Ударный узел

Полезная модель относится к области гидродинамики и может найти применение в устройствах различного назначения, использующих эффект гидравлического удара, а также к тепло- и водоснабжению, где может быть использована для создания импульсного движения рабочей среды в перераспределенных потоках.
Из уровня техники 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.
Известен также ударный узел вертикально-поступательного типа, содержащий тарельчатый ударный клапан, который совершает вертикально-поступательное движение вдоль некоторого направляющего устройства. Ударный узел 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.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является ударный узел, который включает полый корпус с входным и выходным отверстиями для истечения рабочей среды, ударный клапан, шток, установленный во втулку с возможностью возвратно-поступательного движения, вал (валик) с кулачком, пружину, стопорное кольцо, центрирующую заглушку и направляющую втулку. В полом корпусе выполнены два дополнительных соосных отверстия. Втулка выполнена со сквозными каналами для истечения рабочей среды вдоль штока. На одном конце штока жестко закреплен ударный клапан, а на его другом конце установлено стопорное кольцо. Пружина установлена на шток между втулкой и стопорным кольцом. Втулка со стороны стопорного кольца жестко соединена с входным отверстием полого корпуса. 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 соединен со штоком с возможностью преобразования вращательного движения вала в возвратно-поступательное движение штока. Входное и выходное отверстия выполнены в полом корпусе перпендикулярно оси дополнительных отверстий. В центрирующей заглушке вдоль вала выполнены сквозные прорези для истечения рабочей среды. Дополнительно содержит ударный клапан, шток, втулку со сквозными каналами, пружину и стопорное кольцо. При этом второй шток установлен во вторую втулку с возможностью возвратно-поступательного движения. На одном конце второго штока жестко закреплен второй ударный клапан, а на его другом конце установлено второе стопорное кольцо. Вторая пружина установлена на второй шток между второй втулкой и вторым стопорным кольцом. Сквозные каналы во второй втулке выполнены вдоль второго штока. Вторая втулка со стороны второго стопорного кольца жестко соединена с выходным отверстием полого корпуса, причем кулачок соединен со вторым штоком с возможностью преобразования вращательного движения вала в возвратно-поступательное движение второго штока (RU 183591, МПК F24D 3/02, F15B 21/12, заявл. 10.04.2018).
Недостатками известной конструкции ударного узла являются недостаточная пропускная способность, низкая долговечность и невозможность передачи энергии гидроудара перераспределенному потоку.
Технический результат заключается в увеличении пропускной способности ударного узла.
Технический результат достигается за счет того, что ударный узел включает полый корпус с одним входным и выходным отверстиями для истечения рабочей среды, ударные клапаны, жестко закрепленные на штоках, пружины клапанов, валик с кулачком. Дополнительно введено второе выходное отверстие параллельное первому, но развернутое в противоположную сторону. Ударные клапаны, расположенные противоположно друг другу, состоят из седла клапана, тарелки клапана, штока клапана, пружины клапана, установленные в опорах с возможностью возвратно-поступательного движения. Валик с кулачком связан с электродвигателем с изменяющейся частотой вращения. Кулачок изготовлен с тремя выступами в виде зубьев с эвольвентным профилем. Пяты левого и правого клапанов также выполнены с эвольвентным профилем. Валик расположен в опорах валика перпендикулярно корпусу.
На фиг. 1 представлена конструкция ударного узла; на фиг. 2 - вид в разрезе ударного узла.
Ударный узел (фиг. 1) включает полый корпус 1 с входным отверстием 2, левым выходным отверстием 3 и правым выходным отверстием 4, расположенных параллельно друг к другу и развернутых в противоположные стороны, служащие для истечения рабочей среды, тарелку левого клапана 5, тарелку правого клапана 6, пяту левого клапана 7, пяту правого клапана 8, пружину левого клапана 9, пружину правого клапана 10, шток левого клапана 11, шток правого клапана 12, установленных в опорах 13, седло левого клапана 14, седло правого клапана 15. Кулачок 16, жестко установленный на валике 17 (фиг. 2), соединенный с электродвигателем 18, с изменяющейся частотой вращения и установленный в опорах валика 19. Кулачок 16 выполнен с тремя выступами в виде зубьев с эвольвентным профилем попеременно соприкасающихся с пятой левого 7 или правого 8 клапана тоже с эвольвентным профилем и только в крайних положениях клапанов выступы кулачка 16 одновременно соприкасаются кратковременно с пятой и левого 7 и правого 8 клапана.
Ударный узел работает следующим образом. Сначала обеспечивают соединение входного отверстия 2 с источником подачи рабочей среды (на чертеже не показан), а левого выходного отверстия 3 и правого выходного отверстия 4 с приемниками рабочей среды (на чертеже не показан). После этого осуществляют подачу рабочей среды через входное отверстие 2 в полый корпус 1 от ее источника к одному из приемников. Например, если открыт левый клапан ударного узла, а правый закрыт, так как представлено на фиг. 1. В этом положении рабочая среда из входного отверстия 2 проходит через полый корпус 1 и выходит из левого выходного отверстия 3 при возрастающей скорости рабочей среды от нуля до установившегося значения. При полностью открытой тарелке левого клапана 5 один выступ кулачка 16 будет находиться в конце зацепления, а впереди его по ходу движения только коснется пяты правого клапана 8. Затем обеспечивают вращение валика 17 в опорах валика 19, закрепленных к полому корпусу 1 от электродвигателя 18. При этом происходит вращение жестко связанного с валиком 17 кулачка 16. При вращении кулачка 16, на котором выполнены три выступа в виде зубьев и напоминающие по форме эвольвенту, против часовой стрелки происходит соскакивание выступа кулачка 16 с пяты левого клапана 7, и шток левого клапана 11 будет перемещаться в опорах 13 вверх под действием пружины левого клапана 9 и давления потока на тарелку левого клапана 5. В результате чего тарелка левого клапана 5 перекроет седло левого клапана 14, что вызовет прерывание потока рабочей среды в левом выходном отверстии 3 и вызовет волну гидроудара. Далее, при дальнейшем вращении кулачка 16 в опорах 13 пята правого клапана 8 будет находиться в зацеплении с выступом кулачка 16, в результате чего шток правого клапана 12 будет плавно перемещаться в опорах 13 вверх, отводя тарелку правого клапана 6 от седла правого клапана 15, образуя зазор между ними. Через образовавшийся зазор рабочая среда из входного отверстия 2 проходит через полый корпус 1 и выходит из правого выходного отверстия 4 при возрастающем расходе рабочей среды и ускорением потока за счет волны гидроудара. При повороте кулачка 16 на 120° тарелка правого клапана 6 будет полностью открыта, а пята левого клапана 7 коснется с предшествующим выступом. В этом положении расход рабочей среды через левое выходное отверстие 3 будет максимальной. При дальнейшем вращении кулачка 16 в опорах 13 происходит соскакивание выступа кулачка 16 с пяты правого клапана 8, и шток правого клапана 12 будет перемещаться в опорах 13 вниз под действием пружины правого клапана 10 и давления потока на тарелку правого клапана 6. В результате чего тарелка правого клапана 6 перекроет седло правого клапана 15, что вызовет прерывание потока в правом выходном отверстии 4. Прерывание потока в правом выходном отверстии 4 вызовет гидравлический удар, энергия которого направляется потоку рабочей среды, выходящему через левое выходное отверстие 3. Дальнейший поворот кулачка на 120° будет сопровождаться зацеплением выступа кулачка 16 с пятой левого клапана 7, в результате чего шток левого клапана 11 будет плавно перемещаться в опорах 13 вниз, отводя тарелку правого клапана 6 от седла правого клапана 15, образуя зазор между ними. Через образовавшийся зазор рабочая среда из входного отверстия 2 проходит через полый корпус 1 и выходит из левого выходного отверстия 3 при возрастающем расходе рабочей среды и ускорением потока за счет волны гидроудара. При повороте кулачка 16 на 120° тарелка левого клапана 5 будет полностью открыта, а пята правого клапана 7 коснется с предшествующим выступом. В этом положении расход рабочей среды через левое выходное отверстие 3 будет максимальной. В дальнейшем, цикл повторяется заново.
По сравнению с известным решением, предполагаемое позволяет увеличить пропускную способность, повысить износостойкость составляющих ударного узла, а так же перераспределять поток рабочей среды, проходящей через ударный узел с передачей энергии гидроудара перераспределенному потоку.