ПНЕВМОИМПУЛЬСНЫЙ ГЕНЕРАТОР ДЛЯ ОЧИСТКИ ПОВЕРХНОСТЕЙ
PNEUMATIC-PULSE GENERATOR FOR SURFACE CLEANING

Изобретение относится к очистке поверхностей, в частности к устройствам для импульсной очистки поверхностей от отложений, и может быть использовано, например, в энергетике.
Известны устройства для очистки поверхностей, например выполненный по патенту РФ №2023228 (1992 г.) пневмоимпульсный генератор ПГ 1/100, включающий образованный в виде цилиндрической обечайки корпус, внутри которого коаксиально располагается полая выхлопная труба, герметично приваренная к переднему и подкрепленная задним фланцем корпуса.
На заднем фланце при помощи резьбы закреплен стакан с подвижно расположенными в нем запорным клапаном, перекрывающим входной конец выхлопной трубы, и быстродействующим пускателем, который в свою очередь включает подвижный внутри его подпружиненный поршень и сбрасывающий клапан. Кроме того, в состав генератора входит штуцер подвода сжатого газа, рукоятка и ручной привод сбрасывающего клапана.
Основной недостаток указанного устройства состоит в том, что направляющая и уплотнительная поверхности запорного клапана образованы в разных деталях, точность заданного положения которых не гарантируется. По этой причине трудно обеспечить необходимую герметичность накопительной камеры, что отрицательно влияет на работоспособность устройства.
Другой недостаток состоит в конструктивной сложности устройства, которая определяется, прежде всего, тем, что функциональный узел, предназначенный для запирания накопительной камеры, насчитывает три конструктивно сложных клапана.
Неоправданно усложнена конструкция корпуса устройства вследствие размещения выхлопной трубы во внутренней полости накопительной камеры.
Расположение узлов генератора по одной продольной оси имеет следствием значительную длину генератора даже при малой емкости накопительной камеры, что создает неудобства в случае эксплуатации устройства в стесненных условиях.
Наиболее близким по технической сущности является пневмоимпульсный генератор Big Blaster (BB6-8-12) фирмы Martin Engineering по патенту США №5853160 (1998 г.), выбранный в качестве прототипа. Накопительная емкость указанного генератора выполнена в виде обечайки с днищами, одно из днищ которой снабжено фланцем для жесткого соединения емкости с корпусом затвора, содержащим полую цилиндрическую полость, постоянно через боковую стенку сообщаемую с накопительной емкостью по разгрузочному каналу. Упомянутая полость на одном конце снабжена глухой крышкой с расположенным в ней запорным органом, на другом конце - выхлопной трубой.
В полости корпуса затвора подвижно вдоль оси размещен сопряженный с ней по боковой поверхности подпружиненный основной поршень - сбросной клапан в виде стакана, который периодически своим днищем контактирует с седлом, образованным на обращенной в сторону глухой крышки торцевой поверхности коаксиальной втулки, неподвижно закрепленной в корпусе затвора. Выхлопная труба служит продолжением упомянутой втулки.
Пространство между сбросным клапаном и глухой крышкой корпуса образует камеру управления, которая постоянно сообщается с накопительной емкостью и периодически, через запорный орган, - с атмосферой. Данный генератор отличается от упомянутого аналога по патенту РФ №2023228 конструктивной простотой, благодаря чему снижена трудоемкость изделия и, как следствие, повышена его надежность.
Однако основной недостаток, присущий упомянутому генератору ПГ 1/100, не устранен и в устройстве-прототипе. Так, его основной поршень - сбросной клапан - сопряжен с боковой поверхностью корпуса затвора, а контактирует с седлом, расположенным в другой детали - коаксиальной втулке. Так как обеспечить точность относительного положения указанных деталей затруднительно, то и в этом устройстве добиться нужной герметичности накопительной емкости невозможно. Для повышения эффективности воздушного импульса целесообразно обеспечить минимально возможный объем камеры управления, расположенной между днищем клапана и глухой крышкой. В устройстве-прототипе это достигнуто путем приближения днища клапана к глухой крышке корпуса за счет резкого сокращения длины клапана. В результате клапан приобрел неблагоприятную геометрическую форму; теперь он плохо направляется в полости корпуса, что отрицательно влияет на герметичность накопительной емкости. Только малая часть длинной полости корпуса используется для размещения клапана. Остальная ее часть занята неподвижной в корпусе коаксиальной втулкой, свободный торец которой периодически контактирует с днищем клапана. Длина коаксиальной втулки в этом устройстве настолько велика, что она перекрывает собою сечение разгрузочного канала, препятствуя выходу газа из накопительной емкости в выхлопную трубу. Вследствие усложнения конфигурации газового потока коэффициент гидравлического сопротивления клапана заметно повышается, обуславливая значительные потери энергии.
Недостаток известного устройства состоит также в том, что сбросной клапан выполнен в виде цилиндрического стакана, имеющего всего одну ступень. Между тем, при наличии второй, меньшей по диаметру, ступени, которая при закрытии клапана сопрягается с внутренней боковой поверхностью коаксиальной втулки, сообщение накопительной емкости с выхлопной трубой при открытии клапана происходит с некоторой задержкой, благодаря чему весь газовый поток вначале расходуется на разгон клапана и последний приобретает значительную скорость движения. В результате сокращается продолжительность и увеличивается степень открытия выхлопной трубы, что способствует формированию более эффективного импульса. К недостаткам устройства следует также отнести наличие в камере управления пружины сжатия. С одной стороны, она обеспечивает определенность положения клапана в корпусе, в чем особой потребности нет, с другой стороны, указанная пружина препятствует открытию сбросного клапана, снижая эффективность генерируемого импульса.
Таким образом, известное устройство характеризуется недостаточной эффективностью и надежностью.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение надежности и эффективности пневмоимпульсного генератора.
Сущность изобретения состоит в том, что пневмоимпульсный генератор для очистки поверхностей от отложений содержит 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, согласно изобретению 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. При этом торцевой поясок, расположенный между боковыми поверхностями малой и большой 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. Причем 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.
Технический результат, который может быть получен в результате использования изобретения, состоит в повышении эффективности и надежности устройства.
Изобретение поясняется чертежом, на котором представлен общий вид пневмогидравлического генератора, предложенного по изобретению, в частичном разрезе.
Генератор состоит из накопительной емкости 1 с разгрузочным каналом 2 в ее верхнем (по чертежу) днище, на котором при помощи резьбы герметично закреплен корпус 3 затвора, снабженный глухой крышкой 4 на одном и выполненной заодно с корпусом выхлопной трубой 5 на другом конце. Во внутренней полости 6 корпуса 3 подвижно вдоль оси установлен сбросной клапан 7, выполненный в виде цилиндрического двухступенчатого стакана, большая по диаметру ступень 8 которого по боковой поверхности сопряжена с корпусом 3, а его меньшая ступень 9 при запирании клапана входит в соответствующую ей по диаметру коаксиальную выточку 10, образованную на входе в выхлопную трубу 5, и своей снабженной уплотнением торцевой поверхностью 11 контактирует с торцевым пояском 12, образованным коаксиальной выточкой на внутренней боковой поверхности трубы 5. Внутри большей ступени 8 размещено глухое днище 13 клапана, совместно с глухой крышкой 4 образующее камеру управления 14, которая по кольцевому зазору между корпусом 3 и большей ступенью 8 клапана, а также по разгрузочному каналу 2 постоянно сообщается с накопительной емкостью 1, а по каналу в глухой крышке 4 и штуцеру 15 - с источником сжатого газа.
В глухой крышке 4 закреплен запорный орган 16, посредством которого упомянутая камера 14 периодически сообщается с атмосферой. Для открытия запорного органа служит рычаг 17. Глухое днище 13 от свободного конца большей ступени 8 расположено на расстоянии, по существу равном максимальному осевому ходу клапана.
В полости 6 корпуса 3 выполнена охватывающая большую ступень 8 кольцевая канавка 18, внутрь которой через боковую стенку входит разгрузочный канал 2 и в которой постоянно находится кольцевой поясок 19, расположенные между боковыми поверхностями ступеней 8 и 10 клапана. Для удобства обслуживания генератор снабжен рукояткой 20.
Работает генератор следующим образом.
В исходном положении запорный орган 16 заперт и камера управления 14 изолирована от атмосферы. Рукавом высокого давления через штуцер 15 генератор соединяется с источником сжатого газа. Под давлением поступающего в камеру управления сжатого газа клапан 7 перемещается вправо (см. чертеж) и торцом 11 меньшей ступени 9 прижимается к поверхности торцевого пояска 12, изолируя полость 6 корпуса 3 от атмосферы.
В камере 14 и постоянно сообщаемой с нею накопительной емкости 1 повышается давление газа. Когда оно достигает заданной величины, посредством рычага 17 открывается запорный орган 16, сообщая камеру управления 14 с атмосферой. Давление газа в упомянутой камере снижается до атмосферного, в то время как давление в накопительной емкости практически не изменяется ввиду того, что суммарное проходное сечение штуцера 15 и кольцевого зазора между боковыми поверхностями корпуса 3 и клапана 7 на порядок меньше проходного сечения запорного органа 16. Под действием сжатого воздуха на поясок 19 сбросной клапан 7 приходит в движение влево (см. чертеж). Когда малая ступень 9 клапана 7 выходит из выточки 10, поток сжатого газа из накопительной емкости 1 по разгрузочному каналу 2 и выхлопной трубе 5 стремительно выбрасывается на обрабатываемую поверхность. При этом давление газа в емкости снижается до атмосферного. После рабочего импульса газ по штуцеру 15 снова поступает в камеру управления 14, клапан 7 запирается и начинается повторное заполнение накопительной емкости 1. Далее цикл повторяется. В связи с тем что в первый момент накопительная емкость 1 отсечена от выхлопной трубы 5 боковой поверхностью малой ступени 9, то весь поток газа из упомянутой емкости расходуется на сообщение скорости клапану 7. Благодаря этому скорость перемещения клапана быстро нарастает, а степень открытия выхлопной трубы увеличивается. В результате продолжительность выброса газа в атмосферу существенно уменьшается, за счет чего нарастает крутизна и эффективность генерируемого газового импульса.
Эффективность импульса дополнительно усиливается благодаря минимальному объему камеры управления 14. Такая возможность обеспечена за счет того, что глухое днище 13, образованное внутри большей ступени 8, размещено на минимально возможном расстоянии от ее свободного торца. Причем минимальный объем камеры управления 14 в данном устройстве достигается без уменьшения осевой длины клапана 7.
Реализация в конструкции устройства заявляемых отличительных признаков дает возможность устранить отмеченные ранее недостатки и решить задачу повышения надежности и эффективности пневмоимпульсного генератора. Дополнительными преимуществами заявляемого устройства являются пониженные требования к точности изготовления, обеспечение оптимального объема камеры управления без нарушения рациональной формы и размера сбросного клапана, минимальное время открытия клапана при максимальной скорости открытия выхлопной трубы. Использование заявляемого изобретения делает возможным усиление генерируемого пневматического импульса при одновременном упрощении конструкции и повышении надежности устройства.