Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Тексеру клапанының түрі
Type of check valve
Жапырақша клапандары – сұйықтардың ағынын бір бағытта ғана шектейтін, екі жағындағы қысым өзгергенде ашылып-жабылатын тексеру клапанының бір түрі. Қазіргі заманғы үлгілері көбінесе иілгіш металл немесе композиттік материалдардан (шыны талшығы немесе көміртек талшығы) жасалады.
Reed valves are a type of check valve which restrict the flow of fluids to a single direction, opening and closing under changing pressure on each face. Modern versions often consist of flexible metal or composite materials (fiberglass or carbon fiber).
Дәстүрлі
Қамыс клапандары, әдетте тесікті жабатын былғары жалақ, сұйықтар мен газдарды автоматты түрде бақылаудың ең ерте түрінің бірі болып табылады. Олар мыңдаған жылдар бойы су сорғыларында, жүздеген жылдар бойы жоғары температурадағы ұстамаларда және шіркеу органдары мен аккордеон сияқты музыкалық аспаптарда қолданылып келген. Табиғатта жүрек клапандары да шамамен осылай жұмыс істейді.
Reed valves, normally a leather flap covering a hole, are amongst the earliest form of automatic flow control for liquids and gases. They have been used for thousands of years in water pumps and for hundreds of years in bellows for high temperature forges and musical instruments such as church organs and accordions. In nature, heart valves operate in a somewhat similar fashion.
Насос
Қамыс клапандары кейбір поршеньді компрессорлардың құрылымында, сондай-ақ түрлі өлшемдегі кейбір музыкалық аспаптардың сорғыш бөліктерінде қолданылады.
Reed valves are used in some reciprocating compressor designs, and in the pumping element of some musical instruments, large and small.
Екі соққылы қозғалтқыштар
Қамыс клапандары екі тактілі қозғалтқыштардың жоғары өнімді нұсқаларында кеңінен қолданылады, онда олар цилиндрге түсетін отын-ауа қоспасын басқарады. Поршень цилиндрде жоғары көтерілгенде, поршень астындағы картерде вакуум пайда болады. Соның салдарынан туындаған қысым айырмашылығы клапанды ашады және отын-ауа қоспасы картерге ағып кіреді. Поршень төмен түскенде, картердегі қысымды көтеріп, клапанды жабылып, қоспаны сақтап, оны жану камерасына жіберу үшін қысымға түсіреді. Швециялық Husqvarna мотоцикл компаниясы қамыс клапанымен басқарылатын сорғысы бар екі тактілі, 500 куб.см көлемді бір цилиндрлі қозғалтқышты шығарды, бұл осы құрылымды қолданудағы ең үлкендердің бірі болды. Екі тактілі қозғалтқыштардағы қамыс клапандары сору портына және коленвал кеңістігіне соруды басқару үшін орналастырылған. Жарыс қозғалтқыштарында, әсіресе картингте композиттік материалдар артықшылыққа ие, себебі жапырақшалардың қатаңдығын оңай реттеуге болады және олар бұзылғанда салыстырмалы түрде қауіпсіз. Жоғары жылдамдықтың әсері барлық қамыс клапандарына тиеді, металл клапандар шаршап тозады. Қамыс клапандарының физикалық инерциясы олардың роторлық клапандар сияқты толыққанды дәл әрекет етпейтінін білдіреді. Роторлық клапанды қозғалтқыш кішкентай айналымдарда қамыс клапанды қозғалтқыштан жақсы жұмыс істей алады, бірақ қамыс клапанды қозғалтқыш көбінесе кең айналымдарда жақсы жұмыс істейді. Күрделірек конструкциялар бұл мәселені ішіне кішірек, жылдамрақ жауап беретін қамыс жапырақшалары бар көп сатылы қамыс клапандарды жасау арқылы шешеді, олар циклдің соңында көбірек көлем береді. Дегенмен, қазіргі технология қарапайымдылығы, төменгі өндіріс шығындары және айналмалы массаның аздығына байланысты роторлық клапандарға қарағанда қамыс клапандарын басымдықпен қарастырады.
Reed valves are commonly used in high performance versions of the two stroke engine, where they control the fuel air mixture admitted to the cylinder. As the piston rises in the cylinder a vacuum is created in the crankcase beneath the piston. The resulting pressure differential opens the valve and the fuel air mixture flows into the crankcase. As the piston descends, it raises the crankcase pressure causing the valve to close to retain the mixture and pressurize it for its eventual transfer through to the combustion chamber. The Swedish motorcycle company Husqvarna produced a two stroke, 500 cc displacement single cylinder engine with a reed valve controlled intake, one of the biggest in using this arrangement. Reed valves in two stroke engines have been placed in the intake ports and also in controlling the intake to the crankshaft space. Composite materials are preferred in racing engines, especially in kart racing, because the stiffness of the petals can be easily tuned and they are relatively safe in failure. High speed impact takes its toll on all reed valves, with metal valves suffering in fatigue. The physical inertia of reed valves means that they are not as entirely precise in action as rotary valves, a rotary valve engine may run better than a reed valve engine at a small rpm range but the reed valve engine often runs better over a wider rpm range. More sophisticated designs partly address this by creating multi stage reeds with smaller, more responsive reeds within larger ones that provide more volume later in the cycle. Nevertheless, current technology favors reed valves almost to the exclusion of rotary valves due to their simplicity and low implementation costs and less rotational mass.
Wankel айналдырулы жану қозғалтқыштары
Япондық қозғалтқыш жасаушы Yanmar Diesel компаниясы кішкентай Ванкель қозғалтқыштарының сору порттарында ағынды басқару үшін қамыс клапандарын қолдануда алғашқы болып табылды, бұл төмен айналымдарда және қозғалтқыштың толық қуаты жетпеген кезде айналу моменті мен жұмысын жақсартты. Toyota Wankel RCE эгзоз портына таза ауа жіберудің пайдалы екенін анықтады, сондай-ақ SCRE (Stratified Charge Rotary Engine) тұжырымдамасын сынаған прототиптерде қамыс клапанын пайдаланды. Дегенмен, мұндай сору портының құрылымы автомобильдік өлшемдегі RCE-лер үшін ешқашан өндіріске енбеді. Дэвид В. Гарсайдтың айтуынша, Norton мотоциклдерінің Wankel қозғалтқыштарын жасаған ол, басқа RCE өндірушілерінің мәліметтері қамыс клапандары төмен айналымдарда және толық қуаты жетпеген кезде жұмысты жақсартатынын, бірақ қозғалтқыштың жоғары жылдамдықтағы қуатын төмендететінін көрсеткен, бұл мотоцикл қозғалтқыштары үшін қолайсыз саналатын қасиет.
Yanmar Diesel, a Japanese engine maker, was pioneer in introducing reed valves for flow control at intake ports of its small Wankel engines, showing an improvement in torque and performances at low rpm and under partial load of the engine. Toyota discovered the benefits of injecting fresh air into the Wankel RCE exhaust port, and also used a reed valve in prototypes where they tested the SCRE concept (Stratified Charge Rotary Engine). However, this kind of intake port arrangement never reached the production line for automobile size RCEs. According to David W. Garside, who developed the Norton line of Wankel powered motorcycles, data from other RCE producers pointed that reed valves do improve performances at low rpm and under partial load, but reduce the high speed power output of the engine, a feature considered inconvenient for motorcycle engines.
Импульстік ұшқыштар
Қамыс клапандары арзан, бірақ тиімсіз импульстік реактивті қозғалтқыштарда қолданылады, мысалы, неміс V1 (ұшатын бомба) құралындағы Argus As 014 қозғалтқышында. Цилиндр тәрізді қозғалтқыштың алдыңғы жағындағы клапандар, қозғалтқыштағы ауа бағанасының резонансынан туындаған жанар камерадағы төмен қысыммен ашылады, жанар камераға отын шашыратылады және алдыңғы циклдың ыстық жанар газдарымен тұтандырылады. Заряд кеңейіп, қозғалтқыштан көп бөлігі шыққаннан кейін, ішкі қысым атмосфералық қысымнан төмендейді және қамыс клапаны жаңа ауаның кіруіне мүмкіндік береді, содан кейін цикл қайталанады. Алға жылдамдықпен байланысты ауа қысымы жанар камерасын жаңа, таза ауамен толтыруға көмектеседі, осылайша қозғалтқыштың жоғары жылдамдықтардағы қуатын арттырады.
Reed valves are used in the cheap but inefficient pulse jet engine, such as the one used by the Argus As 014 engine in the German V 1 (flying bomb). The valves at the front of the cylindrical engine are opened by the low pressure in the combustion chamber caused by the resonance of the air column in the engine, fuel is squirted into the combustion chamber and ignited by the hot combustion gases of the previous cycle. Once the charge has expanded and mostly left the engine, pressure inside drops again to below atmospheric values and the reed valve allows fresh air to enter and the cycle be repeated. Some ram air pressure due to forward motion helps scavenging and filling the combustion chamber with the new, fresh air charge, thus improving the power of the engine at higher speeds.
Жобалау және модельдеу
Қамыс клапандары қысым градиенті мен массалық ағын ескеріле отырып жобаланады. Қысым градиенті клапанның ашық күйдегі көтерілуін бағалау үшін пайдаланылады; көтерілу және компоненттің жалпы геометриясы (сонымен қатар қысымның жоғалу коэффициенті ескеріле отырып) массалық ағынды есептеу үшін қолданылады. Жоғары жылдамдықты қолдануларда (компрессорлар мен қозғалтқыштарда) динамикалық жауапты ескеру қажет. Оңай тәсіл – қоздыру жиілігімен салыстырылатын бірінші өзіндік мәнді бағалау болып табылады. Қамыс клапандарының жобасын симуляциялау арқылы жақсартуға болады. Жапырақшалардың динамикасын сұйықтық пен құрылым арасындағы байланысты ескермей зерттеуге болады: мұндай жағдайда құрылымдық бөліктің өзгеруі жиынтық параметрлер модельдері немесе FEM модельдері арқылы симуляцияланады, ал клапанның әртүрлі көтерілуіне сәйкес шығарылым коэффициенттері эксперименттер немесе CFD симуляциялары арқылы бағаланады. Толық жүйені зерттеу үшін сұйықтық-құрылымдық өзара әрекеттесу моделінің интеграцияланған жүйесі қажет.
Reed valves are designed considering the pressure gradient and mass flow. The pressure gradient is used to evaluate the valve lift during open condition; the lift and overall component geometry (considering also a pressure loss coefficient) are then used to calculate the mass flow. For high speed applications (compressors and engines) the dynamic response has to be considered. A simple approach consists in the evaluation of first eigenvalue that is compared with exciting frequency. Design of reed valves can be refined using simulations. The dynamic of petals can be studied neglecting the coupling between fluid and structure: in this case the evolution of the structural part are simulated using lumped parameters models or FEM models, discharge coefficients at various valve lift are evaluated with experiments or CFD simulations. The study of the complete system needs an integrated Fluid structure interaction model.