КЛАПАН ДЛЯ ПЛОЩАДОК И ТРАСС ДЛЯ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ПЛАТФОРМЫ НА ВОЗДУШНОЙ ПОДУШКЕ
VALVE FOR AIR CUSHION CARRIER PLATFORM DISPLACEMENT SITES AND PATHS

Изобретение относится к транспортным средствам на воздушной подушке, а конкретно к клапанам, встроенным в опоры с несущей поверхностью для перемещения безмоторных платформ на воздушной подушке. Такие опоры выполняют в виде площадок и трасс для активного отдыха и спорта с использованием платформ на воздушной подушке. Кроме того, опоры с подобными клапанами могут быть использованы для перемещения платформ с людьми и грузами в пешеходных и курортных зонах городов, на складских терминалах, в крупных торговых центрах и т.д.
В площадках и трассах для платформ на воздушной подушке воздух подается стационарным вентилятором внутрь полой площадки (опоры). Через встроенные в площадки автоматические клапаны воздух выходит из внутреннего пространства площадки вверх, попадает под безмоторную платформу и образует под ней воздушную подушку. Поэтому, при движении платформы в пределах площадки или трассы, под ней всегда существует воздушная подушка.
Известно изобретение [1], которое можно взять в качестве прототипа. В указанном прототипе клапан имеет подпружиненный подвижный элемент (поршень), который при движении вверх-вниз закрывает или открывает своим телом боковые отверстия в корпусе клапана. Боковые отверстия в корпусе клапана сообщаются с внутренним пространством опоры, выполненной в виде полой коробки. В коробку опоры, то есть внутрь площадки или трассы, подается воздух с помощью стационарных вентиляторов. Пространство под поршнем в корпусе клапана сообщается с атмосферой с помощью вертикальной трубы, на которую опирается клапан. Когда над опорой перемещается платформа, то под действием давления воздушной подушки поршень, преодолевая сопротивление пружины, уходит вниз. При этом поршень открывает боковые окна в корпусе клапана и воздух из внутреннего пространства опоры выходит вверх под платформу. Как только платформа уходит в сторону и полностью открывает пространство над клапаном, давление воздуха над клапаном падает до атмосферного, поршень под действием пружины идет вверх и закрывает клапан.
Недостаток прототипа. Заключается в том, что после ухода платформы клапан закрывается недостаточно быстро. Замедленное закрытие клапана приводит к повышенному расходу воздуха и увеличивает затраты энергии на работу вентиляторов.
Причина работы клапана с задержкой в следующем. При открытом клапане потоки воздуха с большой скоростью симметрично входят через окна внутрь клапана. Эти потоки сталкиваются в центре корпуса над поршнем. Далее воздушный поток поворачивает вверх и уходит из клапана в атмосферу.
В соответствии с законом Д.Бернулли, при падении скорости воздушного потока давление в нем увеличивается. В результате в открытом клапане непосредственно над поршнем, где тормозится воздушный поток, создается область повышенного давления. Это давление противодействует быстрому закрытию клапана. Вследствие этого, например, при скорости движения платформы 5 м/с и задержке закрытия клапанов на 1 с, расход воздуха возрастает в два-три раза. С другой стороны, увеличить жесткость пружины для преодоления поршнем противодавления воздуха при закрытии клапана нельзя. Увеличение жесткости пружины приведет к уменьшению хода поршня при открытии клапана и недостаточной подачи воздуха под платформу.
Цель предлагаемого изобретения - создание быстродействующего экономичного клапана для опоры с несущей поверхностью для перемещения платформ на воздушной подушке. Указанная в изобретении цель достигается тем, что окна в боковой стенке корпуса клапана выполнены с направляющими воздух лопатками, расположенными под углом в интервале ±(1…89) градусов к диаметральным секущим плоскостям корпуса клапана, проходящим через места крепления лопаток к корпусу.
На фиг.1 показан общий вид клапана со следующими деталями: 1 - опора для перемещения над ней платформ на воздушной подушке, 2 - корпус клапана, 3 - окна для входа воздуха в клапан из внутреннего пространства опоры (площадки), 4 - направляющие лопатки, 5 - отверстие в крышке для выхода воздуха из клапана, 6 - поршень, 7 - пружина, 8 - крышка клапана, 9 - труба для сообщения клапана с атмосферой. На сечении А-А (фиг.1) показаны окна 3 и направляющие лопатки 4 (поршень условно не показан). Показан угол α между плоскостью лопатки и диаметральной секущей плоскостью, проходящей через продольную ось корпуса клапана. Стрелками показано направление движения воздуха.
На фиг.2 изображены положение поршня 6 и потоки воздуха при открытом клапане.
Работа устройства. Направляющие лопатки 4 на окнах 3 расположены под углом α к диаметральным секущим плоскостям корпуса 2 клапана (фиг.1, сечение А-А). При открытом клапане потоки воздуха входят в открытые окна 3 корпуса клапана. Благодаря тому, что направляющие воздух лопатки 4 у окон 3 корпуса клапана выполнены под углом к диаметральным секущим плоскостям, проходящим через места крепления лопаток к корпусу, воздушные потоки закручиваются относительно продольной оси корпуса клапана. Угол α между лопаткой и диаметральной секущей плоскостью может быть в интервале ±(1…89) градусов и задается в зависимости от других параметров клапана и рабочего давления воздуха. Однако в большинстве случаев угол α задается в интервале от ±(15…45) градусов.
Испытания нового клапана на опытной площадке для платформ на воздушной подушке и расчеты показывают, что частота вращения воздушного потока в корпусе клапана оптимального размера превышает 50 1/с. Вследствие быстрого вращения воздушного потока над поршнем образуется зона низкого давления, в которой давление воздуха ниже атмосферного. В результате быстрое закрытие клапана происходит под действием двух сил: силы сжатой пружины 7 и разряжения над поршнем 6 за счет вращения воздушного потока. Достаточное разряжение над поршнем возникает только в том случае, когда расход воздуха через клапан максимален. А наибольший расход воздуха имеет место, когда платформа на воздушной подушке уходит в сторону от клапана и воздух может свободно истекать в атмосферу через отверстие 5 в крышке 8 клапана (фиг.2).
Когда платформа находится непосредственно над клапаном, то его закрытие под действием разряжения не происходит, поскольку скорость истечения воздуха через клапан под платформу много меньше, чем при отсутствии над клапаном платформы. При уходе платформы в сторону, давление над клапаном падает до атмосферного. Вследствие этого скорость потока через клапан резко возрастает, соответственно увеличивается разряжение над клапаном и он быстро закрывается.
Проверка опытного образца клапана показала, что заявляемый клапан закрывается в несколько раз быстрее прототипа.
Источники информации
1. Патент RU 2271290 С2, МПК B60V 1/100; B60V 3/04 от 20.04.2004.