Изобретение относится к устройствам для формирования импульсного давления и/или расхода рабочей среды (жидкости, газа, газожидкостной смеси и т.п.) и может быть использовано в машиностроении, строительстве, транспорте, горном деле, сельском хозяйстве, пищевой и химической промышленности, медицине, экспериментальной и испытательной технике и других областях.
Известен пульсатор, содержащий корпус с подводящим и отводящим каналами, золотниковый прерыватель потока, снабженный турбинным приводом, установленным в подводящем канале (авт. св. СССР №1783179, F 15 B 21/12, приоритет от 05.01.90 г., опубл. 23.12.92 г.).
Недостатком известного пульсатора является низкая надежность работы, обусловленная комплексом факторов, к которым относятся: отсутствие возможности запуска пульсатора в случае, когда в его исходном положении окно 8 золотника 6 перекрыто сектором 9; неравномерность вращения золотника 6, обусловленная резким снижением крутящего момента на турбине 4 (приводе золотника 6) в период перекрытия окна 8 золотника сектором 9; возможность заедания и заклинивания золотника 6 при попадании в его рабочий зазор твердых механических частиц из рабочей среды; снижение эффективности работы при увеличении рабочего зазора между золотником 6 и сектором 9 в результате повышенного износа золотника и сектора 9. Другим недостатком известного пульсатора является низкая долговечность, обусловленная повышенным механическим износом золотника 6 и сектора 9, протекающим особенно интенсивно при работе пульсатора на загрязненной или содержащей твердые включения рабочей среде. Серьезным недостатком пульсатора являются также возникающие в нем в момент перекрытия окна 8 золотника 6 сектором 9 опасные забросы давления (гидроудары), снижающие долговечность как самого пульсатора, так и его подводящей линии с источником давления, и искажающие рабочие характеристики пульсатора, что снижает эффективность его работы. Вместе с тем, в таком пульсаторе исключена возможность регулирования рабочей частоты выходных импульсов без изменения их амплитуды, поскольку изменение объемного расхода рабочей среды через пульсатор одновременно изменяет и частоту, и амплитуду выходных импульсов.
Известен также пульсатор, содержащий корпус с подводящим, отводящим и сливным каналами и рабочей камерой, сообщающейся со сливным каналом, вращающийся ротор с питающими соплами, сообщающимися с подводящим каналом, приемное сопло, сообщающееся с отводящим каналом и установленное в корпусе с возможностью периодического попадания в него рабочих струй, формируемых питающими соплами, и торцевой затвор питающих сопел с дугообразным отверстием для поочередного прохода рабочих струй (авт. св. СССР №1191628, F 15 В 21/12, приоритет от 03.11.83 г., опубл. 15.11.85 г.).
Известный пульсатор имеет недостаточно высокую надежность и долговечность особенно при работе на загрязненной или содержащей твердые включения рабочей среде, что связано с повышенным механическим износом контактных поверхностей ротора и торцевого затвора, а также с возможностью заедания и заклинивания ротора и возможностью раскрытия зазора между ротором и торцевым затвором при возрастании давления в подводящем канале или при попадании в указанный зазор загрязнений или твердых включений из рабочей среды, поступающей в пульсатор. Другим недостатком данного пульсатора является отсутствие возможности его работы в автономном автоколебательном режиме без внешнего привода ротора, что ограничивает область применения, усложняет конструкцию и увеличивает массу и габариты пульсатора.
Наиболее близким техническим решением (прототипом) по отношению к предлагаемому пульсатору является известный пульсатор, содержащий корпус с подводящим, отводящим и сливным каналами и рабочей камерой, сообщающейся со сливным каналом, вращающийся ротор с дефлекторами, установленный в рабочей камере корпуса, питающие сопла, сообщающиеся с подводящим каналом, и соосные с ними приемные сопла, сообщающиеся с отводящим каналом, при этом сопла своими торцевыми отверстиями сообщаются с рабочей камерой корпуса, а дефлекторы ротора выполнены с возможностью периодического прерывания в процессе вращения последнего рабочей струи, формируемой каждым питающим соплом (авт. св. СССР №1783177, F 15 B 21/12, приоритет от 11.05.88 г., опубл. 23.12.92 г.).
Недостатком данного пульсатора является отсутствие возможности его работы в автономном автоколебательном режиме без внешнего привода ротора. Вместе с тем, наличие указанного привода усложняет конструкцию пульсатора и увеличивает его массу и габариты. В свою очередь, отсутствие возможности работы в автономном автоколебательном режиме и высокие весовые и габаритные параметры ограничивают область применения пульсатора.
Технической задачей изобретения является обеспечение возможности работы пульсатора в автономном автоколебательном режиме без использования какого-либо внешнего привода для вращения ротора с дефлекторами.
Техническим результатом изобретения является упрощение конструкции, снижение веса и габаритов и расширение области применения пульсатора за счет исключения из его конструкции внешнего привода ротора.
Технический результат изобретения достигается тем, что в пульсаторе, содержащем корпус с подводящим, отводящим и сливным каналами и рабочей камерой, сообщающейся со сливным каналом, вращающийся ротор с дефлекторами, установленный в рабочей камере корпуса, питающие сопла, сообщающиеся с подводящим каналом, и соосные с ними приемные сопла, сообщающиеся с отводящим каналом, при этом сопла своими торцевыми отверстиями сообщаются с рабочей камерой корпуса, а дефлекторы ротора выполнены с возможностью периодического прерывания в процессе вращения последнего рабочей струи, формируемой каждым питающим соплом, в отличие от прототипа дефлекторы выполнены в виде лопастей, установленных на боковой поверхности ротора с возможностью периодического взаимодействия с рабочей струей с образованием рабочего крутящего момента, приводящего во вращение ротор, а оси сопел расположены эксцентрично оси ротора или тангенциально к последнему, причем при расположении осей сопел эксцентрично оси ротора каждая лопасть последнего расположена радиально и под углом к ротору, а при расположении осей сопел тангенциально к ротору каждая лопасть последнего имеет плоскую форму или форму желоба, чаши или ковша, при этом лопасти, имеющие плоскую форму или форму желоба, установлены радиально к ротору, а лопасти, имеющие форму чаши или ковша, установлены тангенциально к ротору.
При расположении осей сопел эксцентрично оси ротора радиальная кромка каждой лопасти последнего, обращенная к питающему соплу, может быть выполнена острой или закругленной в сторону ее радиальной кромки, обращенной к приемному соплу, а рабочая поверхность каждой лопасти ротора, взаимодействующая с рабочей струей, может быть выполнена в форме желоба с дугообразным поперечным сечением, направленного вдоль зоны взаимодействия лопасти с рабочей струей.
Пульсатор может быть снабжен, по меньшей мере, одним пусковым соплом, размещенным в периферийной части ротора, в котором выполнен осевой канал, снабженный питающим каналом, сообщающимся с подводящим каналом, и, по меньшей мере, один радиальный канал, сообщающий осевой канал с пусковым соплом, при этом пусковое сопло направлено тангенциально к ротору в сторону, противоположную направлению вращения последнего, а в роторе установлен подпружиненный затвор с возможностью радиального перемещения относительно ротора под действием центробежной силы с перекрытием радиального канала после окончания запуска пульсатора.
Пульсатор может быть снабжен пусковым соплом, установленным в корпусе с возможностью периодического взаимодействия формируемой им пусковой струи с лопастями ротора с образованием на последнем пускового крутящего момента, совпадающего по направлению с рабочим крутящим моментом, и это сопло снабжено питающим каналом, сообщающимся с источником давления, например с подводящим каналом, при этом в питающем канале пускового сопла установлен запорный орган, а лопасти расположены на роторе равномерно с возможностью взаимодействия каждой из них поочередно с пусковой и рабочей струями и возможностью взаимодействия рабочей или пусковой струи, по меньшей мере, с одной из лопастей в любом положении ротора. Запорный орган, установленный в питающем канале пускового сопла, может быть выполнен в виде запорного клапана, управляемого действующим со стороны подводящего канала давлением с возможностью перекрытия питающего канала пускового сопла после запуска пульсатора.
В пульсаторе с эксцентричным расположением осей сопел относительно оси ротора последний может быть снабжен соосным с ним наружным кольцом, закрепленным на внешних концах лопастей, и радиальными пусковыми лопатками, установленными на указанном кольце и подпружиненными относительно последнего в радиальном направлении, при этом каждая пусковая лопатка установлена под углом к ротору с возможностью периодического взаимодействия в режиме запуска с рабочей струей с образованием на роторе пускового крутящего момента, совпадающего по направлению с рабочим крутящим моментом, и возможностью радиального перемещения относительно ротора под действием центробежной силы с выходом из зоны указанного взаимодействия после окончания запуска, а лопасти и пусковые лопатки размещены на роторе поочередно и равномерно с возможностью взаимодействия рабочей струи с одной из лопастей или с одной из пусковых лопаток в любом положении ротора.
В пульсаторе с тангенциальным расположением осей сопел относительно ротора последний может быть снабжен радиальными пусковыми лопатками, каждая из которых установлена на прикрепленных к боковой поверхности ротора радиальных стойках с возможностью периодического взаимодействия в режиме запуска с рабочей струей с образованием на роторе пускового крутящего момента, совпадающего по направлению с рабочим крутящим моментом, и возможностью продольного перемещения относительно стоек под действием центробежной силы с выходом из зоны указанного взаимодействия после окончания запуска, при этом каждая пусковая лопасть подпружинена относительно ротора в радиальном направлении, а лопасти и пусковые лопатки размещены на роторе поочередно и равномерно с возможностью взаимодействия рабочей струи с одной из лопастей или с одной из пусковых лопаток в любом положении ротора.
В пульсаторе с эксцентричным расположением осей сопел относительно оси ротора последний может быть снабжен установленными на его боковой поверхности радиальными пусковыми лопатками, расположенными под углом к ротору с возможностью периодического взаимодействия с рабочей струей с образованием на роторе крутящего момента, совпадающего по направлению с рабочим крутящим моментом, при этом в каждой пусковой лопатке в зоне взаимодействия с рабочей струей выполнено дугообразное продольное относительно ротора отверстие для прохода центральной части рабочей струи, а лопасти и пусковые лопатки размещены на роторе поочередно и равномерно с возможностью взаимодействия рабочей струи с одной из лопастей или с одной из пусковых лопаток в любом положении ротора.
В пульсаторе с тангенциальным расположением осей сопел относительно ротора последний может быть снабжен радиальными пусковыми лопатками, установленными на его боковой поверхности с возможностью периодического взаимодействия с рабочей струей с образованием на роторе крутящего момента, совпадающего по направлению с рабочим крутящим моментом, при этом в каждой пусковой лопатке в зоне взаимодействия с рабочей струей выполнена радиальная относительно ротора прорезь для прохода центральной части рабочей струи, а лопасти и пусковые лопатки размещены на роторе поочередно и равномерно с возможностью взаимодействия рабочей струи с одной из лопастей или с одной из пусковых лопаток в любом положении ротора.
Пульсатор может быть снабжен радиальной пусковой турбиной с рабочим лопастным колесом и тангенциальным выходным каналом, в которой рабочим колесом служит ротор с лопастями, а выходным каналом - сливной канал корпуса, при этом боковая поверхность рабочей камеры корпуса выполнена цилиндрической формы соосно с ротором и на ней выполнено сливное отверстие, сообщающееся со сливным каналом корпуса, выполненным тангенциально относительно ротора и направленным своим выходом в сторону вращения последнего, и это сливное отверстие расположено на боковой поверхности рабочей камеры корпуса таким образом, что угол с вершиной на оси ротора, отсчитываемый в плоскости и направлении вращения последнего от центра торцевого отверстия приемного сопла до центра указанного сливного отверстия, составляет 30-135°. При этом в отводящем канале может быть установлен запорный орган, или пробка, или разрывная диафрагма с возможностью перекрытия указанного канала в процессе запуска пульсатора и его открытия после указанного запуска.
В пульсаторе лопасти могут быть расположены на роторе равномерно с возможностью поочередного взаимодействия каждой из них, по меньшей мере, с двумя рабочими струями и возможностью взаимодействия, по меньшей мере, одной из лопастей с, по меньшей мере, одной рабочей струей в любом положении ротора.
Пульсатор может быть снабжен ограничителем скорости вращения ротора и этот ограничитель может быть выполнен:
- в виде установленных на периферии ротора тормозных лопаток, имеющих плоскую форму или форму желоба и установленных радиально к ротору, или имеющих форму чаши или ковша и установленных тангенциально к ротору, при этом тормозные лопатки, имеющие форму желоба, чаши и ковша, обращены в сторону вращения ротора, причем лопасти ротора в таком пульсаторе могут быть совмещены с тормозными лопатками;
- в виде центробежного механизма, содержащего грузовые элементы, установленные в периферийной части ротора с возможностью радиального перемещения и взаимодействия с боковой поверхностью рабочей камеры с созданием на роторе тормозного момента при увеличении скорости его вращения свыше заданного значения;
- в виде, по меньшей мере, одного тормозного сопла, размещенного в периферийной части ротора, в котором выполнен осевой канал, снабженный питающим каналом, сообщающимся с подводящим каналом, и, по меньшей мере, один радиальный канал, сообщающий осевой канал с тормозным соплом, при этом тормозное сопло направлено тангенциально к ротору в сторону вращения последнего, а в роторе установлен подпружиненный затвор с возможностью перекрытия радиального канала и возможностью открытия под действием центробежной силы при увеличении скорости вращения ротора свыше заданного значения;
- в виде тормозного сопла, установленного в корпусе с возможностью периодического взаимодействия формируемой им струи с лопастями с образованием на роторе тормозного момента, направленного в сторону, противоположную направлению вращения ротора, при этом тормозное сопло снабжено питающим каналом, сообщающимся с источником давления, например с подводящим каналом, и в питающем канале установлен запорный орган.
В корпусе пульсатора может быть выполнен дополнительный сливной канал с перекрывным органом, расположенный тангенциально относительно ротора и направленный своим выходом противоположно направлению вращения последнего, а ограничитель скорости вращения ротора может быть выполнен в виде радиальной турбины с рабочим лопастным колесом и тангенциальным выходным каналом, в которой рабочим колесом служит ротор с лопастями, а выходным каналом - дополнительный сливной канал корпуса, при этом в основном сливном канале корпуса установлен запорный орган, а боковая поверхность рабочей камеры корпуса выполнена цилиндрической формы соосно с ротором и на ней выполнено дополнительное сливное отверстие, сообщающееся с дополнительным сливным каналом и расположенное на указанной поверхности таким образом, что угол с вершиной на оси ротора, отсчитываемый в плоскости вращения последнего от центра торцевого отверстия приемного сопла до центра дополнительного сливного отверстия в направлении, противоположном направлению указанного вращения, составляет 30-135°. В таком пульсаторе запорный орган может быть выполнен в виде центробежного механизма, содержащего закрепленный на концевой части вала ротора диск с, по меньшей мере, одним радиальным каналом, сообщающимся с выполненным в вале ротора осевым каналом, и подпружиненный затвор, установленный в радиальном канале диска с возможностью радиального перемещения относительно последнего под действием центробежной силы с частичным или полным перекрытием радиального канала диска при увеличении скорости вращения ротора свыше заданного значения, при этом диск размещен в полости, выполненной в торцевой части корпуса в зоне концевой части вала ротора и снабженной сливным каналом, а в корпусе выполнен входной канал, сообщающий осевой канал вала ротора с выходом основного сливного канала корпуса.
В пульсаторе с ограничителем скорости вращения ротора, выполненным в виде установленного в корпусе тормозного сопла или виде радиальной турбины, запорный орган может быть выполнен в виде регулируемого дросселя и при этом может быть снабжен регулируемым приводом.
В пульсаторе с установленным в корпусе пусковым соплом запорный орган также может быть выполнен в виде регулируемого дросселя и при этом может быть снабжен регулируемым приводом.
В любом из указанных выше вариантов пульсатора с регулируемым приводом запорного органа этот привод может быть снабжен управляющим устройством, содержащим датчик давления, подключенный к отводящему каналу, установленный в последнем расходомер, датчик температуры рабочей среды, установленный, например, в отводящем канале, блок коррекции и программное устройство, вход которого подключен к датчику давления, расходомеру и датчику температуры рабочей среды, а выход - к одному из выходов блока коррекции, второй вход которого подключен к датчику давления, а выход - к регулируемому приводу.
Пульсатор может быть снабжен управляющим устройством, содержащим датчик давления, подключенный к отводящему каналу, установленный в последнем расходомер, датчик температуры рабочей среды, установленный, например, в отводящем канале, блок коррекции, один выход которого подключен к регулируемому приводу запорного органа, установленного в питающем канале тормозного сопла или сливном канале, а второй выход - к регулируемому приводу запорного органа, установленного в питающем канале пускового сопла, и программное устройство, вход которого подключен к датчику давления, расходомеру и датчику температуры рабочей среды, а выход - к одному из входов блока коррекции, второй вход которого подключен к датчику давления.
Технический результат изобретения достигается тем, что в пульсаторе, содержащем корпус с подводящим, отводящим и сливным каналами и рабочей камерой, сообщающейся со сливным каналом, вращающийся ротор с дефлекторами, установленный в рабочей камере корпуса, питающие сопла, сообщающиеся с подводящим каналом, и соосные с ними приемные сопла, сообщающиеся с отводящим каналом, при этом сопла своими торцевыми отверстиями сообщаются с рабочей камерой корпуса, а дефлекторы ротора выполнены с возможностью периодического прерывания в процессе вращения последнего рабочей струи, формируемой каждым питающим соплом, ротор выполнен в виде турбины типа “сегнерово колесо” с тангенциальными соплами, а каждый дефлектор ротора выполнен в виде одного из сопел указанной турбины с возможностью периодического отклонения формируемой этим соплом струей рабочей струи от торцевого отверстия приемного сопла, при этом в роторе выполнен осевой канал, снабженный питающим каналом, сообщающимся с источником давления, например подводящим каналом, и, по меньшей мере, один радиальный канал, сообщающий осевой канал с соплом турбины.
В питающем канале осевого канала ротора данного пульсатора может быть установлен регулируемый дроссель, снабженный регулируемым приводом.
Данный пульсатор может быть снабжен ограничителем скорости вращения ротора и этот ограничитель может быть выполнен:
- в виде центробежного механизма, содержащего грузовые элементы, установленные в периферийной части ротора с возможностью радиального перемещения и взаимодействия с боковой поверхностью рабочей камеры с созданием на роторе тормозного момента при увеличении скорости его вращения свыше заданного значения, при этом боковая поверхность рабочей камеры выполнена цилиндрической формы соосно с ротором;
- в виде установленных на периферии ротора тормозных лопаток, имеющих плоскую форму или форму желоба и установленных радиально к ротору, или имеющих форму чаши или ковша и установленных тангенциально к ротору, при этом тормозные лопатки, имеющие форму желоба, чаши и ковша, обращены в сторону вращения ротора;
- в виде, по меньшей мере, одного тормозного сопла, размещенного в периферийной части ротора, в котором выполнен осевой канал, снабженный питающим каналом, сообщающимся с подводящим каналом, и, по меньшей мере, один радиальный канал, сообщающий осевой канал с тормозным соплом, при этом тормозное сопло направлено тангенциально к ротору в сторону вращения последнего, а в роторе установлен подпружиненный затвор с возможностью перекрытия радиального канала и возможностью открытия под действием центробежной силы при увеличении скорости вращения ротора свыше заданного значения;
- в виде тормозного сопла, установленного в корпусе с возможностью периодического взаимодействия формируемой им струи с тормозными лопатками с образованием на роторе тормозного момента, направленного в сторону, противоположную направлению вращения ротора, при этом тормозное сопло снабжено питающим каналом, сообщающимся с источником давления, например с подводящим каналом, и в питающем канале установлен запорный орган.
В данном пульсаторе запорный орган, установленный в питающем канале тормозного сопла или сливном канале корпуса пульсатора, может быть выполнен в виде регулируемого дросселя и при этом может быть снабжен регулируемым приводом.
Вместе с тем, в данном пульсаторе регулируемый привод любого из запорных органов может быть снабжен управляющим устройством, содержащим датчик давления, подключенный к отводящему каналу, установленный в последнем расходомер, датчик температуры рабочей среды, установленный, например, в отводящем канале, блок коррекции и программное устройство, вход которого подключен к датчику давления, расходомеру и датчику температуры рабочей среды, а выход - к одному из выходов блока коррекции, второй вход которого подключен к датчику давления, а выход - к регулируемому приводу.
Кроме того, данный пульсатор может быть также снабжен управляющим устройством, содержащим датчик давления, подключенный к отводящему каналу, установленный в последнем расходомер, датчик температуры рабочей среды, установленный, например, в отводящем канале, блок коррекции, один выход которого подключен к регулируемому приводу запорного органа, установленного в питающем канале тормозного сопла, а второй выход - к регулируемому приводу запорного органа регулируемого дросселя, установленного в питающем канале осевого канала ротора, и программное устройство, вход которого подключен к датчику давления, расходомеру и датчику температуры рабочей среды, а выход - к одному из входов блока коррекции, второй вход которого подключен к датчику давления.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где изображены:
на фиг.1 - продольный разрез пульсатора с эксцентричным расположением осей сопел относительно оси ротора;
на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1;
на фиг.3 - увеличенное сечение Б-Б на фиг.2;
на фиг.4 - лопасть ротора, выполненная в виде желоба;
на фиг.5 - сечение В-В на фиг.4;
на фиг.6 – сечение Г-Г на фиг.5;
на фиг.7 - продольный разрез пульсатора с тангенциальным расположением осей сопел относительно ротора;
на фиг.8 и 9 - сечение Д-Д на фиг.7;
на фиг.10 - лопасть ротора, выполненная в виде чаши;
на фиг.11 - лопасть ротора, выполненная в виде ковша;
на фиг.12 - ротор с тангенциальным пусковым соплом;
на фиг.13 - сечение Е-Е на фиг.12;
на фиг.14 - запорный клапан питающего канала пускового сопла;
на фиг.15 - ротор с центробежными пусковыми лопатками в пульсаторе с эксцентричным расположением осей сопел относительно оси ротора;
на фиг.16 - сечение Ж-Ж на фиг.15;
на фиг.17 - ротор с центробежными пусковыми лопатками в пульсаторе с тангенциальным расположением осей сопел относительно ротора;
на фиг.18 - сечение З-З на фиг.17;
на фиг.19 - ротор с радиальными пусковыми лопатками в пульсаторе с эксцентричным расположением осей сопел относительно оси ротора;
на фиг.20 - сечение И-И на фиг.19;
на фиг.21 - ротор с радиальными пусковыми лопатками в пульсаторе с тангенциальным расположением осей сопел относительно ротора;
на фиг.22 - сечение К-К на фиг.21;
на фиг.23 - радиальная пусковая лопатка, имеющая форму желоба;
на фиг.24 - сечение Л-Л на фиг.23;
на фиг.25 - вид по стрелке М на фиг.23;
на фиг.26 - продольный разрез пульсатора с эксцентричным расположением осей сопел относительно оси ротора и радиальной пусковой турбиной;
на фиг.27 - сечение Н-Н на фиг.26;
на фиг.28 - продольный разрез пульсатора с тангенциальным расположением осей сопел относительно ротора и радиальной пусковой турбиной;
на фиг.29 - ротор с внешним пусковым приводом и внешним тормозным механизмом;
на фиг.30 - продольный разрез пульсатора с эксцентричным расположением осей сопел относительно оси ротора и, по меньшей мере, двумя парами рабочих сопел;
на фиг.31 и 32 - сечение О-О на фиг.30;
на фиг.33 - продольный разрез пульсатора с тангенциальным расположением осей сопел относительно ротора и, по меньшей мере, двумя парами рабочих сопел;
на фиг.34 - сечение П-П, на фиг.33;
на фиг.35-42 - варианты выполнения тормозных лопаток ротора и их расположения относительно ротора и его лопастей;
на фиг.43 - ротор с шаровым тормозным центробежным элементом;
на фиг.44 - сечение Р-Р на фиг.43;
на фиг.45 - ротор с цилиндрическим тормозным центробежным элементом;
на фиг.46 - сечение С-С на фиг.45;
на фиг.47-50 - варианты выполнения тормозных центробежных элементов и их расположения относительно ротора и его лопастей;
на фиг.51 - ротор с тангенциальным тормозным соплом;
на фиг.52 - сечение Т-Т на фиг.51;
на фиг.53 - тормозное сопло ротора, размещенное внутри лопасти;
на фиг.54 - вид по стрелке У на фиг.53;
на фиг.55 - тормозное сопло ротора, размещенное за лопастью;
на фиг.56 -стабилизатор давления в подводящем канале;
на фиг.57 - запорный орган сливного канала, выполненный в виде центробежного затвора;
на фиг.58 и 59 - варианты схемы регулирования частоты выходных импульсов пульсатора в ее низком диапазоне;
на фиг.60 - схема регулирования частоты выходных импульсов пульсатора в ее высоком диапазоне;
на фиг.61-63 - варианты схемы комбинированного регулирования частоты выходных импульсов пульсатора в ее низком и высоком диапазоне;
на фиг.64 - схема управляющего устройства для регулирования низких или высоких частот выходных импульсов пульсатора;
на фиг.65 - схема комбинированного управляющего устройства для регулирования низких и высоких частот выходных импульсов пульсатора;
на фиг.66 - продольный разрез пульсатора с эксцентричным расположением осей сопел относительно оси ротора, выполненного в виде турбины типа “сегнерово колесо” с тангенциальными рабочими соплами;
на фиг.67 - сечение Ф-Ф на фиг.66;
на фиг.68 и 69 - увеличенный вид по стрелке Х на фиг.67;
на фиг.70 - продольный разрез пульсатора с тангенциальным расположением осей сопел относительно ротора, выполненного в виде турбины типа “сегнерово колесо” с тангенциальными рабочими соплами;
на фиг.71 - фрагмент схемы регулирования низкого или высокого диапазонов частоты выходных импульсов пульсатора с гидродинамическим прерывателем потока рабочей среды;
на фиг.72 - фрагмент схемы комбинированного регулирования низкого и высокого диапазонов частоты выходных импульсов указанного пульсатора.
Пульсатор содержит корпус 1 (фиг.1 и 2) с подводящим 2, отводящим 3 и сливным 4 каналами и рабочей камерой 5, сообщающейся со сливным каналом 4, вращающийся ротор 6 с лопастями-дефлекторами 7 на боковой поверхности, установленный в рабочей камере 5, конфузорные питающие сопла 8, сообщающиеся с подводящим каналом 2, и соосные с ними и встречно к ним направленные диффузорные приемные сопла 9, сообщающиеся с отводящим каналом 3. При этом сопла 8 и 9 своими торцевыми отверстиями соответственно 10 и 11 сообщаются с рабочей камерой 5, а лопасти 7 выполнены с возможностью периодического прерывания в процессе вращения ротора 6 рабочей струи 12 (на фиг.2 заштрихованным кругом 12 показано поперечное сечение рабочей струи), формируемой каждым питающим соплом 8, с взаимодействием каждой лопасти 7 с рабочей струей 12 в процессе прерывания последней с образованием рабочего крутящего момента, приводящего во вращение ротор 6 с угловой скоростью ω .
Ось I-I каждой пары сопел 8 и 9 (фиг.1) может быть расположена эксцентрично относительно оси II-II ротора 6. При этом каждая лопасть 7 (фиг.2) расположена радиально и под углом α (фиг.3) к ротору и совершает в процессе вращения ротора 6 движение в направлении стрелки S под действием рабочей струи 12, направление истечения которой из питающего сопла 8 обозначено стрелкой V. Для исключения лобового удара рабочей струи о лопасть 7 радиальная кромка 13 каждой лопасти 7, обращенная к питающему соплу 8, выполнена острой или закругленной в сторону радиальной кромки 14 данной лопасти, обращенной к приемному соплу 9. При этом лопасти 7 могут иметь форму, аналогичную форме лопаток (лопастей), используемых в турбомашинах (турбинах, компрессорах, насосах, вентиляторах и т.п.), т.е. могут быть плоскими, закрученными и т.п., и могут быть выполнены за одно целое с ротором 6 или в виде самостоятельных деталей, закрепленных в выполненных на боковой поверхности ротора пазах или непосредственно на боковой поверхности ротора. В целях повышения КПД пульсатора, а также амплитуды и мощности его выходных импульсов в отводящем канале 3 за счет снижения степени деформации рабочей струи лопастями 7 рабочая поверхность каждой из последних, взаимодействующая с рабочей струей, может быть выполнена в форме желоба 15 (фиг.4 и 5) с дугообразным поперечным сечением (фиг.6), направленного вдоль зоны взаимодействия лопасти 7 с рабочей струей 12. Радиус r желоба 15 может составлять 1,0-2,5d, а глубина а - 0,5-1,5d, где d - диаметр торцевого отверстия 10 (фиг.1) питающего сопла 8.
Ось I-I каждой пары сопел 8 и 9 может быть расположена также тангенциально к ротору 6 (фиг.7), лопасти 7 которого могут иметь, например, плоскую форму. В целях повышения КПД пульсатора, а также амплитуды и мощности его выходных импульсов в отводящем канале 3 за счет снижения степени деформации рабочей струи лопастями 7 последние могут быть выполнены также в форме жeлоба (фиг.7 и 9). При необходимости повышения скорости вращения ротора 6 (например, для повышения частоты импульсов давления и расхода, вырабатываемых в отводящем канале 3) за счет снижения “лобового” сопротивления вращающихся лопастей 7 в рабочей среде, заполняющей камеру 5, указанные лопасти могут быть выполнены с удобообтекаемой формой, например в форме желоба (фиг.7 и 9), как отмечено выше, или в форме чаши (фиг.10) или ковша (фиг.11). При этом лопасти 7, имеющие плоскую форму или форму желоба, установлены радиально к ротору 6 (фиг.7-9), лопасти 7, имеющие форму чаши или ковша (фиг.10 и 11), установлены тангенциально к ротору 6, а каждая лопасть 7, независимо от формы ее выполнения, установлена на роторе 6 с возможностью периодического попадания в нее рабочей струи в процессе вращения ротора.
Для обеспечения возможности запуска пульсатора, имеющего одну пару рабочих сопел 8 и 9 (фиг.1), из начального положения, при котором рабочая струя не попадает на лопасть 7, пульсатор может быть снабжен пусковым устройством, выполненным с возможностью вращения ротора 6 при запуске пульсатора, при этом пусковой крутящий момент, создаваемый на роторе пусковым устройством, совпадает по направлению с рабочим крутящим моментом. В пульсаторе, как с эксцентричным (фиг.1), так и с тангенциальным (фиг.7) расположением сопел 8 и 9 относительно ротора 6, пусковое устройство может быть выполнено в виде, по меньшей мере, одного пускового сопла 16 (фиг.12 и 13), размещенного в периферийной части ротора 6, в котором выполнен осевой канал 17, снабженный питающим каналом 18, соединенным с подводящим каналом 2, и, по меньшей мере, один радиальный канал 19, сообщающий осевой канал 17 с пусковым соплом 16, которое направлено тангенциально к ротору 6 в сторону, противоположную направлению вращения последнего. Ротор 6 снабжен соосным с ним валом 20, конец которого, обращенный к питающему каналу 18, выполнен пустотелым с продолжением в нем осевого канала 17 ротора. Для исключения утечек рабочей среды из питающего канала 18 в рабочую камеру 5 вал 20 снабжен уплотнением 21, а для исключения нерационального расхода рабочей среды через пусковое сопло 16 после окончания запуска пульсатора может быть использован подпружиненный затвор 22 центробежного действия, установленный в роторе 6 с возможностью радиального перемещения относительно последнего под действием центробежной силы с перекрытием радиального канала 19 после окончания запуска пульсатора. При этом масса и размеры затвора 22, а также жесткость и усилие предварительного сжатия его возвратной пружины 23 подбираются из расчета, чтобы затвор закрывался до выхода пульсатора на рабочий режим. Вместе с тем, пусковое устройство может быть выполнено в виде пускового сопла 24 (фиг.1 и 7), установленного в корпусе 1 с возможностью периодического взаимодействия формируемой им пусковой струи 25 (фиг.2, на которой заштрихованным кругом 25 показано поперечное сечение пусковой струи) с лопастями 7 с образованием на роторе пускового крутящего момента, совпадающего по направлению с рабочим крутящим моментом и снабженного питающим каналом 26, сообщающим его с источником давления, в качестве которого может быть использован, например, подводящий канал 2. При этом лопасти 7 расположены на роторе 6 равномерно с возможностью взаимодействия каждой из них поочередно с пусковой 25 и рабочей 12 струями и возможностью взаимодействия рабочей 12 или пусковой 25 струи, по меньшей мере, с одной из лопастей 7 в любом положении ротора 6, занимаемом в процессе его вращения. Для исключения нерационального расхода рабочей среды через пусковое сопло 24 после окончания запуска пульсатора в питающем канале 26 может быть установлен запорный орган 27 (фиг.1 и 7) (например, кран, вентиль, задвижка, заслонка и т.п.). Запорный орган 27 может быть выполнен в виде установленного в питающем канале 26 запорного клапана 28 (фиг.14) с отверстиями 29 для прохода рабочей среды и пружиной 30, управляемого действующим со стороны подводящего канала 2 давлением с возможностью перекрытия питающего канала 26 после запуска пульсатора до момента подъема давления в подводящем канале 2 до рабочего уровня.
В пульсаторе с эксцентричным расположением сопел 8 и 9 относительно оси ротора 6 (фиг.1) для обеспечения возможности запуска ротор может быть снабжен соосным с ним наружным кольцом 31 (фиг.15), закрепленным на внешних концах лопастей 7, и радиальными пусковыми лопатками 32, установленными на кольце 31 под углом β (фиг.16) к ротору 6 с возможностью радиального перемещения и снабженными пружинами 33, размещенными в полостях 34 кольца 31. Аналогичным образом в пульсаторе с тангенциальным расположением сопел 8 и 9 относительно ротора 6 (фиг.7) для обеспечения возможности запуска ротор может быть снабжен радиальными пусковыми лопатками 32 (фиг.17 и 18) плоской (как на фиг.7 и 8) или желобообразной (как на фиг.9) формы, каждая из которых установлена на прикрепленных к боковой поверхности ротора 6 радиальных стойках 35 с возможностью продольного перемещения относительно последних и прижимается в исходном положении к ротору 6 пружинами 36. Для снижения величины радиального перемещения лопаток 32 относительно ротора 6 в каждой из них может быть выполнена радиальная прорезь 37. При этом в любом из представленных на фиг.15-18 вариантов исполнения пульсатора к пусковым лопаткам 32 могут быть прикреплены центробежные грузовые элементы 38 для увеличения действующей на указанные лопатки центробежной силы и каждая пусковая лопатка 32 установлена на роторе 6 с возможностью периодического взаимодействия в режиме запуска пульсатора с рабочей струей 12 (по всему поперечному сечению последней или с его частью - как показано на фиг.15 и 18) с образованием на роторе пускового крутящего момента, совпадающего по направлению с рабочим крутящим моментом, и возможностью радиального перемещения совместно с грузовым элементом 38 относительно ротора 6 под действием центробежной силы с выходом из зоны указанного взаимодействия после окончания запуска. В более простом конструктивном исполнении радиальные пусковые лопатки 32 ротора пульсатора с эксцентричным расположением сопел 8 и 9 относительно оси ротора (фиг.1) могут иметь форму и расположение относительно ротора, аналогичные форме и расположению лопастей 7, и могут отличаться от последних наличием дугообразных продольных относительно ротора 6 отверстий 39 (фиг.19 и 20), расположенных на окружности 40, проходящей через ось I-I (фиг.1) сопел 8 и 9, а лопатки 32 ротора пульсатора с тангенциальным расположением сопел 8 и 9 относительно ротора (фиг.7) могут иметь плоскую (фиг.21 и 22) или желобообразную (фиг.23-25) форму и радиальную относительно ротора прорезь 41. Отверстия 39 и прорези 41 в пусковых лопатках 32 служат для прохода центральной энергонесущей части (ядра) рабочей струи 12, отмеченной на фиг.19 и 25 односторонней штриховкой. При этом радиальная ширина b каждого отверстия 39 или продольная относительно ротора 6 ширина с каждой прорези 41 не превышает по величине диаметр d торцевого отверстия 10 (фиг.1) питающего сопла 8, а лопатки 32 с отверстиями 39 или прорезями 41 установлены на роторе 6 с возможностью периодического взаимодействия с участками периферийной зоны рабочей струи 12, отмеченными на фиг.19 и 25 перекрестной штриховкой, с образованием на роторе крутящего момента, совпадающего по направлению с рабочим крутящим моментом. Каждая лопатка 32 с прорезью 41 делится последней на две симметричные половины (фиг.25), периферийные концы которых могут быть соединены узкой перемычкой 42 (например, при необходимости обеспечения требуемой жесткости и прочности лопаток 32), а в роторе 6 с лопатками 32, расположенными под углом β к ротору (фиг.16 и 20), указанный угол равен или близок по величине углу α . При этом в любом из представленных на фиг.15-25 вариантов исполнения пульсатора лопасти 7 и пусковые лопатки 32 размещены на роторе 6 поочередно и равномерно с возможностью взаимодействия рабочей струи 12 с одной из лопастей 7 или с одной из пусковых лопаток 32 в любом положении ротора. Пусковое устройство может быть выполнено также в виде радиальной турбины с рабочим лопастным колесом и тангенциальным выходным каналом (фиг.26-28), в которой рабочим колесом служит ротор 6 с лопастями 7, а выходным каналом - сливной канал 4. При этом боковая поверхность 43 рабочей камеры 5 имеет цилиндрическую форму, выполнена соосно с ротором 6 и имеет сливное отверстие 44, сообщающееся со сливным каналом 4, который расположен тангенциально к ротору 6 и своим выходом направлен в сторону вращения ротора. Сливное отверстие 44 расположено на поверхности 43 таким образом, что угол γ с вершиной на оси ротора 6, отсчитываемый в плоскости и направлении вращения последнего от центра торцевого отверстия приемного сопла 9 до центра сливного отверстия 44, составляет 30-135°. Данный вариант пускового устройства целесообразно использовать, когда нагрузка пульсатора (потребитель импульсов, вырабатываемых в отводящем канале 3) имеет большое гидравлическое сопротивление (например, гидроцилиндр вибропривода с малым рабочим ходом и небольшой площадью поршня или штока), при котором большая часть расхода рабочей среды, подводимой к пульсатору по каналу 2, уходит в сливной канал 4, обеспечивая вращение ротора 6 при запуске пульсатора и дополнительный крутящий момент на роторе в процессе работы пульсатора. В случае подключения к отводящему каналу 3 нагрузки с небольшим гидравлическим сопротивлением и большим расходом рабочей среды (например, камеры для промывки каких-либо деталей и изделий; сопла, вырабатывающего пульсирующую струю и т.п.) для увеличения указанного сопротивления в канале 3 может быть установлен запорный орган 45 (фиг.26), а в случае, когда запорный орган применить невозможно (например, при использовании пульсатора для выполнения различных технологических процессов в скважинах), для повышения гидравлического сопротивления отводящего канала 3 на период запуска пульсатора в нем может быть установлен самодействующий запорный элемент, выполненный, например, в виде пробки 46 (фиг.28) или разрывной диафрагмы (мембраны) (не показана). Для обеспечения возможности установки запорного элемента на выходе отводящего канала 3 может быть выполнена полость 47, снабженная герметичной съемной крышкой (не показана), закрывающей монтажное отверстие, через которое осуществляется установка запорного элемента перед запуском пульсатора. При использовании в качестве запорного элемента пробки 46 диаметр и длина полости 47 превышают соответственно диаметр и длину указанной пробки, что обеспечивает свободный проход рабочей среды через канал 3 после запуска пульсатора.
Возможно также выполнение пульсатора с внешним пусковым устройством, включающим ведущий вал 48 (фиг.29), один конец которого снабжен приводом 49 (например, ручным, электрическим, гидравлическим, пневматическим и т.п.), а другой - соединительной муфтой 50, выполненной с возможностью соединения ею вала 20 ротора с ведущим валом 48 при запуске пульсатора и последующего разъединения указанных валов по окончании запуска.
Пульсатор, имеющий, по меньшей мере, две пары рабочих сопел 8 и 9 (фиг.30-32 - пульсатор с эксцентричным расположением сопел 8 и 9 относительно оси ротора 6; фиг.33 и 34 - пульсатор с тангенциальным расположением сопел 8 и 9 относительно ротора 6), может быть выполнен без пускового устройства, а для обеспечения возможности запуска в нем лопасти 7 расположены на роторе 6 равномерно с возможностью поочередного взаимодействия каждой из них, по меньшей мере, с двумя рабочими струями 12 и возможностью взаимодействия, по меньшей мере, одной из лопастей 7 с, по меньшей мере, одной рабочей струей 12 в любом положении ротора 6.
При необходимости снижения частоты вырабатываемых в отводящем канале 3 пульсатора импульсов давления и/или расхода рабочей среды за счет снижения числа лопастей 7 любой из пульсаторов, показанных на фиг.1 и 30, может быть выполнен с одной лопастью 7, имеющей в плане форму полукольца (фиг.32). При этом в пульсаторе, представленном на фиг.1, пусковое сопло 24 расположено диаметрально противоположно по отношению к питающему соплу 8, а в пульсаторе, представленном на фиг.30, две пары рабочих сопел 8 и 9 расположены диаметрально противоположно по отношению друг к другу. При таком взаимном положении сопел и таком выполнении лопасти 7 начальный участок последней, начинающийся с радиальной кромки 13 (фиг.3), вступает во взаимодействие с рабочей струей 12 до момента окончания взаимодействия с концевым участком указанной лопасти второй рабочей струи 12 (фиг.32) или пусковой струи 25 (фиг.2) и таким образом на лопасть 7 постоянно оказывает воздействие струя рабочей среды, что создает на роторе 6 крутящий момент, приводящий его во вращение. Пульсатор с внешним пусковым устройством (фиг.29) также может быть выполнен с одной лопастью 7, которая после отключения пускового устройства по окончании запуска пульсатора продолжает вращаться, выходя из “мертвой зоны”, в которой отсутствует взаимодействие лопасти с рабочей струей, за счет силы собственной инерции, приобретаемой в процессе указанного взаимодействия.
При большой мощности рабочей струи, формируемой питающим соплом 8, угловая скорость ω ротора 6 может превысить требуемую величину, при которой обеспечивается заданное значение частоты выходных импульсов в отводящем канале 3 пульсатора. Для исключения указанного превышения скорости вращения ротора 6 и, соответственно, частоты вырабатываемых пульсатором импульсов давления и расхода рабочей среды пульсатор может быть снабжен ограничителем скорости вращения ротора, который может быть выполнен в виде установленных на периферии ротора 6 тормозных лопаток 51 (фиг.35; показано поперечное сечение лопатки 51 и лопасти 7), имеющих плоскую форму или форму желоба (фиг.36) и установленных радиально к ротору 6. Тормозные лопатки 51 могут быть выполнены также в форме чаши (фиг.37) или ковша (фиг.38) и установлены тангенциально к ротору 6. В отличие от аналогичных по форме лопастей 7, показанных на фиг.9-11, тормозные лопатки 51, имеющие форму желоба, чаши или ковша, направлены (обращены) в сторону вращения ротора 6, отмеченную стрелкой ω . В пульсаторе с эксцентричным расположением сопел 8 и 9 относительно оси ротора 6 (фиг.1) тормозные лопатки 51 могут быть установлены на боковой поверхности последнего (фиг.35 и 36). Для обеспечения возможности размещения тормозных лопаток 51 ротор 6 может быть выполнен двухступенчатым с расположением ступеней вдоль его оси. При этом на одной ступени ротора, расположенной ближе к питающему соплу 8 между поперечными сечениями 1-1 и 2-2 ротора, установлены лопасти 7, а на второй ступени, расположенной ближе к приемному соплу 9 между поперечными сечениями 2-2 и 3-3 ротора, установлены тормозные лопатки 51, закрытые со стороны питающего сопла 8 лопастями 7. Для снижения расстояния между торцами 10 и 11 (фиг.1) рабочих сопел 8 и 9 с целью снижения потерь энергии рабочей струи в камере 5 и, соответственно, с целью повышения КПД пульсатора с эксцентричным расположением сопел 8 и 9 относительно ротора 6 тормозные лопатки 51 могут быть установлены на кольце 52 (фиг.37 и 38), закрепленном на торцах лопастей 7 соосно с ротором 6. В пульсаторе с тангенциальным расположением сопел 8 и 9 относительно ротора 6 (фиг.33 и 34) тормозные лопатки 51 любой формы исполнения (плоские, в форме желоба, чаши или ковша; на фиг.33 и 34 представлена последняя из указанных форм исполнения тормозных лопаток 51) могут быть установлены на боковой поверхности ротора 6, имеющего две ступени, расположенные вдоль его оси. На одной из этих ступеней, расположенной между поперечными сечениями ротора 1-1 и 2-2, установлены лопасти 7, а на другой ступени, расположенной между поперечными сечениями 2-2 и 3-3 ротора, установлены тормозные лопатки 51. Для упрощения конструкции пульсатора тормозные лопатки 51 любой формы исполнения могут быть конструктивно совмещены с лопастями 7. В качестве примера указанного совмещения в пульсаторе с эксцентричным расположением сопел 8 и 9 (фиг.1) относительно оси ротора 6 на фиг.39 показано поперечное сечение лопасти 7 и плоской тормозной лопатки 51, выполненных как единое целое, а на фиг.40 - поперечное сечение лопасти 7, совмещенной с тормозной лопаткой 51, имеющей форму желоба. Примеры аналогичного совмещения в пульсаторе с тангенциальным расположением сопел 8 и 9 (фиг.7) относительно ротора 6 показаны на фиг.41, где лопасть 7, выполненная, например, в виде желоба (показано поперечное сечение лопасти), совмещена с плоской тормозной лопаткой 51, и на фиг.42, где указанная лопасть совмещена с тормозной лопаткой 51, выполненной в форме желоба. При этом в пульсаторе как с эксцентричным, так и с тангенциальным расположением сопел 8 и 9 относительно ротора 6, тормозные лопатки 51 расположены со стороны лопасти 7, обращенной в сторону движения последней (фиг.39-42), отмеченную стрелкой S.
Ограничитель скорости вращения ротора 6 может быть выполнен также в виде центробежного механизма с грузовыми элементами 53 (фиг.33), установленными в периферийной части ротора 6 с возможностью радиального перемещения под действием центробежной силы и взаимодействия с боковой поверхностью 43 рабочей камеры 5 с созданием на роторе тормозного момента при увеличении скорости его вращения свыше заданного значения. При этом боковая поверхность 43 рабочей камеры 5 выполнена цилиндрической формы соосно с ротором, а грузовые элементы 53 могут быть установлены радиально к ротору и иметь шаровую (фиг.43 и 44) или цилиндрическую (фиг.45 и 46) форму. Указанные элементы могут быть выполнены также в виде сектора соосного с ротором 6 кругового кольца (фиг.47), имеющего круглое или прямоугольное поперечное сечение. Для обеспечения возможности размещения грузовых элементов 53 ротор 6 может быть выполнен двухступенчатым с расположением ступеней вдоль его оси (фиг.34 и 43). При этом на одной ступени ротора 6, расположенной между его поперечными сечениями 1-1 и 2-2, установлены лопасти 7, а на второй ступени, расположенной между поперечными сечениями 2-2 и 3-3 ротора, установлены грузовые элементы 53. На фиг.47 показано поперечное сечение пульсатора с тангенциальным расположением сопел 8 и 9 относительно ротора 6 (фиг.33), который выполнен двухступенчатым, при этом грузовые элементы 53 расположены внутри второй ступени ротора 6, а на фиг.48 - поперечное сечение пульсатора с эксцентричным расположением сопел 8 и 9 относительно оси ротора 6 (фиг.1), который тоже выполнен двухступенчатым, при этом цилиндрические грузовые элементы 53 расположены на второй ступени ротора 6 и закрыты от попадания в них рабочей струи 12 (фиг.1) лопастями 7, размещенными на первой ступени ротора. Вместе с тем, грузовые элементы 53 могут быть размещены в одноступенчатом роторе 6 внутри лопастей 7 (фиг.45 и 46) или на внешней боковой поверхности кольца 52 (фиг.49), закрепленного на торцах лопастей 7 соосно с ротором 6. Грузовые элементы 53 могут быть размещены также внутри указанного кольца 52 аналогично тому, как они размещены внутри ротора 6 (фиг.47). Для удержания грузовых элементов 53 от касания с боковой поверхностью 43 рабочей камеры 5 до момента, пока скорость вращения ротора 6 не превысит заданного значения, грузовые элементы 53 могут быть снабжены спиральными 54 (фиг.34 и 48) или дуговыми 55 (фиг.49 и 50) пружинами. При этом грузовые элементы 53, выполненные в виде сектора кругового кольца, могут быть закреплены на конце дуговой пружины 55 (фиг.49), второй конец которой закреплен на кольце 52 или на роторе 6. Для снижения создаваемой набегающим на грузовой элемент 53 потоком рабочей среды силы, препятствующей его радиальному перемещению в сторону тормозной цилиндрической поверхности 43 рабочей камеры 5, конец 56 указанного элемента, обращенный в сторону вращения ротора 6, может иметь удобообтекаемую аэродинамическую форму (например, форму конуса, полусферы и т.п.). При использовании дуговых пружин 55 (фиг.50) торможение ротора 6 может осуществляться за счет трения о поверхность 43 цилиндрической наружной поверхности пружины 55 или грузового элемента 53, взаимодействующего с поверхностью 43 через прорезь (окно), выполненную в пружине 55 (не показана). В пульсаторе с центробежными пусковыми лопастями 32 (фиг.15-18) грузовые элементы 38 могут быть снабжены тормозными штоками (не показаны), взаимодействующими с боковой поверхностью 43 рабочей камеры 5 при необходимости ограничения скорости вращения ротора. В условиях, когда грузовые элементы 53 или 38 имеют небольшие габариты, указанные элементы при необходимости увеличения их массы могут быть изготовлены из материала с высоким удельным весом (например, из свинца и т.п.).
Ограничитель скорости вращения ротора в пульсаторе как с эксцентричным (фиг.1), так и с тангенциальным (фиг.7) расположением сопел 8 и 9 относительно ротора, может быть выполнен также в виде, по меньшей мере, одного тормозного сопла 57 (фиг.51 и 52), размещенного в периферийной части ротора 6, в котором выполнен осевой канал 17, снабженный питающим каналом 18, и, по меньшей мере, один радиальный канал 19, сообщающий осевой канал 17 с тормозным соплом 57, которое направлено тангенциально к ротору 6 в сторону вращения последнего. Питающий канал 18 сообщает осевой канал 17 с источником давления, в качестве которого может быть использован, например, подводящий канал 2, а ротор 6 снабжен соосным с ним валом 20, конец которого, обращенный к питающему каналу 18, выполнен пустотелым с продолжением в нем осевого канала 17 ротора. Для исключения нерационального расхода рабочей среды через тормозное сопло 57 до момента начала торможения ротора 6 может быть использован подпружиненный затвор 58 центробежного действия, установленный в роторе 6 с возможностью перекрытия радиального канала 19 и радиального перемещения в направлении периферии ротора под действием центробежной силы с открытием радиального канала 19. При этом масса и размеры затвора 58, а также жесткость и усилие предварительного сжатия его возвратной пружины 59 подбираются из расчета, чтобы затвор открывал радиальный канал 19 при увеличении скорости вращения ротора 6 свыше заданного значения. При необходимости тормозное сопло 57 может быть размещено в лопасти 7 (фиг.53 и 54) или на второй ступени ротора 6, расположенной между сечениями 2-2 и 3-3 последнего (фиг.34 и 35). В последнем случае тормозное сопло 57 может быть расположено за лопастью 7 (фиг.55), закрывающей его от попадания рабочей струи 12 (фиг.2). Аналогичным образом может быть размещено на роторе 6 и пусковое сопло 16 (фиг.12 и 13).
Ограничитель скорости вращения ротора может быть выполнен также в виде тормозного сопла 60 (фиг.7 и 26), установленного в корпусе 1 с возможностью периодического взаимодействия формируемой им тормозной струи с лопастями 7 с образованием на роторе 6 тормозного момента, направленного в сторону, противоположную направлению вращения ротора. При этом тормозное сопло 60 снабжено питающим каналом 61, сообщающим указанное сопло с источником давления, в качестве которого может быть использован, например, подводящий канал 2, а лопасти 7 могут иметь, например, форму, показанную на фиг.3 - для пульсатора с эксцентричным расположением сопел 8 и 9 относительно оси ротора 6 (фиг.26) или на фиг.8 - для пульсатора с тангенциальным расположением сопел 8 и 9 относительно ротора 6 (фиг.7). Для обеспечения возможности взаимодействия тормозной струи с лопастью 7, показанной на фиг.3, с созданием на роторе тормозного момента, направленного против крутящего момента, создаваемого рабочей струей 12, сторона 62 указанной лопасти, обращенная к тормозному соплу 60, выполнена под углом δ к ротору 6, близким или равным по величине углу α , а для исключения лобового удара движущейся в направлении стрелки N тормозной струи о лопасть 7, в последней радиальная кромка 14, обращенная к тормозному соплу 60, может быть выполнена острой или закругленной (по пунктирной линии) в сторону радиальной кромки 13, так же, как последняя выполнена острой или закругленной в сторону радиальной кромки 14. Для исключения непроизводительного расхода рабочей среды через тормозное сопло 60 до момента начала торможения ротора 6 в питающем канале 61 установлен запорный орган 63.
Расход рабочей среды через тормозное сопло 57 (фиг.51 и 52) или 60 (фиг.7 и 26) может вызвать нежелательное изменение амплитуды импульсов, вырабатываемых в отводящем канале 3. Для исключения указанного изменения импульсов на выходе пульсатора любой из питающих каналов 18 или 61 может быть подключен к собственному источнику давления, не связанному с подводящим каналом 2. В случае подключения каждого из указанных питающих каналов к подводящему каналу 2 последний может быть снабжен стабилизатором давления рабочей среды, выполненным, например, в виде переливного клапана, содержащего корпус 64 (фиг.56) и размещенный в нем подпружиненный затвор 65 с дроссельным отверстием 66, предназначенным для демпфирования осевых колебаний затвора. В корпусе 64 выполнена полость 67, снабженная сливным каналом 68 и входным каналом 69, сообщающимся с подводящим каналом 2 и перекрываемым со стороны полости 67 затвором 65. Заданная величина давления в подводящем канале 2 настраивается за счет подбора диаметра затвора 65 и диаметра входного канала 69, а также жесткости и усилия предварительного сжатия пружины 70 затвора 65. Стабилизатор поддерживает на постоянном уровне давление в питающем сопле 8 при открытии затвора 58 (фиг.51) или запорного органа 63 (фиг.7 и 26) за счет изменения величины рабочего хода затвора 65 и, соответственно, величины расхода рабочей среды, перепускаемой из подводящей линии 2 через клапан на слив.
Ограничитель скорости вращения ротора может быть выполнен в виде радиальной турбины с рабочим лопастным колесом и тангенциальным выходным каналом, в котором рабочим колесом служит ротор 6 с лопастями 7 или ротор 6 с лопастями 7 и тормозными лопатками 51, а выходным каналом - выполненный в корпусе 1 дополнительный сливной канал 71 (фиг.27 и 28) с перекрывным (запорным) органом 72, расположенный тангенциально относительно ротора и направленный своим выходом в сторону, противоположную направлению вращения последнего. При этом в основном сливном канале 4 установлен запорный орган 73, а боковая поверхность 43 рабочей камеры 5 выполнена цилиндрической формы соосно с ротором 6 и на ней выполнено дополнительное сливное отверстие 74, сообщающееся с каналом 71 и расположенное на указанной поверхности таким образом, что угол ϕ с вершиной на оси ротора, отсчитываемый в плоскости вращения последнего от центра торцевого отверстия приемного сопла 9 до центра сливного отверстия 74 в направлении, противоположном направлению указанного вращения, составляет 30-135°. Запорный орган 73 может быть выполнен в виде центробежного механизма, содержащего закрепленный на концевой части вала 20 (фиг.57) ротора 6 диск 75 с, по меньшей мере, одним радиальным каналом 76, сообщающимся с выполненным в вале 20 осевым каналом 77, и подпружиненный затвор 78, установленный в радиальном канале 76 с возможностью радиального перемещения относительно диска 75 под действием центробежной силы с уменьшением площади проходного сечения радиального канала 76 вплоть до полного его перекрытия при увеличении скорости вращения ротора 6 свыше заданного значения. При этом диск 75 размещен в полости 79, выполненной в торцевой части корпуса 1 в зоне концевой части вала 20 и снабженной сливным каналом 80, а в корпусе 1 выполнен входной канал 81, сообщающий осевой канал 77 вала 20 с выходом сливного канала 4.
При необходимости ротор 6 может быть снабжен комбинированным ограничителем скорости вращения, содержащим как тормозные лопатки 51 и/или центробежные грузовые элементы 53, так и тормозные сопла 67 или 60 или радиальную тормозную турбину с лопастями 7 и тангенциальным выходным каналом 71 (фиг.27 и 28), в котором установлен перекрывной орган 72.
Ограничитель скорости вращения ротора 6 как при эксцентричном, так и при тангенциальном расположении сопел 8 и 9 относительно ротора 6, может быть выполнен также в виде внешнего тормозного механизма 82 (фиг.29) (например, дискового, колодочного, ленточного и т.п.), взаимодействующего в процессе торможения ротора с установленным на его валу 20 тормозным диском 83.
Запорные органы 27 (фиг.1 и 7), 45 (фиг.26), 63 (фиг.7 и 26), 73 (фиг.27 и 28) и перекрывной орган 72 (фиг.27 и 28) могут быть выполнены в виде крана, вентиля, заслонки и т.п., а при необходимости обеспечения дистанционного управления указанными органами и тормозным механизмом 82 любой из этих органов и тормозной механизм 82 могут быть снабжены управляющим приводом (например, механическим, электрическим, гидравлическим, пневматическим и т.п.) (не показан).
Пульсатор может быть выполнен с возможностью регулирования низких и/или высоких частот его выходных импульсов. Для обеспечения возможности регулирования частоты указанных импульсов только в ее низком диапазоне запорные органы 63 и 73 могут быть выполнены в виде регулируемых дросселей соответственно 84 (фиг.58) и 85 (фиг.59), каждый из которых снабжен регулируемым приводом 86. С этой же целью тормозной механизм 82 (фиг.29) также может быть снабжен регулируемым приводом 86, изменяющим величину усилия, с которым тормозной механизм взаимодействует с тормозным диском 83. Для обеспечения возможности регулирования частоты выходных импульсов пульсатора только в ее высоком диапазоне пусковое сопло 24 (фиг.1) может быть выполнено с регулируемым расходом подводимой к нему рабочей среды, для чего запорный орган 27 может быть выполнен в виде регулируемого дросселя 87 (фиг.60) и снабжен регулируемым приводом 86. При необходимости расширения функциональных возможностей пульсатора с целью обеспечения возможности его применения с нагрузкой, требующей выработки пульсатором как низких, так и высоких регулируемых частот выходных импульсов (например, в испытательных стендах, различных технологических аппаратах и т.п.), в пульсаторе могут быть использованы все перечисленные выше функциональные элементы 84-87. В качестве регулируемых дросселей 84, 85 и 87 могут быть использованы крановые, золотниковые, игольчатые и т.п. дроссели, а в качестве регулируемого привода 86 может быть использован ручной, механический, электрический, гидравлический, пневматический и т.п. привод. При этом привод 86 дросселей 84, 85 и 87 выполнен с возможностью перемещения рабочего органа (например, затвора, золотника, дроссельной иглы и т.п.) каждого из указанных дросселей для изменения площади их проходного сечения в процессе регулирования частоты выходных импульсов пульсатора. При подключении питающего канала 61 (фиг.58 и 61) тормозного сопла 60 и/или питающего канала 26 (фиг.60 и 61-63) пускового сопла 24 к подводящему каналу 2 последний может быть снабжен стабилизатором давления, выполненным, например, в виде переливного клапана (фиг.56) и обеспечивающим поддержание стабильного давления в питающем сопле 8 и, соответственно, стабильной амплитуды импульсов в отводящем канале 3 при регулировании расхода рабочей среды через дроссель 84 или 85 и/или дроссель 87 в процессе регулирования частоты указанных импульсов.
Пульсатор может быть выполнен с возможностью регулирования низких и/или высоких частот его выходных импульсов по заданной оптимальной программе. Для обеспечения возможности регулирования по заданной оптимальной программе низких или высоких частот выходных импульсов регулируемый привод 86 (фиг.58) дросселя 84 тормозного сопла 60, или дросселя 85 сливного канала 4 (фиг.59), или тормозного механизма 82 (фиг.29) может быть снабжен управляющим устройством 88, содержащим датчик давления 89 (фиг.64), подключенный к отводящему каналу 3, расходомер 90, установленный в канале 3, блок коррекции 91 и программное устройство 92, один вход которого подключен через преобразователь 93 к датчику давления 89, а второй вход - через преобразователь 94 к расходомеру 90. В случае зависимости частоты выходных импульсов пульсатора от температуры t° его рабочей среды программное устройство 92 может иметь третий вход, подключенный через преобразователь 95 к датчику температуры 96 рабочей среды, установленному, например, в канале 3, а при зависимости указанной частоты также от вязкости ν рабочей среды пульсатора программное устройство может иметь еще один вход, подключенный к датчику температуры 96 через преобразователь 97, преобразующий исходящий от датчика 96 сигнал t° в сигнал ν . Выход программного устройства подключен к одному из входов блока коррекции 91, второй вход которого подключен через преобразователь 98 к датчику давления 89, а выход - к регулируемому приводу 86 через преобразователь 99. Преобразователь 97 может быть выполнен с возможностью настройки его рабочей характеристики ν =F(t°) на различные рабочие среды, которые могут быть использованы для работы пульсатора, а программное устройство 92 может быть выполнено с возможностью ввода в него заданных значений конструктивных параметров k1, k2...kn пульсатора (например, диаметров торцевых отверстий 10 и 11 (фиг.1) рабочих сопел 8 и 9, угла α установки лопастей 7 (фиг.3) относительно ротора 6, расстояния между торцами сопел 8 и 9, диаметра ротора 6 и боковой поверхности 43 (фиг.26) рабочей камеры 5, ширины ротора 6 и др.), а также давления р и расхода Q рабочей среды в подводящем канале 2. При подключении выхода блока коррекции 91 к регулируемому приводу 86 дросселя 84 или 85 или к регулируемому приводу 86 тормозного механизма 82 программное устройство 92 выполняется с возможностью формирования на его выходе сигнала, отражающего оптимальное значение частоты выходных импульсов пульсатора в ее низком диапазоне, а при подключении выхода блока коррекции 91 к регулируемому приводу 86 дросселя 87 программное устройство 92 выполняется с возможностью формирования на его выходе сигнала, отражающего оптимальное значение указанной частоты в ее высоком диапазоне.
Для обеспечения возможности комбинированного регулирования по заданной оптимальной программе низких и высоких частот выходных импульсов пульсатор может быть снабжен управляющим устройством 100 (фиг.61), к которому подсоединен регулируемый привод 86 дросселя 87 пускового сопла 24 и регулируемый привод 86 дросселя 84 тормозного сопла 60 или дросселя 85 сливного канала 4 (фиг.62) или регулируемый привод 86 тормозного механизма 82 (фиг.63). Устройство 100 отличается от управляющего устройства 88 тем, что его программное устройство 101 (фиг.65) выполнено с возможностью формирования выходного сигнала, отражающего оптимальное значение частоты выходных импульсов пульсатора как в низком, так и в высоком диапазоне указанной частоты, а его блок коррекции 102 имеет два рабочих выхода, один из которых подключен через преобразователь 103 к регулируемому приводу 86 дросселя 84 или 85 или тормозного механизма 82, изменяющему частоту импульсов в ее низком диапазоне, а второй - через преобразователь 104 к регулируемому приводу 86 дросселя 87, изменяющему частоту импульсов в ее высоком диапазоне. Возможно также выполнение управляющего устройства 100 с двумя блоками коррекции и программным устройством, имеющим два выхода, каждый из которых подключен к одному из блоков коррекции, при этом один из указанных блоков служит блоком коррекции низкой частоты и своим выходом подключен к регулируемому приводу 86 дросселя 84 или 85 или тормозного механизма 82, а второй - блоком коррекции высокой частоты и своим выходом подключен к регулируемому приводу 86 дросселя 87 (не показано).
В другом варианте пульсатора с эксцентричным (фиг.66-69) или тангенциальным (фиг.70) расположением рабочих сопел 8 и 9 относительно ротора 6 последний выполнен в виде турбины типа “сегнерово колесо”, по меньшей мере, с одним тангенциальным рабочим соплом 105, а каждый дефлектор ротора выполнен в виде рабочего сопла 105 указанной турбины с возможностью периодического отклонения формируемой этим соплом струей рабочей струи 12 от торцевого отверстия 11 приемного сопла 9. При этом в роторе 6 выполнен осевой канал 17, снабженный питающим каналом 18, и, по меньшей мере, один радиальный канал 19, сообщающий осевой канал 17 с рабочим соплом 105. Питающий канал 18 сообщает осевой канал 17 с источником давления, в качестве которого может быть использован, например, подводящий канал 2, а конец вала 20 ротора 6, обращенный к питающему каналу 18, выполнен пустотелым с продолжением в нем осевого канала 17 ротора и снабжен уплотнением 21. Для обеспечения возможности регулирования частоты вырабатываемых в отводящем канале 3 импульсов в питающем канале 18 может быть установлен регулируемый дроссель 106, который может быть снабжен регулируемым приводом 86 (например, ручным, механическим, электрическим, гидравлическим, пневматическим и т.п.). При необходимости увеличения промежутка времени, в течение которого рабочая струя отклоняется от приемного сопла 9, в пульсаторе с эксцентричным расположением сопел 8 и 9 относительно оси ротора 6 (фиг.66) выходное отверстие 107 каждого сопла 105 может быть выполнено в виде прямоугольника (фиг.68) или эллипса (фиг.69). При этом меньшая по длине сторона 108 указанного прямоугольника или короткая ось 109 указанного эллипса направлены параллельно оси ротора 6.
В данном варианте пульсатора при увеличении мощности рабочей струи, формируемой соплом 8, необходимо увеличивать и мощность отклоняющей струи, формируемой соплом 105. При этом скорость вращения ротора 6 и, соответственно, частота выходных импульсов пульсатора могут превысить заданное значение. Для исключения указанного превышения пульсатор может быть снабжен ограничителем скорости вращения ротора, который может быть выполнен в виде тормозных лопаток 51 (фиг.33-38, 66, 67 и 70) и/или центробежных тормозных элементов 53 (фиг.33, 34, 43-50 и 66). С целью исключения соударения тормозных элементов 51 и 53 с рабочей струей 12 в пульсаторе с эксцентричным расположением сопел относительно оси ротора 6 (фиг.66 и 67) тормозные лопатки 51 могут быть размещены на периферийной зоне, по меньшей мере, одной торцевой поверхности ротора, а центробежные элементы 53 - на одной из ступеней ротора (как показано на фиг.43), на второй ступени которого размещены тангенциальные сопла 105, при этом в зоне вращения элементов 53 боковая поверхность 43 рабочей камеры 5 выполнена цилиндрической формы соосно с ротором 6 и радиусом, меньшим по величине расстояния от оси ротора до торцевого отверстия 11 приемного сопла 9, а в пульсаторе с тангенциальным расположением сопел относительно ротора (фиг.70) тормозные элементы 51 и/или 53 могут быть размещены на одной из ступеней ротора (как показано на фиг.34), на второй ступени которого размещены тангенциальные сопла 105, или на двух крайних торцевых ступенях трехступенчатого ротора 6, на средней ступени которого размещены сопла 105. Вместе с тем, в пульсаторе с эксцентричным расположением сопел 8 и 9 относительно оси ротора радиальные тормозные лопатки 51 могут быть расположены на боковой поверхности ротора 6 на одной его ступени вместе с соплами 105. При этом высота лопаток 51 в радиальном направлении берется минимальной с тем, чтобы исключить их нежелательное соударение с рабочей струей 12 и при этом не удалить сопла 105 далеко от рабочей струи, поскольку увеличение расстояния между каждым соплом 105 и струей 12 заставляет увеличивать и мощность струи, формируемой указанным соплом, а это, в свою очередь, увеличивает расход рабочей среды через сопла 105 и скорость вращения ротора, которую необходимо ограничивать. Совместно с тормозными элементами 51 и/или 53 или вместо них в качестве ограничителя скорости вращения ротора 6 может быть использовано, по меньшей мере, одно тормозное сопло 57 (фиг.51 и 52), размещенное в роторе 6 и снабженное центробежным затвором 58, или тормозное сопло 60 (фиг.67 и 70), размещенное в корпусе 1 тангенциально к ротору 6 с возможностью взаимодействия формируемой на его выходе тормозной струи с тормозными лопатками 51 и снабженное питающим каналом 61, сообщающим его с источником давления, например с подводящим каналом 2. В питающем канале 61 может быть установлен запорный орган 63. Вместе с тем, ограничитель скорости вращения ротора в данном варианте пульсатора так же, как и в первом варианте, может быть выполнен в виде радиальной тормозной турбины с рабочим лопастным колесом, как показано на фиг.27 и 28. При этом в качестве лопастей указанной турбины вместо лопастей 7 могут быть использованы тормозные лопатки 51, а запорный орган 73, установленный в сливном канале 4, может быть выполнен в виде центробежного механизма, показанного на фиг.57. В данном пульсаторе запорный орган 63 может быть выполнен в виде регулируемого дросселя 84 (фиг.58), а запорный орган 73 - в виде регулируемого дросселя 85 (фиг.59). Ограничитель скорости вращения ротора 6 в данном варианте пульсатора может быть выполнен также в виде внешнего тормозного механизма 82 (фиг.29).
Пульсатор с гидродинамическим прерывателем потока рабочей среды (фиг.66-70) может быть выполнен с возможностью регулирования частоты выходных импульсов в ее низком и/или высоком диапазоне, в том числе и по заданной оптимальной программе, для чего может быть снабжен описанной выше системой регулирования, представленной на фиг.29 и 58-65, где вместо пускового сопла 24 с регулируемым дросселем 87 (фиг.60-63 и 65) при регулировании указанной частоты данного пульсатора в ее высоком диапазоне используется тангенциальное сопло 105 с регулируемым дросселем 106 (фиг.66, 70-72). При необходимости исключения изменения амплитуды выходных импульсов в отводящем канале 3 при изменении расхода рабочей среды через сопла 60 и 105 в процессе регулирования частоты указанных импульсов с помощью дросселей 84 и 106 питающие каналы 18 и 61 могут быть подключены к собственному источнику давления, не связанному с подводящим каналом 2, а в случае подключения указанных питающих каналов к подводящему каналу 2 последний может быть снабжен стабилизатором давления 110, конструкция которого описана выше и представлена на фиг.56. Стабилизатор давления 110 поддерживает на постоянном уровне давление в питающем сопле 8 при изменении расхода рабочей среды через сопла 60 и 105.
Пульсатор может быть снабжен комплектом сменных сопел 8 и 9 с разными диаметрами торцевых отверстий 10 и 11 (фиг.1). При наличии в конструкции пульсатора нескольких пар сопел 8 и 9 они могут быть выполнены с разным эксцентриситетом относительно оси ротора и разными диаметрами торцевых отверстий 10 и 11 каждой пары и такой пульсатор может быть снабжен комплектом съемных заглушек (не показаны), устанавливаемых в каждой неработающей паре сопел 8 и 9 на входе сопла 8 и на выходе сопла 9, что позволяет простой перестановкой заглушек с одной пары сопел 8 и 9 на другую пару изменять амплитуду давления, расхода и мощности выходных импульсов пульсатора в отводящем канале 3 за счет изменения диаметра торцевых отверстий 10 и 11 сопел 8 и 9, обеспечиваемого при указанной перестановке сопел, причем изменение указанной амплитуды осуществляется без изменения параметров (давления и расхода) потока рабочей среды в подводящем канале 2. Корпус 1 пульсатора может быть выполнен, по меньшей мере, с одним сливным каналом 4, который может быть расположен в продольном (фиг.1 и 34), радиальном (фиг.7, 30 и 70) или тангенциальном (фиг.27 и 28) направлении относительно ротора 6. Ротор 6 может быть жестко закреплен на валу 20 (фиг.1, 12, 30, 34, 51, 57, 66) или выполнен за одно целое с ним, при этом вал 20 может быть снабжен подшипниками 111 и 112 (фиг.1). Вместе с тем, ротор 6 может быть установлен на закрепленной в корпусе 1 неподвижной оси 113 (фиг.26) с возможностью вращения относительно последней и снабжен опорными подшипниками 114 и 115. Подшипники 111, 112, 114 и 115 могут быть выполнены в виде подшипников трения качения или трения скольжения. Для исключения повышенного износа подшипников и неравномерного вращения ротор 6, имеющий одну лопасть 7, балансируется грузом (не показан), закрепляемым на нем диаметрально противоположно лопасти 7, а ротор 6, имеющий один радиальный канал 19 (фиг.12, 51, 67 и 70), балансируется отверстием (не показано), выполненным в нем диаметрально противоположно указанному радиальному каналу.
Пульсатор работает следующим образом.
Рабочая среда (жидкость, газ, газожидкостная смесь, сжатый воздух и т.п.) подается под давлением по подводящему каналу 2 (фиг.1 и 7) в каждое питающее сопло 8, на выходе которого формируется рабочая струя 12 (фиг.2), истекающая в рабочую камеру 5 по стрелке V в направлении приемного сопла 9. Запуск ротора 6 во вращательное движение осуществляется с помощью пускового крутящего момента, который создается на роторе за счет реакции тангенциальной пусковой струи, формируемой соплом 16 (фиг.13), или за счет поочередного воздействия на лопасти 7 пусковой струи 25 (фиг.2), формируемой пусковым соплом 24 (фиг.1 и 7) при открытом запорном органе 27, и рабочей струи 12, или за счет поочередного воздействия рабочей струи 12 на пусковые лопатки 32 (фиг.15-25) и лопасти 7, или за счет воздействия на последние и/или на тормозные лопатки 51 кругового сливного потока рабочей среды, образующегося на периферии рабочей камеры 5 (фиг.27 и 28) после соударения рабочей струи 12 с торцом приемного сопла 9 при закрытом запорном органе 45 (фиг.26), открытом запорном органе 73 и закрытом перекрывном органе 72, или за счет вращения вала 20 (фиг.29) ротора 6 ведущим валом 48 внешнего пускового привода 49. Запорный орган 63 (фиг.7 и 26) тормозного сопла 60 в период запуска находится в закрытом положении. В пульсаторе, содержащем, по меньшей мере, две пары сопел 8 и 9 (фиг.30-34), запуск ротора 6 во вращательное движение осуществляется за счет поочередного воздействия на лопасти 7, по меньшей мере, двух рабочих струй 12. После окончания запуска поступление рабочей среды к пусковому соплу 16 (фиг.13) прекращается за счет перекрытия радиального канала 19 (фиг.12) в роторе 6 затвором 22, перемещающимся в закрытое положение под действием центробежной силы, возрастающей в результате увеличения скорости вращения ротора 6, а поступление рабочей среды к пусковому соплу 24 (фиг.1 и 7) прекращается за счет закрытия запорного органа 27 или запорного клапана 28 (фиг.14), срабатывающего на закрытие в результате увеличения после запуска давления в подводящем канале 2 до рабочего уровня. При этом пусковые лопатки 32 (фиг.15-18) под действием центробежной силы перемещаются в радиальном направлении и выходят из зоны взаимодействия с рабочей струей 12, обеспечивая ее свободный проход к приемному соплу 9.
После выхода пульсатора на рабочий режим ротор 6 набирает заданную скорость вращения за счет взаимодействия рабочей струи 12 с лопастями 7, периодически пересекающими указанную струю, в результате чего в приемном сопле 9 и связанном с ним отводящем канале 3 формируется пульсирующий поток рабочей среды с импульсным изменением давления, расхода и мощности с частотой, определяемой скоростью вращения ротора 6 и количеством его лопастей 7. При необходимости скорость вращения ротора 6 ограничивается до заданного значения с помощью тормозных лопаток 51 (фиг.33-42) и/или центробежных грузовых элементов 53 (фиг.33, 34, 43-50), взаимодействующих с боковой цилиндрической поверхностью 43 рабочей камеры 5. Наряду с тормозными органами 51 и/или 53 или вместо них указанная скорость может ограничиваться с помощью тормозной струи, формируемой при превышении заданной скорости вращения ротора 6 соплом 60 (фиг.7 и 26) при открытом запорном органе 63 или соплом 57 (фиг.51-55) при открытом затворе 58, перемещаемом в открытое положение под действием центробежной силы. Вместе с тем, скорость вращения ротора 6 может ограничиваться до заданного значения за счет воздействия на лопасти 7 и/или тормозные лопатки 51 кругового сливного потока рабочей среды, движущегося при открытом перекрывном органе 72 (фиг.27 и 28) от торца приемного сопла 9 по периферии рабочей камеры 5 в сторону сливного канала 71 при частично или полностью закрытом запорном органе 73 или с помощью внешнего тормозного механизма 82 (фиг.29), взаимодействующего с тормозным диском 83 вала 20 ротора 6. При этом заданное значение скорости вращения ротора 6 и, соответственно, частота f выходных импульсов пульсатора в ее низком диапазоне может настраиваться за счет регулирования с помощью дросселя 84 (фиг.58) мощности тормозной струи, формируемой соплом 60, или за счет регулирования с помощью дросселя 85 (фиг.59) расхода рабочей среды в сливном канале 4 при открытом перекрывном органе 72 (фиг.27 и 28), или за счет регулирования усилия взаимодействия тормозного механизма 82 (фиг.29) с тормозным диском 83, а настройка указанной частоты в ее высоком диапазоне может осуществляться за счет регулирования с помощью дросселя 87 (фиг.60) мощности пусковой струи, формируемой соплом 24, причем настройка частоты в низком диапазоне выполняется при закрытом дросселе 87, а в высоком диапазоне - при закрытом дросселе 84 и открытом дросселе 85. При необходимости увеличения частоты выходных импульсов пульсатора уменьшается площадь проходного сечения в дросселе 84, увеличивается площадь проходного сечения в дросселях 85 и 87 и уменьшается усилие фрикционного воздействия тормозного механизма 82 на тормозный диск 83, а при необходимости снижения указанной частоты выполняется обратное изменение площади проходного сечения дросселей 84, 85 и 87 и усилия взаимодействия тормозного механизма 82 с тормозным диском 83.
Регулирование скорости вращения ротора 6 и, соответственно, частоты выходных импульсов давления и расхода рабочей среды в отводящем канале 3 может осуществляться по заданной оптимальной программе с помощью управляющего устройства 88 (фиг.29, 58-60 и 64) - при регулировании указанной частоты в ее низком или высоком диапазоне или с помощью управляющего устройства 100 (фиг.61-63 и 65) - в случае регулирования частоты выходных импульсов в ее низком и высоком диапазоне. При начальной настройке управляющего устройства 88 или 100 для работы с каким-либо конкретным пульсатором, имеющим заданные конструктивные параметры и заданные характеристики подводимого к нему потока рабочей среды, а также в случае изменения указанных параметров и характеристик в процессе эксплуатации пульсатора в программное устройство 92 или 101 вводятся конструктивные параметры k1, k2,... kn пульсатора и величина давления р и расхода Q в подводящем канале 2. Также при начальной настройке указанного управляющего устройства или при замене рабочей среды пульсатора преобразователь 97 настраивается таким образом, чтобы вырабатываемый им выходной сигнал, отражающий зависимость ν =F(t°), соответствовал той рабочей среде, которая будет использована для работы пульсатора. В процессе работы пульсатора в программное устройство 92 или 101 поступает информация о величине давления р0, расхода Q0, температуры t° и вязкости ν рабочей среды в отводящем канале 3 соответственно от датчика давления 89 через преобразователь 93, от расходомера 90 через преобразователь 94 и от датчика температуры 96 через преобразователи 95 и 97. В программном устройстве 92 или 101 получаемая информация обрабатывается по заданной программе и по результатам обработки вычисляется поступающее на выход устройства оптимальное значение частоты выходных импульсов пульсатора, как функция ряда параметров:
f(opt)=F(k1, k2,... kn, p, Q, Ap, AQ, t°, ν ),
где Ар и aq - соответственно амплитуда импульсного давления и расхода рабочей среды в отводящем канале 3.
В управляющем устройстве 88 (фиг.64) информация о величине f(opt) поступает с выхода программного устройства 92 на вход блока коррекции 91, через второй вход которого поступает информация о текущей величине частоты f выходных импульсов в канале 3 от датчика давления 89 через преобразователь 98. В блоке коррекции 91 текущая величина частоты f сравнивается с ее оптимальной величиной f(орt) и после сравнения на выходе блока вырабатывается корректирующий сигнал ±Δ f, отражающий разницу указанных величин:
Δ f=f(opt)-f.
При этом, если величина f(орt) превышает f, сигнал Δ f имеет положительное значение, отражающее необходимость увеличения текущей величины частоты f до достижения величины f(opt), а при величине f, меньшей f(opt), сигнал Δ f имеет отрицательное значение, отражающее необходимость снижения текущей величины частоты f до достижения f(opt). С выхода блока коррекции 91 сигнал ±Δ f через преобразователь 99 поступает на регулируемый привод 86 дросселя 84 (фиг.58), или 85 (фиг.59), или 87 (фиг.60), или на регулируемый привод 86 тормозного механизма 82 (фиг.29). При поступлении от блока коррекции 91 сигнала +Δ f регулируемый привод 86 уменьшает площадь проходного сечения дросселя 84, или увеличивает площадь проходного сечения дросселя 85 или 87, или уменьшает усилие фрикционного воздействия тормозного механизма 82 на тормозной диск 83 до тех пор, пока текущая величина f не сравняется с f(opt), а при поступлении от блока 91 сигнала -Δ f регулируемый привод 86 выполняет обратное изменение площади проходного сечения дросселя 84, или 85, или 87 или величины указанного усилия до тех пор, пока текущее значение f не сравняется со значением f(opt).
Аналогичным образом в управляющем устройстве 100 (фиг.65) информация о величине f(opt) поступает с выхода программного устройства 101 на вход блока коррекции 102, на одном из выходов которого вырабатывается корректирующий сигнал ±Δ f. При регулировании f в ее низком диапазоне указанный сигнал через преобразователь 103 поступает на регулируемый привод 86, управляющий дросселем 84 или 85 или тормозным механизмом 82, а при регулировании f в ее высоком диапазоне сигнал ±Δ f через преобразователь 104 поступает на регулируемый привод 86 дросселя 87. Поступающий от блока коррекции 102 сигнал ±Δ f отрабатывается регулируемым приводом 86 таким же образом, как и при использовании управляющего устройства 88, до восстановления равенства текущего f и оптимального f(opt) значений частоты выходных импульсов.
В другом варианте пульсатора (фиг.66-70) вращение ротора 6 осуществляется за счет реакции струи, вытекающей из тангенциального сопла 105 в рабочую камеру 5 и периодически отклоняющей в процессе вращения ротора рабочую струю, формируемую питающим соплом 8, от приемного сопла 9, за счет чего в отводящем канале 3 формируется пульсирующий поток рабочей среды, частота которого определяется скоростью вращения ротора и числом сопел 105 в роторе 6 и может регулироваться в заданных пределах дросселем 106, изменяющим мощность струи на выходе сопла 105 и, соответственно, скорость вращения ротора 6. При необходимости увеличения частоты выходных импульсов в канале 3 увеличивают мощность струи на выходе сопла 105 за счет увеличения площади проходного отверстия дросселя 106. В условиях, когда мощность струи, формируемой соплом 105, нельзя снижать ниже заданного предела, до которого обеспечивается требуемое усилие ее воздействия на рабочую струю, формируемую соплом 8, скорость вращения ротора 6 ограничивается до заданного значения с помощью тормозных лопаток 51 (фиг.33-38, 66, 67 и 70) и/или центробежных грузовых элементов 53 (фиг.33, 34, 43-50 и 66). Совместно с тормозными органами 51 и 53 или вместо них ограничение скорости вращения ротора 6 в указанных условиях может осуществляться с помощью тормозной струи, формируемой соплом 57 (фиг.51 и 52) или 60 (фиг.67 и 70), или с помощью сливного потока рабочей среды, направленного против движения тормозных лопаток 51 (в соответствии с фиг.27 и 28, на которых вместо лопастей 7 на роторе 6 установлены тормозные лопатки 51), или с помощью тормозного механизма 82 (фиг.29). Так же, как и в предыдущем варианте пульсатора, регулирование скорости вращения ротора 6 и, соответственно, частоты выходных импульсов в данном варианте пульсатора может осуществляться по заданной оптимальной программе с помощью управляющего устройства 88 (фиг.29, 58-60, 64, 66, 70 и 71) - при регулировании указанной частоты в ее низком или высоком диапазоне или с помощью управляющего устройства 100 (фиг.61-63, 65 и 72) - при комбинированном регулировании указанной частоты в ее низком и высоком диапазоне. При этом в отличие от первого варианта пульсатора в данном варианте регулирование частоты выходных импульсов в ее высоком диапазоне осуществляется не за счет изменения дросселем 87 (фиг.60-63) мощности струи, формируемой пусковым соплом 24, а за счет изменения дросселем 106 (фиг.66 и 70) мощности струи, формируемой тангенциальным соплом 105.
Выполнение в предлагаемом пульсаторе ротора в виде турбины с приводом от рабочей струи, взаимодействующей с лопастями-дефлекторами ротора, или от струи, формируемой тангенциальным соплом ротора, обеспечивает возможность работы пульсатора в автономном автоколебательном режиме, что позволяет исключить из его конструкции внешний привод ротора и за счет этого упростить конструкцию и снизить вес и габариты пульсатора. В свою очередь, обеспечение возможности работы в автономном автоколебательном режиме и снижение весовых и габаритных параметров пульсатора позволяет расширить область его практического применения. Предлагаемый пульсатор может быть использован в условиях, когда отсутствует возможность применения внешнего привода для вращения его роторного прерывателя из-за невозможности прокладки линии питания указанного привода (электрической, гидравлической, пневматической и т.п.) или из-за ограниченности пространства для размещения пульсатора и/или ограничений по его габаритным и весовым параметрам (например, в условиях скважин, трубопроводов, компактных и легких машин и установок различного назначения и т.п.).
В сравнении с известными пульсаторами автоколебательного действия с турбинным приводом прерывателя потока (например, по авт. св. СССР №1783179) предлагаемый пульсатор имеет более высокую надежность работы за счет исключения в нем “мертвых” зон ротора, препятствующих запуску пульсатора, а также за счет более равномерного вращения ротора и исключения возможности его заедания и заклинивания. Вместе с тем, предлагаемый пульсатор имеет более высокую долговечность за счет исключения повышенного механического износа его рабочих деталей, что обеспечивается отсутствием в нем прямого механического контакта деталей прерывателя потока (лопастей 7 и сопел 8 и 9). Кроме того, в предлагаемом пульсаторе исключаются опасные забросы давления в момент прерывания потока рабочей среды и обеспечивается возможность регулирования рабочей чистоты выходных импульсов пульсатора без изменения их амплитуды.
| название | год | авторы | номер документа |
|---|---|---|---|
| ТАМПОНАЖНОЕ УСТРОЙСТВО | 2003 |
|
RU2235191C1 |
| Тампонажное устройство | 1984 |
|
SU1218074A1 |
| Пульсатор | 1988 |
|
SU1783177A1 |
| ТАМПОНАЖНОЕ УСТРОЙСТВО | 1992 |
|
RU2066732C1 |
| Пульсатор | 1983 |
|
SU1191628A2 |
| Пульсатор Б.С.Лобанова | 1980 |
|
SU979728A1 |
| СПОСОБ ИЗОЛЯЦИИ ПОГЛОЩАЮЩИХ ПЛАСТОВ В СКВАЖИНАХ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ | 1990 |
|
RU2017934C1 |
| Тампонажное устройство | 1988 |
|
SU1816844A1 |
| КАНАЛИЗАЦИОННАЯ СЕТЬ (ВАРИАНТЫ) | 2003 |
|
RU2274709C2 |
| ТАМПОНАЖНОЕ УСТРОЙСТВО | 1989 |
|
RU2030547C1 |
Изобретение относится к устройствам для формирования импульсного давления и/или расхода рабочей среды и может быть использовано в машиностроении, строительстве, транспорте, горном деле, сельском хозяйстве, пищевой и химической промышленности, медицине, экспериментальной и испытательной технике и других областях. Пульсатор содержит корпус с рабочей камерой, снабженной сливным каналом, вращающийся ротор с дефлекторами в виде лопастей, установленный в рабочей камере, питающие сопла и соосные с ними приемные сопла. Лопастные дефлекторы ротора установлены на его боковой поверхности с возможностью периодического взаимодействия каждой из них с рабочей струей, формируемой питающим соплом, с прерыванием последней и образованием на роторе вращающего момента. В другом варианте пульсатора используется гидродинамический принцип отклонения рабочей струи от приемного сопла, для чего ротор выполнен в виде турбины типа “сегнерово колесо” с тангенциальными соплами, формирующими струи, периодически отклоняющие рабочую струю от приемного сопла. Расширяется область применения пульсатора, упрощается конструкция и снижается вес и габариты пульсатора. 2 с. и 33 з.п. ф-лы, 72 ил.
| Пульсатор | 1988 |
|
SU1783177A1 |
| Гидравлический излучатель | 1979 |
|
SU837429A1 |
| Пульсатор | 1990 |
|
SU1783179A1 |
| Генератор колебаний | 1988 |
|
SU1633087A1 |
| Гидравлический излучатель | 1980 |
|
SU921638A2 |
| Струйный аппарат | 1988 |
|
SU1521928A1 |
| US 5314305 A, 24.05.1994 | |||
| Путевое устройство для управления скоростью движения единиц подвижного железнодорожного состава | 1985 |
|
SU1425121A1 |
