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 представляет собой простейшую форму поворотного клапана. Поворотные клапаны применяются во многих областях, в том числе:
Что касается духовых инструментов , поворотные 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 поворотного клапана может быть труба поршневого клапана . [4] Многие европейские трубачи отдают предпочтение поворотным клапанам. [ нужна цитата ]
Клапаны насадки Trombone 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]
Поворотные клапаны для промышленного производства часто используются в системах обработки сыпучих материалов, 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]
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 двигателя-генератора, работающего на природном газе . [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. В двигателе MGN W12 F1 1980-х годов 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 в разработке одноцилиндрового мотоциклетного двигателя Husaberg с двумя роторами (один на впуске и один на выпуске). Они подали патенты и запустили пример в 2006 году, но их поддержала компания MG Rover , которая впоследствии обанкротилась, оставив Roton без достаточного количества средств для продолжения работы. Несколько лет спустя проекты появились в Австралии у компании Engine Developments Australia Pty Ltd. В 2013 году был изготовлен прототип отлитого прототипа параллельного сдвоенного агрегата 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 в результате академического подхода Уотсона к проблеме герметизации, его изучения предыдущих конструкций и его особого сочетания 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.
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 двухтактном двигателе Rotax 532 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 . [14]
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. [15] [16] RCV также использует горизонтальные и вертикальные поворотные клапаны в четырехтактных двигателях в своей нынешней линейке двигателей. [17]
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. [18]
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.
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.