Ударный узел
IMPACT UNIT

Изобретение относится к области гидравлики, гидрогазодинамики и машиностроения, где может найти свое применение в устройствах различных назначений, использующих в своей работе явление гидравлического удара, для создания импульсного движения жидкости.
Известен ударный узел для гидравлического устройства, включающий корпус с двумя каналами входа и одним каналом выхода рабочей среды, два ударных клапана, два штока и коромысло с осью качения, 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. Дополнительно введен санно-регулировочный механизм, выполненный из неподвижной, подвижной частей и регулировочного винта, причем неподвижная часть санно-регулировочного механизма закреплена в канале выхода рабочей среды, подвижная часть жестко связана с осью качения коромысла, при этом 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 сбои в работе при изменении параметров подачи через него рабочей среды, 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.
Известен ударный узел, содержащий корпус с двумя входными и выходным отверстиями, входные отверстия расположены оппозитно и выполнены соосно вдоль центрирующего штока, установленного с тремя степенями свободы в цилиндрическом корпусе с жестко закрепленными на его торцах ударными клапанами, расположенными над входными отверстиями. В конструкцию дополнительно введены две направляющие втулки с седлом под ударный клапан, два стопорных кольца, две возвратные пружины и две конические пружины, каждый ударный клапан вставлен в направляющую втулку с седлом, установленным со стороны входных отверстий корпуса, закреплен с торца центрирующего штока и расположен между возвратной пружиной, закрепленной в направляющей втулке при помощи стопорного кольца, и конической пружиной, установленной во входном отверстии корпуса (RU 2558740, МПК F15B 21/12, опубл. 10.08.2015).
Недостатком этой конструкции является нарушение фаз четкого попеременного открытия ударных клапанов при длительной работе устройства, недостаточная приемистость механизма перекрытия ударных клапанов периодам смены положительной волны гидравлического удара на отрицательную, что приводит к снижению надежности и устойчивости работы устройства, а также сбои в работе при изменении параметров подачи через него рабочей среды (расход, давление и скорость). Данный недостаток обусловлен тем, что названная конструкция ударного узла является самоподдерживающейся.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является ударный узел, включающий полый корпус с одним входным и выходным отверстиями для истечения рабочей среды, ударные клапаны, жестко закрепленные на штоках, пружины клапанов, валик с кулачком. Дополнительно введено второе выходное отверстие параллельное первому, но развернутое в противоположную сторону. Ударные клапаны, расположенные противоположно друг другу, состоят из седла клапана, тарелки клапана, штока клапана, пружины клапана, установленные в опорах с возможностью возвратно-поступательного движения. Валик с кулачком связан с электродвигателем с изменяющейся частотой вращения. Кулачок изготовлен с тремя выступами в виде зубьев с эвольвентным профилем. Пяты левого и правого клапанов также выполнены с эвольвентным профилем. Валик расположен в опорах валика перпендикулярно корпусу (RU 185737, МПК F15B 21/12, F24D 3/02 опубл. 12.17.2018).
Недостатком прототипа является равномерная скорость открытия клапанов, что снижает пропускную способность, а так же узкий диапазон частот перераспределения потока жидкости, проходящей через ударный узел.
Технический результат заключается в увеличении пропускной способности и обеспечении широкого диапазона частот реверсивного перераспределения потока рабочей среды, проходящей через ударный узел.
Сущность изобретения заключается в том, что ударный узел включает полый корпус с тремя отверстиями для входа и выхода рабочей среды, два ударных клапана с пружинами, два седла под ударные клапаны, два штока, установленных в опорах, вал с кулачком, где вал расположен в опорах вала перпендикулярно корпусу. Введены две направляющие втулки и одно седло с опорой под ударный клапан. Ударные клапаны и два отверстия расположены оппозитно и соосно, а третье реверсивное отверстие - перпендикулярно к ним. Один шток является составным, левая часть которого установлена в опоре и заканчивается трубным окончанием, а правая с тарельчатым началом в промежуточной опоре и седле с опорой. Трубная и тарельчатая части составного штока связаны посредством рычагов, закрепленных на промежуточной опоре. Корпус имеет дистанционную втулку, а седла под ударные клапаны с противоположной стороны поджимаются переходными гайкам. Один торец вала вставлен в опору вала, которая поджимается центрирующей заглушкой, второй торец вала выведен за пределы корпуса посредствам направляющей втулки через сальниковое уплотнение и уплотняющую шайбу.
На фиг. 1 изображена фронтальная проекция конструкции ударного узла в разрезе, на фиг. 2 – горизонтальная проекция конструкции ударного узла в разрезе.
Ударный узел (фиг. 1, 2) включает в себя полый корпус 1 с входным 2, выходным 3 отверстиями, расположенными оппозитно и соосно. А реверсивное 4 отверстие - перпендикулярно к отверстиям 2 и 3. Ударные клапаны 5 и 6 также расположенные оппозитно и соосно, состоят из пружин 7 и 8, направляющих втулок 9 и 10, седла 11 и седла с опорой 12 под ударные клапаны 5 и 6. Вал  13 с кулачком 14 расположен в опорах вала 15 перпендикулярно корпусу 1. Один торец вставлен в опору вала 15, которую поджимают центрирующей заглушкой 16, второй торец вала 13 выведен за пределы корпуса 1 посредствам направляющей втулки 17 через сальниковое уплотнение 18 и уплотняющей шайбы 19. Кулачок 14 взаимодействует со штоком 20 ударного клапана 5, установленном в опоре 21, а так же с элементами составного штока 22. Левая  часть составного штока 22 установлена в опоре 23 и заканчивается трубным окончанием, а правая часть составного штока 22 с тарельчатым началом установлена в промежуточной опоре 24 и седле с опорой 12. Трубная и тарельчатая части составного штока 22 связаны посредством рычагов 25, закрепленных на промежуточной опоре 24. Корпус 1 содержит дистанционную втулку 26, а седла под ударные клапаны 5 и 6 с противоположной стороны поджимаются переходными гайками 27 и 28.
о
о
Ударный узел работает следующим образом. Сначала обеспечивают соединение входного отверстия 2 с трубопроводом повышенного давления (на чертеже не указан), выходного отверстия 3 с трубопроводом пониженного давления (на чертеже не указан), а реверсивного отверстия 4 с трубопроводом переменного объема, например, трубопровода, заканчивающегося рабочей камерой мембранного насоса или гидроаккумулятором (на чертеже не показаны). После этого, осуществляют подачу рабочей среды через входное отверстие 2 в полый корпус 1. В начальный момент времени ударные клапаны 5 и 6 закрыты и поджимаются пружинами 7 и 8, как представлено на фиг. 1, 2, а к реверсивному отверстию 4 приложено пониженное давление. Затем обеспечивают вращение вала 13 с кулачком 14, зафиксированного с одной стороны в опоре 15, которая поджимается центрирующей заглушкой 16, а с другой стороны в направляющей втулке 17 со стороны свободного конца, выведенного за пределы корпуса  через сальниковое уплотнение 18 и уплотняющую шайбу 19. При набегании кулачка 14 на шток 20 последний, перемещаясь влево в опоре 21 открывает ударный клапан 5 и на реверсивном входе устанавливается повышенное давление. При дальнейшем повороте вала 13 на 120 ударный клапан 5 остается открытым, а рабочая среда из входного отверстия 2, через образовавшийся зазор между ударным клапаном 5 и седлом 11, нагнетается через реверсивное (выходное) отверстие 4 в трубопровод переменного объема с совершением работы, при этом давление в конце поворота вала 13 приближается к давлению во входном отверстии 2. Далее при вращении вала 13 шток 20 соскакивает с выступа кулачка 14 и ударный клапан 5 резко закрывается за счет скорости потока и пружины 7. В момент резкого закрытия ударного клапана 5 происходит гидравлический удар, энергия которого направляется потоку рабочей среды, входящему через входное отверстие 2. При следующем повороте вала 13 против часовой стрелки его кулачок 14 воздействует на левую часть составного штока 22, которая перемещаясь в опоре 23, трубной частью воздействует через рычаги 25 промежуточной опоры 24 на тарельчатое начало правой части составного штока 22, перемещая его влево в опорах 24 и 12, соединенных через направляющую втулку 10 вместе с ударным клапаном 6, открывая его. При дальнейшем повороте вала 13 на 120 ударный клапан 6 остается открытым и сжатая рабочая среда из трубопровода переменного объема через реверсивное (входное) отверстие 4 выталкивается в выходное отверстие 3 через образовавшийся зазор между ударным клапаном 6 и седлом с опорой 12. Далее при вращении вала 13 левая часть составного штока 22 соскакивает с выступа кулачка 14 и ударный клапан 6 резко закроется за счет скорости потока и пружины 8. В момент резкого закрытия  ударного клапана 6 происходит гидравлический удар, энергия которого передается потоку, поступающего со стороны реверсивного (входного) 4 отверстия трубопроводу переменного объема. Изменение длины составного штока 22 обеспечивается дистанционной втулкой 26, а соединение входного и выходного отверстий 2 и 3, соответственно  с трубопроводом повышенного и пониженного давления при помощи переходных гаек 27 и 28.
По сравнению с известным решением заявленное изобретение позволяет увеличить пропускную способность ударного узла и обеспечить широкий  диапазон частот реверсивного перераспределения потока рабочей среды, проходящей через ударный узел.