Газодинамічний генератор двофазних силових імпульсів

Реферат: Винахід належить до пристроїв що можуть генерувати двофазні імпульси сили шляхом перетворення енергії стисненого газу та зміни його термодинамічного стану і може бути використаний в різних галузях народного господарства для силового газового і термодинамічного навантаження на газоподібні, рідкі і тверді речовини в процесі їх технологічної обробки. Газодинамічний генератор двофазних силових імпульсів, виконано у вигляді імпульсної головки, що містить в собі накопичувальну ємність, вихлопний ствол та випускний клапан, причому випускний клапан розроблено у вигляді вкладеного у вихлопний ствол поршня, в конструкції якого виконані газопровідні канали для подачі газу в накопичувальну ємність, а конструкція ствола має форму гільзи з вікнами для викиду газів, що перекриваються тілом поршня при його переміщенні, крім того, в корпусі вихлопного ствола виконані газопровідні канали для подачі газу через канали поршня в накопичувальну ємність, причому вікна для викиду газів і газопровідні канали конструктивно розташовані таким чином, що забезпечують рух у одному напрямку фронту ударної хвилі і механічного переміщення корпусу імпульсної головки при викиді газів з вихлопного ствола, крім того, вікна для викиду газів і газопровідні канали конструктивно розташовані таким чином, що забезпечують рух у протилежних напрямках фронту ударної хвилі і механічного переміщення корпусу імпульсної головки при викиді газового потоку з вихлопного ствола. Імпульсна головка додатково містить вбудований регулятор швидкості заповнення накопичувальної ємності і тригерний клапан управління газовим вихлопом, які підключені до газопровідних каналів, розташованих в корпусі вихлопного ствола. А поршень має різьбовий отвір для приєднання додаткового елемента, яким регулюється маса поршня, крім того, газодинамічний генератор двофазних силових імпульсів може мати кілька імпульсних головок і комутатор, до виходу якого підключені тригерні клапани управління газовим вихлопом, причому комутатор може бути як електричним апаратом, так і пневматичним. Досягається розширення функціональних можливостей генератора та удосконалення його конструкції. UA 105348 C2 (12) UA 105348 C2 UA 105348 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до газових пристроїв, які здатні генерувати двофазні імпульси сили шляхом перетворення енергії стисненого газу та зміни його термодинамічного стану. Газодинамічний генератор двофазних сил може бути використаний в різних галузях народного господарства для силового газового і термодинамічного навантаження на газоподібні, рідкі і тверді речовини в процесі їх технологічної обробки. Він може бути використаний в технології вібраційного формування і виготовлення ливарних форм за допомогою опок-контейнерів. Обладнання з вбудованим газодинамічним генератором двофазних сил може бути застосоване для ущільнення дисперсних матеріалів, формування деталей, які виготовляють з порошків, обробки поверхні відливок і прокату, газодинамічного очищення внутрішнього простору реакторних котлів. Відомо про пневмоімпульсний генератор для очищення поверхні від відкладень, що містить вертикальний корпус, розділений запірним органом мембранного типу на керуючу порожнину і накопичувальну порожнину, які приєднані до джерела стисненого повітря [1]. Проте вказане технічне рішення має конструктивні недоліки, які не дозволяють проводити регулювання енергії ударних хвиль в широкому діапазоні значень, і, крім того, пристрій має складне регулювання шпаруватості імпульсів. Відомо також про конструкцію генератора пневматичних імпульсів, який містить в собі корпус з впускним і випускним патрубками, еластичну мембрану, встановлену в порожнину корпуса з утворенням пневмокамери, штоковий робочий клапан з сідлом, з'єднаний з пневмокамерою пружним елементом, що виконаний у вигляді пружини стиску, штоковий робочий клапан розміщено в стакані з вікнами, при цьому стакан жорстко закріплено в корпусі генератора, а клапан виконано з ущільненням для профільованого сідла, на шток через тарілку встановлена пружина стиску, яка підтиснена регулюючою гайкою, а випускний патрубок виконано у вигляді профільованого сопла, наприклад сопла Лаваля [2]. Однак, як встановлено, даний пневмоімпульсний генератор також має конструктивні недоліки, які ускладнюють як сам процес виготовлення генератора, так і настройку його на задану енергію імпульсу, технологічні можливості даної конструкції генератора обмежені, що дозволяє проводити регулювання енергії ударних хвиль в широкому діапазоні значень. Відомо також про пристрій для генерації акустичних хвиль [3], який розроблено у вигляді імпульсної газової головки мембранного типу. На відміну від інших наведених прикладів в конструкції даного пристрою передбачено апаратне регулювання енергії газового тиску, але вказане технічне рішення також має вузькі технологічні можливості. Крім того, наявність в пристрої мембрани, знижує його надійність. Найбільш близьким технічним рішенням, яке вибрано прототипом, є пневмоімпульсний генератор, що містить корпус з порожниною, яка з'єднана з джерелом стисненого повітря за допомогою вхідного патрубка, а за допомогою вихідного патрубка, який забезпечено запірним пружинним клапаном, з атмосферою. У порожнині корпусу навпроти вихідного патрубка встановлений поршень, одна з торцевих стінок якого із зовнішнього боку підібгана пружиною відносно корпусу. Друга торцева стінка з'єднана з запірним клапаном за допомогою штока, який підібгано пружиною з її внутрішньої сторони [4]. Вказаний пристрій дозволяє генерувати імпульсні ударні хвилі, проте він має обмежені функціональні можливості, крім того конструкція пневмоімпульсного генератора не забезпечує швидкісного відкриття клапана, таким чином, фронт ударної хвилі спотворюється і затягується. В основу винаходу поставлено задачу розширення функціональних можливостей генератора та удосконалення його конструкції. Поставлені задачі вирішуються тим, що газодинамічний генератор двофазних силових імпульсів, виконано у вигляді імпульсної головки, що містить в собі накопичувальну ємність, вихлопний ствол та випускний клапан, причому випускний клапан розроблено у вигляді вкладеного у вихлопний ствол поршня, в конструкції якого виконані газопровідні канали для подачі газу в накопичувальну ємність, а конструкція ствола має форму гільзи з вікнами для викиду газів, що перекриваються тілом поршня при його переміщенні, крім того, в корпусі вихлопного ствола виконані газопровідні канали для подачі газу через канали поршня в накопичувальну ємність, причому вікна для викиду газів і газопровідні канали конструктивно розташовані таким чином, що забезпечують рух у одному напрямку фронту ударної хвилі і механічного переміщення корпусу імпульсної головки при викиді газів з вихлопного стволу, крім того, вікна для викиду газів і газопровідні канали конструктивно розташовані таким чином, що забезпечують рух у протилежних напрямках фронту ударної хвилі і механічного переміщення корпусу імпульсної головки при викиді газового потоку з вихлопного стволу, імпульсна головка додатково містить вбудований регулятор швидкості заповнення накопичувальної ємності і тригерний клапан управління газовим вихлопом, які підключені до газопровідних каналів, 1 UA 105348 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 розташованих в корпусі вихлопного ствола, а поршень має різьбовий отвір для приєднання додаткового елемента, яким регулюється маса поршня, крім того, газодинамічний генератор двофазних силових імпульсів може мати кілька імпульсних головок і комутатор, до виходу якого підключені тригерні клапани управління газовим вихлопом, причому комутатор може бути як електричним апаратом, так і пневматичним. На фіг. 1 зображено конструкцію газодинамічного генератора двофазних силових імпульсів, конструкція якого дозволяє відтворювати імпульси газового тиску та силові імпульси в односпрямованому синфазному русі. На фіг. 2 зображено ту же саму конструкцію газодинамічного генератора двофазних силових імпульсів на стадії зарядки стисненим газом, а на фіг. 3 показано місце знаходження поршня та стрілками позначено рух газових потоків і сил при імпульсному розряді газодинамічного генератора, що приведений на фіг. 1. На фіг. 4 також приведено другий варіант конструкції генератора двофазних силових імпульсів, що призначений для генерування імпульсів газового тиску та силових імпульсів в синфазному режимі по протилежних напрямках. На фіг. 5 відображено момент знаходження поршня генератора, зображеного на фіг. 4 при імпульсному розряді, та стрілками показано рух газових потоків і сил. На фіг. 6 наведено схему газодинамічного генератора двофазних сил, конструкція якого передбачає використання кількох імпульсних головок і комутатора, до виходу якого підключені тригерні клапани управління газовим вихлопом. В залежності від цільового газодинамічний генератор двофазних силових імпульсів передбачає два варіанти конструктивного виконання. Перший варіант пристрою, що зображений на фіг. 1, складається з імпульсної головки 1 всередині якої розташовано накопичувальну ємність 2, вихлопний ствол 3 та випускний клапан, який конструктивно виконано вигляді поршня 4, вкладеного у ствол 3. В конструкції поршня виконані газопровідні канали 5 для подачі газу в накопичувальну ємність 2, а конструкція ствола має форму гільзи з вікнами 6 для викиду газів, що перекриваються тілом поршня при його переміщенні, крім того, в корпусі ствола 3 також виготовлені спеціальні газопровідні канали: газопровідний канал 7 для подачі газу через канали поршня в накопичувальну ємність, та газопровідний канал 8, що виконує функцію передачі сигналу на управління ударним вихлопом. Газопровідні канали 7 та 8 конструктивно розташовані таким чином, що, забезпечують рух в одному напрямку фронту ударної хвилі і механічного переміщення корпусу імпульсної головки при викиді газів з вихлопного ствола 3. Для розширення діапазону відтворення двофазних імпульсів імпульсна головка 1 додатково містить вбудований регулятор 9 швидкості заповнення газом накопичувальної ємності, і тригерний клапан 10 управління газовим вихлопом які підключені відповідно до газопровідних каналів 7 та 8, розташованих в корпусі вихлопного ствола. Крім того, для розширення діапазону регулювання динамічної сили поршень 4, має різьбовий отвір 11 для закріплення додаткового елемента 12, яким регулюється маса поршня. Конструкція газодинамічного генератора двофазних силових імпульсів в другому варіанті (див. фіг. 4) складається з імпульсної головки 1, всередині якої розташовано накопичувальну ємність 2, вихлопний ствол 3 та випускний клапан, який конструктивно виконано вигляді поршня 4, вкладеного у ствол 3. В конструкції поршня виконані газопровідні канали 5 для подачі газу в накопичувальну ємність 2, а конструкція ствола має форму гільзи з вікнами 6 для викиду газів, що перекриваються тілом поршня при його переміщенні, крім того, в корпусі ствола 3 також виготовлені спеціальні газопровідні канали: газопровідний канал 7 для подачі газу через канали поршня в накопичувальну ємність, та газопровідний канал 8 що виконує функцію передачі сигналу на управління ударним вихлопом. На відміну від першого варіанта, в другому варіанті конструкції (див. фіг. 4), газопровідні канали 7 та 8 конструктивно розташовані таким чином, що, забезпечують рух фронту ударної хвилі і механічного переміщення корпусу імпульсної головки при викиді газів з вихлопного ствола в протилежних напрямках. В конструкції також передбачено вбудований регулятор 9 швидкості заповнення газом накопичувальної ємності, і тригерний клапан 10 управління газовим вихлопом, які підключені відповідно до газопровідних каналів 7 та 8, що розташовані в корпусі вихлопного ствола, а поршень 4, виконано з різьбовим отвором 11 для закріплення додаткової маси 12. Для можливості генерування сильних і розосереджених імпульсних сил газодинамічний збудник двофазних силових імпульсів може мати кілька імпульсних головок, (наприклад 3, див. фіг. 6), причому всі тригерні клапани управління газовим вихлопом імпульсних головок 13, 14, 15 підключені до комутатора 16. В залежності від умов технологічного застосування комутатор 16 може бути як електричним апаратом, так і пневматичним і виконувати функцію командоапарату який синхронно разом включає всі імпульсні головки, або включає імпульсні головки послідовно з інтервалом у часі. 2 UA 105348 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Пристрій, виконаний по першому варіанту, використовують для односпрямованої синхронної генерації ударних хвиль та поштовхових імпульсів. Перед початком роботи, регулятором 9, встановлюють необхідну швидкість наповнення накопичувальної ємності 2, і таким чином задається необхідна в технологічному процесі роботи генератора шпаруватість імпульсів. Через регулятор 9 по каналу 7 стиснений газ надходить та накопичується під дном поршня і змушує поршень 4 переміщатися вгору під дією тиску газів. При переміщенні поршня вгору відбувається закриття вікон 6 і одночасно, за допомогою каналу 5, відкривається прохід для зарядки накопичувальної ємності (див. фіг. 2). В наступний момент через канали 7 та 5 починається процес заповнення накопичувальної ємності 2 стиснутим газом. При досягненні в накопичувальній ємності 2 заданого тиску, який дорівнює уставки тригерного клапана 10, клапан 10 відкривається і відбувається скид тиску під дном поршня (див. фіг. 3). Завдяки різниці тиску, знизу і зверху поршня утворюється сила, яка відкидає поршень 4 вниз, і в цей момент формується імпульс поштовху, сила якого прямо пропорційна масі поршня і його прискоренню в момент відльоту. В залежності режимів технологічного навантаження, за допомогою додаткової маси 12 можна встановлювати оптимальні значення сили поштовху. Синфазне процесу формування імпульсу поштовху відбувається формування ударної хвилі, яка миттєво спрямовується на оброблювальну поверхню. Таким чином при технологічній обробці різних об'єктів здійснюється комплексна взаємодія двох факторів: ударної хвилі та поштовхового імпульсу, що забезпечує високоефективне використання конструктивних особливостей даного пристрою. При технологічній необхідності використання ударної хвилі та поштовхового імпульсу, що діють у протилежних напрямках, застосовують пристрій виконаний по другому варіанту (див. фіг. 4). Робоче функціонування пристрою здійснюється аналогічно вищенаведеному в першому варіанті. Через регулятор 9 по каналу 7 стиснений газ надходить та накопичується під дном поршня 4. Одночасно по каналу 5 проводиться зарядка накопичувальної ємності 2, (див. фіг. 4). При досягненні в накопичувальній ємності 2 заданого тиску, який дорівнює уставки тригерного клапана 10, клапан 10 відкривається і відбувається скид тиску зверху поршня. Завдяки різниці тиску, знизу і зверху поршня утворюється сила, яка відкидає поршень 4 вверх, (див. фіг. 5). Синфазне процесу формування імпульсу поштовху, який направлений вниз, відбувається формування ударної хвилі, яка спрямовується у протилежному напрямку. По другому варіанту конструкції пристрою, при його роботі також здійснюється синфазне навантаження оброблювального об'єкта ударною хвилею та поштовховим імпульсом, що мають протилежну направленість. При обробці великогабаритних деталей найбільша ефективність навантажування двофазним силовим імпульсом досягається при взаємодії на всій поверхні деталі фронту ударної хвилі, що синфазно формується, наприклад, трьома імпульсними головками, конструкція яких може бути виконана як по першому, так і за другим варіантом (див. фіг. 6). Імпульсні головки 13, 14, 15 примусово отримують команду на включення від комутатора 16. Джерела інформації: 1. Пневмоимпульсный генератор для очистки поверхностей от отложений. Авторское свидетельство СССР № 1532797 МПК F28G21/16, опубл.30.12.1989. 2. Генератор пневматичних імпульсів. Патент UA 85120 (С2) МПК F28G1/00, опубл. 25.12.2008. 3. Патент міжнародного патентного бюро WO2012141284 (А1) - 2012-10-18 МПК F23J3/00; F28G1/16; G10K9/04. Sound wave generating device, sonic extraneous matter eliminating/minimizing device, sonic soot blower device, heat exchange device, exhaust gas treatment device, and industrial equipment using same, method of operating sound wave generating device. Також опубліковано як JP2012226010 (A). 4. Пневмоимпульсный генератор. Патент RU 2312717 (С1) МПК В08В5/02; F28G1/00, опубл. 20.12.2007. 3 UA 105348 C2 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 5 10 15 20 1. Газодинамічний генератор двофазних силових імпульсів, виконаний у вигляді імпульсної головки, що містить в собі накопичувальну ємність, з′єднану з джерелом стисненого газу, у порожнині якої по поздовжній її осі розташований вихлопний ствол та випускний клапан, який відрізняється тим, що випускний клапан виконано у вигляді вкладеного у вихлопний ствол поршня, в якому виконані газопровідні канали для подачі газу в накопичувальну ємність, а ствол має форму гільзи з вікнами для викиду газів, що мають можливість перекриватися тілом поршня при його переміщенні, крім того, в корпусі вихлопного ствола виконані газопровідні канали для подачі газу через канали поршня в накопичувальну ємність, причому вікна для викиду газів і газопровідні канали розташовані таким чином, що забезпечують рух у одному або у протилежних напрямках фронту ударної хвилі і імпульсної головки при викиді газів з вихлопного ствола. 2. Газодинамічний генератор двофазних силових імпульсів за п. 1, який відрізняється тим, що імпульсна головка додатково містить вбудований регулятор швидкості заповнення накопичувальної ємності і тригерний клапан управління газовим вихлопом, які підключені до газопровідних каналів, розташованих в корпусі вихлопного ствола. 3. Газодинамічний генератор двофазних силових імпульсів за п. 1, який відрізняється тим, що поршень має різьбовий отвір для приєднання додаткового елемента, яким регулюється маса поршня. 4 UA 105348 C2 5 UA 105348 C2 6 UA 105348 C2 7 UA 105348 C2 Комп’ютерна верстка Л. Литвиненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 8