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 использовано для создания импульсного движения жидкости применительно к интенсификации теплообмена в теплоэнергетических установках.
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, санно-регулировочный механизм, выполненный из неподвижной, подвижной Частей и регулировочного винта, 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 связанные с коромыслом, ось качения которого расположена в канале выхода рабочей среды, неподвижная часть санно-регулировочного механизма закреплена в канале выхода рабочей среды, подвижная часть жестко связана с осью качения коромысла, причем подвижная и неподвижная части санно-регулировочного механизма Вставлены друг в друга и связаны между собой посредством регулировочного винта, который установлен на внешней стороне корпуса (RU 106329, МПК F16K 1/00, опубл. 10.07.2011).
Недостатками известной конструкции являются отсутствие возможности регулировки частоты хода 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, включающий 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, вал 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 и 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 с штоком с возможностью преобразования его вращательно-скользящего движения в возвратно-поступательное движение штока (RU 177025, МПК F15B 21/12, F24D 3/02 опубл. 06.02.2018).
Недостатком известного технического решения является то, что генерация импульсов количества движения рабочей среды возможна только при перекрытии ударным клапаном всего движущегося потока, что не позволяет использовать устройство в тех гидравлических системах, где полное торможение потока рабочей среды не допустимо.
Технический результат заключается в создании конструкции ударного узла, предусматривающего попеременную генерацию импульсов количества движения рабочей среды в одном из двух ее входов в устройство при обеспечении внешнего управления фазами открытия и закрытия ударных клапанов.
Технический результат достигается за счет того, что ударный узел включает полый корпус с входным и выходным отверстиями для истечения рабочей среды, ударный клапан, шток, установленный во втулку с возможностью возвратно-поступательного движения, вал 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 второй ударный клапан, второй шток, вторую втулку со сквозными каналами, вторую пружину и второе 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.
Конструкция ударного узла представлена на чертеже.
Ударный узел, включает полый корпус 1 с входным 2 и выходным 3 отверстиями для истечения рабочей среды, ударный клапан 4, шток 5, установленный во втулку 6 с возможностью возвратно-поступательного движения, вал 7 с кулачком 8, пружину 9, стопорное кольцо 10, центрирующую заглушку 11 и направляющую втулку 12. В полом корпусе 1 выполнены два дополнительных соосных отверстия 13, 14. Втулка 6 выполнена со сквозными каналами 15 для истечения рабочей среды вдоль штока 5. На одном конце штока 5 жестко закреплен ударный клапан 4, а на его другом конце установлено стопорное кольцо 10. Пружина 9 установлена на шток 5 между втулкой 6 и стопорным кольцом 10. Втулка 6 со стороны стопорного кольца 10 жестко соединена с входным отверстием 2 полого корпуса 1. Вал 7 установлен внутри полого корпуса 1 с возможностью вращательного движения, где один торец вала 7 вставлен в центрирующую заглушку 11, закрепленную в первом дополнительном отверстии полого корпуса 13, второй торец вала 8 выведен за пределы полого корпуса 1 через направляющую втулку 12, установленную во второе дополнительное сквозное отверстие 14 полого корпуса 1, кулачок 8 соединен со штоком 5 с возможностью преобразования вращательного движения вала 7 в возвратно-поступательное движение штока 5. Входное 2 и выходное 3 отверстия выполнены в полом корпусе 1 перпендикулярно оси дополнительных отверстий 13, 14. В центрирующей заглушке 11 вдоль вала 7 выполнены сквозные прорези 16 для истечения рабочей среды. Дополнительно содержит второй ударный клапан 17, второй шток 18, вторую втулку 19 со сквозными каналами 20, вторую пружину 21 и второе стопорное кольцо 22. При этом второй шток 18 установлен во вторую втулку 19с возможностью возвратно-поступательного движения. На одном конце второго штока 18 жестко закреплен второй ударный клапан 17, а на его другом конце установлено второе стопорное кольцо 22. Вторая пружина 21 установлена на второй шток 18 между второй втулкой 19 и вторым стопорным кольцом 22. Сквозные каналы 20 во второй втулке 19 выполнены вдоль второго штока 18. Вторая втулка 19 со стороны второго стопорного кольца 21 жестко соединена с выходным отверстием 3 полого корпуса 1, причем кулачок 8 соединен со вторым штоком 18 с возможностью преобразования вращательного движения вала 7 в возвратно-поступательное движение второго штока 18.
Ударный узел работает следующим образом. Сначала свободный торец первой втулки 6, жестко соединенной с входным отверстием 2 полого корпуса 1, и свободный торец второй втулки 19, жестко соединенной с выходным отверстием 3 полого корпуса 1, подключают к источнику (на чертеже не указан) подачи рабочей среды, а центрирующую заглушку 11 соединяют с приемником (на чертеже не указан) рабочей среды. Вал 7, выведенный на внешнюю сторону 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 7 относительно центрирующей заглушки 11, установленной в первое дополнительное отверстие 13 полого корпуса 1, и направляющей втулки 12, установленной во второе дополнительное отверстие 14 полого корпуса 1. В результате этого происходит вращение связанного с валом 7 кулачка 8.
При вращении кулачка 8, который выполнен в виде эвольвенты, обеспечивается попеременное возвратно-поступательное движение первого штока 5 в первой втулке 6 и второго штока 18 во второй втулке 19. Поскольку первый ударный клапан 4 жестко закреплен на первом штоке 5, а второй ударный клапан 17 жестко закреплен на втором штоке 18, то при возвратно-поступательном движении штоков 5,18 происходит открытие и закрытие сквозных каналов 15, 20 попеременно в первой 6 и второй 19 втулках.
Открытию первого и второго ударных клапанов 4, 17 способствует воздействие кулачка 8 при вращении вала 7 на первый и второй штоки 5, 18. Закрытию первого ударного клапана 4 способствует воздействие первой пружины 9 на растяжение, которая установлена на первый шток 5 при помощи первого стопорного кольца 10. Закрытию второго ударного клапана 17 способствует воздействие второй пружины 21 на растяжение, которая установлена на второй шток 18 при помощи второго стопорного кольца 22.
Затем осуществляют подачу рабочей среды через полый корпус 1 от ее источника к приемнику (на чертеже не указаны). В результате этого рабочая среда попадает в полый корпус 1 через сквозные каналы 15 первой втулки 6 и/или сквозные каналы 20 второй втулки 19, а покидает его через сквозные прорези 16 в центрирующей заглушке 11. Поскольку вращением кулачка 8 вала 7 обеспечивается попеременное открытие сквозных каналов в первой 6 и второй 19 втулках, то при полностью закрытом проходном сечении первой втулки 6 первым ударным клапаном 4 в ней (со стороны входа рабочей среды) возникает гидравлический удар, энергия которого может быть использована в зависимости от области применения устройства, а через вторую втулку 19 в этот момент происходит разгон рабочей среды. При полностью закрытом проходном сечении второй втулки 19 вторым ударным клапаном 17 в ней (со стороны входа рабочей среды) также генерируется гидравлический удар, энергия которого может быть использована в зависимости от области применения устройства, а через первую втулку 6 в этот момент происходит разгон рабочей среды.
Изменение частоты вращения вала 7 обеспечивает изменение частоты попеременной генерации гидравлических ударов рабочей среды в первой и второй втулках 6, 19 независимо от ее расхода через сквозные прорези 16 центрирующей заглушки 11.
По сравнению с известным решением предлагаемая конструкция ударного узла позволяет обеспечить попеременную генерацию импульсов количества движения рабочей среды в одном из двух ее входов в устройство при обеспечении внешнего управления фазами открытия и закрытия ударных клапанов.