УДАРНЫЙ УЗЕЛ ДЛЯ ГАЗОГИДРАВЛИЧЕСКОГО УСТРОЙСТВА (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель относится к области гидрогазодинамики, гидравлики и машиностроения, где может найти применение в устройствах различного назначения, использующих эффект гидравлического удара, а также к теплоэнергетике для интенсификации процесса теплообмена в теплоэнергетических установках.
Известна конструкция ударного узла вертикально-качательного типа, где ударный клапан совершает качательные движения вокруг неподвижной оси и может быть расположен под различными углами по отношению к направлению движения воды. (см. Гидравлический таран и таранные установки. Овсепян В.М., М, «Машиностроение», 1968, с.59, 60, 65, рис.27, 28.).
Известная конструкция обладает малой производительностью и низкой надежностью в работе в силу залипания или неполного закрытия ударного клапана, даже при незначительных отклонениях параметров (главным образом, расхода) рабочей среды от расчетных, а также сложность использования в закрытых системах без слива рабочей среды за ее пределы.
Известно устройство ударного узла пульсотарана, который содержит 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 (см. Ростовцев В.Н. Утилизацiя малыхъ паденiй воды для целей осушенiя и орошенiя земель, Петроградъ, 1916, рис.19.).
Среди недостатков названной конструкции следует отметить нестабильную работу при параметрах рабочей среды, отличающихся от номинальных, а также отсутствие процесса автозапуска устройства в работу.
Наиболее близким техническим решением по совокупности существенных признаков является ударный узел для газогидравлического 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, закрепленные на штоках и связанные с коромыслом, ось качения которого расположена в канале выхода рабочей среды, регулировочный механизм выполнен из неподвижной, подвижной частей и регулировочного винта, неподвижная часть которого закреплена в канале выхода рабочей среды, а подвижная часть связана с осью качения коромысла, при этом подвижная и неподвижная части регулировочного механизма связаны между собой посредством регулировочного винта (см. патент RU №106329, опубл. 10.07.2011 г.).
Среди недостатков данной конструкции следует отметить относительно низкую надежность работы, обусловленную отсутствием фаз четкого попеременного открытия ударных клапанов с соответствующими штоками в силу их уравновешивания через коромысло потоком движущейся рабочей среды, которые, по истечении некоторого времени работы, устанавливаются в положении обеспечения наибольшего проходного сечения для истечения рабочей среды из каналов входа в канал выхода, что в итоге приводит к прекращению автоматической генерация гидравлических ударов, требуя повторного запуска механизма в работу.
Технической задачей полезной модели является создание вариантов конструкций ударного узла для газогидравлического устройства с относительно высокой надежностью при повышении устойчивости работы к отклонению параметров рабочей среды от номинальных за счет реализации фаз принудительного попеременного открытия ударных клапанов.
Технический результат по первому варианту достигается тем, что ударный узел для газогидравлического 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, закрепленные на штоках и связанные с коромыслом, ось качения которого расположена в канале выхода рабочей среды, регулировочный механизм, выполненный из неподвижной, подвижной частей и регулировочного винта, неподвижная часть которого закреплена в канале выхода рабочей среды, а подвижная часть связана с осью качения коромысла, при этом подвижная и неподвижная части регулировочного механизма связаны между собой посредством регулировочного винта, снабжен двумя дополнительными регулировочными винтами и двумя пружинами, при этом дополнительные регулировочные винты установлены на внешней стороне корпуса и расположены в канале выхода рабочей среды со стороны торцов плеч коромысла симметрично ее оси качения, а каждая из пружин установлена между соответствующими торцом плеча коромысла и дополнительным регулировочным винтом.
Технический результат по второму варианту достигается тем, что ударный узел для газогидравлического 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, закрепленные на штоках и связанные с коромыслом, ось качения которого расположена в канале выхода рабочей среды, регулировочный механизм, выполненный из неподвижной, подвижной частей и регулировочного винта, неподвижная часть которого закреплена в канале выхода рабочей среды, а подвижная часть связана с осью качения коромысла, при этом подвижная и неподвижная части регулировочного механизма связаны между собой посредством регулировочного винта, дополнительно снабжен шаром и двумя демпферами, а коромысло выполнено с внутренним продольным каналом, в торцах которого установлены демпферы, а шар помещен между ними с возможностью свободного перемещения.
Технический результат по третьему варианту достигается тем, что ударный узел для газогидравлического 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, закрепленные на штоках и связанные с коромыслом, ось качения которого расположена в канале выхода рабочей среды, регулировочный механизм, выполненный из неподвижной, подвижной частей и регулировочного винта, неподвижная часть которого закреплена в канале выхода рабочей среды, а подвижная часть связана с осью качения коромысла, при этом подвижная и неподвижная части регулировочного механизма связаны между собой посредством регулировочного винта, дополнительно снабжен шаром, двумя демпферами и пружиной, а в верхней части коромысла со стороны штоков ударных клапанов выполнен продольный направляющий паз, в торцах которого установлены демпферы, а шар помещен между ними с возможностью свободного перемещения и соединен посредством пружины к середине верхней части внутренней поверхности канала выхода рабочей среды.
Предлагаемые варианты конструкций ударного узла иллюстрируются чертежами, где представлены:
на фиг.1 - первый вариант ударного узла для газогидравлического устройства;
на фиг.2 - второй вариант ударного узла для газогидравлического устройства;
на фиг.3 - третий вариант ударного узла для газогидравлического устройства.
Ударный узел для газогидравлического устройства в первом варианте (фиг.1) включает в себя корпус 1 с двумя каналами входа 2 и одним каналом выхода 3 рабочей среды, два ударных клапана 4, два штока 5 и коромысло 6 с осью качения 7, при этом каждый из каналов входа 2 рабочей среды соединен с каналом выхода 3 рабочей среды через установленные в них ударные клапаны 4, закрепленные на штоках 5 и связанные с коромыслом 6, ось качения 7 которого расположена в канале выхода 3 рабочей среды, регулировочный механизм, выполненный из неподвижной 8, подвижной 9 частей и регулировочного винта 10, неподвижная часть 8 которого закреплена в канале выхода 3 рабочей среды, а подвижная часть 9 связана с осью качения 7 коромысла 6, при этом подвижная 9 и неподвижная 8 части регулировочного механизма связаны между собой посредством регулировочного винта 10, два дополнительных регулировочных винта 11 и две пружины 12, при этом дополнительные регулировочные винты 11 установлены на внешней стороне корпуса 1 и расположены в канале выхода 3 рабочей среды со стороны торцов плеч коромысла 6 симметрично ее оси качения 7, а каждая из пружин 12 установлена между соответствующими торцом плеча коромысла 6 и дополнительным регулировочным винтом 11.
Ударный узел для газогидравлического устройства во втором варианте (фиг.2) включает в себя корпус 1 с двумя каналами входа 2 и одним каналом выхода 3 рабочей среды, два ударных клапана 4, два штока 5 и коромысло 6 с осью качения 7, при этом каждый из каналов входа 2 рабочей среды соединен с каналом выхода 3 рабочей среды через установленные в них ударные клапаны 4, закрепленные на штоках 5 и связанные с коромыслом 6, ось качения 7 которого расположена в канале выхода 3 рабочей среды, регулировочный механизм, выполненный из неподвижной 8, подвижной 9 частей и регулировочного винта 10, неподвижная часть 8 которого закреплена в канале выхода 3 рабочей среды, а подвижная часть 9 связана с осью качения 7 коромысла 6, при этом подвижная 9 и неподвижная 8 части регулировочного механизма связаны между собой посредством регулировочного винта 10, шар 13 и два демпфера 14, при этом коромысло 6 выполнено с внутренним продольным каналом 15, в торцах которого установлены демпферы 14, а шар 13 помещен между ними с возможностью свободного перемещения.
Ударный узел для газогидравлического устройства в третьем варианте (фиг.3) включает в себя корпус 1 с двумя каналами входа 2 и одним каналом выхода 3 рабочей среды, два ударных клапана 4, два штока 5 и коромысло 6 с осью качения 7, при этом каждый из каналов входа 2 рабочей среды соединен с каналом выхода 3 рабочей среды через установленные в них ударные клапаны 4, закрепленные на штоках 5 и связанные с коромыслом 6, ось качения 7 которого расположена в канале выхода 3 рабочей среды, регулировочный механизм, выполненный из неподвижной 8, подвижной 9 частей и регулировочного винта 10, неподвижная часть 8 которого закреплена в канале выхода 3 рабочей среды, а подвижная часть 9 связана с осью качения 7 коромысла 6, при этом подвижная 9 и неподвижная 8 части регулировочного механизма связаны между собой посредством регулировочного винта 10, шар 13, два демпфера 14 и пружину 16, причем в верхней части коромысла 6 со стороны штоков 5 ударных клапанов 4 выполнен продольный направляющий паз 17, в торцах которого установлены демпферы 14, а шар 13 помещен между ними с возможностью свободного перемещения и соединен посредством пружины 16 к середине верхней части внутренней поверхности канала выхода 3 рабочей среды.
Ударный узел для газогидравлического устройства по первому варианту (см. фиг.1) работает следующим образом.
Изначально оба канала входа 2 рабочей среды корпуса 1 подключаются к источнику подачи рабочей среды непосредственно или через питательные трубы (на фиг.1 не указаны), канал выхода 3 рабочей среды корпуса 1 используется в зависимости от назначения и места применения ударного узла для газогидравлического устройства, после чего осуществляют одновременную подачу рабочей среды в каналы входа 2, в одном из которых благодаря перекосу коромысла 6 относительно оси качения 7, вызванным воздействием пружин 12 на соответствующие торцы его плеч, ударный клапан 4 со своим штоком 5 принудительно открыт, а другой ударный клапан 4 с соответствующим штоком 5 закрыт.
Таким образом, рабочая среда поступает через этот открытый ударный клапан 4 канала входа 2 в канал выхода 3 рабочей среды и в определенный момент времени, обусловленный достаточной величиной скорости ее истечения, увлекает его за собой, преодолевая при этом предварительно заданную дополнительными регулировочными винтами 11 максимальную жескость пружин 12, возникающую в горизонтальном положении коромысла 6, и закрывает его, после чего в этом канале входа 2 рабочей среды возникает гидравлический удар.
Движение на закрытие одного из ударных клапанов 4 и связанного с ним штока 5 в одном канале входа 2 рабочей среды через коромысло 6 с осью качения 7 сопровождается движением второго штока 5 на открытие связанного с ним ударного клапана 4 в соответствующем канале входа 2 рабочей среды, а воздействие пружин 12 на торцы плеч коромысла 6 обеспечивает это движение без возможности длительного установления коромысла 6 в горизонтальном положении, чем исключается нежелательно продолжительная задержка ударных клапанов 4 в положении наибольшего проходного сечения для истечения рабочей среды из каналов входа 2 в канал выхода 3, снижающая качество попеременной генерации гидравлического удара в каналах входа 2 рабочей среды.
Теперь уже во втором канале входа 2 рабочей среды, оказавшемся открытым и до этого момента еще не связанным с установившимся истечением рабочей среды в канал выхода 3 рабочей среды, процесс генерации гидравлического удара повторится в описанной выше последовательности и будет попеременно осуществляться в каналах входа 2 рабочей среды до тех пор, пока будет присутствовать истечение рабочей среды из них в канал выхода 3.
Настройка ударного узла для газогидравлического устройства под конкретные параметры движущейся рабочей среды, величину и продолжительность существования сгенерированных гидравлических ударов в каналах входа 2 рабочей среды осуществляется путем вращения регулировочного винта 10, который обеспечивает изменение положения неподвижной 8 и подвижной 9 частей регулировочного механизма относительно друг друга меняя при этом длины воздействующих на штоки 5 ударных клапанов 4 плеч коромысла 6, а также при помощи вращения двух дополнительных регулировочных винтов 11, калибруя величину сжатия соответствующих пружин 12 и обеспечивая, тем самым, требуемое сопротивление скорости истечения из канала входа 2 в канал выхода 3 рабочей среды на закрытие ударных клапанов 4.
Ударный узел для газогидравлического устройства по второму варианту (см. фиг.2) работает следующим образом.
Каналы входа 2 рабочей среды корпуса 1 подключаются к источнику подачи рабочей среды непосредственно или через питательные трубы (на фиг.2 не указаны), канал выхода 3 рабочей среды корпуса 1 используется в зависимости от назначения и места применения ударного узла для газогидравлического устройства, после чего осуществляют одновременную подачу рабочей среды в каналы входа 2, в одном из которых благодаря перекосу коромысла 6 относительно оси качения 7, вызванному изменением равенства масс его плеч воздействием массы шара 13, находящегося у демпфера 14 в торце внутреннего продольного канала 15 коромысла 6, ударный клапан 4 со своим штоком 5 принудительно открыт, а другой ударный клапан 4 с соответствующим штоком 5 закрыт.
Таким образом, рабочая среда поступает через этот открытый ударный клапан 4 канала входа 2 в канал выхода 3 рабочей среды и в определенный момент времени, обусловленный достаточной величиной скорости ее истечения, увлекает его за собой, преодолевая при этом воздействие силы тяжести шара 13 у одного из демпферов 14 в торце внутреннего продольного канала 15 соответствующего плеча коромысла 6 и обеспечивая его перемещение в противоположный торец внутреннего продольного канала 15 соответствующего плеча коромысла 6 к другому демпферу 14, и закрывает его, после чего в этом канале входа 2 рабочей среды возникает гидравлический удар.
Движение на закрытие одного из ударных клапанов 4 и связанного с ним штока 5 в одном канале входа 2 рабочей среды через коромысло 6 с осью качения 7 сопровождается движением второго штока 5 на открытие связанного с ним ударного клапана 4 в соответствующем канале входа 2 рабочей среды, а возникающее при этом перемещение шара 13 между демпферами 14 из одного (верхнего) торца внутреннего продольного канала 15 коромысла 6 в противоположный (нижний), обеспечивает это движение без возможности длительного установления коромысла 6 в горизонтальном положении, чем исключается нежелательно продолжительная задержка ударных клапанов 4 в положении наибольшего проходного сечения для истечения рабочей среды из каналов входа 2 в канал выхода 3, снижающая качество попеременной генерации гидравлического удара в каналах входа 2 рабочей среды.
Теперь уже во втором канале входа 2 рабочей среды, оказавшемся открытым и до этого момента еще не связанным с установившимся истечением рабочей среды в канал выхода 3 рабочей среды, процесс генерации гидравлического удара повторится в описанной выше последовательности и будет попеременно осуществляться в каналах входа 2 рабочей среды до тех пор, пока будет присутствовать истечение рабочей среды из них в канал выхода 3.
Настройка ударного узла для газогидравлического устройства под конкретные параметры движущейся рабочей среды, величину и продолжительность существования сгенерированных гидравлических ударов в каналах входа 2 рабочей среды осуществляется путем вращения регулировочного винта 10, который обеспечивает изменение положения неподвижной 8 и подвижной 9 частей регулировочного механизма относительно друг друга меняя при этом длины воздействующих на штоки 5 ударных клапанов 4 плеч коромысла 6, а также массой шара 13, помещаемого во внутренний продольный канал 15 между демпферами 14. обеспечивая, тем самым, требуемое сопротивление скорости истечения из канала входа 2 в канал выхода 3 рабочей среды на закрытие ударных клапанов 4.
Демпферы 14 при перемещении шара 13 из одного торца внутреннего продольного канала 15 в другой обеспечивают целостность его длины, относительно оси качения 7.
Ударный узел для газогидравлического устройства по третьему варианту (см. фиг.3) работает следующим образом.
Каналы входа 2 рабочей среды корпуса 1 подключаются к источнику подачи рабочей среды непосредственно или через питательные трубы (на фиг.3 не указаны), канал выхода 3 рабочей среды корпуса 1 используется в зависимости от назначения и места применения ударного узла для газогидравлического устройства, после чего осуществляют одновременную подачу рабочей среды в каналы входа 2, в одном из которых благодаря перекосу коромысла 6 относительно оси качения 7, вызванному воздействием пружины 16 на шар 13, находящийся у демпфера 14 в торце продольного направляющего паза 17 одного из плеч коромысла 6, ударный клапан 4 со своим штоком 5 принудительно открыт, а другой ударный клапан 4 с соответствующим штоком 5 закрыт.
Таким образом, рабочая среда поступает через этот открытый ударный клапан 4 канала входа 2 в канал выхода 3 рабочей среды и в определенный момент времени, обусловленный достаточной величиной скорости ее истечения, увлекает его за собой, преодолевая при этом силу упругости пружины 16 действующую на шар 13 у одного из демпферов 14 в торце продольного направляющего паза 17 одного (верхнего) плеча коромысла 6 и обеспечивая его перемещение в противоположный торец продольного направляющего паза 17 соответствующего (нижнего) плеча коромысла 6, и закрывает его, после чего в этом канале входа 2 рабочей среды возникает гидравлический удар.
Движение на закрытие одного из ударных клапанов 4 и связанного с ним штока 5 в одном канале входа 2 рабочей среды через коромысло 6 с осью качения 7 сопровождается движением второго штока 5 на открытие связанного с ним ударного клапана 4 в соответствующем канале входа 2 рабочей среды, а возникающее при этом перемещение шара 13 со связанным изменением пространственного положения и жесткости пружины 16 между демпферами 14 из одного торца (верхнего) продольного направляющего паза 17 коромысла 6 в противоположный (нижний), обеспечивает это движение без возможности длительного установления коромысла 6 в горизонтальном положении, чем исключается нежелательно продолжительная задержка ударных клапанов 4 в положении наибольшего проходного сечения для истечения рабочей среды из каналов входа 2 в канал выхода 3, снижающая качество попеременной генерации гидравлического удара в каналах входа 2 рабочей среды.
Теперь уже во втором канале входа 2 рабочей среды, оказавшемся открытым и до этого момента еще не связанным с установившимся истечением рабочей среды в канал выхода 3 рабочей среды, процесс генерации гидравлического удара повторится в описанной выше последовательности и будет попеременно осуществляться в каналах входа 2 рабочей среды до тех пор, пока будет присутствовать истечение рабочей среды из них в канал выхода 3.
Настройка ударного узла для газогидравлического устройства под конкретные параметры движущейся рабочей среды, величину и продолжительность существования сгенерированных гидравлических ударов в каналах входа 2 рабочей среды осуществляется путем вращения регулировочного винта 10, который обеспечивает изменение положения неподвижной 8 и подвижной 9 частей регулировочного механизма относительно друг друга меняя при этом длины воздействующих на штоки 5 ударных клапанов 4 плеч коромысла 6, а также массой шара 13, помещаемого в продольный направляющий паз 17 между демпферами 14 и жесткостью пружины 16, обеспечивая, тем самым, требуемое сопротивление скорости истечения из канала входа 2 в канал выхода 3 рабочей среды на закрытие ударных клапанов 4.
Демпферы 14 при перемещении шара 13 из одного торца внутреннего продольного канала 15 в другой обеспечивают целостность его длины, относительно оси качения 7.
В результате использования какого либо из приведенных выше вариантов конструкций ударного узла для газогидравлического устройства с реализацией фаз принудительного попеременного открытия ударных клапанов, возрастает его устойчивость к отклонению параметров рабочей среды от номинальных, что при обеспечении стабильной генерации гидравлических ударов позволяет значительно повысить надежность работы.