повысить надежность работы золотникового пневмо-гидравлического распределителя, путем обеспечения безотказной работы золотникового пневмо-гидравлического распределителя с широким диапазоном агрессивных загрязненных рабочих жидкостей.