ГЕНЕРАТОР УДАРНЫХ ПОТОКОВ Российский патент 2003 года по МПК F15B21/12 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к устройствам для создания ударных потоков рабочей среды, и может быть использовано в промышленности строительных материалов, стройиндустрии, горнодобывающей, металлургической, химической и других отраслях промышленности. Генератор предназначен для регенерации рукавов в рукавных фильтрах и электродов в электрофильтрах, очистки труб от налипшей пыли в котлах-утилизаторах, для сводообрушения сыпучих материалов в бункерах или силосах, разрыхления смерзшейся руды и др.

Известен генератор ударных волн по a.c. 1527421, кл. F 15 В 21/12, содержащий корпус, сопло с седлом и выпускной вентиль, связанный с атмосферой. Генератор снабжен электрической системой управления. Внутри корпуса расположен клапан, состоящий из поршня с уплотнителем и амортизационной пружиной, соединительного штока и затвора с пружиной. Затвор выполнен в форме двух слившихся основаниями конусов, на нижний из которых надет уплотнитель. Поршень делит емкость корпуса на управляющую и рабочую полости. К верхней части стенок полостей прикреплены штуцера. Сжатую среду подают с помощью подводного вентиля одновременно в эти штуцера.

Недостатком данного устройства является невысокая надежность работы его клапана. Это обусловлено тем, что затвор в нем надет на соединительный шток посредством пружины. Такой затвор может перемещаться только по вертикали. У него отсутствует возможность подвижки и центровки в горизонтальной плоскости относительно сопла, а следовательно, и его герметичного перекрытия. Кроме того, амортизатор клапана выполнен из пружины, в процессе работы ее упругость снижается, что приводит к изменению емкости управляющей и рабочей полостей и, в свою очередь, к нарушению целостности клапана.

Имеет место и неадекватное возрастание металлоемкости генератора при необходимости увеличения емкости рабочей полости. В этом случае приходится увеличивать диаметр поршня, а следовательно, без надобности и объем управляющей полости. Стоимость изготовления генератора при этом резко возрастает.

Известен также ударно-струйный генератор по а.с. 1687937, кл. F 15 В 21/12, содержащий корпус и цилиндрическое сопло. Внутри корпуса расположен клапан, состоящий из поршня, соединительного элемента и затвора. Поршень снабжен амортизационной пружиной и односторонней гибкой манжетой, подразделяя полость корпуса на управляющую и рабочую камеры. Камеры через распределитель связаны с источником давления рабочей среды. Затвор изготовлен из внутреннего обтекателя, уплотнительного кольца, цилиндрической вставки и внешнего обтекателя. На внешнем обтекателе закреплены направляющие ребра. При закрывании и открывании сопла эти ребра перемещаются по его внутренней поверхности.

Недостатком описанного генератора также является достаточно низкая надежность работы его клапана, снабженного амортизационной пружиной. Это обусловлено тем, что подпружиненный клапан ограничивает затвор в горизонтальных подвижках. Поэтому затвор не может нормально отцентроваться в горизонтальной плоскости относительно сопла, а следовательно, и герметично его перекрыть.

Кроме того, указанный генератор имеет повышенное гидравлическое сопротивление сопла. Часть его сечения перекрывается направляющими ребрами затвора. Это приводит к уменьшению энергии удара потока, вытекающего из сопла, а следовательно, и к снижению эффективности работы генератора.

К недостатку следует отнести и неадекватное возрастание металлоемкости генератора, поскольку в случае необходимости увеличения емкости рабочей камеры нужно увеличить диаметр поршня, и как следствие, объем управляющей камеры.

В качестве прототипа принят известный из патента RU N 2002131, кл. F 15 В 21/12, 1991 ударный генератор, содержащий корпус и сопло. Внутри корпуса установлен, с возможностью перекрытия сопла, клапан, состоящий из поршня, соединительной цилиндрической обечайки и затвора. Поршень разделяет полость корпуса на управляющую и рабочую камеры. Управляющая камера через распределитель соединена с источником давления и атмосферой. В рабочей камере на стенке корпуса закреплены направляющие ребра. При опускании и подъеме клапана его цилиндрическая обечайка перемещается по направляющим ребрам.

Указанный генератор также не обеспечивает надежную работу клапана, ввиду того, что затвор в нем из-за возможности заклинивания не может герметично перекрыть сопло. В режиме заполнения рабочая среда поступает в управляющую камеру, оказывает давление на поршень, через него на обечайку и передает усилие на затвор. При такой схеме приложения давлений, когда усилие прикладывается значительно выше затвора, клапан за счет появления момента может потерять вертикальную устойчивость. В результате этого между обечайкой и направляющими ребрами усиливается трение и затвор может с перекосом опуститься на сопло, что приведет к его неполному перекрытию. При увеличении диаметров поршня, затвора и сопла данное явление усиливается. Кроме того, при необходимости увеличения объема рабочей камеры имеет место неадекватное возрастание металлоемкости конструкции, поскольку приходится увеличивать диаметр поршня, а следовательно, и габаритные размеры управляющей камеры. К тому же, с увеличением емкости генератора ужесточаются требования техники безопасности к его изготовлению и эксплуатации как к сосуду, работающему под давлением.

Задачей изобретения является повышение надежности и эффективности работы генератора, упрощение конструкции и снижение стоимости его изготовления, возможность создания типоразмерного ряда генератора с различной емкостью.

Поставленная задача решается за счет того, что в ударном генераторе, содержащем распределительную камеру, корпус с амортизатором и соплом, установленный в корпусе для закрывания и открывания сопла клапан, содержащий затвор, соединительную цилиндрическую обечайку и поршень с уплотнителем, делящий полость корпуса на управляющую и рабочую камеры, источник давления рабочей среды, связанный с этими камерами, и направляющие ребра, рабочая камера генератора выполнена в виде группы ресиверов, размещенных в плане вокруг корпуса и присоединенных к его нижней части с помощью патрубков, узел закрывания и открывания сопла выполнен в виде двух, расположенных одно над другим, плоских колец, верхнее из которых выполнено из эластичного материала и размещено в затворе, а нижнее кольцо изготовлено из твердого материала и присоединено к корпусу над соплом, причем наружный диаметр верхнего кольца больше внутреннего диаметра нижнего и соприкасаются эти кольца по срезанным угловым участкам, клапан выполнен полым и оснащен поршнем в виде шайбы, а его донная часть снабжена центрователем, выполненным овальнообразной формы, пустотелым и открытым, при этом внутренняя полость клапана сообщается с управляющей камерой, амортизатор клапана выполнен в виде эластичной шайбы, снабженной радиальными канавками со стороны клапана и прикрепленной к крышке корпуса, при этом края шайбы зажаты между фланцевыми соединениями крышки и корпуса.

Выполнение рабочей камеры генератора в виде группы ресиверов, размещенных в плане вокруг корпуса, позволяет создать типоразмерный ряд генератора с различной емкостью без увеличения диаметра корпуса. При таком техническом решении диаметр поршня и емкость управляющей камеры для всех типоразмеров остаются постоянными и минимального размера. Изменяется только объем рабочей камеры за счет изменения количества ресиверов, имеющих небольшую единичную емкость. Необходимое количество ресиверов для каждого конкретного объекта воздействия определяется расчетным путем, исходя из требуемой энергии удара потока и начального давления рабочей среды. Таким образом, генератор, снабженный группой ресиверов с небольшой единичной емкостью, можно применять в заводских условиях во всем диапазоне давления рабочей среды, без изменения его конструкции. При этом снижается стоимость генератора, повышается надежность и эффективность его работы. Кроме того, разделение общей емкости рабочей камеры генератора на небольшие по емкости, отдельно стоящие ресиверы, снижает требования техники безопасности к их изготовлению и эксплуатации как к сосудам, работающим под давлением.

Выполнение узла закрывания и открывания сопла в виде двух, расположенных одно над другим плоских колец, верхнее из которых выполнено из эластичного материала и размещено в затворе, а нижнее изготовлено из твердого материала и присоединено к корпусу над соплом, позволяет эластичному кольцу под давлением рабочей среды наиболее полно прижаться к кольцу из твердого материала, что обеспечивает более высокую герметичность закрывания сопла, и как следствие обеспечить выброс потока из генератора с необходимой энергией удара. Благодаря этому повышается надежность и эффективность работы генератора.

Выполнение клапана полым и оснащение его поршнем в виде шайбы и овальным пустотелым центрователем, а также соединение внутренней полости клапана с управляющей камерой позволяет рабочей среде прикладывать максимальное усилие непосредственно на внутреннюю поверхность центрователя, который в результате этого побуждает затвор самоцентроваться в горизонтальной плоскости относительно периметра кольца из твердого материала и сильно прижаться к нему, чем достигается высокая степень герметичности закрывания затвором сопла, что позволяет без утечки заполнить ресиверы рабочей средой и обеспечить выброс из генератора потока с требуемой энергией удара, что также приводит к повышению надежности работы генератора.

Выполнение амортизатора клапана в виде эластичной шайбы, снабженной радиальными канавками, не допускает прилипания верха клапана к крышке корпуса, что также повышает надежность работы генератора.

На фиг. 1 и 2 показан генератор ударных потоков в режиме заполнения, на фиг.3 - в режиме генерации.

Генератор содержит корпус 1, перекрытый сверху крышкой 2, снабженный амортизатором 3 и переходящий в своей нижней части в сопло 4. Внутри корпуса 1 размещен подвижной полый клапан 5 для закрывания и открывания сопла 4. Клапан 5 состоит из поршня 6, выполненного в виде шайбы, и гибкой манжеты 7, цилиндрической обечайки 8 и затвора 9, который снабжен гибким плоским кольцом 10 и центрователем 11. Непосредственно над соплом 4 расположены плоское кольцо 12, выполненное из твердого материала, и направляющие ребра 13. Края колец 10 и 12 соприкасаются по срезанным угловым участкам. Поршень 6 разделяет полость корпуса 1 на управляющую 14 и переходную 15 камеры. На крышке 2 корпуса 1 расположена распределительная камера 16, к которой прикреплен штуцер 17 для подачи рабочей среды и присоединен вентиль 18 для сброса этой среды в атмосферу. К нижней части корпуса 1 по его периметру с помощью патрубков 19 присоединена рабочая камера 20, выполненная в виде ресиверов.

Принцип работы генератора заключается в следующем. В режиме заполнения рабочая среда через патрубок 17 поступает в распределительную камеру 16 и далее в управляющую камеру 14. Затем среда через отверстие поршня 6 проникает внутрь клапана 5 и оказывает давление на центрователь 11. Под влиянием этого давления клапан 5 опускается вниз и затвор 9 с помощью центрователя 11 центруется строго в горизонтальной плоскости относительно сопла 4. Гибкое кольцо 10 затвора 9 плотно перекрывает отверстие кольца 12, выполненного из твердого материала. В этот же момент рабочая среда через зазор между корпусом 1 и гибкой односторонней манжетой 7 проходит в камеру 15, а далее через патрубок 19 в ресиверы 20 и заполняет их.

В режиме генерации на электромагнитный привод вентиля 18 подается короткий электрический сигнал и вентиль 18 открывается. Сжатая среда из распределительной камеры 16 и управляющей камеры 14 через вентиль 18 сбрасывается в атмосферу. Над клапаном 5 происходит резкое падение давления рабочей среды. За счет усилия, создаваемого перепадом давления среды в камерах 15 и 14, клапан 5 моментально смещается вверх. Вход в сопло 4 открывается и на выходе из сопла 4 образуется мощный ударный поток рабочей среды малой длительности, который направляется на объект воздействия. После выброса рабочей среды из сопла 4 вентиль 18 автоматически закрывается. Клапан 5 ударяется об эластичный амортизатор 3 и под воздействием рабочей среды, подаваемой по штуцеру 17, и собственной массы опускается вниз в исходное положение. Генератор готов к новому циклу работы.

Предлагаемый генератор ударных потоков позволяет повысить надежность и эффективность работы генератора, обеспечивает возможность создания типоразмерного ряда генератора с различной емкостью рабочей камеры, что приводит к упрощению конструкции генератора и снижению стоимости его изготовления.

Изобретение относится к устройствам для создания ударных потоков рабочей среды и может быть использовано в промышленности строительных материалов, стройиндустрии, горнодобывающей, металлургической, химической и других отраслях промышленности. Рабочая камера генератора выполнена в виде группы ресиверов, размещенных в плане вокруг корпуса и присоединенных к его нижней части с помощью патрубков. Узел закрывания и открывания сопла выполнен в виде двух плоских колец, верхнее из которых выполнено из эластичного, а нижнее - из твердого материала. Клапан оснащен поршнем в виде шайбы и центрователем. Амортизатор клапана выполнен в виде эластичной шайбы, снабженной радиальными канавками. Повышается надежность и эффективность работы генератора, упрощается конструкция, снижается стоимость его изготовления, обеспечивается возможность создания типоразмерного ряда генератора с различной емкостью. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Генератор ударных потоков, содержащий распределительную камеру, корпус с амортизатором и соплом, установленный в корпусе для закрывания и открывания сопла клапан, содержащий затвор, соединительную цилиндрическую обечайку и поршень с уплотнителем, делящий полость корпуса на управляющую и рабочую камеры, источник давления рабочей среды, связанный с этими камерами, и направляющие ребра, отличающийся тем, что рабочая камера генератора выполнена в виде группы ресиверов, размещенных в плане вокруг корпуса и присоединенных к его нижней части с помощью патрубков. 2. Генератор по п.1, отличающийся тем, что узел закрывания и открывания сопла выполнен в виде двух, расположенных одно над другим, плоских колец, верхнее из которых выполнено из эластичного материала и размещено в затворе, а нижнее изготовлено из твердого материала и присоединено к корпусу над соплом, причем наружный диаметр верхнего кольца больше внутреннего диаметра нижнего и соприкасаются эти кольца по срезанным угловым участкам. 3. Генератор по п.1, отличающийся тем, что клапан выполнен полым и оснащен поршнем в виде шайбы, а его донная часть снабжена центрователем, выполненным овальнообразной формы, пустотелым и открытым, при этом внутренняя полость клапана сообщается с управляющей камерой. 4. Генератор по п.1, отличающийся тем, что амортизатор клапана выполнен в виде эластичной шайбы, снабженной радиальными канавками со стороны клапана и прикрепленной к крышке корпуса, при этом ее края зажаты между фланцевыми соединениями крышки и корпуса.