ГАСИТЕЛЬ КОЛЕБАНИЙ ДАВЛЕНИЯ СИСТЕМЫ ВСАСЫВАНИЯ ПОРШНЕВОЙ МАШИНЫ Российский патент 1996 года по МПК F16L55/04 F04B39/00 

Изобретение относится к машиностроению, в частности, к устройству систем воздухоподачи в поршневую машину, например компрессор, двигатель внутреннего сгорания и др.

Известен гаситель колебаний впускного коллектора двигателя внутреннего сгорания, заявка на полезную модель Франции N 2579677, МКИ⁴ F02M 35/02, публ. 03.10.1986, содержащий емкость, имеющую форму параллелепипеда с жесткими боковыми стенками из металла, к которой закреплены соосные подводящий и отводящий патрубки. Первый сообщает емкость с воздухоочистителем, а второй с цилиндрами двигателя. Дно и крышка емкости выполнены из упругодеформируемого материала, в частности из резины. Из резины может быть выполнено только дно или только крышка. Для двигателя рабочим объемом 2000 см³, четырехтактного, толщина резиновых стенок составляет 1-2 мм.

При работе двигателя в результате колебательных процессов, возникающих в тракте впуска, резиновые стенки емкости упруго деформируются. При этом энергия колебаний волн повышенного давления частично рассеивается в емкости.

Известный гаситель пульсаций обладает следующим недостатком. Поскольку подвижные стенки емкости выполнены упругими, из резины, они подвергаются воздействию как статического давления, так и динамического. Для эффективного гашения колебаний подвижные стенки емкости должны иметь очень маленькую упругость, но в этом случае при большом статическом давлении стенки будут схлопывать. С другой стороны, имея значительный вес и толщину, резиновые стенки обладают значительной инерцией, что снижает эффективность гашения колебаний при динамических нагрузках.

Этого недостатка лишен выбранный в качестве прототипа гаситель колебаний системы всасывания поршневой машины, а.с. СССР N 1789748 А1, МКИ⁵ F 04 B 39/12, F 02 M 25/12, 1992, содержащий емкость переменного объема, сообщающуюся с магистралью трубопровода поршневой машины, образованную пространственным каркасом, закрепленным на жестких стенках, обтянутым оболочкой из мягкого неупругого материала, в частности, из ткани, с возможностью провисания материала между элементами каркаса, при этом величина изменения объема емкости превышает величину рабочего объема цилиндра поршневой машины. Оболочка связана с каркасом резиновым жгутом. Оси патрубков смещены относительно друг друга. Емкость снабжена ограничителями хода оболочки, закрепленными на каркасе и имеющими форму оболочки при ее максимальном прогибе. Ограничители хода выполнены в виде жесткой стенки. Массу единицы площади ткани выбирают из заданного соотношения.

Область применения вышеописанного гасителя ограничена невысокими избыточными давлениями газа в трубопроводе, на котором он установлен.

Поставленной задачей является расширение области применения гасителя колебаний давления системы всасывания поршневой машины путем обеспечения его работы при более широких диапазонах давления.

Сущность изобретения заключается в том, что для снижения колебаний давления газа во всасывающем трубопроводе поршневой машины используется гаситель, содержащий емкость переменного объема, образованную стенками трубопровода и легкой подвижной мембраной, при этом емкость сообщается с магистралью трубопровода через отверстия в стенках трубопровода, а мембрана герметично подвешена к стенкам трубопровода и соединена с упругим высокоподатливым элементом, например, мягкой пружиной сжатия, ограничиваемым сверху мембраной, а снизу ограничителем нижнего положения пружины, причем поддержание мембраны вблизи рабочего равновесного положения осуществляется за счет регулирования внешнего поджатия упругого элемента, а для ограничения колебаний мембраны выполнены упоры, установленные сверху от мембраны на внешней стенке трубопровода внутри емкости переменного объема между отверстиями в трубопроводе, и снизу от мембраны, причем нижний ограничительный упор колебаний мембраны жестко связан со стенкой трубопровода. При этом мембрана связана с упругим элементом с помощью подвижных соединителей, например, штоков, проходящих через отверстия нижнего ограничителя мембраны. При таком конструктивном исполнении за счет колебаний мембраны и пружины происходит эффективная компенсация импульсов давления в прилегающем трубопроводе. При этом упругие свойства пружины позволяют обеспечить эффективную работу гасителя колебаний при более высоких давлениях в трубопроводе.

Для обеспечения работоспособности гасителя необходимо, чтобы для рабочего равновесного положения мембраны выполнялись следующие соотношения:
h>V_h/S; H≈h;
где h расстояние между нижним ограничителем колебаний мембраны и ее рабочим равновесным положением, м;
V_h рабочий объем цилиндра поршневой машины, м³;
S площадь поверхности мембраны, м²;
H расстояние между верхним ограничителем колебаний мембраны и ее рабочим равновесным положением, м.

Поддержание постоянного рабочего равновесного положения мембраны при изменении давления в магистрали достигается путем использования инерционного датчика положения мембраны со временем запаздывания, значительно превышающим продолжительность рабочего цикла поршневого компрессора, и исполнительного механизма, при этом инерционный датчик положения мембраны расположен таким образом, чтобы реагировать на смещения мембраны за пределы ее рабочего равновесного положения при статических изменениях давления в магистрали трубопровода, приводя при этом в действие исполнительный механизм, с помощью которого мембрана возвращается в свое рабочее равновесное положение.

На фиг. 1 показаны общая схема и принцип работы гасителя колебаний давления в трубопроводе; на фиг.2 и 3 соответственно рабочее равновесное положение мембраны и смещение мембраны при статическом разрежении; на фиг.4 - устройство гасителя колебаний.

Гаситель колебаний давления системы всасывания поршневой машины содержит упругий высокоподатливый элемент 1, например, пружину сжатия, и емкость переменного объема 2, образованную легкой подвижной мембраной 3 и поверхностью стенки 4 всасывающего трубопровода, к которой крепится мембрана. Ограничителем нижнего положения пружины 1 является тарелка 5. Магистраль 6 трубопровода связывает полость емкости 2 с цилиндром 7 поршневой машины, включающей также поршень 8 с шатуном 9, корпус 10 и головку цилиндра 11, в которой смонтирован клапан 12. Мембрана герметично подвешена к стенкам 4 трубопровода поршневой машины. При пульсациях давления газа в магистрали трубопровода 4 мембрана 3 может колебаться, образуя, таким образом, емкость переменного объема. Емкость сообщается с магистралью трубопровода при помощи отверстий 13 в стенках трубопровода, диаметры и количество которых могут регулироваться в зависимости от величины давления в магистрали. Мембрана 3 связана с пружиной 1 через подвижные соединители 14, например, штоки. Поддержание постоянного рабочего равновесного положения мембраны при статических изменениях давления в магистрали достигается путем использования исполнительного механизма, включающего вращающийся вал 15 с винтовой резьбой 16, на которую посажена тарелка 5, фиксируемая гайкой 17. На вал 15 также установлена шестерня 18, зацепленная с червячной передачей 19 электродвигателя 20 с выключателем 21. Рабочее равновесное положение мембраны при статических нагрузках контролируется инерционным датчиком 22 положения мембраны. Для ограничения колебаний мембраны используются верхний 23 и нижний 24 ограничительные упоры, которые могут быть соединены между собой при помощи стенок 25. Магнитная метка 26, нанесенная на штоке 14, служит для регистрации смещения мембраны за пределы ее рабочего равновесного положения.

Работает устройство следующим образом. При возвратно-поступательном движении поршня 8 в цилиндре 7, в момент открытия и закрытия клапана 12, в магистрали трубопровода поршневой машины, подводящего к клапану 12, возникают колебания давления массы газа (воздуха). При этом амплитуда пульсаций газа может достигать значительной величины, что ведет к повышенной вибрации трубопровода, вызывающей снижение износостойкости и надежности работы поршневой машины. Гаситель колебаний, установленный в непосредственной близости от клапана 12, содержащий емкость переменного объема 2, образованную герметично подвешенной к стенкам трубопроводам 4 мембраной 3, и пружину сжатия 1, позволяет значительно уменьшить амплитуду пульсаций в магистрали 6 за счет преобразования части энергии импульсов давления в емкости переменного объема гасителя в энергию колебаний мембраны и упругого элемента. Колебания мембраны 3, вызванные пульсациями в магистрали 6, передаются через штоки 14 на пружину сжатия 1, в результате колебаний которой происходит рассеивание части энергии импульсов давления.

Для ограничения колебаний мембраны при колебаниях давления в магистрали устанавливаются верхний 23 и нижний 24 ограничительные упоры, которые могут быть соединены стенкой 25.

Для поддержания постоянного рабочего равновесного положения мембраны при статических (достаточно продолжительных) изменениях давления в магистрали используется инерционный датчик положения 22 мембраны с исполнительным механизмом, работающим следующим образом. Если мембрана находится в рабочем равновесном положении, то магнитная метка 26 на штоке 14 совпадает с датчиком 22, находясь на расстоянии от верхнего края пружины 1. При определенном значении смещения мембраны ниже ее рабочего равновесного положения, и, следовательно, аналогичном смещении магнитной метки 26 датчик положения 22 посылает сигнал на выключатель 21 электродвигателя 20, передающего крутящий момент через червячную передачу 19 на шестерню 18 вала 15, тарелка 5 которого, являющаяся одновременно нижним ограничителем пружины 1 и фиксируемая гайкой 17, вращаясь под действием крутящего момента, поднимается вверх по винтовой резьбе 16 вала 15, перемещая с собой пружину 1, которая через штоки 14 приводит мембрану 3 в равновесное положение. При достижении мембраной равновесного положения датчик 22 подает сигнал отключения электродвигателя 20, после чего тарелка 5 и пружина 1 возвращаются в нижнее исходное положение. Аналогично система может работать и при статических разрежениях.

Для устранения боковых смещений пружины при ее колебаниях вал 15 может быть установлен по центру пружины, а тарелка 5 имеет стенки определенной высоты.

При выборе материала мембраны следует руководствоваться тем, что он должен быть максимально легким и прочным.

Использование: в машиностроении, в частности, в устройствах систем воздухоподачи в поршневую машину. Сущность изобретения: в гасителе колебаний давления системы всасывания поршневой машины, содержащей емкость переменного объема, сообщающуюся с магистралью 6 трубопровода поршневой машины и образованную жесткими стенками 4 трубопровода и подвижной мембраной 3. Емкость переменного объема сообщена с магистралью 6 трубопровода через отверстия в стенках 4, а легкая подвижная мембрана 3 герметично подвешена к стенкам трубопровода и соединена с упругим высокоподатливым элементом, например, мягкой пружиной сжатия 1, ограничиваемым сверху мембраной 3, а снизу - ограничителем 5 нижнего положения пружины. Поддержание мембраны 3 вблизи рабочего равновестного положения осуществляется за счет регулирования внешнего поджатия упругого элемента, а для ограничения колебаний мембраны выполнены упоры 23, 24, установленные сверху от мембраны на внешней стенке трубопровода внутри емкости переменного объема между отверстиями в трубопроводе и снизу от мембраны. Нижний ограничительный упор 24 колебаний мембраны жестко связан со стенкой трубопровода, при этом мембрана связана с упругим элементом с помощью подвижных соединителей, например, штоков 14, проходящих через отверстия нижнего ограничителя мембраны. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Гаситель колебаний давления системы всасывания поршневой машины, содержащий емкость переменного объема, сообщающуюся с магистралью трубопровода поршневой машины и образованную жесткими стенками трубопровода и подвижной мембраной, и ограничительные упоры колебаний мембраны, отличающийся тем, что емкость переменного объема сообщена с магистралью трубопровода через отверстия в стенках трубопровода, а легкая подвижная мембрана герметично подвешена к стенкам трубопровода и соединена с упругим высокоподатливым элементом, например мягкой пружиной сжатия, ограничиваемым сверху мембраной, а снизу - ограничителем нижнего положения пружины, причем поддержание мембраны вблизи рабочего равновесного положения осуществляется за счет регулирования внешнего поджатия упругого элемента, а для ограничения колебаний мембраны выполнены упоры, установленные сверху от мембраны на внешней стенке трубопровода внутри емкости переменного объема между отверстиями в трубопроводе, и снизу от мембраны, причем нижний ограничительный упор колебаний мембраны жестко связан со стенкой трубопровда, при этом мембрана связана с упругим элементом с помощью подвижных соединителей, например штоков, проходящих через отверстия нижнего ограничителя мембраны. 2. Гаситель по п.1, отличающийся тем, что для рабочего равновесного положения мембраны выполняются следующие соотношения:

где h расстояние между нижним ограничителем колебаний и рабочим равновесным положением мембраны, м;
V_h рабочий объем цилиндра поршневой машины, м³;
S площадь поверхности мембраны, м²;
H расстояние между верхним ограничителем колебаний и равновесным положением мембраны, м. 3. Гаситель по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что для поддержания постоянного рабочего равновесного положения мембраны при статическом изменении давления в магистральном трубопроводе использован инерционный датчик положения мембраны с исполнительным механизмом, при этом инерционный датчик положения мембраны расположен так, чтобы реагировать на смещения мембраны за пределы ее рабочего равновесного положения при статических изменениях давления в магистрали трубопровода, приводя при этом в действие исполнительный механизм, с помощью которого мембрана возвращается в свое рабочее равновесное положение.