Ударный узел
SHOCK VALVE

Изобретение относится к области гидрогазодинамики, гидравлики и машиностроения, где может найти применение в устройствах различного назначения, использующих эффект гидравлического удара, а также к теплоснабжению, где может быть использовано для создания импульсного движения жидкости применительно к интенсификации теплообмена в теплоэнергетических установках.
Известен ударный узел, включающий полый корпус с каналом входа и каналом выхода рабочей среды, ударный клапан, шток с втулкой, при этом канал входа соединен с каналом выхода рабочей среды, ударный клапан расположен в канале входа и жестко закреплен на штоке, установленном в полом корпусе через втулку с возможностью его возвратно-поступательного движения между каналами входа и выхода рабочей среды, отличающийся тем, что он снабжен цилиндрическим толкателем, направляющим стаканом с продольным вырезом на его боковой поверхности и колпачком, коробом с крышкой, пружиной, причем в полом корпусе между каналом входа и каналом выхода выполнен вырез для доступа к штоку, в крышке соразмерно профилю продольного выреза направляющего стакана выполнен сквозной продольный паз, при этом вырез для доступа к штоку с внешней стороны полого корпуса соединен с входом короба, на выходе которого установлена крышка, направляющий стакан жестко закреплен на крышке, причем сквозной продольный паз крышки и продольный вырез на боковой поверхности направляющего стакана совмещены между собой, цилиндрический толкатель установлен с возможностью его возвратно-поступательного движения в направляющий стакан, пружина установлена внутри короба и соединена одним концом со штоком, а другим - с цилиндрическим толкателем, колпачок установлен на направляющий стакан со стороны выступающего цилиндрического толкателя (RU 2647934, МПК F15B 21/12, F16K 1/00 опубл. 21.03.2018).
Недостатками известного решения является наличие относительно больших механических потерь при работе устройства, относительная сложность настройки его работы, а также сложность адаптации под конкретный расход рабочей среды.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является ударный узел, включающий полый корпус с входным и выходным отверстиями для истечения рабочей среды, ударный клапан, жестко закрепленный на штоке, установленном 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 и жестко соединена с входным отверстием полого корпуса. Ударный клапан расположен со стороны входа рабочей среды в сквозные каналы втулки. Пружина установлена на штоке и закреплена на нем стопорным кольцом со стороны выхода рабочей среды из сквозных каналов втулки. 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 вала соединен с штоком с возможностью преобразования его вращательно-скользящего движения в возвратно-поступательное движение штока (RU 177025, МПК F15B 21/12, F24D 3/02 опубл. 06.02.2018).
Недостатком известного технического решения является то, что генерация импульсов количества движения рабочей среды возможна только при перекрытии ударным клапаном всего движущегося потока, что не позволяет использовать устройство в тех гидравлических системах, где полное торможение потока рабочей среды не допустимо.
Технический результат заявленного изобретения заключается в повышении надежности и эффективности работы устройства, за счет снижения механических потерь в приводе ударного клапана и расширения диапазона регулирования хода и угла открытия ударного клапана.
Сущность изобретения заключается в том, что ударный узел включает полый корпус с входным и выходным отверстиями для истечения рабочей среды, ударный клапан, жестко закрепленный на штоке, вал, пружину, центрирующую заглушку и направляющую втулку. Конструкция дополнительно содержит врезанные снизу и сверху перпендикулярно в корпус нижнюю и верхнюю цилиндрические втулки, в верхней цилиндрической втулке на направляющих втулках расположена ось защелки, которая поочередно входит в зацепление с одним из зубьев звездочки, по торцам направляющие втулки поджимаются к верхней цилиндрической втулке торцевыми заглушками. В нижней цилиндрической втулке на направляющих втулках расположен вал, выполненный заодно со звездочкой, и связан с внешним приводом через направляющую втулку, центрирующая заглушка поджимается к валу через шарик. Пружина одним концом опирается на выступ штока, а другим на дополнительную проходную втулку, поджатую гайкой, а между проходной втулкой и гайкой зажато седло ударного клапана, причем ударный клапан соединен со штоком посредствам гайки.
На фиг. 1 представлена конструкция ударного узла, на фиг. 2 показан ударный узел, выполненный в разобранном виде.
Ударный узел (фиг. 1) включает в себя полый корпус 1 с входным 2 и выходным 3 отверстиями для истечения рабочей среды, ударный клапан 4, жестко закрепленный на штоке 5, вал 6, пружину 7, центрирующую заглушку 8 и направляющую втулку 9, конструкция дополнительно содержит врезанные снизу и с верху перпендикулярно в корпус нижнюю 10 и верхнюю 11 цилиндрические втулки, в верхней цилиндрической втулке 11 на направляющих втулках 12 и 13 расположена ось 14 защелки 15, которая поочередно входит в зацепление с одним из зубьев звездочки 16, по торцам направляющие втулки 12 и 13 поджимаются к верхней цилиндрической втулке 11 торцевыми заглушками 17 и 18, в нижней цилиндрической втулке 10 на направляющих втулках 19, 20 расположен вал 6 выполненный заодно со  звездочкой 15 и связан с внешним приводом через направляющую втулку 9, центрирующая заглушка 8 поджимается к валу 6 через шарик 21, пружина 7 одним концом опирается на выступ 22 штока 5, а другим на дополнительную проходную втулку 23, поджатую гайкой 24, а между проходной втулкой 25 и гайкой 26 зажато седло 27 ударного клапана 4, причем ударный клапан соединен со штоком 5 посредствам гайки 28.
Устройство работает следующим образом. Узел монтируется в разрез трубопровода с рабочей средой с помощью гаек 24 и 26. Вал 6, установленный в нижней цилиндрической втулке 10 с помощью направляющих втулок 19 и 20 и ограниченный в осевом направлении центрирующей заглушкой 8 с шариком 21 и направляющей втулкой 9, соединяется с внешним приводом (на чертеже не показан). Рабочая среда поступает в полый корпус 1 с через входное 2 и выходное 3 отверстия. В первоначальный момент ударный клапан 4 находится в закрытом положении, и рабочая среда через него не проходит (фиг. 1). При включении внешнего привода вал 6 начинает вращаться. При вращении вала 6 против часовой стрелки один из зубьев звездочки 16 будет воздействовать на защелку 15, которая поворачивается на оси 14, расположенной в верхней цилиндрической втулке 11, с помощью направляющих втулок 12, 13 и ограниченной торцевыми заглушками 17 и 18, передвигая ее назад вместе со штоком 5, сжимая пружину 7. Жестко закрепленный на штоке 5 гайкой 28 ударный клапан 4, расположенный в проходной втулке 25 и дополнительной проходной втулке 23,  будет отходить от седла 27 и рабочая среда начнет проходить через образовавшийся зазор. Открытие ударного клапана 4 будет происходить до тех пор, пока защелка 15 находится в зацеплении с одним из зубьев звездочки 16. Подбирая форму зуба можно обеспечить относительно малое время открытия клапана и минимальные потери в паре трения «зуб звездочки-защелка». При дальнейшем повороте вала 6 против часовой стрелки защелка 15 выходит из зацепления с зубом звездочки 16 и под действием пружины 7, воздействующей на выступ 22 штока 5, перемещает его, резко закрывая ударный клапан 4 (фиг. 2). В момент резкого закрытия ударного клапана 4 происходит гидравлический удар, повышенное давление которого будет использоваться внешними потребителями. При этом ударный клапан 4 будет находиться в закрытом положении, и рабочая среда через него не проходит. Дальнейший поворот вала 6 против часовой стрелки приведет в соприкосновение с защелкой 15 следующего зуба звездочки 16 и процесс повториться.
Эффективная работа устройства зависит от количества и формы зубьев звездочки 16. С увеличением количества зубьев звездочки 16 фаза открытого состояния ударного клапана увеличивается. Наибольшую эффективность показала звездочка 16 с тремя зубьями. Форма зуба влияет не только на период и продолжительность открытия ударного клапана 4, но и на механические потери пары трения «зуб звездочки-защелка». Наименьшие потери звездочки 16 с эвольвентным профилем зуба.
По сравнению с известным решением предлагаемое позволяет повысить надежность и эффективность работы устройства, за счет снижения механических потерь в приводе ударного клапана и расширения диапазона регулирования хода и угла открытия ударного клапана.