Распределительный выходной клапан для мембранного насоса
DISTRIBUTING OUTPUT VALVE FOR MEMBRANE PUMP

Изобретение относится к области гидро- и теплоэнергетики, где может найти применение в устройствах различного назначения, таких как мембранные насосы, преобразователи энергии потока.
Известен ударный узел, включающий 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 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. Полезная модель позволяет обеспечить попеременную генерацию импульсов количества движения рабочей среды в одном из двух ее в устройство при обеспечении внешнего управления фазами открытия и закрытия ударных клапанов (RU 183591, F24D 3/02, F15B 21/12, опубл. 26.09.2018).
Среди недостатков данной конструкции ударного узла можно отметить ее незначительную пропускную способность, относительно низкую долговечность конструкции валика ударного узла, а также не высокую герметичность клапанов в закрытом состоянии.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является распределительный выходной клапан для мембранного насоса, включающий полый корпус с двумя входными и одним выходным отверстиями, ударные клапаны, жестко закрепленные на центрирующем штоке. Полый корпус соединен с прямоугольной полостью в которой расположены возвратные пружины, удерживающие шарообразные фиксаторы, поочередно входящие в зацепление со скобой и фиксирующую шпильку, на которой жестко соединены центрирующий шток, скоба и приводной валик с опорами, закрепленными в обойме валика с помощью глухой и проходной гаек. Так же корпус содержит торцевые гайки и дополнительно в него запрессованы диски со сквозными каналами (опорные седла). Прямоугольная полость соединена с крышками посредством шпилек через прокладки (RU 199145, МПК F16K 11/048, F15B 21/12, опубл. 10.03.2020).
Среди недостатков данной конструкции можно отметить невысокую герметичность, сложность конструкции и низкую надежность фиксации клапанов в закрытом состоянии.
Технический результат распределительного выходного клапана для мембранного насоса заключается в улучшении герметичности ударных клапанов в закрытом состоянии и повышении скорости переключения  ударных клапанов из открытого состояния в закрытый.
Технический результат достигнут за счет, полной посадки ударного клапана в опорное седло ударного клапана, установки шарообразных фиксаторов с двух сторон и коротком ходе штока.
Сущность изобретения заключается в том, что распределительный выходной клапан для мембранного насоса включает полый корпус с двумя входными и одним выходным отверстиями, ударные клапаны, жестко закрепленные на штоке гайками штока и опирающиеся на опорные седла, поджимаемые соединительными гайками к полому корпусу через упорные кольца, шарообразные фиксаторы с пружинами, поджимаемые болтами, приводной вал с опорами, закрепленными в цилиндрической обойме. Шток выполнен совместно с диском, к полому корпусу  перпендикулярно с двух сторон вварены патрубки  с шарообразными фиксаторами и поджимаемых пружинами, жесткость которых регулируется болтами. Опорные седла выполнены с коническими фасками, ударные клапана имеют конические тарелки, приводной вал расположен в глухой и проходной опорах, поджимаемых торцевой и проходной гайками, в другой плоскости с диском входит в зацепление рычаг, между проходной гайкой и цилиндрической обоймой установлено уплотнение, и в торце приводного вала расположена гайка.
На фиг. 1 изображена конструкция распределительного выходного клапана для мембранного насоса (вертикальное сечение), на фиг.2 – то же (горизонтальное сечение).
Распределительный выходной клапан для мембранного насоса включает в себя (фиг.1-2) полый корпус 1 с двумя входными 2, 3 и одним выходным 4 отверстиями, ударные клапаны 5,6 имеют конические тарелки, жестко закрепленные на штоке 7 с диском 8, гайками штока 9, 10 и поочередно поджимаемыми к опорным седлам 11, 12, выполненных с коническими фасками. Опорные седла 11, 12 запрессованы в полом корпусе 1 и поджимаются  соединительными гайками 13, 14 через упорные кольца 15, 16. К полому корпусу 1 перпендикулярно с двух сторон вварены патрубки 17, 18 с шарообразными фиксаторами 19, 20, контактирующими с диском 8 с регулируемым поджатием, обеспечивающимся пружинами 21, 22, поджимаемые болтами 23, 24. С диском 8 в другой плоскости входит в зацепление рычаг 25, связанный с приводным валом 26, который поворачивается в глухой 27 и проходной 28 опорах, поджимаемых торцевой 29 и проходной 30 гайками. Между проходной гайкой 30 и цилиндрической обоймой 31 установлено уплотнение 32, а в торце приводного вала 26 расположена гайка вала 33.
Распределительный выходной клапан для мембранного насоса работает следующим образом. Изначально, для заполнения полого корпуса 1 рабочей средой, соединяют входные отверстия 2 и 3 при помощи соединительных гаек 13, 14 с источником (на чертеже не указан) подачи рабочей среды, а выходного отверстия 4 с приемником (на чертеже не указан) рабочей среды. После этого осуществляют подачу рабочей среды в полый корпус 1 от ее источника, через входное отверстие 2, причем если ударный клапан 5 находится в открытом состоянии, то другой ударный клапан 6 закрыт, плотно прижат к опорному седлу 11 (как представлено на чертеже). В таком положении рабочая среда из входного отверстия 2 проходит через полый корпус 1, следуя через опорное седло 11, выходит через выходное отверстие 4. Открытое положение ударного клапана 5 относительно опорного седла 11 удерживается за счет шарообразных фиксаторов 19,20, которые расположены в патрубках 17,18 в диаметрально противоположных направлениях и поджимаются при помощи пружин 21,22. В свою очередь шток 7 с диском 8, ударные клапаны 5 и 6 жестко соединены гайками штока 9,10. Перемещение штока 7 с диском 8 происходит с помощью рычага 25 жестко закреплённого на приводном валу 26 и фиксируемого глухой 27 и проходной 28 опорами, которые в свою очередь поджимаются торцевой 29 и проходной 30 гайками. Между проходной опорой 28 и проходной гайкой 30 установлено уплотнение 32. На другой стороне приводного вала 26 установлена гайка вала 33, фиксирующая привод (на чертеже не указан). Опорные седла 11, 12 запрессованы в полом корпусе 1 и поджимаются соединительными гайками 13, 14 через упорные кольца 15, 16. Приводной вал 26 поворачивается периодически от внешнего привода на угол 18 градусов. При включении внешнего привода будет осуществляться поворот приводного вала 26 в глухой 27 и проходной 28 опорах, например, против часовой стрелки его квадратный хвостовик будет воздействовать на зацепление в рычаге 25 и поворачивать его. При повороте рычага 25 он своим сегментным выступом будет воздействовать на диск 8, переместит шток 7 с жестко закрепленными ударными клапанами 5, 6 и резко переключит клапана. В момент переключения шарообразные фиксаторы 19, 20 выдавятся диском 8 в глубь патрубков 17, 18 и сожмут пружины 21, 22, а далее под действием пружин 21, 22 обеспечат фиксацию ударных клапанов 5, 6 к конечных положениях. Регулировка поджатия пружин осуществляется болтами 23, 24. При этом верхний ударный клапан 5 плотно совместиться с опорным седлом 11, а нижний ударный клапан 6 выйдет из опорного седла 12. Такое положение клапанов зафиксируется шарообразными фиксаторами 19, 20 с помощью пружин 21, 22. Резкому переключению клапанов будет способствовать и энергия потока, при этом возникнет гидравлический удар, обратная волна которого будет направлена в сторону источника и будет использоваться, как для повышения скорости переключения клапанов, так и для увеличения скорости движения мембран при их выходе из крайних положений. В следующий период при повороте приводного вала 26 по часовой стрелке, рычаг 25 будет поворачиваться в опорах 27, 28, например, против часовой стрелки его квадратный хвостовик будет воздействовать на зацепление в рычаге 25 и поворачивать его. При повороте рычага 25 он своим сегментным выступом будет воздействовать на диск 8, переместит шток 7 с жестко закрепленными ударными клапанами 5, 6 и резко переключит клапана 5, 6. В момент переключения шарообразные фиксаторы 19, 20 выдавятся диском 8 в глубь патрубков 17, 18 и сожмут пружины 21, 22, а далее под действием данных пружин обеспечат фиксацию ударных клапанов 5, 6 в конечных положениях. При этом нижний клапан 6 плотно совместиться с опорным седлом 12, а верхний ударный клапан 5 выйдет отойдет от опорного седла 11. Такое положение клапанов зафиксируется шарообразными фиксаторами 19, 20 с помощью пружин 21,22. Резкому переключению ударных клапанов 5, 6 будет способствовать и энергия потока, при этом возникнет гидравлический удар, обратная волна которого будет направлена в сторону источника и будет использоваться, как для повышения скорости переключения клапанов, так и для увеличения скорости движения мембран при их выходе из крайних положений. В таком положении рабочая среда из входного отверстия 3 проходит через полый корпус 1, следуя через опорное седло 12, выходит через выходное отверстие 4. В дальнейшем, цикл повторяется заново.
По сравнению с известным техническим решением, предлагаемое позволяет улучшить герметичность клапанов в закрытом состоянии и увеличить скорость переключения клапанов из открытого состояния в закрытый.