Гидравлический пульсатор Советский патент 1992 года по МПК F15B21/12 

Изобретение относится к устройствам создания колебаний (пульсаций) в жидкости и может применяться, в частности, для испытаний узлов и агрегатов, функционирующих в условиях динамических нагрузок.

Известен ряд устройств создания пульсаций давления или расхода в жидкости (а.с. № 673765, 1315668, 1366734, 1097355, 1200928).

Все эти устройства основаны на вращательном или поступательном движении регулирующего органа, осуществляющего при своем движении изменение проходного сечения магистрали, а следовательно, и пульсации давления и расхода в ней.

Все эти устройства имеют сложное техническое исполнение и работа их сопровождается значительными знакопеременными (динамическими) нагрузками, действующими на подвижные элементы, что снижает надежность их работы и сокращает срок службы устройств.

Кроме того, для их функционирования необходим внешний источник энергии и движитель (это, как правило, электродвига- тель), который обеспечивает требуемую частоту движения регулирующего органа и ее плавное изменение.

Наиболее близким по технической сущности (прототипом) к заявляемому решению является гидропульсатор по а.с. N° 1420254.

Пульсации давления жидкости генерируются данным устройством путем изменения обьема герметической коллекторной полости, заполненной жидкостью с удельным весом меньшим, чем удельный вес рабочей жидкости. Изменение обьема осуществляется путем перемещения поршня, связанного с электроприводом; изменение частоты колебаний поршня осуществляется с помощью изменения частоты вращения вала электродвигателя.

Данное устройство обладает рядом существенных недостатков: К ним относится сложность конструкций, Наличие дополнительной жидкости с удельным весом меньшим удельного веса рабочей жидкости (что не всегда возможно обеспечить), наличие дополнительных устройств для регулирования частоты вращения электродвигателя (например, реостата).

Целью изобретения является упрощение конструкции и повышение надежности функционирования устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в предлагаемом устройстве - гидравличесл

с

4 СЛ

О

о о о

ском пульсаторе, содержащем корпус, в полости которого размещена подвижная подпружиненная пластина, разделяющая полость корпуса на подпоршневуЮ и приводную камеры, герметический сильфон, расположенный в полости корпуса и закрепленный одним концом на подвижной пластине, а другим - на стенках корпуса, выходной канал, сообщающий поршневую полость с потребителем, и привод подвижной пластины, размещенный в приводной камере, выполнен в виде неподвижного сопла, взаимодействующего с подвижной пластинкой, и подвижного сливного трубопровода, установленного с возможностью перемещения его входной части по высоте приводной камеры.

Сущность предлагаемого устройства поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена конструкция пульсатора; на фиг. 2 - результаты экспериментально-теоретических исследований.

Пульсатор состоит из заслонки 1, соединенной с сильфоном 2 и пружиной 3, на которой установлен регулирующий винт 4. Заслонка i разделяет внутреннее пространство пульсатора на два объема рабочую полость 6 и полость пружины 7. В рабочей полости б находится сопло 5 и подвижный трубопровод 8 с переменным зазором между выходным отверстием трубопровода 8 и заслонкой 1. На трубопроводе 8, вне корпуса пульсатора, установлен вентиль 9. Сопло 5 соединено с входным трубопроводом 10, в котором необходимо вызвать пульсации давления или расхода. Выходное сечение трубопровода 9 выведено за корпус иульса- тора и может быть соединено, например, со сливным трубопроводом 11

Устройство функционирует следующим образом.

Пока уровень жидкости не достиг входного отверстия трубопровода 8 колебаний нет. Расход на слив Селив однозначно определяется зазором между соплам 5 и заслонкой 1, т е. усилием поджзтия пружины 3 Как только входное отверстие трубопровода 8 будет закрыто уровнем воды, давление Ркол в полости G с соплом 5 начнет возрастать, перепад на заслонке 1 также будет возрастать выше настройки пружины 3. Это приведет к увеличению зазора между заслонкой 1 и соплом 5 и, следовательно, к еще большему увеличению входного расхода GBX, еще большему уменьшению объема газовой полости 6, еще большему увеличению давления Ркол , еще большему увеличению зазора между заслонкой 1 и соплом 5, еще большему увеличению расхода GBX Одновременно с этим увеличение давления

Ркол приводит к увеличению расхода на слив белив. Если бы заслонка не обладала массой, а трубопроводы расходов GBX и белив не обладали инерционными характеристиками. то процесс перемещения заслонки 1 и увеличения давления Ркол остановился бы при белив GBX.(1)

Однако вследствие наличия указанных характеристик заслонка 1 переместится в сторону открытия дальше положения равновесия, что приведет к увеличению расхода на слив:

Селив GBX.(2)

Это приведет к уменьшению давления Ркол и перемещению заслонки 1 в сторону закрытия, уменьшению расхода GBx- увеличенного обьема газовой полости 6, уменьшению давления Ркол, уменьшению зазора между заслонкой 1 и соплом 5, еще больше- му уменьшению расхода GBX. Одновременно с этим уменьшение давления Ркол приведет к уменьшению расхода на слив Селив. Заслонка 1 по инерции пройдет в положение равновесия, что приведет к неравенству

Селив GBX,(3)

и процесс колебаний перейдет на новый цикл.

Работа пульсатора может быть описана системой уравнений;

5

-d,- (Р™.,-(..,+.,) с-г

tit

(

Л - ffl Gen - PC)

-P.O.XI. )/.«

dNon G« - Ос Л fjj d« dr СC dr

m d У () P6+fc(« с)(Ппр-- -Х1л «,,) dr

(4)

где GBX и Селив - расходы, см. фиг, 1; РКол - давление в рабочей полости, см.фиг.1; акл - 40 гидросопротивление зазора между соплом 5 и заслонкой 1;

635525,4 с2/кгс см2 при х 0,001 см

Экл -

3984.7 2 -

4(o.1444-(o,38--)

-(5)

0

5

при 0,001 х 0,03 см 123289,3 с2/кгс-см2 при х 0,03 см IBX - инерционность входного трубопровода;

Г„х 2,434 с2/см2;

1сл - инерционность сливноги трубопровода;

сл 0,002 с2/см2.

В общем случае I ,

где I - длина;

F - площадь трубопровода;

Звх - гидросопротивление входного трубопровода (авх 354301,84 с2/кгс-см2);

Qcn - гидросопротивление сливного трубопровода (асл 0,1 с2/кгс см2);

Rnp н - начальное усилие, приложенное к заслонке (Rnp.H 127,1289 кгс);

Скл - жесткость суммарная пружины и 5 сильфона (мембраны) Скл - 3°;

С - коэффициент емкости газовой полости клапана (из условия изотермичности процессов в полости), С 0.01449 см2;

m - масса подвижных частей сильфона 10 и пружины.

Приведенные численные значения коэффициентов системы уравнений (4) соответствуют конструктивным параметрам пульсатора и условиям проливок, имеющих 15 место в ИТМ АН УССР.

На фиг. 2 приведены результаты расчет- но-экспериментальных исследований работы пульсатора, т.е. изменения частоты колебаний от объема газовой полости 6. 20

Если обьем полости 6 меньше 200 см . то имеет место режим развитых пульсаций. Если объем полости больше 600 см3, то колебания отсутствуют.

Математическая модель предлагаемого 25 устройства представляет собой колебательное звено не меное второго порядка, где гг, fax, сл - коэффициенты, характеризующие способность устройства накапливать киневсегда можно подобрать их соотношение так, чтобы система вышла из устойчивого состояния и начали генерировать колебания.

Использование предлагаемого устройства позволяет по сравнению с прототипом упростить конструкцию, повысить надежность работы пульсатора и обеспечить непрерывное изменение частоты пульсаций без вмешательства в его конструкцию, что в конечном итоге упрощает проведение испытаний, повышает точность получаемых результатов и уменьшает время обработки испытуемых узлов и йгре гатов.

Формула изобретения Гидравлический пульсатор, содержащий корпус, в полости которого размещена подвижная подпружиненная пластина, разделяющая полость корпуса на поршневую и приводную камеры, герметичный сильфон, расположенный в полости корпуса и закрепленный одним концом на подвижной пластине, а другим - на стенках корпуса, выходной какал, сообщающий поршневую полость с потребителем, и привод подвижной пластины, размещенный в приводной камере, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции и повышения натическую энергию, Скл и С - коэффициенты. 30 дежности, привод выполнен в виде неподхарактеризуГощие способность устройства накапливать потенциальную энергию. Как известно, из теории автоматического регулирования в системе, обладающей кинетической и потенциальной составляющей,

35

вижного сопла, взаимодействующего с пластиной, и подвижного сливного Tpy6jn- ровода, установленного с возможностью перемещения его входной части по высоте приводной камеры.

всегда можно подобрать их соотношение так, чтобы система вышла из устойчивого состояния и начали генерировать колебания.

Использование предлагаемого устройства позволяет по сравнению с прототипом упростить конструкцию, повысить надежность работы пульсатора и обеспечить непрерывное изменение частоты пульсаций без вмешательства в его конструкцию, что в конечном итоге упрощает проведение испытаний, повышает точность получаемых результатов и уменьшает время обработки испытуемых узлов и йгре гатов.

Формула изобретения Гидравлический пульсатор, содержащий корпус, в полости которого размещена подвижная подпружиненная пластина, разделяющая полость корпуса на поршневую и приводную камеры, герметичный сильфон, расположенный в полости корпуса и закрепленный одним концом на подвижной пластине, а другим - на стенках корпуса, выходной какал, сообщающий поршневую полость с потребителем, и привод подвижной пластины, размещенный в приводной камере, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции и повышения на

вижного сопла, взаимодействующего с пластиной, и подвижного сливного Tpy6jn- ровода, установленного с возможностью перемещения его входной части по высоте приводной камеры.

Использование: генерирование пульсаций давления в жидкости при испытании узлов и агрегатов, функционирующих в условиях динамических нагрузок. Сущность изобретения: устройство содержит заслонку 1, соединенную с сильфоном 2 и регулируемой пружиной 3. В рабочей полости 6 находится сопло 5 с входным трубопроводом 10 и подвижный трубопровод 8. Выходное сечение трубопровода 8 выведено за гфеделы корпуса. 2 ил.

- I I

//---I -т W

0t/&t