генератор ударных потоков

Формула изобретения

Генератор ударных потоков, содержащий корпус с соплом и направляющими ребрами, установленный в корпусе с возможностью перекрытия сопла клапан, содержащий затвор, соединительный элемент и поршень, делящий полость корпуса на управляющую и рабочую камеры, источник давления рабочей среды, связанный с этими камерами, отличающийся тем, что соединительный элемент в клапане выполнен в виде телескопически связанных друг с другом перфорированных звеньев, скрепленных между собой с возможностью разновременного начала возвратно-поступательного перемещения, а рабочая камера разделена на сообщающиеся между собой центральную и периферийные секции, причем каждая периферийная секция выполнена с возможностью обеспечения или прекращения сообщения с центральной секцией.

Описание изобретения к патенту

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

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

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

Кроме того, описанный генератор может работать только при использовании индивидуального источника рабочей среды с постоянным давлением. В условиях колеблющегося исходного давления рабочей среды происходит изменение энергии выбрасываемого из сопла потока, что ограничивает диапазон применимости генератора и снижает эффективность его работы.

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

Недостатком указанного генератора, как и описанного выше аналога, является относительно низкая надежность работы его клапана, снабженного амортизационной пружиной, и возможность нормальной работы генератора только при использовании индивидуального источника рабочей среды, что ограничивает диапазон его применимости.

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

Указанный генератор также не обеспечивает надежную работу клапана ввиду того, что затвор в нем из-за возможности заклинивания не может герметично перекрыть сопло. В режиме заполнения рабочая среда поступает в управляющую камеру, оказывает давление на поршень, через него на обечайку и передает усилие на затвор. При такой схеме приложения давлений, когда усилие прикладывается значительно выше затвора, клапан за счет появления момента может потерять вертикальную устойчивость. В результате этого между обечайкой и направляющими ребрами усиливается трение и затвор может с перекосом опуститься на сопло, что приведет к его неполному перекрытию. При увеличении диаметров поршня, затвора и сопла данное явление усиливается.

Недостатком является и ограниченный диапазон применения генератора, поскольку он может работать только при использовании индивидуального источника рабочей среды с постоянным давлением.

Задачей изобретения является повышение надежности и эффективности работы генератора, расширение области его применения.

Поставленная задача решается за счет того, что в ударном генераторе, содержащем корпус с соплом и направляющими ребрами, установленный в корпусе с возможностью перекрытия сопла клапан, состоящий из затвора, соединительного элемента и поршня, делящего полость корпуса на управляющую и рабочую камеры, источник давления рабочей среды, связанный с этими камерами, соединительный элемент в клапане выполнен в виде телескопически связанных друг с другом перфорированных звеньев, скрепленных между собой с возможностью разновременного начала возвратно-поступательного перемещения, а рабочая камера разделена на сообщающиеся между собой центральную и периферийные секции, причем каждая периферийная секция выполнена с возможностью обеспечения или прекращения сообщения с центральной секцией.

Выполнение соединительного элемента клапана в виде телескопически связанных друг с другом звеньев, скрепленных между собой с возможностью разновременного начала возвратно-поступательного перемещения, повышает надежность и эффективность работы генератора. Это обусловлено тем, что предложенная конструкция обеспечивает: при закрывании сопла - подвижность и самоцентровку затвора даже при перекосе поршня, при открывании сопла - быстрый и резкий подъем затвора за счет образования большого перепада давления между рабочей и управляющей камерами и появления дополнительной силы инерции, приобретенной поршнем в начальный момент его движения без затвора. Кроме того, оснащение звеньев перфорацией позволяет увеличить объем рабочей камеры, а также обеспечивает возможность оказывать давление рабочей среды изнутри непосредственно на затвор, т.е. в месте контакта затвора и сопла, что, в свою очередь, обеспечивает герметичность закрывания сопла.

Разделение рабочей камеры на сообщающиеся между собой центральную и периферийные секции приводит к распределению всего объема рабочей среды с одного на несколько сосудов, что позволяет снизить прочностные требования к генератору независимо от его производительности. Затраты на материалы и изготовление генератора снижаются.

При этом, чем больше в генераторе будет размещено периферийных секций, тем плавнее можно регулировать постоянный уровень энергии удара выбрасываемого потока при изменении начального давления рабочей среды. При снижении давления рабочей среды ниже необходимой ее величины в работу включается большее количество периферийных секций, а при повышении - меньшее их количество. Емкость каждой периферийной секции может быть изначально увеличена за счет ее наружного расширения путем изменения конструктивной формы ее исполнения в виде прямоугольного параллелепипеда, куба, цилиндра и других форм. Такое конструктивное решение повышает надежность и эффективность работы генератора.

Выполнение каждой периферийной секции с возможностью обеспечения или прекращения сообщения с центральной секцией позволяет расширить область применения генератора. Обусловлено это следующим. Известно, что основным назначением генераторов является обеспечение выброса рабочей среды, обладающей необходимой энергией. Величина энергии определяется как произведение (PV) давления на объем этой среды. Однако в случае частых колебаний давления рабочей среды (например, при использовании централизованной системы подачи рабочей среды) величина энергии, которой обладает выбрасываемый поток, резко меняется. Предложенная конструкция позволяет при изменении расчетного давления рабочей среды (Р) включить в работу необходимое количество периферийных секций и таким образом регулировать объем (V) подаваемой рабочей среды. При этом произведение (PV), а следовательно, и энергетическая способность генератора остаются постоянными. Таким образом, эффективная работа предложенного генератора сохраняется при различных колебаниях давления рабочей среды.

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

Генератор содержит корпус 1 и сопло 2. Внутри корпуса 1 размещен подвижной клапан 3 для закрывания и открывания сопла 2, состоящий из поршня 4, соединительного элемента 5, выполненного из телескопически связанных перфорированных звеньев 6 и 7, и затвора 8. Поршень 4 разделяет полость корпуса 1 на управляющую камеру 9 и рабочую камеру 10. Управляющая камера 9 через распределитель (не показан) соединена с источником давления рабочей среды и атмосферой. Рабочая камера 10 разделена на сообщающиеся между собой центральную секцию 11 и периферийные секции 12 и снабжена направляющими ребрами 13. В периферийных секциях 12 имеются отверстия 14, которые открываются и закрываются задвижками 15 с приводом 16. Задвижки 15 подключены к регулятору 17 давления рабочей среды.

Принцип работы генератора заключается в следующем. В режиме заполнения рабочая среда подается в управляющую камеру 9 и оказывает давление на поршень 4. При этом клапан 3 опускается вниз и затвор 8 прикрывает сопло 2. В этот же момент рабочая среда через зазор между корпусом 1 и поршнем 4 проходит в рабочую камеру 10 и через отверстия звеньев 6 и 7 оказывает давление изнутри на затвор 8. В результате этого затвор 8, центруясь в горизонтальной плоскости относительно сопла 2, герметично перекрывает его. Параллельно с этим рабочая среда заполняет центральную 11 и периферийные 12 секции. Регулятор 17 с помощью задвижек 15 автоматически включает в работу необходимое, в зависимости от величины давления рабочей среды, количество периферийных секций 12.

В режиме генерации рабочая среда из управляющей камеры 9 с помощью распределителя сбрасывается в атмосферу. За счет усилия, создаваемого давлением в рабочей камере 10, на поршень 4, которое уже не уравновешивается усилием, создаваемым в управляющей камере 9, поршень 4 с соединительным элементом 5 и затвором 8 смещается вверх, открывая сопло 2, через которое происходит резкий выброс ударного воздушного потока на объект воздействия. После завершения процесса выброса потока из рабочей камеры 10 поршень 4 с соединительным элементом 5 и затвором 8 возвращается в исходное положение.

Предлагаемый генератор ударных потоков позволяет повысить надежность и эффективность работы генератора и расширить область его применения.