Компенсатор гідравлічного удару для лічильників палива у паливних системах двигунів

1. Компенсатор гідравлічного удару для лічильників палива у паливних системах двигунів, який виконаний у вигляді циліндрового жорсткого корпусу більшого діаметра з приєднаними до його торців штуцерами, заповненого вкладишами з пружного матеріалу, який відрізняється тим, що всередині корпус розділений на демпфірувальні камери не менше ніж двома дисками з отворами для проходу робочої рідини, розмір яких дорівнює розміру отворів в штуцерах, при цьому в кожному диску є тільки один отвір на його периферії, виконаний у вигляді сегмента, причому отвори в суміжних дисках розташовані на діаметрально протилежних їх боках для зміни напряму руху потоку робочої рідини, а вкладиші з пружного матеріалу U 1 3 24312 підвищення витрат на монтаж і експлуатацію відомого пристрою для гасіння гідравлічного удару. Цей недолік усунений пристроєм для гасіння гідроудару, який містить корпус, і розміщені в ньому нормально відкритий клапан, виконаний у вигляді поворотних неперфорованих заслінок, сполучених між собою за допомогою пружного зв'язку і демпфуючи х елементів, встановлених в корпусі: один перед клапаном і інший - після клапана, при цьому демпфуючі елементи виконані у вигляді нерухомого профільованого сердечника з кільцевими канавками і опорним елементом, наполегливих елементів у вигляді наполегливих ребер жорсткості і поворотних профільованих і перфорованих пелюсток, пов'язаних шарнірно з сердечником. Шарніри розміщені в канавках, а пелюстки сполучені між собою пружним елементом. При цьому пелюстки демпфуючих елементів встановлені до і після клапана і можуть мати різну величину перфорації, а кут нахилу пелюсток демпфуючих пристроїв в початковому положенні може бути менше або рівний куту на хилу заслінок в їх початковому положенні. При виникненні гідроудару, хвиля підвищеного тиску на його фронті розкриває пелюстки демпфуючого елементу, встановленого перед клапаном, долаючи опір пружного елементу. Розкриті перфоровані пелюстки гасять пікові навантаження тиску обуреного середовища. Далі хвиля підвищеного тиску закриває поворотні заслінки клапана, і підвищений тиск у відсіченій зоні перед клапаном продовжує гаситися перфорованими пелюстками, причому фіксація пелюсток в розкритому положенні інтенсифікує процес розсіювання енергії і витрачання енергії потоку на складання пелюсток і переклад їх в початкове положення. Одночасно в зоні за клапаном відбувається рух рідини за інерцією, при цьому за рахунок частини енергії потоку, що проскочила, розкриваються перфоровані пелюстки демпфуючого елементу, встановленого за клапаном, що веде до подальшого розсіювання енергії потоку до прийнятного рівня [див. патент Росії №2031300 з класу F16L55/04 опублікований 20.03.1995p.]. Основним недоліком цього пристрою для гасіння гідравлічного удару, разом з його надмірною складністю і великою номенклатурою мініатюрних деталей, є його висока інерційність, яка обумовлена можливістю проскакування частини енергії потоку через клапан, що неприпустимо для деяких приладів, що встановлюються в гідросистему, особливо лічильників, які встановлюються в паливну систему рідинних двигунів внутрішнього згорання. Найбільш близьким по своїй суті і ефекту, що досягається, і приймається за прототип, є компенсатор гідравлічного удару, який складається з центрального перфорованого трубопроводу, охопленого пружною мембраною, з приєднувальними патрубками або штуцерами і охоплюючої його демпфуючої камери, яка виконана у вигляді циліндрової трубки з еластичного матеріалу, охопленої жорстким корпусом більшого діаметру, заповненого в кільцевому просторі між ним і трубкою, вкладишами з пружного матеріалу, виконаними у вигляді кілець з розподіленими по їх поверхні 4 виїмками у вигляді кільцевих, або радіальних, або спіральних канавок або поглиблень довільної форми та/або за їх обсягом порожнинами у вигляді подовжніх або радіальних проточок, а також вкладиші розділені кільцями меншого діаметру, утворюючих кільцеві канавки. При різкому підвищенні тиску робочої рідини, вона, через перфораційні отвори в тр убопроводі, розриває пружну мембрану, і хвиля тиску гаситься за рахунок дисипації енергії на перфораційних отворах, а також внаслідок податливості трубки і вкладиша з пружного матеріалу, який під впливом хвилі тиску видавлюється у виїмки або порожнини [див. патент Росії №2144641 з класу F16L55/04 опублікований 20.01.2000p.]. Основним недоліком відомого компенсатора гідравлічного удару є одноразовість його використання з-за розриву мембрани внаслідок тиску середовища у момент гасіння гідравлічного удару значної сили. Другим недоліком відомого компенсатора гідравлічного удару є неефективність використання його окремих частин, зокрема, вкладишів, при невеликій силі гідравлічного удару, оскільки в цьому випадку мембрана не розривається і доступ до вкладишів відсутній. Третім недоліком відомого компенсатора гідравлічного удару є не технологічність виготовлення його конструкції. Цей недолік обумовлений необхідністю використання спеціальних ливарних форм для виготовлення вкладишів, які мають нестандартну конструкцію. Крім того, оскільки вкладиші мають різні види канавок і виїмок, потрібні, відповідно, і різні ливарні форми, а це, у свою чергу, відбивається у гірший бік на собівартості компенсатора. В основу корисної моделі поставлено завдання спрощення конструкції компенсатора гідравлічного удару з одночасним підвищенням його експлуатаційних характеристик, зокрема, терміну служби і нечутливості до потужності гідравлічного удару, за рахунок відсутності руйнованих при ударі елементів конструкції компенсатора і постійної готовності вкладишів до гасіння удару шляхом забезпечення постійного обмивання їх плинною робочою рідиною і багатократного зміні напряму руху останньої. Рішення поставленої задачі досягається тим, що у відомому компенсаторі гідравлічного удару, який виконаний у вигляді циліндрового жорсткого корпусу великого діаметру з приєднаними до його торців штуцерами, заповненого вкладишами з пружного матеріалу, згідно пропозиції, всередині корпус роздільний на демпфуючі камери не менше двома дисками з отвором для проходу робочої рідини, розмір яких рівний розміру отворів в штуцерах, при цьому, в кожному диску є тільки один отвір на його периферії, виконаний у вигляді сегменту, причому отвори в суміжних дисках розташовані на діаметрально протилежних їх боках для зміни напряму руху потоку робочої рідини, а вкладиші з пружного матеріалу виконані у вигляді кульок з мастилобензойстійкої гуми. У іншому варіанті виконання компенсатора гідравлічного удару, кожний із згаданих дисків має безліч отворів за 5 24312 всією його площею - перфорацію - для проходу робочої рідини, сумарний розмір яких дорівнюється розміру отворів в штуцерах. У третьому варіанті виконання компенсатора гідравлічного удару, кожний із згаданих дисків має один отвір у тілі диска для проходу робочої рідини, розмір якого дорівнюється розміру отворів в штуцерах. Форма вказаних отворів в дисках - кругла, квадратна, щілинна може бути будь-який і не має значення для досягнення мети. Вкладиші з пружного матеріалу можуть мати і іншу довільну, але обов'язково опуклу криволінійну форму, що виключає їх прилягання один до одного площинами. Перший варіант виконання компенсатора забезпечує послідовне проходження робочою рідиною всіх порожнин демпфуючи х камер із зміною напряму потоку робочого середовища в кожній камері, другий варіант - паралельне протікання робочого середовища множинними потоками, третій варіант, залежно від розташування отвору (по центру диска або із зсувом від центру) - змішане проходження робочим середовищем всіх порожнин демпфуючи х камер з частковою або повною зміною напряму потоку робочого середовища в кожній камері. Завдяки зміні напряму руху потоку робочого середовища, вона постійно взаємодіє з пружними вкладишами, якими заповнена кожна демпфуюча камера. У разі появи гідравлічного удару, хвиля тиску гаситься за рахунок дисипації енергії на отворах, а також внаслідок пружного стиснення вкладишів. Регулювання діапазону частот хвиль, що гасяться, і ступеня зниження їх амплітуди досягається варіюванням розмірами пружних кульок і їх жорсткості. Виконання вкладишів у вигляді пружних кульок гранично спрощує їх конструкцію і технологію виготовлення. Ще більшою мірою спрощується технологія виготовлення вкладишів довільної форми. Сутність корисної моделі пояснюється ілюстративним матеріалом, на якому зображено наступне: Фіг.1 - запропонований компенсатор гідравлічного удару, перший варіант, подовжній розріз; Фіг.2 - теж саме, поперечний розріз, Фіг.3 - теж саме, другий варіант, поперечний розріз, Фіг.4 теж саме, третій варіант, поперечний розріз. Запропонований компенсатор гідравлічного удару (варіант, зображений на Фіг.1) складається з циліндрового жорсткого корпусу 1 великого діаметру з приєднаними до його торців штуцерами 2. Корпус 1 може бути і не циліндровим, проте циліндрова його форма найбільш те хнологічна у виготовленні. Всередині корпус 1 заповнений вкладишами 3 з пружного матеріалу, виконаних, наприклад, у вигляді кульок з мастилобензойстійкої гуми. Всередині корпус 1 також роздільний на демпфуючі камери 4 не менше двома дисками 5 з отвором 6 для проходу робочої рідини. Розмір отворів 6 в дисках дорівнюється розміру отворів 7 в штуцерах 2. У кожному диску 5 є тільки один отвір на його периферії, виконаний у вигляді сегменту. Отвори 6 в суміжних дисках 5 розташовані на діаметрально протилежних їх боках для зміни напряму руху потоку робочої рідини. 6 Аналогічну конструкцію має і другий варіант виконання запропонованого компенсатора гідравлічного удару (варіант, зображений на Фіг.3). Різниця полягає лише в тому, що кожний із згаданих дисків 5 має безліч отворів 6 за всією його площею - перфорацію - для проходу робочої рідини, сумарний розмір яких дорівнюється розміру отворів 7 в штуцерах 2. Аналогічну конструкцію має і третій варіант виконання запропонованого компенсатора гідравлічного удару (варіант, зображений на Фіг.4). Різниця полягає лише в тому, що кожний із згаданих дисків 5 має один отвір 6 в тілі диска 5 для проходу робочої рідини, розмір якого дорівнюється розміру отворів 7 в штуцерах 2. У другому і третьому варіантах виконання запропонованого компенсатора гідравлічного удару форма вказаних отворів 6 в дисках 5 може бути будь-який - круглої, квадратної, щілинної - оскільки форма отворів 6 не має значення для досягнення мети. Вкладиші 3 з пружного матеріалу також можуть мати довільну, але обов'язково опуклу криволінійну форму, що виключає їх прилягання один до одного площинами. Подальша сутність запропонованого технічного рішення пояснюється спільно з принципом роботи запропонованого компенсатора гідравлічного удару. При сталому режимі руху робочої рідини в гідросистемі, вона під тиском потрапляє через штуцер 2 в жорсткий циліндровий корпус 1 і розосереджується в першій демпфуючій камері 4. Далі, ударяючись об перший диск 5 (глуха перешкода), робоча рідина змінює свій напрям руху (варіант, зображений на Фіг.1) і потрапляє через отвір 6 в другу демпфуючу камеру 4, де знов розосереджується. Потім робоча рідина, ударяючись об другий диск 5, знов змінює свій напрям руху і потрапляє через отвір 6 в третю демпфуючу камеру 4, де знов розосереджується і, в міру просування, потрапляє в отвір 7 штуцера 2 і повертається в гідросистему. В процесі руху в корпусі 1, робоча рідина в кожній демпфуючій камері 4, омиваючи вкладиші 3, постійно і багато разів змінює свій напрям руху. При виникненні гідравлічного удару, хвиля підвищеного тиску, в першу чергу, стикається з першою демпфуючою камерою 4, де частково (пікові навантаження) гаситься за рахунок дисипації енергії в розширеній частині корпусу 1. Далі, частина неврівноваженого потоку робочої рідини, що проскочила, стикається з вкладишами 3, які, завдяки своїй податливості (пружності матеріалу), розсіюють хвилю енергії ще в більшій мірі. При подальшому просування потоку рідини по компенсатору, через багаторазову зміну напрямку та дії вкладишів, її тиск вирівнюється до прийнятного рівня. Таким чином, запропонований компенсатор дозволяє повністю погасити гідравлічний удар за рахунок одночасної дії трьох чинників, а саме: дисипації енергії при переході з однієї камери 4 в іншу, багатократної зміни потоку протікання робочої рідини і пружності матеріалу вкладишів. 7 24312 У другому і третьому варіантах (Фіг.3 і 4) виконання компенсатора гідравлічного удару, відбувається гасіння хвилі підвищеного тиску аналогічним чином. Розміри отворів 6 в дисках 5 повинні співпадати з розмірами отворів 6 в штуцерах 2. Таке співвідношення оптимально і, в цьому випадку, з'являється можливість повністю погасити гідравлічний удар. Якщо розміри отворів 6 в дисках 5 будуть більші, ніж розміри отворів 7 в штуцерах 2, то частина хвилі підвищеного тиску, не зустрічаючи чинної перешкоди, проскакуватиме в гідросистему. Якщо розміри отворів 6 в дисках 5 будуть менші, ніж розміри отворів 7 в штуцерах 2, то в корпусі 1 виникатиме підвищений тиск робочої рідини, яка, виходячи з останньої демпфуючої камери 4, дестабілізує загальний тиск робочої рідини в гідросистемі. Вкладиші 3 не повинні мати плоских поверхонь. Інакше вони можуть утворювати загальні (що злипнулися) фрагменти, що знижують пружність і зменшують багатократність зміни напряму руху робочої рідини. Кількість демпфуючи х камер може бути різною, але, як показує практика, цілком достатньо для повного гасіння гідравлічного удару, досить встановити в корпусі лише два диски 5. Істотна відмінність об'єкту корисної моделі, що заявляється, від раніше відомих полягає в тому, що корпус компенсатора розділений на декілька послідовних демпфуючих камер за допомогою дисків з отворами строго обумовленого розміру і місцерозташуванням, а самі камери повністю заповнені пружними вкладишами, що мають форму, в якій відсутні площини, що дозволяє за рахунок декількох видів дії. Вказані відмінності, в сук упності, забезпечують надійне поетапне гасіння енергії гідравлічного удару за рахунок періодичного розширення і звуження тракту руху робочого середовища, збільшення довжини тракту руху робочої рідини і постійного проходження нею вкладишів (гасителів енергії), без зміни їх просторової орієнтації і без їх руйнування енергією хвилі підвищеного тиску. Жоден з відомих пристроїв такого класу не може володіти відміченими властивостями, оскільки конструктивно містять або руйновані елементи, або що механічно міняють своє положення щодо вузлів їх кріплення, або вимагають додаткового відведення робочої рідини з гідросистеми, або автономного підживлення. 8 До технічних переваг запропонованого технічного рішення, у порівнянні з прототипом, можна віднести наступне: - збільшення довжини тракту р уху робочої рідини по довжині корпусу за рахунок використання розділяючих дисків із спеціальним розташуванням в них о творів певних розмірів; - збільшення терміну експлуатації (практично не обмежений) до природного зносу пружних вкладишів за рахунок відсутності в конструкції руйнованих деталей і рухомих елементів; - підвищення технологічності виготовлення за рахунок використання вкладишів сферичної або довільної форми, тобто поширених простих форм; - спрощення конструкції з тієї ж причини; - надійність гасіння гідравлічного удару за рахунок постійного протікання робочої рідини через компенсуючі елементи, збільшення довжини гасячого тракту і багатократної зміни напряму руху робочої рідини; - можливість регулювання експлуатаційних характеристик компенсатора за рахунок використання вкладишів різної жорсткості і дисків з різними отворами. Соціальний ефект від використання запропонованого технічного рішення, в порівнянні з використанням прототипу, одержують за рахунок розширення області застосування компенсатора гідравлічного удару в результаті високої надійності і повного гасіння енергії обуреного середовища. Саме з цієї причини відомі компенсатори не використовуються в паливних системах двигунів транспортних засобів, оскільки не забезпечують повне гасіння гідравлічного удару. Це особливо актуально, якщо в паливну систему включають лічильники палива. Як відомо, ці прилади дуже чутливі до перепадів тиску і, надають невірні свідчення за наявності таких перепадів, що виникають при роботі паливних насосів. Наявність же лічильників палива дозволяє не тільки точно контролювати його витрату, але і попередити його несанкціоноване вилучення з бака транспортного засобу. Економічний ефект від використання запропонованого технічного рішення, в порівнянні з використанням прототипу, одержують за рахунок зниження вартості компенсатора гідравлічних ударів, а також за рахунок абсолютної точності обліку витрати палива в двигунах транспортних засобів. 9 Комп’ютерна в ерстка А. Рябко 24312 Підписне 10 Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601