Поворотный клапан

( Поворотный клапан также называемый поворотно-поворотным клапаном ) — это тип клапана , в котором вращение канала или каналов в поперечной пробке регулирует поток жидкости или газа через присоединенные трубы. ^{[ 1 ]} Обычный запорный кран — это простейшая форма поворотного клапана. Поворотные клапаны применяются во многих областях, в том числе:

Изменение высоты звука духовых инструментов .
Управление паровыми и выхлопными отверстиями паровых двигателей , особенно парового двигателя Corliss . ^{[ 2 ]}
Периодическое изменение направления потока воздуха и топлива через мартеновскую печь .
Загрузка пробы на хроматографические колонки .
Некоторые типы двухтактных и четырехтактных двигателей .
Большинство гидравлических клапанов управления автомобильным усилителем рулевого управления.

Использование в медных духовых инструментах.

Что касается духовых инструментов , вращающиеся клапаны встречаются на валторнах , трубах , тромбонах , флюгельгорнах и тубах . Корнет произошел от постгорна путем применения к нему поворотных клапанов в 1820-х годах во Франции. ^{[ 3 ]} Альтернативой трубе с поворотным клапаном может быть труба с поршневым клапаном . ^{[ 4 ]} Многие европейские трубачи отдают предпочтение поворотным клапанам. ^{[ нужна ссылка ]}

Trombone Клапаны насадки F обычно являются поворотными, также используются несколько вариантов базовой конструкции, такие как клапан осевого потока Thayer и клапан Хагмана .

Поворотный клапан был впервые применен к валторне в 1824 году Натаном Адамсом (1783-1864) из Бостона и запатентован в 1835 году Джозефом Ридлом. ^{[ 5 ]}

Использование в промышленности

Поворотные клапаны для промышленного производства часто используются в системах погрузочно-разгрузочных работ, пылеулавливания или пневматической транспортировки, в зависимости от применения. Клапан используется для регулирования потока продукта или материала путем поддержания постоянной скорости потока, подходящей для процесса. Контроль потока материала помогает предотвратить такие проблемы, как заклинивание, утечку материала и повреждение самого клапана. ^{[ 6 ]} Типичным применением является загрузка взвешиваемого бункера или мельницы, которая может быть засорена продуктом.

Клапаны являются частью процесса обмена материала и работают в приложениях дозирования или подачи, функционируют как поворотные шлюзы или обеспечивают комбинацию функций шлюза и дозирования.

Поворотный клапан в фармацевтической, химической и пищевой промышленности используется для дозирования и подачи твердых сыпучих продуктов в производственные процессы. Клапаны также широко используются в строительстве, производстве пластмасс, переработке отходов, сельском и лесном хозяйстве, а также везде, где необходимо безопасно и эффективно транспортировать материалы из одной точки в другую.

Поворотный клапан шлюзового типа принимает и распределяет материал из двух камер с разными уровнями давления. Они герметизируют поток воздуха между входом и выходом клапана, чтобы поддерживать постоянный перепад давления, что способствует эффективному потоку материала. Камера клапана под давлением предотвращает проникновение посторонних материалов в корпус и предотвращает выход транспортируемого материала из системы. ^{[ 7 ]}

Использование в конструкции двигателя

Четырехтактные двигатели

Роторно-клапанный двигатель Даррака ( ок. 1919 г. )

Статья, объясняющая основные преимущества поворотных клапанов в двигателях внутреннего сгорания, была опубликована Hagerty Media здесь: ссылка

Двигатель внутреннего сгорания с поворотным клапаном обладает рядом существенных преимуществ по сравнению с традиционными агрегатами, в том числе значительно более высокими степенями сжатия и оборотами, что означает большую мощность, гораздо более компактную и легкую головку блока цилиндров, а также меньшую сложность, что означает более высокую надежность и меньшую стоимость. Поскольку впуск и выпуск обычно совмещены, особое внимание следует уделить охлаждению клапанов во избежание детонации двигателя .

Поворотные клапаны использовались в нескольких различных конструкциях двигателей. В Великобритании компания National Engine Company Ltd рекламировала свой роторно-клапанный двигатель для использования в первых самолетах, в то время, когда тарельчатые клапаны были склонны к выходу из строя из-за залипания или возгорания. ^{[ 8 ]}

В конце 1930-х годов Фрэнк Аспин разработал конструкцию с поворотным клапаном, который вращался вокруг той же оси, что и отверстие цилиндра, но с ограниченным успехом. ^{[ 9 ]}

Американская компания Coates International Ltd разработала сферический поворотный клапан для двигателей внутреннего сгорания, который заменяет систему тарельчатых клапанов . Эта конкретная конструкция является четырехтактной, с поворотными клапанами, приводимыми в действие верхними валами вместо верхних распределительных валов (т. е. на одной линии с рядом цилиндров). Первая продажа такого двигателя была частью на природном газе двигателя-генератора, работающего . ^{[ 10 ]}

Поворотные клапаны потенциально очень подходят для высокооборотных двигателей, например, используемых в гоночных спортивных автомобилях и гоночных автомобилях Формулы-1 , в которых традиционные тарельчатые клапаны с пружинами могут выйти из строя из-за плавающего положения клапана и резонанса пружины и где десмодромный клапанный механизм слишком тяжелый. большой по размеру и слишком сложный для правильного расчета времени и проектирования. Поворотные клапаны могут позволить создать более компактную и легкую конструкцию головки блока цилиндров. Они вращаются со скоростью половины скорости двигателя (или одной четверти) и лишены сил инерции возвратно-поступательных клапанных механизмов. Это позволяет увеличить частоту вращения двигателя, обеспечивая примерно на 10% больше мощности. F1 1980-х годов В двигателе MGN W12 использовались поворотные клапаны, но он никогда не участвовал в гонках. В период с 2002 по 2004 год австралийский разработчик Bishop Innovation и Mercedes-Ilmor тестировали поворотные клапаны для двигателя F1 V10. ^{[ 11 ]}

Патент Bishop Innovations на двигатель с поворотным клапаном был выкуплен компанией BRV Pty Ltd, принадлежащей Тони Уоллису, одному из первоначальных разработчиков клапанов. BRV сконструировала несколько функциональных двигателей с использованием технологии поворотного клапана, например, Honda CRF 450 , который имел больший крутящий момент как на низких (увеличение на 17%), так и на высоких (увеличение на 9%) оборотах двигателя, а также производил большую тормозную мощность примерно до На 30 % больше при функциональных оборотах двигателя. ^{[ 11 ]} Двигатель также был значительно меньше и легче, поскольку головка блока цилиндров была не такой большой.

Британская компания Roton Engine Developments в 2005 году добилась определенного прогресса, разработав двухроторный (один на впускной и один на выпускной) одноцилиндровый мотоциклетный двигатель Husaberg. Они подали патенты и запустили образец в 2006 году, но их поддержала компания MG Rover , которая впоследствии обанкротилась, оставив Roton без достаточных средств для продолжения работы. Несколько лет спустя проекты появились в Австралии у компании Engine Developments Australia Pty Ltd. В 2013 году был изготовлен прототип отливки на параллельном сдвоенном агрегате Kawasaki Ninja 300 . На момент написания этот агрегат все еще находится в стадии разработки, но он важен, поскольку он потенциально может работать с гораздо более высокой степенью сжатия, чем даже другие двигатели с поворотными клапанами, благодаря существенному, но нераскрытому новому методу охлаждения камеры сгорания и способности устранять полностью дроссельную заслонку, что делает ее значительно более экономичной на более низких оборотах двигателя, как утверждается.

Зарекомендовавший себя полностью успешный автомобильный роторно-клапанный двигатель был построен покойным Ральфом Огденом Уотсоном из Окленда, Новая Зеландия, в 1989 году. С этого момента автомобиль без проблем проехал много миль и до сих пор используется. ^{[ 12 ]} ^{[ 13 ]} Успех был достигнут благодаря академическому подходу Уотсона к проблеме герметизации, изучению предыдущих конструкций и его особенному сочетанию знаний материалов, навыков обработки, опыта работы с двигателями, настойчивости и реалистичных ожиданий. Никакие новые или только недавно доступные материалы не использовались. Полная информация о разработке автомобиля и двигателя содержится в книге «Специальный инженер Ральфа Уотсона», впервые опубликованной в 2004 году, ISBN O-476-01371-2 и доступной бесплатно и с возможностью легкого поиска в Интернете по состоянию на 2020 год. в настоящее время принадлежит Рэю Фернеру.

Недостатки поворотных клапанов в прошлом были связаны с высоким трением или герметизирующими характеристиками. На протяжении более 100 лет изобретатели пытались создать систему уплотнений, которая могла бы выдерживать высокие температуры сгорания и связанное с этим тепловое расширение различных уплотнений и поворотных клапанов. Это расширение клапана приводит к нарушению соосности соединения клапана с уплотнением, когда двигатель переходит от комнатной температуры к полной рабочей температуре. Если уплотнения прижимаются к клапану с более высоким давлением, чтобы компенсировать это расширение, возникает сильное трение и потеря мощности, а также высокая степень износа. ^{[ 14 ]}

Американская компания VAZTEC создала соответствующую требованиям систему уплотнений поворотного клапана, которая решает проблемы трения и уплотнения, присущие предыдущим конструкциям. ^{[ 15 ]} Они построили десять прототипов двигателей: от 5,3-литрового V-8 до портативного четырехтактного двигателя объемом 28 куб.см. Компания VAZTEC также создала успешный дизельный двигатель, который выдерживает высокое давление сжатия двигателя с воспламенением от сжатия (степень сжатия 20:1, давление сгорания 100 бар). Они работают с различными производителями оригинального оборудования для коммерциализации своей разработки. ^{[ 16 ]} Соответствующее уплотнение защищено различными патентами, в том числе патентом США № 9 903 239 . Вычислительную гидродинамическую модель (CFD) поворотного клапана VAZTEC можно просмотреть по этой ссылке.

Двухтактные двигатели

Поворотный клапан в форме плоского диска, также известный как дисковый клапан, используется в двухтактных двигателях мотоциклов, где такое расположение помогает предотвратить обратный поток во впускное отверстие во время такта сжатия. Австрийский производитель двигателей Rotax использовал поворотные впускные клапаны в своем ныне снятом с производства Rotax 532 двухтактном двигателе мощностью 64 л.с. (48 кВт) и продолжает использовать поворотные впускные клапаны в преемнике модели 532, выпускаемом в настоящее время двигателе мощностью 64 л.с. (48 кВт). ) Ротакс 582 . ^{[ 17 ]}

Использование в серийных двигателях

Британская компания RCV Engines Ltd использует технологию вращающихся гильз цилиндров в качестве специализированной формы поворотного клапана в некоторых своих четырехтактных моделях двигателей и линейке двигателей малого объема. ^{[ 18 ]}^{[ 19 ]} RCV также использует горизонтальные и вертикальные поворотные клапаны в четырехтактных двигателях в своей текущей линейке двигателей. ^{[ 20 ]}

Компания RCV разработала двигатель объемом 125 куб.см с вращающимися гильзами цилиндров, оснащенный вращающимся клапаном в гильзе цилиндра, для скутеров. Компания PGO Scooters of Taiwan работала с RCV над разработкой двигателя для их применения. ^{[ 21 ]}

Suzuki RG500 «Гамма» оснащался двухтактным роторно-клапанным двухкривошипным четырехцилиндровым двигателем объемом 498 кубических сантиметров. Выходная мощность составляла 93,7 лошадиных сил (69,9 кВт) при 9500 об/мин.

Использование в хроматографии

Поворотные клапаны используются для загрузки образцов в колонки, используемые для жидкостной или газовой хроматографии. Клапаны, используемые в этих методах, обычно представляют собой 6-ходовые 2-позиционные поворотные клапаны.

См. также

Ссылки

^ Скоусен, Филип (2004). Справочник по клапанам (2-е изд.). МакГроу Хилл Профессионал . п. 11. ISBN 9780071501422 .
^ «Демонстрационная модель клапанного механизма парового двигателя и пружинного горшка Корлисса» . Национальный музей американской истории . Проверено 24 февраля 2022 г.
^ Гриффитс, Пол (2006). Новый музыкальный словарь Penguin . Лондон: Книги Пингвина. п. 195. ИСБН 0-141-00925-Х .
^ Стин, Алесия (6 января 2022 г.). «Труба против корнета: в чем настоящая разница?» . Сайт primesound.org . Проверено 24 февраля 2022 г.
^ Эриксон, Джон (1992). «Ранние конструкции клапанов» . Университет штата Аризона . Проверено 24 февраля 2022 г.
^ Томпсон, Меган. «Не набивайте карманы и еще 3 совета по потоку материалов» . Клапаны АКС . Проверено 21 июля 2021 г.
^ Боуман, Пол. «А поворотные шлюзы должны протекать?» . Клапаны АКС . Проверено 21 июля 2021 г.
↑ Летный журнал, апрель 1911 г.
^ Институт инженеров-механиков (2011). Двигатели внутреннего сгорания: улучшение производительности, экономии топлива и выбросов . Издательство Вудхед . п. 135. ИСБН 978-0-85709-205-2 .
^ Coates International, доступ 3 марта 2011 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б Уоллис, Тони (2007). «Поворотный клапан епископа» (PDF) (специальное издание). Журнал «Автотехнологии» . Проверено 26 декабря 2011 г.
^ Участники фестиваля Leadfoot 2020
^ Youtube: Специальный выпуск Watson-BSA
^ Герулд, Брайан (08 февраля 2023 г.). «Является ли это следующим большим скачком в области внутреннего сгорания?» . Хагерти Медиа . Проверено 3 июня 2024 г.
^ Гарретт, Норман Х.; Уддин, Месбах; Бергман, Микаэль; Первис, Гарретт; Васеленюк, Дэррик; Кордье, Дэн (9 января 2022 г.). Разработка роторно-клапанного двигателя для портативного оборудования (Отчет). Уоррендейл, Пенсильвания: Технический документ SAE.
^ Робинсон, Клей (2 августа 2022 г.). «Исследование вычислительной гидродинамики, сравнивающее характеристики альтернативной конструкции клапанного механизма с традиционным тарельчатым клапанным механизмом» . Открытый инженерный журнал ASME . 1 . дои : 10.1115/1.4054966 .
^ Райснер, Уильям: Каталог LEAF , страницы 6–105. Передовые профили, 1995.
^ РКВ. «RCV Engines Ltd – Великобритания (Индия – AutoExpo 2004)» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 12 ноября 2011 г. Проверено 03 января 2012 г.
^ Кейт Лоуз. «4-тактный двигатель с вращающимся цилиндром и клапаном (документ SAE 2002-32-1828)» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 12 ноября 2011 г. Проверено 03 января 2012 г.
^ "rcv_engines_ltd" . Rcvengines.com . Проверено 18 апреля 2014 г.
^ Джереми Корженевски. «ПГО работает над роторно-клапанным скутерным двигателем» . Green.autoblog.com . Проверено 18 апреля 2014 г.

[1] Скоусен, Филип (2004). Справочник по клапанам (2-е изд.). МакГроу Хилл Профессионал . п. 11. ISBN 9780071501422 .

[2] «Демонстрационная модель клапанного механизма парового двигателя и пружинного горшка Корлисса» . Национальный музей американской истории . Проверено 24 февраля 2022 г.

[NPDM-3] Гриффитс, Пол (2006). Новый музыкальный словарь Penguin . Лондон: Книги Пингвина. п. 195. ИСБН 0-141-00925-Х .

[4] Стин, Алесия (6 января 2022 г.). «Труба против корнета: в чем настоящая разница?» . Сайт primesound.org . Проверено 24 февраля 2022 г.

[5] Эриксон, Джон (1992). «Ранние конструкции клапанов» . Университет штата Аризона . Проверено 24 февраля 2022 г.

[6] Томпсон, Меган. «Не набивайте карманы и еще 3 совета по потоку материалов» . Клапаны АКС . Проверено 21 июля 2021 г.

[7] Боуман, Пол. «А поворотные шлюзы должны протекать?» . Клапаны АКС . Проверено 21 июля 2021 г.

[8] Летный журнал, апрель 1911 г.

[9] Институт инженеров-механиков (2011). Двигатели внутреннего сгорания: улучшение производительности, экономии топлива и выбросов . Издательство Вудхед . п. 135. ИСБН 978-0-85709-205-2 .

[10] Coates International, доступ 3 марта 2011 г.

[autotechBRV-11] Перейти обратно: ^а ^б Уоллис, Тони (2007). «Поворотный клапан епископа» (PDF) (специальное издание). Журнал «Автотехнологии» . Проверено 26 декабря 2011 г.

[12] Участники фестиваля Leadfoot 2020

[13] Youtube: Специальный выпуск Watson-BSA

[14] Герулд, Брайан (08 февраля 2023 г.). «Является ли это следующим большим скачком в области внутреннего сгорания?» . Хагерти Медиа . Проверено 3 июня 2024 г.

[15] Гарретт, Норман Х.; Уддин, Месбах; Бергман, Микаэль; Первис, Гарретт; Васеленюк, Дэррик; Кордье, Дэн (9 января 2022 г.). Разработка роторно-клапанного двигателя для портативного оборудования (Отчет). Уоррендейл, Пенсильвания: Технический документ SAE.

[16] Робинсон, Клей (2 августа 2022 г.). «Исследование вычислительной гидродинамики, сравнивающее характеристики альтернативной конструкции клапанного механизма с традиционным тарельчатым клапанным механизмом» . Открытый инженерный журнал ASME . 1 . дои : 10.1115/1.4054966 .

[Raisner-17] Райснер, Уильям: Каталог LEAF , страницы 6–105. Передовые профили, 1995.

[18] РКВ. «RCV Engines Ltd – Великобритания (Индия – AutoExpo 2004)» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 12 ноября 2011 г. Проверено 03 января 2012 г.

[19] Кейт Лоуз. «4-тактный двигатель с вращающимся цилиндром и клапаном (документ SAE 2002-32-1828)» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 12 ноября 2011 г. Проверено 03 января 2012 г.

[20] "rcv_engines_ltd" . Rcvengines.com . Проверено 18 апреля 2014 г.

[21] Джереми Корженевски. «ПГО работает над роторно-клапанным скутерным двигателем» . Green.autoblog.com . Проверено 18 апреля 2014 г.

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]

[ 15 ]

[ 16 ]

[ 17 ]

[ 18 ]

[ 19 ]

[ 20 ]

[ 21 ]