RU2718367C1

RU2718367C1 - Impact unit

Info

Publication number: RU2718367C1
Application number: RU2019127730A
Authority: RU
Inventors: Алексей Павлович Левцев; Евгений Сергеевич Лапин; Антон Александрович Голянин; Анатолий Иванович Лысяков; Роман Владимирович Панкратьев
Priority date: 2019-09-03
Filing date: 2019-09-03
Publication date: 2020-04-02

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: invention relates to the field of hydraulics, fluid and gas dynamics and machine building, can be used in devices using hydraulic impact to create pulse fluid motion. Impact assembly includes hollow housing 1 with holes 2, 3 and 4 for inlet and outlet of working medium, impact valves 5, 6 with springs 7, 8, seat 11 and seat with support 12 for valves 5, 6 respectively, rods 20, 22, installed in supports 21, 23, respectively, shaft with cam 14, located in supports perpendicular to housing 1. Guide bushings 9, 10 are introduced. Valves 5, 6 and holes 2, 3 are located opposite and coaxial, and reversing hole 4 is located perpendicular to them. Stem 22 is composite. Left part of stock 22 is installed in support 23 and ends with the tubular end, and the right one is made with the plate-like beginning in intermediate support 24 and the seat with support 12. Pipe and plate parts are connected by means of levers 25 fixed on support 24. Housing 1 has spacer sleeve 26. Seat 11 and seat 12 with opposite side are pressed by adapter nuts 27, 28, respectively.

EFFECT: invention is aimed at increasing throughput capacity of assembly and providing a wide range of frequencies of reverse redistribution of working medium flow passing through unit.

1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области гидравлики, гидрогазодинамики и машиностроения, где может найти свое применение в устройствах различных назначений, использующих в своей работе явление гидравлического удара, для создания импульсного движения жидкости. The invention relates to the field of hydraulics, hydrodynamics and mechanical engineering, where it can find its application in devices for various purposes, using the phenomenon of water hammer in order to create a pulsed fluid motion.

Известен ударный узел для гидравлического устройства, включающий корпус с двумя каналами входа и одним каналом выхода рабочей среды, два ударных клапана, два штока и коромысло с осью качения, при этом каждый из каналов входа рабочей среды соединен с каналом выхода рабочей среды через установленные в них ударные клапаны, которые, в свою очередь, жестко закреплены на штоках, поступательно движущихся в корпусе между каналами входа и выхода рабочей среды и связанные с коромыслом, ось качения которого расположена в канале выхода рабочей среды. Дополнительно введен санно-регулировочный механизм, выполненный из неподвижной, подвижной частей и регулировочного винта, причем неподвижная часть санно-регулировочного механизма закреплена в канале выхода рабочей среды, подвижная часть жестко связана с осью качения коромысла, при этом подвижная и неподвижная части санно-регулировочного механизма вставлены друг в друга и связаны между собой посредством регулировочного винта, который установлен на внешней стороне корпуса (RU 106329, МПК F16K 1/00, опубл. 10.07.2011).Known shock node for a hydraulic device, comprising a housing with two channels of input and one channel of the output of the working medium, two shock valves, two rods and a rocker with an axis of rolling, each of the channels of the working medium inlet is connected to the output channel of the working medium through shock valves, which, in turn, are rigidly fixed to the rods, translationally moving in the housing between the input and output channels of the working medium and connected to the beam, the rolling axis of which is located in the output channel of the working medium. In addition, a luge adjusting mechanism is introduced, made of a fixed, movable part and an adjusting screw, with a fixed lane adjusting mechanism fixed in the working medium output channel, the movable part is rigidly connected to the rocker axis of the rocker arm, while the movable and fixed lane adjusting mechanism inserted into each other and interconnected by means of an adjusting screw that is installed on the outside of the housing (RU 106329, IPC F16K 1/00, publ. 07/10/2011).

Недостатками известной конструкции являются сбои в работе при изменении параметров подачи через него рабочей среды, отсутствие возможности регулировки частоты хода ударного клапана, а также отсутствие возможности управления моментом генерации импульсов количества движения рабочей среды без изменения ее расхода через ударный узел.The disadvantages of the known design are malfunctions when changing the supply parameters of the working medium through it, the inability to adjust the stroke frequency of the shock valve, and the inability to control the moment of generation of pulses of the amount of movement of the working medium without changing its flow rate through the shock node.

Известен ударный узел, содержащий корпус с двумя входными и выходным отверстиями, входные отверстия расположены оппозитно и выполнены соосно вдоль центрирующего штока, установленного с тремя степенями свободы в цилиндрическом корпусе с жестко закрепленными на его торцах ударными клапанами, расположенными над входными отверстиями. В конструкцию дополнительно введены две направляющие втулки с седлом под ударный клапан, два стопорных кольца, две возвратные пружины и две конические пружины, каждый ударный клапан вставлен в направляющую втулку с седлом, установленным со стороны входных отверстий корпуса, закреплен с торца центрирующего штока и расположен между возвратной пружиной, закрепленной в направляющей втулке при помощи стопорного кольца, и конической пружиной, установленной во входном отверстии корпуса (RU 2558740, МПК F15B 21/12, опубл. 10.08.2015). A shock assembly is known, comprising a housing with two inlet and outlet openings, the inlet openings are opposite and aligned coaxially with a centering rod installed with three degrees of freedom in a cylindrical housing with shock valves rigidly mounted on its ends located above the inlet openings. In addition, two guide bushings with a seat for a shock valve, two retaining rings, two return springs and two conical springs are introduced; each shock valve is inserted into a guide sleeve with a saddle mounted on the input side of the housing, fixed at the end of the centering rod and located between a return spring fixed in the guide sleeve with a snap ring and a conical spring installed in the inlet of the housing (RU 2558740, IPC F15B 21/12, published on 08/10/2015).

Недостатком этой конструкции является нарушение фаз четкого попеременного открытия ударных клапанов при длительной работе устройства, недостаточная приемистость механизма перекрытия ударных клапанов периодам смены положительной волны гидравлического удара на отрицательную, что приводит к снижению надежности и устойчивости работы устройства, а также сбои в работе при изменении параметров подачи через него рабочей среды (расход, давление и скорость). Данный недостаток обусловлен тем, что названная конструкция ударного узла является самоподдерживающейся.The disadvantage of this design is the violation of the phases of a clear alternate opening of the shock valves during prolonged operation of the device, insufficient throttle response of the shock valves to the periods when the positive shock wave changes to negative, which leads to a decrease in the reliability and stability of the device, as well as malfunctions when changing the feed parameters through it the working medium (flow rate, pressure and speed). This disadvantage is due to the fact that the said design of the shock assembly is self-sustaining.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является ударный узел, включающий полый корпус с одним входным и выходным отверстиями для истечения рабочей среды, ударные клапаны, жестко закрепленные на штоках, пружины клапанов, валик с кулачком. Дополнительно введено второе выходное отверстие параллельное первому, но развернутое в противоположную сторону. Ударные клапаны, расположенные противоположно друг другу, состоят из седла клапана, тарелки клапана, штока клапана, пружины клапана, установленные в опорах с возможностью возвратно-поступательного движения. Валик с кулачком связан с электродвигателем с изменяющейся частотой вращения. Кулачок изготовлен с тремя выступами в виде зубьев с эвольвентным профилем. Пяты левого и правого клапанов также выполнены с эвольвентным профилем. Валик расположен в опорах валика перпендикулярно корпусу (RU 185737, МПК F15B 21/12, F24D 3/02 опубл. 12.17.2018). The closest in technical essence to the proposed technical solution is the shock assembly, comprising a hollow body with one inlet and outlet for the expiration of the working medium, shock valves, rigidly fixed to the rods, valve springs, roller with a cam. Additionally introduced a second outlet parallel to the first, but deployed in the opposite direction. Impact valves, located opposite each other, consist of a valve seat, valve disc, valve stem, valve springs mounted in supports with the possibility of reciprocating motion. The cam roller is connected to a variable speed motor. The cam is made with three protrusions in the form of teeth with an involute profile. The heels of the left and right valves are also made with an involute profile. The roller is located in the roller bearings perpendicular to the housing (RU 185737, IPC F15B 21/12, F24D 3/02 publ. 12.17.2018).

Недостатком прототипа является равномерная скорость открытия клапанов, что снижает пропускную способность, а так же узкий диапазон частот перераспределения потока жидкости, проходящей через ударный узел.The disadvantage of the prototype is the uniform valve opening speed, which reduces throughput, as well as a narrow frequency range of the redistribution of the fluid flow passing through the shock node.

Технический результат заключается в увеличении пропускной способности и обеспечении широкого диапазона частот реверсивного перераспределения потока рабочей среды, проходящей через ударный узел.The technical result consists in increasing the throughput and providing a wide range of frequencies of the reverse redistribution of the flow of the working medium passing through the shock node.

Сущность изобретения заключается в том, что ударный узел включает полый корпус с тремя отверстиями для входа и выхода рабочей среды, два ударных клапана с пружинами, два седла под ударные клапаны, два штока, установленных в опорах, вал с кулачком, где вал расположен в опорах вала перпендикулярно корпусу. Введены две направляющие втулки и одно седло с опорой под ударный клапан. Ударные клапаны и два отверстия расположены оппозитно и соосно, а третье реверсивное отверстие - перпендикулярно к ним. Один шток является составным, левая часть которого установлена в опоре и заканчивается трубным окончанием, а правая с тарельчатым началом в промежуточной опоре и седле с опорой. Трубная и тарельчатая части составного штока связаны посредством рычагов, закрепленных на промежуточной опоре. Корпус имеет дистанционную втулку, а седла под ударные клапаны с противоположной стороны поджимаются переходными гайкам. Один торец вала вставлен в опору вала, которая поджимается центрирующей заглушкой, второй торец вала выведен за пределы корпуса посредствам направляющей втулки через сальниковое уплотнение и уплотняющую шайбу.The essence of the invention lies in the fact that the shock assembly includes a hollow body with three openings for entering and exiting the working medium, two shock valves with springs, two saddles for shock valves, two rods installed in the bearings, a shaft with a cam, where the shaft is located in the bearings shaft perpendicular to the housing. Two guide bushings and one saddle with support under the shock valve are introduced. Impact valves and two holes are located opposite and coaxial, and the third reversing hole is perpendicular to them. One rod is integral, the left part of which is installed in the support and ends with a pipe end, and the right one with a disk-shaped beginning in the intermediate support and saddle with support. The pipe and disk parts of the composite rod are connected by means of levers mounted on an intermediate support. The casing has a spacer sleeve, and the seats for shock valves on the opposite side are pushed by adapter nuts. One end of the shaft is inserted into the shaft support, which is pressed by the centering plug, the second end of the shaft is brought out of the housing by means of the guide sleeve through the stuffing box seal and the sealing washer.

На фиг. 1 изображена фронтальная проекция конструкции ударного узла в разрезе, на фиг. 2 – горизонтальная проекция конструкции ударного узла в разрезе. In FIG. 1 shows a frontal sectional view of the structure of an impact assembly, in FIG. 2 is a horizontal sectional view of the structure of an impact assembly.

Ударный узел (фиг. 1, 2) включает в себя полый корпус 1 с входным 2, выходным 3 отверстиями, расположенными оппозитно и соосно. А реверсивное 4 отверстие - перпендикулярно к отверстиям 2 и 3. Ударные клапаны 5 и 6 также расположенные оппозитно и соосно, состоят из пружин 7 и 8, направляющих втулок 9 и 10, седла 11 и седла с опорой 12 под ударные клапаны 5 и 6. Вал 13 с кулачком 14 расположен в опорах вала 15 перпендикулярно корпусу 1. Один торец вставлен в опору вала 15, которую поджимают центрирующей заглушкой 16, второй торец вала 13 выведен за пределы корпуса 1 посредствам направляющей втулки 17 через сальниковое уплотнение 18 и уплотняющей шайбы 19. Кулачок 14 взаимодействует со штоком 20 ударного клапана 5, установленном в опоре 21, а так же с элементами составного штока 22. Левая часть составного штока 22 установлена в опоре 23 и заканчивается трубным окончанием, а правая часть составного штока 22 с тарельчатым началом установлена в промежуточной опоре 24 и седле с опорой 12. Трубная и тарельчатая части составного штока 22 связаны посредством рычагов 25, закрепленных на промежуточной опоре 24. Корпус 1 содержит дистанционную втулку 26, а седла под ударные клапаны 5 и 6 с противоположной стороны поджимаются переходными гайками 27 и 28.The shock assembly (Fig. 1, 2) includes a hollow body 1 with an input 2, output 3 holes located opposite and coaxial. And the reverse 4 hole is perpendicular to the holes 2 and 3. The shock valves 5 and 6 also located opposite and coaxial, consist of springs 7 and 8, guide bushings 9 and 10, seats 11 and seats with a support 12 for shock valves 5 and 6. The shaft 13 with the cam 14 is located in the shaft supports 15 perpendicular to the housing 1. One end is inserted into the shaft support 15, which is pressed by the centering plug 16, the second end of the shaft 13 is brought out of the housing 1 by means of the guide sleeve 17 through the stuffing box seal 18 and the sealing washer 19. Cam 14 interacts with stem 2 0 of the shock valve 5 installed in the support 21, as well as with the elements of the composite rod 22. The left part of the composite rod 22 is installed in the support 23 and ends with a pipe end, and the right part of the composite rod 22 with a disc-shaped beginning is installed in the intermediate support 24 and the saddle with the support 12. The pipe and disk parts of the composite rod 22 are connected by means of levers 25 mounted on the intermediate support 24. The housing 1 contains a spacer sleeve 26, and the seats under the shock valves 5 and 6 are pressed from the opposite side by the transition nuts 27 and 28.

Ударный узел работает следующим образом. Сначала обеспечивают соединение входного отверстия 2 с трубопроводом повышенного давления (на чертеже не указан), выходного отверстия 3 с трубопроводом пониженного давления (на чертеже не указан), а реверсивного отверстия 4 с трубопроводом переменного объема, например, трубопровода, заканчивающегося рабочей камерой мембранного насоса или гидроаккумулятором (на чертеже не показаны). После этого, осуществляют подачу рабочей среды через входное отверстие 2 в полый корпус 1. В начальный момент времени ударные клапаны 5 и 6 закрыты и поджимаются пружинами 7 и 8, как представлено на фиг. 1, 2, а к реверсивному отверстию 4 приложено пониженное давление. Затем обеспечивают вращение вала 13 с кулачком 14, зафиксированного с одной стороны в опоре 15, которая поджимается центрирующей заглушкой 16, а с другой стороны в направляющей втулке 17 со стороны свободного конца, выведенного за пределы корпуса через сальниковое уплотнение 18 и уплотняющую шайбу 19. При набегании кулачка 14 на шток 20 последний, перемещаясь влево в опоре 21 открывает ударный клапан 5 и на реверсивном входе устанавливается повышенное давление. При дальнейшем повороте вала 13 на 120^о ударный клапан 5 остается открытым, а рабочая среда из входного отверстия 2, через образовавшийся зазор между ударным клапаном 5 и седлом 11, нагнетается через реверсивное (выходное) отверстие 4 в трубопровод переменного объема с совершением работы, при этом давление в конце поворота вала 13 приближается к давлению во входном отверстии 2. Далее при вращении вала 13 шток 20 соскакивает с выступа кулачка 14 и ударный клапан 5 резко закрывается за счет скорости потока и пружины 7. В момент резкого закрытия ударного клапана 5 происходит гидравлический удар, энергия которого направляется потоку рабочей среды, входящему через входное отверстие 2. При следующем повороте вала 13 против часовой стрелки его кулачок 14 воздействует на левую часть составного штока 22, которая перемещаясь в опоре 23, трубной частью воздействует через рычаги 25 промежуточной опоры 24 на тарельчатое начало правой части составного штока 22, перемещая его влево в опорах 24 и 12, соединенных через направляющую втулку 10 вместе с ударным клапаном 6, открывая его. При дальнейшем повороте вала 13 на 120^о ударный клапан 6 остается открытым и сжатая рабочая среда из трубопровода переменного объема через реверсивное (входное) отверстие 4 выталкивается в выходное отверстие 3 через образовавшийся зазор между ударным клапаном 6 и седлом с опорой 12. Далее при вращении вала 13 левая часть составного штока 22 соскакивает с выступа кулачка 14 и ударный клапан 6 резко закроется за счет скорости потока и пружины 8. В момент резкого закрытия ударного клапана 6 происходит гидравлический удар, энергия которого передается потоку, поступающего со стороны реверсивного (входного) 4 отверстия трубопроводу переменного объема. Изменение длины составного штока 22 обеспечивается дистанционной втулкой 26, а соединение входного и выходного отверстий 2 и 3, соответственно с трубопроводом повышенного и пониженного давления при помощи переходных гаек 27 и 28.The shock node operates as follows. First, the inlet 2 is connected to the high pressure pipe (not shown in the drawing), the outlet 3 with a reduced pressure pipe (not shown), and the reversing hole 4 to a variable volume pipe, for example, a pipe ending with a working chamber of a diaphragm pump or accumulator (not shown in the drawing). After that, the working medium is supplied through the inlet 2 to the hollow body 1. At the initial moment of time, the shock valves 5 and 6 are closed and pressed by the springs 7 and 8, as shown in FIG. 1, 2, and a reduced pressure is applied to the reversing hole 4. Then, the shaft 13 is rotated with the cam 14 fixed on one side in the support 15, which is pressed by the centering plug 16, and on the other hand, in the guide sleeve 17 from the side of the free end brought out of the housing through the stuffing box seal 18 and the sealing washer 19. When the running of the cam 14 on the rod 20 last, moving to the left in the support 21 opens the shock valve 5 and at the reversing input sets the increased pressure. With a further rotation of the shaft 13 by 120 °, ^the shock valve 5 remains open, and the working medium from the inlet 2, through the formed gap between the shock valve 5 and the seat 11, is pumped through the reversing (outlet) hole 4 into a variable volume pipeline with work, this pressure at the end of rotation of the shaft 13 approaches the pressure in the inlet 2. Then, when the shaft 13 is rotated, the rod 20 jumps off the protrusion of the cam 14 and the shock valve 5 abruptly closes due to the flow velocity and spring 7. At the moment of sharp closing of the shock of valve 5, a hydraulic shock occurs, the energy of which is directed to the flow of the working medium entering through the inlet 2. The next time the shaft 13 is rotated counterclockwise, its cam 14 acts on the left side of the composite rod 22, which moves in the support 23 and acts through the levers 25 intermediate support 24 to the poppet beginning of the right side of the composite rod 22, moving it to the left in the supports 24 and 12, connected through the guide sleeve 10 together with the shock valve 6, opening it. With a further rotation of the shaft 13 by 120 °, ^the shock valve 6 remains open and the compressed working medium from the variable volume pipeline through the reversible (inlet) hole 4 is pushed into the output hole 3 through the gap formed between the shock valve 6 and the seat with the support 12. Then, when the shaft rotates 13 the left part of the composite rod 22 jumps off the protrusion of the cam 14 and the shock valve 6 abruptly closes due to the flow rate and spring 8. At the time of the sharp closing of the shock valve 6 there is a hydraulic shock, the energy of which is transmitted Otoko coming from the reverse (input) 4 holes of variable volume conduit. The change in the length of the composite rod 22 is provided by the remote sleeve 26, and the connection of the inlet and outlet openings 2 and 3, respectively, with the pipeline of high and low pressure using transition nuts 27 and 28.

По сравнению с известным решением заявленное изобретение позволяет увеличить пропускную способность ударного узла и обеспечить широкий диапазон частот реверсивного перераспределения потока рабочей среды, проходящей через ударный узел.Compared with the known solution, the claimed invention allows to increase the throughput of the shock node and to provide a wide frequency range of the reverse redistribution of the flow of the working medium passing through the shock node.

Claims

Impact assembly, comprising a hollow body with three openings for the input and output of the working medium, two shock valves with springs, two saddles for shock valves, two rods mounted in bearings, a shaft with a cam, where the shaft is located in the shaft supports perpendicular to the housing, characterized in that two guide bushings are introduced, one seat with support for the shock valve, the shock valves and two body openings are opposite and coaxial, and the third reversing hole is perpendicular to them, one stem is integral, the left part of which The support is mounted in the support and ends with a pipe end, while the right one with a disk-shaped start is installed in the intermediate support and the saddle with the support, the pipe and disk parts of the composite rod are connected by means of levers fixed on the intermediate support, the housing contains a spacer, and the seats for shock valves on the opposite side are pressed with adapter nuts, one end of the shaft inserted into the shaft support, which is pressed with a centering plug, and the second end of the shaft is pulled out of the housing by means of a guide sleeve through gland packing and packing washer.