Айналмалы клапан түрлері және қолданылуы

Кіріспе

Ағын бағытын плагиндегі тесіктердің айналуымен реттелетін клапан.

Ротациялық клапан (кейде ротациялық қозғалыс клапаны деп те аталады) – бұл клапан түрі, онда көлденең плагиндегі тесік(тер)дің айналуы тіркелген құбырлар арқылы сұйықтық немесе газ ағынын реттейді. Кәдімгі кран – ротациялық клапанның ең қарапайым түрі. Ротациялық клапандар көптеген қолдануларда қолданылған, мысалы:

Мыс духовой аспаптарының тонын өзгерту. Бу машиналарының бу және шығарынды тесіктерін басқару, әсіресе Корлисс бу машинасының ішінде. Ашық ошақта ауа мен отын ағынын мерзімді түрде өзгерту. Хроматографиялық бағаналарға сынама жүктеу. Екі және төрт тактілі қозғалтқыштардың кейбір түрлері. Көбінесе гидравликалық автомобильдердің күшті рульді басқару клапандары.

Мыс аспаптарда қолдану

Мыс аспаптарда роторлы клапандар мүйіз, труба, тромбон, флигельхорн және тубаларда кездеседі. Корнет 1820 жылдары Францияда ротациялық клапандарды қолдану арқылы постерннен шығарылған. Ротациялық клапанды трубаға балама ретінде поршеньді клапанды труба қолданылуы мүмкін. Көптеген еуропалық трубашылар ротациялық клапандарды жақсы көреді. Тромбонның F тіркеме клапандары әдетте роторлы болып келеді, сонымен қатар негізгі конструкцияның бірнеше түрі де қолданылады, мысалы, Тейердің осьтік ағынды клапаны және Хагман клапаны. Роторлы клапанды алғаш рет 1824 жылы Бостон қаласынан Натан Адамс (1783-1864) қолданды және 1835 жылы Джозеф Ридл патент алды.

Өнеркәсіпте пайдалану

Өнеркәсіптік өндірістегі ротациялық клапандар көбінесе ірі материалдарды тасымалдау, шаң жинау немесе пневматикалық жеткізу жүйелерінде қолданылады, бұл қолданысқа байланысты. Клапан өнімнің немесе материалдың ағынын реттеу үшін, процеске сәйкес келетін тұрақты ағын жылдамдығын сақтап тұру арқылы қолданылады. Материал ағынын бақылау, клапанның өзіне зақым келтіру, материалдың ағып кетуі және бітелу сияқты мәселелерді болдырмауға көмектеседі. Типик қолданыстар – салмақталған бункерді немесе өніммен бітелуі мүмкін диірменді тамақтандыру. Клапандар материал алмасу процесінің бір бөлігі болып табылады және өлшеу немесе тамақтандыру қолданбаларында жұмыс істейді, ротациялық ауа шлюздері ретінде қызмет етеді немесе ауа шлюзы және өлшеу функцияларын біріктіреді. Фармацевтикалық, химиялық және тағам өнеркәсібінде ротациялық клапан қатты көлемді өнімдерді процестерде дозалау және тамақтандыру үшін қолданылады. Клапандар сондай-ақ құрылыс, пластик, қайта өңдеу, ауыл шаруашылығы және орман шаруашылығында, немесе материалды бір нүктеден екінші нүктеге қауіпсіз және тиімді жеткізу қажет болған кез келген жерде кеңінен қолданылады. Ауа шлюзі типіндегі ротациялық клапан әртүрлі қысым деңгейлері бар екі камерадан материалды қабылдайды және шығарады. Олар клапанның кіреберісі мен шығысы арасындағы ауа ағынын герметтейді, бұл материалдың тиімді ағынын қамтамасыз ететін тұрақты қысым айырмасын сақтайды. Клапанның қысыммен жабдықталған камерасы сыртқы материалдың корпусқа енуіне жол бермейді және тасымалданатын материалдың жүйеден шығуына кедері келтіреді.

Төрт соғыс қозғалтқыштары

Ротациялық клапанды жану қозғалтқышы, дәстүрлі конструкцияларға қарағанда бірнеше маңызды артықшылықтарға ие, оның ішінде едәуір жоғары сығылу қатынастары мен айналу жылдамдығы, демек, жоғары қуат, цилиндр басының айтарлықтай ықшам және жеңіл болуы, сондай-ақ конструкциялық күрделілігінің төмендеуі, яғни жоғары сенімділік және төмен құн. Еңбек және шығару тежегіштері әдетте біріктірілгендіктен, қозғалтқыштың детонациясын болдырмау үшін клапанды салқындатуға ерекше назар аудару қажет. Ротациялық клапандар түрлі қозғалтқыш конструкцияларында қолданылған. Ұлыбританияда National Engine Company Ltd компаниясы ротациялық клапанды қозғалтқышын алғашқы ұшақтарда пайдалану үшін жарнамалаған, сол кезде шам клапандары жабысып немесе күйіп, жиі істен шығып жатқан. 1930 жылдардың соңында Фрэнк Аспин цилиндр саңылауының осімен бір осьте айналатын ротациялық клапанды конструкцияны жасады, бірақ үлкен табысқа жете алмады. АҚШ-тың Coates International Ltd компаниясы ішкі жану қозғалтқыштары үшін шар тәрізді ротациялық клапанды әзірледі, ол шам клапан жүйесін алмастырады. Бұл ерекше конструкция төрт тактілі, ротациялық клапандар жоғарыда орналасқан валдар арқылы басқарылады (яғни цилиндрлер қатарымен бірге). Мұндай қозғалтқыштың алғашқы сатылымы табиғи газбен жұмыс істейтін генератордың бөлігі болды. Ротациялық клапандар жоғары айналымды қозғалтқыштар үшін өте қолайлы, мысалы, жарыс спорттық машиналары мен F1 жарыс машиналарын үшін, онда серіппелі шам клапандары клапанның «жүзуі» және серіппелік резонанс салдарынан істен шығуы мүмкін, ал десмодромалық клапандық механизм тым ауыр, үлкен және дұрыс уақытты жоспарлау мен конструкциялау үшін тым күрделі. Ротациялық клапандар цилиндр басын ықшамдауға және жеңілдетуге мүмкіндік береді. Олар қозғалтқыш жылдамдығының жартысына (немесе төрттен біріне) айналады және поршеньді клапан механизмдерінің инерциялық күштеріне ие емес. Бұл қозғалтқыш жылдамдығын арттырады, шамамен 10% дейін қуатты ұсынады. 1980 жылдардағы MGN W12 F1 қозғалтқышы ротациялық клапандарды қолданды, бірақ жарысқа қатыспады. 2002 және 2004 жылдар аралығында Австралиялық Bishop Innovation және Mercedes Ilmor F1 V10 қозғалтқышы үшін ротациялық клапандарды сынады. Bishop Innovations компаниясының ротациялық клапанды қозғалтқышқа арналған патентын BRV Pty Ltd сатып алды, оның иесі – Тони Уоллис, клапанның алғашқы конструкторларының бірі. BRV ротациялық клапан технологиясын пайдалана отырып, бірнеше функционалдық қозғалтқыштар құрды, мысалы, Honda CRF 450, төменгі (17% өсім) және жоғары (9% өсім) айналымдарда жоғары серпімді күшке ие болды, сондай-ақ функционалдық айналымдарда 30% дейін жоғары тоқтату күшін өндірді. Бұл жетістік Уотсонның тығыздау мәселесіне ғылыми көзқараспен қарауы, бұрынғы конструкцияларды зерттеуі, материалдарды білуі, машина жасау дағдылары, қозғалтқыштармен тәжірибесі, табандылығы және реалистік үміттерінің нәтижесінде болды. Жаңа немесе жақында қолжетімді материалдар қолданылмады. Автомобиль мен қозғалтқыштың дамуының толық мәліметтері «Ральф Уотсон – арнайы инженер» кітабында жарияланған, алғаш рет 2004 жылы басылып шыққан, ISBN O 476 01371 2, және 2020 жылдан бастап интернетте тегін және оңай іздеуге болады. Автомобильдің қазіргі иесі – Рэй Фернер.

The rotary valve combustion engine possesses several significant advantages over the conventional assemblies, including significantly higher compression ratios and rpm, meaning more power, a much more compact and light weight cylinder head, and reduced complexity, meaning higher reliability and lower cost. As inlet and exhaust are usually combined, special attention should be given to valve cooling to avoid engine knocking. Rotary valves have been used in several different engine designs. In Britain, the National Engine Company Ltd advertised its rotary valve engine for use in early aircraft, at a time when poppet valves were prone to failure by sticking or burning. In the end of 1930s, Frank Aspin developed a design with a rotary valve that rotated on the same axis as the cylinder bore, but with limited success. US company Coates International Ltd has developed a spherical rotary valve for internal combustion engines which replaces the poppet valve system. This particular design is four stroke, with the rotary valves operated by overhead shafts in lieu of overhead camshafts (i. e. in line with a bank of cylinders). The first sale of such an engine was part of a natural gas engine generator. Rotary valves are potentially highly suitable for high revving engines, such as those used in racing sportscars and F1 racing cars, on which traditional poppet valves with springs can fail due to valve float and spring resonance and where the desmodromic valve gear is too heavy, large in size and too complex to time and design properly. Rotary valves could allow for a more compact and lightweight cylinder head design. They rotate at half engine speed (or one quarter) and lack the inertia forces of reciprocating valve mechanisms. This allows for higher engine speeds, offering approximately perhaps 10% more power. The 1980s MGN W12 F1 engine used rotary valves but never raced. Between 2002 and 2004 the Australian developer Bishop Innovation and Mercedes Ilmor tested rotary valves for a F1 V10 engine. Bishop Innovations' patent for the rotary valve engine was bought out by BRV Pty Ltd, owned by Tony Wallis, one of the valves original designers. BRV has constructed several functional motors using the rotary valve technology, such as a Honda CRF 450, which had greater torque at both low(17% increase) and high (9% increase) engine speeds, and also produced more brake horsepower up to around 30% more at functional engine speeds. Success was achieved as a result of Watson's academic approach to the problem of sealing, his study of previous designs, and his particular combination of knowledge of materials, machining skills, experience with engines, perseverance and realistic expectations. No new or only recently available materials were involved. Full details of the development of the car and engine appear in the book "Ralph Watson Special Engineer," first published 2004, ISBN O 476 01371 2 and available free and easily searchable, on the internet as of 2020. The car is currently owned by Ray Ferner.

Екі соққылы қозғалтқыштар

Екі тактылі мотоцикл қозғалтқыштарында дискілі клапан деп те аталатын, жазық дискі түріндегі ротациялық клапан қолданылады, мұндағы конструкция қысым тактысы кезінде сору портына кері ағынның алдын алуға көмектеседі. Австриялық Rotax қозғалтқыш өндірушісі бұрынғы өндірістен алынған Rotax 532 екі тактылі қозғалтқыштарында ротациялық сору клапандарын қолданды және 532-нің ізбасары, қазіргі өндірістегі Rotax 582 қозғалтқыштарында да ротациялық сору клапандарын пайдалануды жалғастыруда.

Өндірістік қозғалтқыштарда пайдалану

RCV Engines Ltd компаниясы төрт тактілі және шағын қозғалтқыштардың кейбір модельдерінде айналма клапанның ерекше түрі ретінде цилиндр қаптама технологиясын пайдаланады. RCV сондай-ақ қазіргі қозғалтқыштар тізімінде төрт тактілі қозғалтқыштарда көлденең және тік айналма клапандарын қолданады. RCV скутерлерге арналған цилиндр қаптамасында айналма клапан бар 125cc айналма цилиндр қаптамалы қозғалтқышты әзірледі. Тайваньның PGO Scooters компаниясы өздерінің қолданыс салалары үшін қозғалтқышты әзірлеуде RCV компаниясымен бірлесіп жұмыс істеді. Suzuki RG500 "Гамма" моделі 498 куб сантиметр көлемді екі тактілі, айналма клапанды, екі коленвалды, төрт цилиндрлі қозғалтқышпен жабдықталған. Қозғалтқыштың қуаты 93,7 а.к. (69,9 кВт) 9500 айналым/мин болды.

Хроматографияда қолдану

Ротарильді клапандар сұйық немесе газ хроматографиясында қолданылатын бағаналарға сынамаларды жүктеу үшін қолданылады. Осы әдістерде қолданылатын клапандар көбінесе 6 порты бар, 2 күйге ие ротарильді клапандар болып табылады.