RU2213891C2

RU2213891C2 - Shock flow generator

Info

Publication number: RU2213891C2
Application number: RU2001129888A
Authority: RU
Inventors: В.К. Петросов; А.Б. Лапшин; Ю.А. Лавров; В.В. Кеворкьян
Original assignee: Зао "Нипиотстром"
Priority date: 2001-11-05
Filing date: 2001-11-05
Publication date: 2003-10-10

Abstract

FIELD: civil engineering, mining, metallurgical, chemical and other industries. SUBSTANCE: invention is designed for creating shock flows of working medium. Working chamber of generator is made in form of group of receivers arranged in plan around housing and connected to its lower part by means of branch pipes. Nozzle closing and opening unit is made in form of two flat rings. Upper ring is made of elastic material, and lower one, of hard material. Valve is provided with piston in form of plate and centering device. Shock absorber of valve is made in form of flexible plate provided with radial grooves. Invention makes it possible to create series of generators differing in capacity. EFFECT: improved reliability and efficiency, simplified design, reduced cost of manufacture. 4 cl, 3 dwg

Description

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. The invention relates to mechanical engineering, in particular to devices for creating shock flows of the working environment, and can be used in the construction materials industry, construction industry, mining, metallurgical, chemical and other industries. The generator is designed for the regeneration of bags in bag filters and electrodes in electrostatic precipitators, for cleaning pipes from adhering dust in waste heat boilers, for breaking down bulk materials in silos or silos, for loosening frozen ore, etc.

Известен генератор ударных волн по a.c. 1527421, кл. F 15 В 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. Known shock wave generator by a.c. 1527421, cl. F 15 B 21/12, comprising a housing, a nozzle with a seat and an exhaust valve associated with the atmosphere. The generator is equipped with an electrical control system. Inside the housing there is a valve consisting of a piston with a sealant and a damping spring, a connecting rod and a bolt with a spring. The shutter is made in the form of two cones merged with the bases, on the lower of which a seal is put on. A piston divides the housing capacity into a control and working cavity. A fitting is attached to the upper part of the walls of the cavities. Compressed medium is supplied with an underwater valve simultaneously to these fittings.

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. The disadvantage of this device is the low reliability of its valve. This is due to the fact that the shutter in it is worn on the connecting rod by means of a spring. Such a shutter can only move vertically. He does not have the ability to move and center in the horizontal plane relative to the nozzle, and therefore, its tight overlap. In addition, the valve shock absorber is made of a spring; during operation, its elasticity decreases, which leads to a change in the capacity of the control and working cavities and, in turn, to a violation of the integrity of the valve.

Имеет место и неадекватное возрастание металлоемкости генератора при необходимости увеличения емкости рабочей полости. В этом случае приходится увеличивать диаметр поршня, а следовательно, без надобности и объем управляющей полости. Стоимость изготовления генератора при этом резко возрастает. There is an inadequate increase in the metal consumption of the generator when it is necessary to increase the capacity of the working cavity. In this case, it is necessary to increase the diameter of the piston, and therefore, unnecessarily, the volume of the control cavity. The manufacturing cost of the generator increases sharply.

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. Also known shock-jet generator for AS 1687937, cl. F 15 B 21/12, comprising a housing and a cylindrical nozzle. Inside the housing there is a valve consisting of a piston, a connecting element and a shutter. The piston is equipped with a damping spring and a one-sided flexible cuff, dividing the body cavity into a control and a working chamber. The chambers are connected through a distributor to a source of pressure of the working medium. The shutter is made of an internal fairing, an o-ring, a cylindrical insert and an external fairing. Guide ribs are mounted on the outer fairing. When closing and opening the nozzle, these ribs move along its inner surface.

Недостатком описанного генератора также является достаточно низкая надежность работы его клапана, снабженного амортизационной пружиной. Это обусловлено тем, что подпружиненный клапан ограничивает затвор в горизонтальных подвижках. Поэтому затвор не может нормально отцентроваться в горизонтальной плоскости относительно сопла, а следовательно, и герметично его перекрыть. A disadvantage of the described generator is also the rather low reliability of its valve, equipped with a shock spring. This is due to the fact that the spring-loaded valve limits the shutter in horizontal movements. Therefore, the shutter cannot be properly centered in the horizontal plane relative to the nozzle and, therefore, cannot be sealed off.

Кроме того, указанный генератор имеет повышенное гидравлическое сопротивление сопла. Часть его сечения перекрывается направляющими ребрами затвора. Это приводит к уменьшению энергии удара потока, вытекающего из сопла, а следовательно, и к снижению эффективности работы генератора. In addition, the specified generator has a high hydraulic resistance of the nozzle. Part of its cross section is overlapped by the guide ribs of the shutter. This leads to a decrease in the impact energy of the stream flowing from the nozzle, and, consequently, to a decrease in the efficiency of the generator.

К недостатку следует отнести и неадекватное возрастание металлоемкости генератора, поскольку в случае необходимости увеличения емкости рабочей камеры нужно увеличить диаметр поршня, и как следствие, объем управляющей камеры. A disadvantage should also include an inadequate increase in the metal consumption of the generator, since if it is necessary to increase the capacity of the working chamber, it is necessary to increase the diameter of the piston, and as a result, the volume of the control chamber.

В качестве прототипа принят известный из патента RU N 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. As a prototype adopted known from the patent RU N 2002131, class. F 15 V 21/12, 1991, a shock generator comprising a housing and a nozzle. Inside the housing, a valve is installed with the possibility of overlapping the nozzle, consisting of a piston, a connecting cylindrical shell and a shutter. The piston divides the body cavity into the control and working chambers. The control chamber through the distributor is connected to a pressure source and atmosphere. In the working chamber, guide ribs are fixed on the wall of the housing. When lowering and raising the valve, its cylindrical shell moves along the guide ribs.

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. Кроме того, при необходимости увеличения объема рабочей камеры имеет место неадекватное возрастание металлоемкости конструкции, поскольку приходится увеличивать диаметр поршня, а следовательно, и габаритные размеры управляющей камеры. К тому же, с увеличением емкости генератора ужесточаются требования техники безопасности к его изготовлению и эксплуатации как к сосуду, работающему под давлением. The specified generator also does not provide reliable operation of the valve, due to the fact that the shutter in it, due to the possibility of jamming, cannot tightly close the nozzle. In filling mode, the working medium enters the control chamber, exerts pressure on the piston, through it to the shell and transfers the force to the shutter. With this pressure application scheme, when the force is applied much higher than the shutter, the valve may lose vertical stability due to the appearance of a moment. As a result of this, friction increases between the casing and the guide ribs and the shutter can skew to the nozzle, which will lead to its incomplete overlap. With increasing diameters of the piston, shutter and nozzle, this phenomenon intensifies. In addition, if it is necessary to increase the volume of the working chamber, there is an inadequate increase in the metal consumption of the structure, since it is necessary to increase the diameter of the piston, and therefore the overall dimensions of the control chamber. In addition, with an increase in the capacity of the generator, the safety requirements for its manufacture and operation as a pressure vessel are being tightened.

Задачей изобретения является повышение надежности и эффективности работы генератора, упрощение конструкции и снижение стоимости его изготовления, возможность создания типоразмерного ряда генератора с различной емкостью. The objective of the invention is to increase the reliability and efficiency of the generator, simplifying the design and reducing the cost of its manufacture, the possibility of creating a standard series of a generator with different capacities.

Поставленная задача решается за счет того, что в ударном генераторе, содержащем распределительную камеру, корпус с амортизатором и соплом, установленный в корпусе для закрывания и открывания сопла клапан, содержащий затвор, соединительную цилиндрическую обечайку и поршень с уплотнителем, делящий полость корпуса на управляющую и рабочую камеры, источник давления рабочей среды, связанный с этими камерами, и направляющие ребра, рабочая камера генератора выполнена в виде группы ресиверов, размещенных в плане вокруг корпуса и присоединенных к его нижней части с помощью патрубков, узел закрывания и открывания сопла выполнен в виде двух, расположенных одно над другим, плоских колец, верхнее из которых выполнено из эластичного материала и размещено в затворе, а нижнее кольцо изготовлено из твердого материала и присоединено к корпусу над соплом, причем наружный диаметр верхнего кольца больше внутреннего диаметра нижнего и соприкасаются эти кольца по срезанным угловым участкам, клапан выполнен полым и оснащен поршнем в виде шайбы, а его донная часть снабжена центрователем, выполненным овальнообразной формы, пустотелым и открытым, при этом внутренняя полость клапана сообщается с управляющей камерой, амортизатор клапана выполнен в виде эластичной шайбы, снабженной радиальными канавками со стороны клапана и прикрепленной к крышке корпуса, при этом края шайбы зажаты между фланцевыми соединениями крышки и корпуса. The problem is solved due to the fact that in a shock generator containing a distribution chamber, a housing with a shock absorber and a nozzle installed in the housing for closing and opening the nozzle, a valve comprising a shutter, a connecting cylindrical shell and a piston with a seal dividing the cavity of the housing into a control and working chambers, a source of pressure of the working medium associated with these chambers, and guide ribs, the working chamber of the generator is made in the form of a group of receivers placed in plan around the body and connected to its lower part with the help of nozzles, the nozzle closing and opening unit is made in the form of two flat rings located one above the other, the upper of which is made of elastic material and placed in the closure, and the lower ring is made of solid material and attached to the body above a nozzle, the outer diameter of the upper ring being larger than the inner diameter of the lower one and touching these rings along cut angular sections, the valve is hollow and equipped with a piston in the form of a washer, and its bottom part is equipped with a centralizer, nennym ovalnoobraznoy shape, hollow and open, and the inner cavity of the valve communicates with the control chamber, a valve damper is configured as an elastic washer provided with radial grooves valve side and attached to the cover body, the edge of the washer clamped between the flanged cap and the housing.

Выполнение рабочей камеры генератора в виде группы ресиверов, размещенных в плане вокруг корпуса, позволяет создать типоразмерный ряд генератора с различной емкостью без увеличения диаметра корпуса. При таком техническом решении диаметр поршня и емкость управляющей камеры для всех типоразмеров остаются постоянными и минимального размера. Изменяется только объем рабочей камеры за счет изменения количества ресиверов, имеющих небольшую единичную емкость. Необходимое количество ресиверов для каждого конкретного объекта воздействия определяется расчетным путем, исходя из требуемой энергии удара потока и начального давления рабочей среды. Таким образом, генератор, снабженный группой ресиверов с небольшой единичной емкостью, можно применять в заводских условиях во всем диапазоне давления рабочей среды, без изменения его конструкции. При этом снижается стоимость генератора, повышается надежность и эффективность его работы. Кроме того, разделение общей емкости рабочей камеры генератора на небольшие по емкости, отдельно стоящие ресиверы, снижает требования техники безопасности к их изготовлению и эксплуатации как к сосудам, работающим под давлением. The execution of the working chamber of the generator in the form of a group of receivers placed in plan around the case allows you to create a standard-sized series of the generator with different capacities without increasing the diameter of the case. With this technical solution, the piston diameter and the capacity of the control chamber for all sizes remain constant and of a minimum size. Only the volume of the working chamber is changed by changing the number of receivers having a small unit capacity. The required number of receivers for each specific object of influence is determined by calculation, based on the required impact energy of the flow and the initial pressure of the working medium. Thus, a generator equipped with a group of receivers with a small unit capacity can be used at the factory in the entire pressure range of the working medium, without changing its design. This reduces the cost of the generator, increases the reliability and efficiency of its work. In addition, the division of the total capacity of the working chamber of the generator into small-capacity, separately standing receivers reduces the safety requirements for their manufacture and operation as pressure vessels.

Выполнение узла закрывания и открывания сопла в виде двух, расположенных одно над другим плоских колец, верхнее из которых выполнено из эластичного материала и размещено в затворе, а нижнее изготовлено из твердого материала и присоединено к корпусу над соплом, позволяет эластичному кольцу под давлением рабочей среды наиболее полно прижаться к кольцу из твердого материала, что обеспечивает более высокую герметичность закрывания сопла, и как следствие обеспечить выброс потока из генератора с необходимой энергией удара. Благодаря этому повышается надежность и эффективность работы генератора. The execution of the nozzle closing and opening unit in the form of two flat rings located one above the other, the upper of which is made of elastic material and placed in the shutter, and the lower one is made of solid material and attached to the body above the nozzle, allows the elastic ring to be pressurized most fully cling to the ring of solid material, which provides higher tightness of nozzle closure, and as a result, ensure the discharge of the flow from the generator with the necessary impact energy. This increases the reliability and efficiency of the generator.

Выполнение клапана полым и оснащение его поршнем в виде шайбы и овальным пустотелым центрователем, а также соединение внутренней полости клапана с управляющей камерой позволяет рабочей среде прикладывать максимальное усилие непосредственно на внутреннюю поверхность центрователя, который в результате этого побуждает затвор самоцентроваться в горизонтальной плоскости относительно периметра кольца из твердого материала и сильно прижаться к нему, чем достигается высокая степень герметичности закрывания затвором сопла, что позволяет без утечки заполнить ресиверы рабочей средой и обеспечить выброс из генератора потока с требуемой энергией удара, что также приводит к повышению надежности работы генератора. The execution of the valve hollow and equipping it with a piston in the form of a washer and an oval hollow centralizer, as well as connecting the inner cavity of the valve with the control chamber, allows the working medium to apply maximum force directly to the inner surface of the centralizer, which as a result of this causes the shutter to self-center in a horizontal plane relative to the perimeter of the ring from solid material and strongly pressed against it, thereby achieving a high degree of tightness of the nozzle shutter closure, which allows es leakage receivers fill the working medium and to eject from the stream to the required impact energy generator, which also leads to increased reliability of the generator.

Выполнение амортизатора клапана в виде эластичной шайбы, снабженной радиальными канавками, не допускает прилипания верха клапана к крышке корпуса, что также повышает надежность работы генератора. The implementation of the valve shock absorber in the form of an elastic washer equipped with radial grooves prevents the top of the valve from sticking to the housing cover, which also increases the reliability of the generator.

На фиг. 1 и 2 показан генератор ударных потоков в режиме заполнения, на фиг.3 - в режиме генерации. In FIG. Figures 1 and 2 show the shock flow generator in the filling mode, and Fig. 3 in the generation mode.

Генератор содержит корпус 1, перекрытый сверху крышкой 2, снабженный амортизатором 3 и переходящий в своей нижней части в сопло 4. Внутри корпуса 1 размещен подвижной полый клапан 5 для закрывания и открывания сопла 4. Клапан 5 состоит из поршня 6, выполненного в виде шайбы, и гибкой манжеты 7, цилиндрической обечайки 8 и затвора 9, который снабжен гибким плоским кольцом 10 и центрователем 11. Непосредственно над соплом 4 расположены плоское кольцо 12, выполненное из твердого материала, и направляющие ребра 13. Края колец 10 и 12 соприкасаются по срезанным угловым участкам. Поршень 6 разделяет полость корпуса 1 на управляющую 14 и переходную 15 камеры. На крышке 2 корпуса 1 расположена распределительная камера 16, к которой прикреплен штуцер 17 для подачи рабочей среды и присоединен вентиль 18 для сброса этой среды в атмосферу. К нижней части корпуса 1 по его периметру с помощью патрубков 19 присоединена рабочая камера 20, выполненная в виде ресиверов. The generator comprises a housing 1, covered by a cap 2, provided with a shock absorber 3 and passing in its lower part to the nozzle 4. A movable hollow valve 5 is placed inside the housing 1 for closing and opening the nozzle 4. Valve 5 consists of a piston 6 made in the form of a washer, and a flexible cuff 7, a cylindrical shell 8 and a shutter 9, which is equipped with a flexible flat ring 10 and a centralizer 11. Directly above the nozzle 4 are a flat ring 12 made of hard material and the guide ribs 13. The edges of the rings 10 and 12 are in contact with the cut corner portions. The piston 6 divides the cavity of the housing 1 into a control 14 and a transition chamber 15. A distribution chamber 16 is located on the cover 2 of the housing 1, to which a fitting 17 is attached for supplying a working medium, and a valve 18 is connected to discharge this medium into the atmosphere. To the lower part of the housing 1 along its perimeter with the help of nozzles 19 is attached a working chamber 20, made in the form of receivers.

Принцип работы генератора заключается в следующем. В режиме заполнения рабочая среда через патрубок 17 поступает в распределительную камеру 16 и далее в управляющую камеру 14. Затем среда через отверстие поршня 6 проникает внутрь клапана 5 и оказывает давление на центрователь 11. Под влиянием этого давления клапан 5 опускается вниз и затвор 9 с помощью центрователя 11 центруется строго в горизонтальной плоскости относительно сопла 4. Гибкое кольцо 10 затвора 9 плотно перекрывает отверстие кольца 12, выполненного из твердого материала. В этот же момент рабочая среда через зазор между корпусом 1 и гибкой односторонней манжетой 7 проходит в камеру 15, а далее через патрубок 19 в ресиверы 20 и заполняет их. The principle of operation of the generator is as follows. In the filling mode, the working medium through the pipe 17 enters the distribution chamber 16 and then into the control chamber 14. Then, the medium through the bore of the piston 6 penetrates the inside of the valve 5 and exerts pressure on the centralizer 11. Under the influence of this pressure, the valve 5 lowers down and the shutter 9 by the centralizer 11 is centered strictly in the horizontal plane relative to the nozzle 4. The flexible ring 10 of the shutter 9 tightly overlaps the opening of the ring 12 made of solid material. At the same time, the working medium through the gap between the housing 1 and the flexible one-sided cuff 7 passes into the chamber 15, and then through the pipe 19 into the receivers 20 and fills them.

В режиме генерации на электромагнитный привод вентиля 18 подается короткий электрический сигнал и вентиль 18 открывается. Сжатая среда из распределительной камеры 16 и управляющей камеры 14 через вентиль 18 сбрасывается в атмосферу. Над клапаном 5 происходит резкое падение давления рабочей среды. За счет усилия, создаваемого перепадом давления среды в камерах 15 и 14, клапан 5 моментально смещается вверх. Вход в сопло 4 открывается и на выходе из сопла 4 образуется мощный ударный поток рабочей среды малой длительности, который направляется на объект воздействия. После выброса рабочей среды из сопла 4 вентиль 18 автоматически закрывается. Клапан 5 ударяется об эластичный амортизатор 3 и под воздействием рабочей среды, подаваемой по штуцеру 17, и собственной массы опускается вниз в исходное положение. Генератор готов к новому циклу работы. In the generation mode, a short electrical signal is supplied to the electromagnetic drive of the valve 18 and the valve 18 opens. The compressed medium from the distribution chamber 16 and the control chamber 14 through the valve 18 is discharged into the atmosphere. Above valve 5, a sharp drop in pressure of the working medium occurs. Due to the force created by the differential pressure of the medium in the chambers 15 and 14, the valve 5 instantly moves up. The entrance to the nozzle 4 opens and at the exit of the nozzle 4 a powerful shock flow of a short-duration working medium is formed, which is directed to the object of influence. After the discharge of the working medium from the nozzle 4, the valve 18 is automatically closed. The valve 5 hits the elastic shock absorber 3 and under the influence of the working medium supplied through the fitting 17, and its own mass falls down to its original position. The generator is ready for a new cycle of work.

Предлагаемый генератор ударных потоков позволяет повысить надежность и эффективность работы генератора, обеспечивает возможность создания типоразмерного ряда генератора с различной емкостью рабочей камеры, что приводит к упрощению конструкции генератора и снижению стоимости его изготовления. The proposed shock flow generator can improve the reliability and efficiency of the generator, provides the ability to create a standard-sized series of the generator with different capacities of the working chamber, which simplifies the design of the generator and reduces the cost of its manufacture.

Claims

1. A shock flow generator comprising a distribution chamber, a housing with a shock absorber and a nozzle installed in the housing for closing and opening the nozzle, a valve comprising a shutter, a connecting cylindrical shell and a piston with a seal, dividing the housing cavity into a control and working chamber, a source of working medium pressure associated with these cameras, and guide ribs, characterized in that the working chamber of the generator is made in the form of a group of receivers placed in plan around the housing and attached to its lower part and with the help of pipes.

2. The generator according to claim 1, characterized in that the nozzle closing and opening unit is made in the form of two flat rings located one above the other, the upper of which is made of elastic material and placed in the shutter, and the lower is made of solid material and attached to the body above the nozzle, and the outer diameter of the upper ring is larger than the inner diameter of the lower one and these rings touch in cut angular sections.

3. The generator according to claim 1, characterized in that the valve is hollow and equipped with a piston in the form of a washer, and its bottom is equipped with an oval-shaped centralizer, hollow and open, while the internal cavity of the valve communicates with the control chamber.

4. The generator according to claim 1, characterized in that the valve shock absorber is made in the form of an elastic washer equipped with radial grooves on the side of the valve and attached to the housing cover, while its edges are sandwiched between the flange connections of the cover and the housing.