Ударный узел

Полезная модель относится к области гидродинамики, гидравлики и машиностроения, где может найти применение в устройствах различного назначения, использующих эффект гидравлического удара, а также к теплоснабжению, где может быть использована для создания импульсного движения жидкости применительно к интенсификации теплообмена в теплоэнергетических установках.
Известен ударный узел, включающий цилиндрический корпус с двумя входными и выходным отверстиями, два ударных клапана, при этом входные отверстия расположены оппозитно и выполнены соосно вдоль центрирующего штока, установленного в цилиндрическом корпусе на втулках с жестко закрепленными на его торцах ударными клапанами, расположенным над входными отверстиями, в одно из входных отверстий ввернуто подвижное седло, связанное червячной передачей с регулировочным винтом (RU 114129, МПК F24D 3/02, опубл. 10.03.2012).
Недостатками известной конструкции ударного узла являются его относительно низкая устойчивость при малых расходах рабочей среды, а также нарушение фаз попеременного открытия ударных клапанов при работе устройства.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является конструкция ударного узла вертикально-поступательного типа, где тарельчатый ударный клапан совершает вертикально-поступательное движение вдоль некоторого направляющего устройства. Конструкция ударного узла, выбранного за прототип, содержит полый корпус с входным и выходным отверстиями, ударный клапан, шток и  втулку, причем ударный клапан расположен над входным отверстием и жестко закреплен на штоке, установленном в полом корпусе  через втулку с возможностью возвратно-поступательного движения (Овсепян В.М. Гидравлический таран и таранные установки /В.М. Овсепян. – М. : Машиностроение, 1968. – 124 с., - с. 58, 65, рис. 25, 26).
Недостатками известного решения являются относительно медленное закрытие ударного клапана, а также отсутствие возможности управления моментом генерации импульсов количества движения рабочей среды без изменения ее расхода через ударный узел.
Технический результат заключается в возможности регулирования частоты генерации импульсов количества движения рабочей среды в ударном узле независимо от ее расхода.
Технический результат достигается за счет того, что ударный узел, включает полый корпус с входным и выходным отверстиями для истечения рабочей среды, ударный клапан, жестко закрепленный на штоке, установленном во втулку с возможностью возвратно-поступательного движения. В полом корпусе выполнены два дополнительных соосных отверстия, втулка выполнена со  сквозными каналами для истечения рабочей среды вдоль штока. Конструкция дополнительно содержит вал с кулачком, пружину, стопорное кольцо, центрирующую заглушку и направляющую втулку. Втулка жестко соединена с входным отверстием полого корпуса. Ударный клапан расположен со стороны входа рабочей среды в сквозные каналы втулки. Пружина установлена на штоке и закреплена на нем стопорным кольцом со стороны выхода рабочей среды из сквозных каналов втулки. Вал установлен внутри полого корпуса с возможностью вращательного движения, где один торец вала вставлен в центрирующую заглушку, закрепленную в  первом дополнительном отверстии полого корпуса, второй торец вала выведен  за пределы полого корпуса через направляющую втулку, установленную во второе дополнительное сквозное отверстие полого корпуса. Кулачок вала соединен со штоком с возможностью преобразования его вращательно-скользящего движения в возвратно-поступательное движение штока.
На чертеже представлена конструкция ударного узла.
Ударный узел включает полый корпус 1 с входным 2 и выходным 3 отверстиями для истечения рабочей среды. Ударный клапан 4, жестко закрепленный на штоке 5,  установленный во втулке 6 с возможностью возвратно-поступательного движения. В полом корпусе 1 выполнены два дополнительных соосных отверстия 7 и 8. Втулка 6 выполнена со сквозными каналами 9 для истечения рабочей среды вдоль штока 5. Конструкция дополнительно содержит вал 10 с кулачком 11, пружину 12, стопорное кольцо 13, центрирующую заглушку 14 и направляющую втулку 15. Втулка 6 жестко соединена с входным отверстием 2 полого корпуса 1. Ударный клапан 4  расположен со стороны входа рабочей среды в сквозные каналы 9 втулки 6. Пружина 10 установлена на штоке 5 и закреплена на нем стопорным кольцом 13 со стороны выхода рабочей среды из сквозных каналов 9 втулки 6. Вал 10 установлен  внутри полого корпуса 1 с возможностью вращательного движения, где один торец вала 10 вставлен в центрирующую заглушку 14, закрепленную в  первом дополнительном отверстии 7 полого корпуса 1, а второй торец вала 10 выведен  за пределы полого корпуса 1 через направляющую втулку 15, установленную во второе дополнительное сквозное отверстие 8 полого корпуса 1. Кулачок 11 вала 10 соединен со штоком 5 с возможностью преобразования его вращательно-скользящего движения в возвратно-поступательное движение штока 5.
Ударный узел работает следующим образом. Сначала обеспечивают соединение свободного торца втулки 6 с источником (на чертеже не указан) подачи рабочей среды, а выходного отверстия 3 с приемником (на чертеже не указан) рабочей среды.  Вал 10 с внешней стороны полого корпуса 1 соединяют с источником вращательного движения (на чертеже не указан), который для обеспечения возможности регулирования частоты генерации импульсов количества движения рабочей среды должен иметь возможность изменения собственной частоты вращения. Например, это может быть электродвигатель, частота вращения вала  которого управляется частотным преобразователем (на чертеже не приведен) и т.п. Указанным способом обеспечивают вращение вала 10 в центрирующей заглушке 14, установленной в первое дополнительное отверстие 7 полого корпуса 1, и направляющей втулке 15, установленной во второе дополнительное отверстие 8 полого корпуса 1. При этом происходит вращение  связанного с валом 10  кулачка 11.  После этого осуществляют подачу рабочей среды через полый корпус 1 от ее источника к приемнику. При вращении кулачка 11, который выполнен в виде эвольвенты, обеспечивается возвратно-поступательное движение штока 5 во втулке 6 и происходит открытие и закрытие сквозных каналов 9 во втулке 6 ударным клапаном 4, который жестко закреплен на штоке 5. Закрытию ударного клапана 5 способствуют воздействие пружины 12 на растяжение, которая установлена на штоке 5 при помощи стопорного кольца 13, а также скоростной напор рабочей среды. Таким образом, рабочая среда, попадая во втулку 6, проходит через сквозные каналы 9 при открытом положении  ударного клапана 4 и попадает во входное отверстие рабочей среды 2 полого корпуса 1, а затем покидает его через выходное отверстие 3. В данном случае обеспечивается разгон рабочей среды для последующего создания импульса количества ее движения. В момент времени, когда пространственное положение кулачка 11 обеспечит возможность закрытия сквозных каналов 9 во втулке 6 ударным клапаном 4, возникнет гидравлический удар, энергия которого может быть использована в зависимости от области применения ударного узла. После того как пространственное положение кулачка 11 при вращении вала 10 обеспечит последующее открытие сквозных каналов 9 во втулке 6 ударным клапаном 4, процесс генерации гидравлического удара повторится в описанной выше последовательности.
В результате использования предлагаемого технического решения:
повышается устойчивость работы ударного узла, поскольку фаза открытия и закрытия ударного клапана определяет только положением кулачка при вращении вала и не зависит от расхода рабочей среды;
обеспечивается возможность регулирования частоты генерации импульсов количества движения рабочей среды независимо от ее расхода через устройство;
выполняется задача получения заданной величины повышения давления в момент гидравлического удара в рабочей среде при широком диапазоне изменения ее расхода.