RU195955U1

RU195955U1 - PULSE PNEUMOGENERATOR

Info

Publication number: RU195955U1
Application number: RU2019134585U
Authority: RU
Inventors: Александр Николаевич Ряшенцев
Original assignee: Параева Ольга Александровна
Priority date: 2019-10-28
Filing date: 2019-10-28
Publication date: 2020-02-11

Abstract

Полезная модель относится к пневмоимпульсной технике и может быть использована в различных областях народного хозяйства для импульсного воздействия на газообразные, жидкие и твердые среды, например, для очистки внутренних поверхностей трубопроводных систем.Технический результат заключается в возможности работы устройства в различных режимах с высоким КПД.Технический результат достигается тем, что в импульсном пневмогенераторе, содержащем корпус с полостью, сообщенной посредством входного патрубка с источником рабочего агента, а посредством выходного патрубка, снабженного запорным клапаном, - с атмосферой, и размещенный в полости корпуса поршень со штоком, запорный клапан закреплен на штоке с возможностью свободного осевого перемещения, поршень разделяет полость на две камеры разного объема, рабочую - большего объема, содержащую канал соединения с внешним накопителем, и нагнетательную - меньшего объема, на наружной боковой поверхности поршня выполнены кольцевые проточки, а в корпусе со стороны нагнетательной камеры выполнен канал сброса, перекрываемый клапаном управления.При этом клапан управления может быть подпружинен относительно поршня.При этом запорный клапан может содержать закрепленное на его наружной боковой поверхности упругое уплотнение.Сущность предлагаемого технического решения заключается в том, что помимо потенциальной энергии сжатого газа, накопленного в рабочей камере (и в ресивере) и нагнетательной камере на этапах их заполнения, на скорость открытия/закрытия запорного клапана влияет кинетическая энергия перемещаемого поршня (со штоком), увеличивая крутизну фронтов пневмоимпульса (выравнивая его амплитуду в течение всего периода сброса).Как следствие, увеличивается импульсная мощность генератора и, соответственно, эффективность его воздействия на среду.При этом возможность управлением длительностью каждого пневмоимпульса и скорости повторений за счет применения клапана управления и канала сброса позволяет использовать устройство в различных режимах, расширяя его функциональные возможности.The utility model relates to pneumatic pulse technology and can be used in various fields of the national economy for pulsed action on gaseous, liquid and solid media, for example, for cleaning the internal surfaces of pipeline systems. The technical result consists in the possibility of the device working in various modes with high efficiency. the result is achieved in that in a pulsed pneumatic generator containing a housing with a cavity communicated by means of an inlet pipe with a source of a working agent, and by means of an outlet pipe equipped with a shut-off valve - with atmosphere, and a piston with a rod located in the body cavity, a shut-off valve mounted on the rod with the possibility of free axial movement, the piston divides the cavity into two chambers of different volumes, the working one - of a larger volume, containing a connection channel with an external drive, and a discharge one of a smaller volume, annular grooves are made on the outer lateral surface of the piston, and a discharge channel is made in the housing from the side of the injection chamber, which is blocked by a valve In this case, the control valve can be spring-loaded relative to the piston. Moreover, the shut-off valve may contain an elastic seal fixed to its outer side surface. The essence of the proposed technical solution is that in addition to the potential energy of the compressed gas accumulated in the working chamber (and in the receiver ) and the injection chamber at the stages of their filling, the kinetic energy of the moving piston (with the rod) affects the speed of opening / closing the shut-off valve, increasing the steepness of the pneumatic fronts pulse (equalizing its amplitude during the entire discharge period). As a result, the generator pulse power and, consequently, the efficiency of its impact on the environment increase. Moreover, the ability to control the duration of each pneumatic pulse and the repetition rate through the use of a control valve and a reset channel allows you to use the device in various modes, expanding its functionality.

Description

Полезная модель относится к пневмоимпульсной технике и может быть использована в различных областях народного хозяйства для импульсного воздействия на газообразные, жидкие и твердые среды, например, для очистки внутренних поверхностей трубопроводных систем.The utility model relates to pneumopulse technology and can be used in various fields of the national economy for pulsed action on gaseous, liquid and solid media, for example, for cleaning the internal surfaces of pipeline systems.

Известен импульсный пневмогенератор, содержащий полый цилиндрический корпус, разделенный подвижным поршнем на входную и накопительную камеры, первая из которых через подводящий канал сообщена с источником сжатого воздуха, вторая через отверстие в поршне сообщена с входной камерой, а через посредство выхлопных отверстий - с окружающей средой (см. патент РФ №2113287, МПК В08В 5/02, В08В 9/04, опубликован 20.06.1998 г. ). При подаче воздуха во входную камеру давление в ней повышается, заставляя поршень перемещаться в направлении накопительной камеры. В процессе перемещения поршень перекрывает выхлопные отверстия, и давление в накопительной камере также начинает повышаться. Вследствие разности площадей торцевых поверхностей поршня со стороны накопительной и входной камер по мере увеличения давления в накопительной камере наступает момент, когда силы давления, действующие на поршень слева, начинают превышать силы давления, действующие на поршень справа, и последний начинает перемещаться в обратном направлении. Указанное перемещение происходит до тех пор, пока поршень не откроет выхлопные отверстия. В момент открытия последних происходит выброс газа, после чего описанный цикл работы повторяется.A pulse pneumatic generator is known, comprising a hollow cylindrical body divided by a movable piston into an inlet and an accumulation chamber, the first of which is connected to a source of compressed air through an inlet channel, the second is in communication with an inlet chamber through an opening in the piston, and with the environment through exhaust holes ( see RF patent No. 2113287, IPC B08B 5/02, B08B 9/04, published on June 20, 1998). When air is supplied to the inlet chamber, the pressure in it rises, causing the piston to move in the direction of the storage chamber. During the movement, the piston blocks the exhaust openings, and the pressure in the storage chamber also begins to increase. Due to the difference in the area of the end surfaces of the piston on the side of the storage and inlet chambers, as the pressure in the storage chamber increases, there comes a moment when the pressure forces acting on the piston on the left begin to exceed the pressure forces acting on the piston on the right, and the latter begins to move in the opposite direction. The indicated movement occurs until the piston opens the exhaust openings. At the moment of opening of the latter, gas is ejected, after which the described cycle of work is repeated.

Недостатком данного устройства, обусловленным растянутостью выхлопного импульса по времени, является невысокая мощность пневмоимпульса.The disadvantage of this device, due to the length of the exhaust pulse in time, is the low power of the pneumatic pulse.

Известен принятый в качестве прототипа импульсный пневмогенератор (см. патент RU №2312717, МПК В08В 5/02, F28G 1/16, опубликован 20.12.2007 г.), содержащий корпус с полостью, сообщенной посредством входного патрубка с источником сжатого воздуха, а посредством выходного патрубка, снабженного подпружиненным запорным клапаном со штоком, - с атмосферой, в полости корпуса напротив выходного патрубка установлен поршень, одна из торцевых стенок которого с наружной стороны подпружинена относительно корпуса, а вторая посредством штока, подпружиненного с ее внутренней стороны, соединена с запорным клапаном.Known adopted as a prototype pulsed pneumatic generator (see patent RU No. 2312717, IPC B08B 5/02, F28G 1/16, published December 20, 2007), comprising a housing with a cavity communicated through an inlet pipe with a source of compressed air, and by an outlet pipe equipped with a spring-loaded shut-off valve with a stem - with atmosphere, a piston is installed in the body cavity opposite the outlet pipe, one of the end walls of which is externally spring-loaded relative to the body, and the second by means of a rod spring-loaded from its inside nney hand, is connected to the shut-off valve.

Перед началом работы давление в полости, ограниченной запорным клапаном и поршнем, равно атмосферному. При подаче газа в патрубок давление в указанной полости возрастает, и силы давления перемещают поршень и клапан в противоположные стороны, сжимая пружины. После полного сжатия пружины клапана поршень, продолжая перемещаться и сжимать пружину поршня, увлекает за собой клапан. В момент открытия клапаном патрубка происходит сброс газа. Давление в полости резко падает. Пружина клапана распрямляется, перемещая клапан вправо. При этом за счет увеличения проходного сечения для сброса газа обеспечивается высокая крутизна переднего фронта газового импульса. Одновременно с этим поршень под действием своей пружины резко перемещается влево, принудительно выдавливая газ из полости и обеспечивая тем самым удержание амплитуды газового импульса и высокую крутизну заднего фронта импульса. Перемещаясь влево, поршень увлекает за собой клапан, который перекрывает патрубок, после чего цикл повторяется.Before starting work, the pressure in the cavity bounded by a shut-off valve and a piston is equal to atmospheric. When gas is supplied to the nozzle, the pressure in the specified cavity increases, and the pressure forces move the piston and valve in opposite directions, compressing the springs. After full compression of the valve spring, the piston, while continuing to move and compress the piston spring, carries the valve along. At the moment the valve opens the pipe, gas is released. The pressure in the cavity drops sharply. The valve spring is straightened by moving the valve to the right. At the same time, by increasing the flow area for gas discharge, a high steepness of the leading edge of the gas pulse is ensured. At the same time, under the action of its spring, the piston sharply moves to the left, forcing the gas out of the cavity forcibly, thereby ensuring that the amplitude of the gas pulse is maintained and the steepness of the trailing edge of the pulse is high. Moving to the left, the piston carries with it a valve that closes the pipe, after which the cycle repeats.

Известное устройство обеспечивает достаточно высокую амплитуду импульса в течение всего времени сброса, однако обладает определенными недостатками.The known device provides a sufficiently high pulse amplitude during the entire reset time, however, it has certain disadvantages.

Во-первых, амплитуда импульса в момент открытия и закрытия клапана не максимальна, поскольку скорость перемещения клапана при открытии/закрытии (начале и конце рабочего цикла) ниже его скорости в течение рабочего цикла за счет инерции пружин.Firstly, the amplitude of the pulse at the time of opening and closing the valve is not maximum, since the speed of movement of the valve when opening / closing (the beginning and end of the working cycle) is lower than its speed during the working cycle due to the inertia of the springs.

Во-вторых, параметры частоты рабочих циклов, длительности каждого из них и амплитуды импульса являются неизменяемыми и зависят от характеристик генератора (жесткости пружин, длины ходов, объемов камер, масс подвижных элементов, давления на входе и сечений отверстий).Secondly, the parameters of the frequency of duty cycles, the duration of each of them and the pulse amplitude are unchanged and depend on the characteristics of the generator (spring stiffness, stroke lengths, chamber volumes, masses of moving elements, inlet pressure and hole sections).

Задачей заявляемого технического решения является создание импульсного пневмогенератора повышенной импульсной мощности с изменяемыми характеристиками пневмоудара.The objective of the proposed technical solution is to create a pulsed pneumatic generator of increased pulsed power with variable characteristics of a pneumatic shock.

Технический результат заключается в возможности работы устройства в различных режимах с высоким КПД.The technical result consists in the possibility of the device in various modes with high efficiency.

Технический результат достигается тем, что в импульсном пневмогенераторе, содержащем корпус с полостью, сообщенной посредством входного патрубка с источником рабочего агента, а посредством выходного патрубка, снабженного запорным клапаном, - с атмосферой, и размещенный в полости корпуса поршень со штоком, запорный клапан закреплен на штоке с возможностью свободного осевого перемещения, поршень разделяет полость на две камеры разного объема, рабочую - большего объема, содержащую канал соединения с внешним накопителем, и нагнетательную - меньшего объема, на наружной боковой поверхности поршня выполнены кольцевые проточки, а в корпусе со стороны нагнетательной камеры выполнен канал сброса, перекрываемый клапаном управления.The technical result is achieved by the fact that in a pulsed pneumatic generator containing a housing with a cavity communicated through an inlet pipe with a source of a working agent, and through an outlet pipe equipped with a shut-off valve, with the atmosphere, and a piston with a rod located in the cavity of the housing, the shut-off valve is fixed to rod with the possibility of free axial movement, the piston divides the cavity into two chambers of different volumes, the working one - of a larger volume, containing a channel for connecting to an external drive, and a discharge - smaller volume, annular grooves are made on the outer lateral surface of the piston, and a discharge channel is made in the housing from the side of the injection chamber, which is blocked by the control valve.

При этом клапан управления может быть подпружинен относительно поршня.In this case, the control valve may be spring-loaded relative to the piston.

При этом запорный клапан может содержать закрепленное на его наружной боковой поверхности упругое уплотнение.In this case, the shutoff valve may comprise an elastic seal fixed to its outer side surface.

Заявляемое техническое решение поясняется чертежом, на котором схематически изображен продольный разрез импульсного пневмогенератора.The claimed technical solution is illustrated by the drawing, which schematically shows a longitudinal section of a pulsed pneumatic generator.

Импульсный пневмогенератор содержит корпус 1 с входным и выходным патрубками 2 и 3, соответственно, запорный клапан 4, поршень 5 с проточками 6, шток 7, рабочую камеру 8, нагнетательную камеру 9, канал 10 сброса, клапан 11 управления, канал 12 внешнего накопителя, например, ресивера (не показан).The pulsed pneumatic generator comprises a housing 1 with inlet and outlet nozzles 2 and 3, respectively, a shutoff valve 4, a piston 5 with grooves 6, a rod 7, a working chamber 8, a pressure chamber 9, a discharge channel 10, a control valve 11, an external storage channel 12, for example, a receiver (not shown).

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

В начале цикла рабочий агент (воздух, газ, газовая или газожидкостная смесь) подают через входной патрубок 3 в нагнетательную камеру 9 полости генератора. Давление в камере 9 повышается и поршень 5 за счет действующей на его торцевую стенку силы давления перемещается вместе со штоком в сторону выходного патрубка 3. При достижении поршнем 5 запорного клапана 4 происходит упругое (близкое к абсолютно упругому) соударение, импульс поршня 5 передается запорному клапану 4, который моментально приобретает определенную начальную скорость (поскольку масса поршня 5 со штоком 7 существенно больше массы запорного клапана 4, начальная скорость последнего достаточно высокая). Запорный клапан 4 свободно перемещается вдоль оси на штоке 7 и перекрывает выходной патрубок 3, прижимаясь (соударение, близкое у абсолютно неупругому) уплотнением к торцевой поверхности рабочей камеры 8. Поршень 5 со штоком 7, продолжая перемещаться, упирается в торец запорного клапана 4, фиксируя его положение относительно патрубка 3.At the beginning of the cycle, the working agent (air, gas, gas or gas-liquid mixture) is fed through the inlet pipe 3 into the discharge chamber 9 of the generator cavity. The pressure in the chamber 9 rises and the piston 5, due to the pressure acting on its end wall, moves together with the rod toward the outlet pipe 3. When the piston 5 reaches the shutoff valve 4, an elastic (close to absolutely elastic) collision occurs, the pulse of the piston 5 is transmitted to the shutoff valve 4, which instantly acquires a certain initial speed (since the mass of the piston 5 with the rod 7 is significantly larger than the mass of the shutoff valve 4, the initial speed of the latter is quite high). The shutoff valve 4 freely moves along the axis on the stem 7 and overlaps the outlet pipe 3, pressing (collision close to absolutely inelastic) with the seal against the end surface of the working chamber 8. The piston 5 with the stem 7, while continuing to move, abuts against the end of the shutoff valve 4, fixing its position relative to the pipe 3.

Дальнейшая подача рабочего агента в полость корпуса 1 генератора приводит к выравниванию давлений в нагнетательной и рабочей камерах 9 и 8, соответственно, а также в ресивере (через канал 12), за счет прохождения рабочего агента между внутренней поверхностью корпуса 1 и наружной боковой поверхностью поршня 5. Выполненные на наружной боковой поверхности поршня 5 кольцевые проточки 6 обеспечивают аэродинамическое сопротивление, замедляя выравнивание давлений в камерах 8 и 9. Замедление выравнивания давлений необходимо для того, чтобы в начале цикла перемещение поршня 5 происходило с максимально высокой скоростью.Further supply of the working agent to the cavity of the housing 1 of the generator leads to pressure equalization in the discharge and working chambers 9 and 8, respectively, as well as in the receiver (through channel 12), due to the passage of the working agent between the inner surface of the housing 1 and the outer side surface of the piston 5 The annular grooves 6 made on the outer lateral surface of the piston 5 provide aerodynamic drag, slowing down the pressure equalization in the chambers 8 and 9. Slowing down the pressure equalization is necessary so that at the beginning Ikla going movement of the piston 5 with the highest speed.

После выравнивания давлений в камерах генератора производят открытие клапана 11 управления, соединяя нагнетательную камеру 9 с каналом 10 сброса. Давление в нагнетательной камере 9 резко падает и поршень 5 со штоком 7 за счет возникшей разницы давлений между камерами 9 и 8 начинает перемещаться в сторону канала 10 сброса. При этом запорный клапан 4 остается в неподвижном положении, продолжая перекрывать выходной патрубок 3. После выбора в процессе перемещения свободного хода штока 7 происходит упругое соударение между головкой штока 7 и запорным клапаном 4. Запорный клапан, получив от штока 7 с поршнем 5 импульс, моментально приобретает высокую начальную скорость, смещается и открывает отверстие выходного патрубка, соединяя находящуюся под давлением рабочую камеру 8 с внешней средой. Происходит пневмоудар.After equalizing the pressure in the chambers of the generator, the control valve 11 is opened, connecting the discharge chamber 9 with the discharge channel 10. The pressure in the discharge chamber 9 drops sharply and the piston 5 with the rod 7 due to the resulting pressure difference between the chambers 9 and 8 begins to move towards the discharge channel 10. In this case, the shutoff valve 4 remains in a stationary position, continuing to block the outlet pipe 3. After selecting the free movement of the rod 7 during the movement, an elastic collision occurs between the rod head 7 and the shutoff valve 4. The shutoff valve, receiving an impulse from the rod 7 with the piston 5, instantly acquires a high initial speed, shifts and opens the hole of the outlet pipe, connecting the pressurized working chamber 8 with the external environment. A pneumatic shock occurs.

Клапан 11 управления закрывают, канал 10 сброса отсекается от нагнетательной камеры 9, давление в ней начинает повышаться и цикл повторяется.The control valve 11 is closed, the discharge channel 10 is cut off from the discharge chamber 9, the pressure therein begins to increase and the cycle repeats.

В случае, когда между поршнем 5 клапаном 11 управления установлена пружина, она обеспечивает предотвращение случайного открытия последнего, а также способствует его ускоренному закрытию. В других случаях фиксация положения клапана 11 управления может осуществляться иными способами.In the case when a spring is installed between the piston 5 by the control valve 11, it prevents the latter from being accidentally opened and also facilitates its quick closing. In other cases, fixing the position of the control valve 11 may be carried out in other ways.

Разница в сечениях между входным патрубком 2 и каналом 10 сброса (последний существенно больше) не позволяет компенсировать падение давления в нагнетательной камере 9 в течение части цикла, когда клапан 11 управления открыт. В частных вариантах возможно дополнительное перекрытие подачи рабочего агента через входной патрубок 2 в период открытия клапана 11 управления.The difference in cross sections between the inlet pipe 2 and the discharge channel 10 (the latter is significantly larger) does not compensate for the pressure drop in the discharge chamber 9 during the part of the cycle when the control valve 11 is open. In private versions, it is possible to additionally shut off the supply of the working agent through the inlet pipe 2 during the opening of the control valve 11.

Сущность предлагаемого технического решения заключается в том, что помимо потенциальной энергии сжатого газа, накопленного в рабочей камере (и в ресивере) и нагнетательной камере на этапах их заполнения, на скорость открытия/закрытия запорного клапана влияет кинетическая энергия перемещаемого поршня (со штоком), увеличивая крутизну фронтов пневмоимпульса (выравнивая его амплитуду в течение всего периода сброса). Как следствие, увеличивается импульсная мощность генератора и, соответственно, эффективность его воздействия на среду.The essence of the proposed technical solution lies in the fact that in addition to the potential energy of the compressed gas accumulated in the working chamber (and in the receiver) and the injection chamber at the stages of their filling, the kinetic energy of the moving piston (with the rod) affects the speed of opening / closing the shut-off valve, increasing the steepness of the fronts of the pneumatic pulse (equalizing its amplitude throughout the entire discharge period). As a result, the pulse power of the generator and, accordingly, the efficiency of its impact on the environment increase.

При этом возможность управлением длительностью каждого пневмоимпульса и скорости повторений за счет применения клапана управления и канала сброса позволяет использовать устройство в различных режимах, расширяя его функциональные возможности.Moreover, the ability to control the duration of each air pulse and the repetition rate through the use of a control valve and a reset channel allows the device to be used in various modes, expanding its functionality.

Claims

1. A pulsed pneumatic generator comprising a housing with a cavity communicated through an inlet pipe with a source of a working agent, and through an outlet pipe equipped with a shut-off valve, with the atmosphere, and a piston with a rod located in the body cavity, characterized in that the shut-off valve is fixed to the stem with the possibility of free axial movement, the piston divides the cavity into two chambers of different volumes, the working one - of a larger volume, containing the connection channel with an external drive, and the discharge - of a smaller volume, per The annular grooves are made on the lateral surface of the piston, and a discharge channel is made in the housing from the side of the injection chamber, which is blocked by the control valve.

2. A pulsed pneumatic generator according to claim 1, characterized in that the control valve is spring-loaded relative to the piston.

3. A pulsed pneumatic generator according to claim 1, characterized in that the shut-off valve comprises an elastic seal fixed to its outer side surface.