ПНЕВМОИМПУЛЬСНЫЙ ГЕНЕРАТОР

Полезная модель относится к очистке поверхностей, в частности к устройствам для импульсной очистки поверхностей от отложений, и может быть использовано, например, в энергетике.
Известен пневмоимпульсный генератор для очистки поверхностей (патент РФ №2380643, МПК F28G 1/16, опубл. 27.01.2010 г.), содержащий накопительную емкость, неподвижно закрепленный на днище упомянутой емкости корпус затвора, в сквозной цилиндрической полости которого, постоянно сообщенной с накопительной емкостью по разгрузочному каналу и снабженной глухой крышкой с одного и выхлопной трубой с другого конца, подвижно установлен сопряженный с упомянутой полостью по боковой поверхности сбросной клапан, совместно с глухой крышкой образующий постоянно соединенную с источником сжатого газа камеру управления, которая по каналам в корпусе постоянно сообщена с накопительной емкостью, а через закрепленный в крышке запорный орган периодически сообщается с атмосферой. Сбросной клапан выполнен в виде цилиндрического двухступенчатого стакана с глухим днищем, свободный конец большей по диаметру ступени которого постоянно находится в камере управления, а его меньшая ступень периодически, при запирании клапана, входит в соответствующую ей по диаметру коаксиальную выточку, образованную на входе в изготовленную за одно с корпусом выхлопную трубу, и своим снабженным уплотнением свободным торцом контактирует с поверхностью обращенного в его сторону торцевого пояска, образованного коаксиальной выточкой на внутренней боковой стенке выхлопной трубы. Торцевой поясок, расположенный между боковыми поверхностями малой и большей ступеней клапана, постоянно находится внутри образованной на внутренней боковой поверхности корпуса кольцевой канавки, охватывающей большую ступень клапана, через боковую поверхность которой в полость корпуса входит разгрузочный канал из накопительной емкости. Размещенное внутри большей ступени клапана глухое днище отстоит от обращенного в его сторону свободного конца глухой крышки на расстоянии, по существу, равном максимальному продольному ходу клапана. В связи с тем что в первый момент накопительная емкость отсечена от выхлопной трубы боковой поверхностью малой ступени, то весь поток газа из упомянутой емкости расходуется на сообщение скорости сбросному клапану. Благодаря этому скорость перемещения сбросного клапана быстро нарастает, а степень открытия выхлопной трубы увеличивается. В результате продолжительность выброса газа в атмосферу существенно уменьшается, за счет чего нарастает крутизна переднего фронта пневмоимпульса и эффективность генерируемого газового импульса.
Однако, задний фронт пневмоимпульса не имеет достаточной крутизны вследствие чего указанный пневмоимпульс продолжителен по времени.
Наиболее близким аналогом (прототипом) по совокупности существенных признаков и достигаемому техническому результату является пневмоимпульсный генератор (патент РФ на изобретение №2312717, МПК В08В 5/02, В08В 9/04, опубл. 27.01.2010 г.), содержащий полый цилиндрический корпус с входным и выходным патрубком. В полости корпуса напротив выходного патрубка установлен поршень, одна из торцевых стенок которого с наружной стороны подпружинена относительно корпуса, а вторая посредством штока, подпружиненного с ее внутренней стороны, соединена с запорным клапаном. При подаче газа в цилиндр силы давления перемещают поршень и клапан в противоположные стороны, сжимая пружины. После полного сжатия корпусной пружины поршень, продолжая перемещаться и сжимать пружину клапана, увлекает за собой клапан. В момент открытия клапаном патрубка происходит сброс газа. Давление в полости резко падает. Пружина клапана распрямляется, перемещая клапан вправо. Перемещаясь влево, поршень увлекает за собой клапан, который перекрывает патрубок, после чего цикл повторяется.
Недостатком данного устройства является большая инерционность, невысокая мощность и растянутость фронтов пневмоимпульсов. Это связано с тем, что поршень начинает двигаться не достигнув максимального давления то есть изначально имеет более низкую потенциальную энергию, затраты энергии на сжатие двух пружин. Кроме того, подпружиненный клапан вызывает дребезг по заднему фронту, что снижает эффективность генератора в целом.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение амплитуды пневмоимпульса, сокращение его длительности, формирование крутых фронтов, получение дополнительной кинетической энергии для формирования поперечной упругой волны передаваемой корпусом.
Указанный технический результат достигается тем, что в пневмоимпульсном генераторе, содержащем осесимметричный полый корпус, выходной патрубок для импульсного выброса воздуха из полости корпуса во внешнюю среду, установленный соосно корпуса в его торце, и размещенные в полости корпуса соосно последнему поршень и запорный клапан со штоком для обеспечения возможности их осевого возвратно-поступательного перемещения и полного перекрытия выходного патрубка запорным клапаном и размещенный на корпусе входной патрубок для подачи сжатого воздуха во внутреннюю полость корпуса между поршнем и торцевой стенкой с выходным патрубком, согласно полезной модели, другой торец корпуса, сообщен с атмосферой и имеет соосно размещенную в нем отбойную пружину, установленную с зазором относительно торца поршня, удерживаемого фиксатором в его крайнем положении наиболее близким к торцу корпуса с выходным патрубком, поршень снабжен штоком с центрирующим элементом, свободный конец которого имеет внутреннюю оссесимметричную полость, в которой размешен шток запорного клапана с возможностью их осевого возвратно-поступательного перемещения и возможности начального перемещении поршня со штоком в сторону отбойной пружины при неподвижном положении запорного клапана в выходном патрубке.
Центрирующий элемент штока поршня содержит кольцо, установленное в корпусе вокруг штока и прикрепленное к нему посредством радиальных стоек, а внешний диаметр кольца соответствует внутреннему диаметру корпуса.
Вокруг запорного клапана в его проточке установлено заклинивающее упруго-эластичное кольцо.
Фиксатор крайнего положения поршня выполнен в виде электромагнита, якорь которого на конце имеет клиновидный элемент, установленный в отверстии цилиндрической стенки корпуса с возможностью обеспечения его кинематической связи с торцом поршня.
На фиг.1 приведена схема заявляемого пневмоимпульсного генератора. На фиг.2 изображен увеличенный фрагмент «А» заявляемого устройства на участке контакта заклинивающего кольца запорного клапана с выходным патрубком.
Пневмоимпульсный генератор содержит осесимметричный цилиндрический полый корпус 1, выходной патрубок 2 для импульсного выброса воздуха из полости корпуса 1 во внешнюю среду, установленный соосно корпуса 1 в его торце 3, и размещенные в полости корпуса 1 соосно последнему поршень 4 и запорный клапан 5 со штоком 6 для обеспечения возможности их осевого возвратно-поступательного перемещения и полного перекрытия выходного патрубка 2 запорным клапаном 5. На боковой цилиндрической стенке корпуса 1 размещен входной патрубок 7 для подачи сжатого воздуха во внутреннюю полость корпуса 1 между поршнем 4 и торцевой стенкой 3 с выходным патрубком 2. Другой торец 8 корпуса 1 открыт для сообщения внутренней его полости с атмосферой и имеет соосно размещенную в нем отбойную пружину 9, установленную с зазором относительно торца поршня 4, удерживаемого фиксатором 10 в его крайнем положении наиболее близким к торцу 3 корпуса 1 с выходным патрубком 2. Поршень 4 снабжен штоком 11 с центрирующим элементом 12. Свободный конец штока 11 имеет внутреннюю осесимметричную полость 13, в которой размешен шток 6 запорного клапана 5 с возможностью их осевого возвратно-поступательного перемещения и возможности начального перемещении поршня 4 со штоком 11 в сторону отбойной пружины 9 при неподвижном положении запорного клапана 5 в выходном патрубке 2.
Центрирующий элемент 12 штока 11 поршня 4 содержит кольцо 14, установленное в полости корпуса 1 вокруг штока 11 и прикрепленное к нему посредством радиальных стоек 15. Внешний диаметр кольца 14 соответствует внутреннему диаметру цилиндрической стенки корпуса 1.
Вокруг запорного клапана 5 в его проточке установлено заклинивающее упруго-эластичное кольцо 16 (фиг.2).
Фиксатор 10 крайнего положения поршня 4 выполнен в виде электромагнита, якорь которого на конце имеет клиновидный элемент 17, установленный в отверстии цилиндрической стенки корпуса 1 с возможностью обеспечения его кинематической связи с торцом поршня 4.
Устройство работает следующим образом. Перед началом работы поршень 4 находится в крайнем положении наиболее близким к торцу 3 корпуса 1 с выходным патрубком 2 и удерживается клиновидным элементом 17 фиксатора 10. При этом клапан 5 перекрывает выходной патрубок 2. Между поршнем 4 и отбойной пружиной 9 имеется зазор. Давление в полости корпуса 1 между поршнем 4 и торцевой стенкой 3 равно атмосферному. При подаче газа в патрубок 7 полость корпуса 1 заполняется газом до магистрального давления. При срабатывании электромагнита фиксатора 10 клиновидный элемент 17 выводится из зацепления с торцом поршня 4, который вначале разгоняется, а затем захватывает за собой клапан 5. Клапан 5 под воздействием поршня 4 резко открывает канал выходного патрубка 2, формируя крутой передний фронт пневмоимпульса. В это время поршень 4 на скорости ударяется о жесткую отбойную пружину 9, отскакивает от нее и ударяет по запорному клапану 5. Легкий клапан 5 движется с ускорением относительно поршня 4 (согласно второго закона Ньютона ускорение обратно пропорционально массе тела), выдвигается вперед и запирает выходной патрубок 2, формируя крутой задний фронт пневмоимпульса. Поршень 4, продолжая двигаться, досылает клапан 5 в цилиндрическую часть «А» (фиг.2) выходного патрубка 2. Заклинивающее упруго-эластичное кольцо 16 сжимается, обеспечивая задержку клапана 5 в выходном отверстии патрубка 2 для следующего цикла формирования пневмоимпульса. Клиновидный элемент 17 якоря электромагнита фиксатора 10 вновь удерживает поршень 4 в крайнем положении, предотвращая дребезг.
В связи с выше изложенным, поршень 4 разгоняясь и ударяясь о пружину 9 двигает клапан 5 возвратно-поступательно с ускорением за очень короткий период времени, формируя короткий импульс с крутыми передним и задним фронтами. Сброс газа происходит частично, то есть при большем давлении и амплитуде пневмоимпульса, поэтому в полости корпуса 1 генератора остается давление подпора, необходимое для защиты внутренних деталей генератора от воздействия внешней среды.
Кроме того, поршень 4, обладая массой и скоростью, при взаимодействии с корпусом 1, за счет кинетической энергии, дополнительно формирует упругую поперечную волну передаваемую через корпус 1.
Таким образом, технический результат заявляемой полезной модели заключается в том, что потенциальная энергия накопленного газа под давлением в полости корпуса 1 за счет скоротечности процесса образует на выходе генератора короткий импульс большой амплитуды с крутыми фронтами и дополнительную упругую волну передаваемую корпусом 1. Остаточное давление, является надежной защитой от воздействия окружающей среды. Жесткая фиксация поршня 4 в крайнем положении фиксатором 10 позволяет надежно работать в большом диапазоне давлений, что значительно расширяет его эффективность.