Ударный узел
IMPACT ASSEMBLY

Изобретение 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 использовано для создания импульсного режима движения жидкости применительно к интенсификации теплообмена в теплоэнергетических установках.
Известен ударный узел, включающий корпус с двумя каналами входа и одним каналом выхода рабочей среды, два ударных клапана, два штока и коромысло с осью качения, каждый из каналов входа рабочей среды соединен с каналом выхода рабочей среды через установленные в них ударные клапаны, закрепленные на штоках и связанные с коромыслом, ось качения которого расположена в канале выхода рабочей среды, регулировочный механизм, выполненный из неподвижной, подвижной частей и регулировочного винта, неподвижная часть которого закреплена в канале выхода рабочей среды, а подвижная часть связана с осью качения коромысла, подвижная и неподвижная части регулировочного механизма связаны между собой посредством регулировочного винта, два боковых регулировочных винта установлены на внешней стороне корпуса и расположены в канале выхода рабочей среды со стороны торцов плеч коромысла симметрично ее оси качения, между соответствующими торцом плеча коромысла и боковым регулировочным винтом установлена пружина, в каждом канале входа между ударным клапаном и корпусом установлена возвратная пружина, подвижная часть регулировочного механизма выполнена с взаимно перпендикулярными отверстиями под штифт и регулировочный винт с радиальной проточкой, при помощи которой регулировочный винт и штифт установлены в соответствующие отверстия подвижной части регулировочного механизма, а между корпусом и подвижной частью регулировочного механизма установлена опорная пружина (См. Пат. на полезную модель 128263 Российская Федерация, МПК F15B 21/12. Ударный узел; заявл. 11.12.2012; опубл. 20.05.2013, бюл. №14).
Среди недостатков данного аналога следует отметить относительную сложность исполнения конструкции, а также отсутствие возможности принудительного управления моментом открытия и закрытия ударного узла при сохранении расхода рабочей среды постоянным.
Известен ударный узел, включающий корпус с двумя входными и выходным отверстиями, входные отверстия расположены оппозитно и выполнены соосно вдоль центрирующего штока, установленного в цилиндрическом корпусе с жестко закрепленными на его торцах ударными клапанами, расположенными над входными отверстиями, центрирующий шток выполнен с тремя степенями свободы относительно корпуса, а в конструкцию дополнительно введены две направляющие втулки с седлом под ударный клапан, два стопорных кольца, две возвратные пружины и две конические пружины, причем каждый ударный клапан вставлен в направляющую втулку с седлом, установленным со стороны входных отверстий корпуса, закреплен с торца центрирующего штока и расположен между возвратной пружиной, закрепленной в направляющей втулке при помощи стопорного кольца, и конической пружиной, установленной во входном отверстии корпуса (См. Пат. на изобретение 2558740 Российская Федерация, МПК F15B 21/12. Ударный узел; заявл. 25.02.2014; опубл. 10.08.2015, бюл. №22).
Среди недостатков известного технического решения следует отметить отсутствие возможности изменения момента открытия и закрытия ударных клапанов при неизменном расходе рабочей среды. Данный недостаток обусловлен тем, что названная конструкция ударного узла является самоподдерживающейся.
Известен ударный узел для газогидравлического устройства, включающий корпус с двумя каналами входа и одним каналом выхода рабочей среды, два ударных клапана, два штока и коромысло с осью качения, при этом каждый из каналов входа рабочей среды соединен с каналом выхода рабочей среды через установленные в них ударные клапаны, которые, в свою очередь, жестко закреплены на штоках, поступательно движущихся в корпусе между каналами входа и выхода рабочей среды и связанных с коромыслом, ось качения которого расположена в канале выхода рабочей среды. Ударный узел дополнительно снабжен санно-регулировочным механизмом, выполненным из неподвижной, подвижной частей и регулировочного винта, причем неподвижная часть санно-регулировочного механизма закреплена в канале выхода рабочей среды, подвижная часть жестко связана с осью качения коромысла, при этом подвижная и неподвижная части санно-регулировочного механизма вставлены друг в друга и связаны между собой посредством регулировочного винта, который установлен на внешней стороне корпуса (См. Пат. на полезную модель 106329 Российская Федерация, МПК F16K 1/00. Ударный узел для газогидравлического устройства; заявл. 24.02.2011; опубл. 10.07.2011, бюл. №19).
Недостатком приведенного технического решения является зависимость частоты хода ударных клапанов от скорости движения рабочей среды и, следовательно, невозможность регулирования частоты генерации импульсов движения рабочей среды при ее неизменном расходе.
Наиболее близким техническим решением по совокупности существенных признаков является ударный узел, включающий полый корпус с каналом входа и каналом выхода рабочей среды, ударный клапан, шток с втулкой, при этом канал входа соединен с каналом выхода рабочей среды, ударный клапан расположен в канале входа и жестко закреплен на штоке, установленном в полом корпусе через втулку с возможностью возвратно-поступательного движения между каналом входа и выхода рабочей среды (См. Левцев А.П. Обзор и анализ основных конструкций ударных клапанов для создания гидравлического удара // Современные проблемы науки и образования. - 2015. - №2-2. URL http://www.science-education.ru/ru/article/view?id=23253, дата обращения: 15.12.2016, рис. 2.а). Названная конструкция выбрана за прототип.
Недостатком прототипа является отсутствие возможности управления моментом открытия и закрытия ударного клапана независимо от расхода рабочей среды.
Технической задачей изобретения является создание конструкции ударного узла с возможностью регулирования частоты генерации импульсов количества движения рабочей среды независимо от ее расхода.
Технический результат достигается за счет того, что ударный узел, включающий полый корпус с каналом входа и каналом выхода рабочей среды, ударный клапан, шток с втулкой, при этом канал входа соединен с каналом выхода рабочей среды, ударный клапан расположен в канале входа и жестко закреплен на штоке, установленном в полом корпусе через втулку с возможностью его возвратно-поступательного движения между каналами входа и выхода рабочей среды, дополнительно снабжен цилиндрическим толкателем, направляющим стаканом с продольным вырезом на его боковой поверхности и колпачком, коробом с крышкой, пружиной, причем в полом корпусе между каналом входа и каналом выхода выполнен вырез для доступа к штоку, в крышке соразмерно профилю продольного выреза направляющего стакана выполнен сквозной продольный паз, при этом вырез для доступа к штоку с внешней стороны полого корпуса соединен с входом короба, на выходе которого установлена крышка, направляющий стакан жестко закреплен на крышке, причем сквозной продольный паз крышки и продольный вырез на боковой поверхности направляющего стакана совмещены между собой, цилиндрический толкатель установлен с возможностью его возвратно-поступательного движения в направляющий стакан, пружина установлена внутри короба и соединена одним концом со штоком, а другим - с цилиндрическим толкателем, колпачок установлен на направляющий стакан со стороны выступающего цилиндрического толкателя.
Предлагаемый вариант конструкции ударного узла представлен на чертеже, который прилагается к тексту настоящей заявки.
Ударный узел включает полый корпус 1 с каналом входа 2 и каналом выхода 3 рабочей среды, ударный клапан 4, шток 5 с втулкой 6, при этом канал входа 2 соединен с каналом выхода 3 рабочей среды, ударный клапан 4 расположен в канале входа 2 и жестко закреплен на штоке 5, установленном в полом корпусе 1 через втулку 6 с возможностью его возвратно-поступательного движения между каналами входа 2 и выхода 3 рабочей среды. Конструкция также снабжена цилиндрическим толкателем 7, направляющим стаканом 8 с продольным вырезом 9 на его боковой поверхности и колпачком 10, коробом 11 с крышкой 12 и пружиной 13. В полом корпусе 1 между каналом входа 2 и каналом выхода 3 выполнен вырез 14 для доступа к штоку 5, в крышке 12 соразмерно профилю продольного выреза 9 направляющего стакана 8 выполнен сквозной продольный паз 15, при этом вырез 14 для доступа к штоку 5 с внешней стороны полого корпуса 1 соединен с входом короба 11, на выходе которого установлена крышка 12, направляющий стакан 8 жестко закреплен на крышке 12, причем сквозной продольный паз 15 крышки 12 и продольный вырез 9 на боковой поверхности направляющего стакана 8 совмещены между собой, цилиндрический толкатель 7 установлен с возможностью его возвратно-поступательного движения в направляющий стакан 8, пружина 13 установлена внутри короба 11 и соединена одним концом со штоком 5, а другим - с цилиндрическим толкателем 7, колпачок 10 установлен на направляющий стакан 9 со стороны выступающего цилиндрического толкателя 7.
Для запуска в работу ударного узла необходимо провести следующие технические мероприятия. Для этого под колпачок 10 на цилиндрический толкатель 7 устанавливается сальниковая набивка (на чертеже не указана). Короб 11, который одной стороной соединен с вырезом 14 для доступа к штоку 5, второй стороной должен быть герметично закрыт крышкой 12. С этой целью между коробом 11 и крышкой 12 может быть уплотнительная прокладка (на чертеже не указана). Канал входа 2 и канал выхода 3 подключаются соответственно к источнику и приемнику (на чертеже не указаны) рабочей среды. Цилиндрический толкатель 7 подключается к потенциальному источнику генерации возвратно-поступательных движений (на чертеже не указан).
В момент запуска устройства в работу ударный клапан 4 должен быть открыт. Это достигается перемещением цилиндрического толкателя 7 относительно направляющего стакана 8 в крайнее (на чертеже левое) положение, при котором пружина 13, расположенная в коробе 11 и прикрепленная одним концом к цилиндрическому толкателю 7 через сквозной продольный паз 15 в крышке 12 и продольный вырез 9 на боковой поверхности направляющего стакана 8, а вторым концом связанная со штоком 5, установленным в корпусе 1 через втулку 6, обеспечит перемещение штока 5 и связанного с ним ударного клапана 4 в открытое положение.
Ударный узел работает следующим образом. Осуществляют циркуляцию рабочей среды через полый корпус 1 с произвольной скоростью ее истечения из канала входа 2 в канал выхода 3. В заданный момент времени от источника генерации возвратно-поступательных движений (на чертеже не указан) осуществляют перемещение цилиндрического толкателя 7 относительно направляющего стакана 8 в крайнее оппозитное (на чертеже правое) положение, при котором пружина 13, расположенная внутри короба 11, обеспечит перемещение штока 5 во втулке 6 и связанного с ним ударного клапана 4 в закрытое положение. Возникнет гидравлический удар, энергия которого может быть использована в зависимости от места использования настоящего технического решения. После того как энергия гидравлического удара будет использована, осуществляют перемещение цилиндрического толкателя 7 в положение, соответствующее открытому ударному клапану 4.
Таким образом, для генерации серии импульсов количества движения рабочей среды необходимо обеспечивать возвратно-поступательное движение цилиндрического толкателя 7 с заданной частотой в течение необходимого времени. С учетом того, что частота задающих воздействий источника генерации возвратно-поступательных движений (на чертеже не указан) может быть произвольной, то при неизменном расходе рабочей среды через ударный узел появляется возможность контролируемого повышения ее давления в момент гидравлического удара.
В результате использования настоящего технического решения обеспечивается возможность управления моментом открытия и закрытия ударного клапана, а, следовательно, частоты и амплитуды импульсов количества движения рабочей среды независимо от ее расхода через ударный узел. Конструкция настоящего изобретения характеризуется относительной простотой, устойчивостью и надежностью работы.