Отсечной клапан

[Парджеттер]

Доброго времени суток.

Есть вот такая задача. Придется воспользоваться картинкой.


На рисунке слева показана следующая система - показан участок горизонтальной трубы диаметра $D$, по которой проходит поршень со скоростью $v(t)$ (заштрихован двойной штриховкой). За поршнем образуется зона высокого давления, которое падает по экспоненциальному закону до атмосферного за время $\tau$. В горизонтальной трубе имеется небольшое (вертикальное) отверстие диаметра $d<D$, которое ведет к небольшому замкнутому резервуару объема $W \sim D^3$.

Вопрос - можно ли поставить на малое отверстие клапан (показан слева) для того, чтобы аккумулировать давление в малом резервуаре? Иными словами, вопрос состоит в том, успеет ли клапан закрыться до того, как резервуар опорожнится?
Характерное время $\tau=0,02...0,05$ с.

Опыт показывает, что ответ отрицательный. Но хотелось бы обосновать это теоретически, либо обосновать, что возможно при таких-то условиях.

[Zai]

В обсуждаемом Вами техническом решении нет ясности по нескольким аспектам:
1. После прохода поршня повышенное давление должно приводить к перетоку газа из цилиндра в полость газового аккумулятора;
2. Последующее расширение газа приводит к падению давления в цилиндре и необходимо закрыть клапан, чтобы предотвратить обратное истечение газа из газового аккумулятора;
3. Оптимальное время раскрытия и закрытия клапана настолько мало, что традиционные пружинные клапаны не работоспособны.

[Парджеттер]

Zai в сообщении #148397 писал(а):

1. После прохода поршня повышенное давление должно приводить к перетоку газа из цилиндра в полость газового аккумулятора;

2. Последующее расширение газа приводит к падению давления в цилиндре и необходимо закрыть клапан, чтобы предотвратить обратное истечение газа из газового аккумулятора;

Да, наверное это следовало сказать, но я посчитал это совершенно очевидным.

Zai в сообщении #148397 писал(а):

3. Оптимальное время раскрытия и закрытия клапана настолько мало, что традиционные пружинные клапаны не работоспособны.

А какие тогда работоспособны?
И еще - как бы это расчетом обосновать?

[Батороев]

Парджеттер писал(а):

А какие тогда работоспособны?

Например, кинематически жестко связанные с поршнем.
Только случаем, не пуля ли - этот Ваш поршень?

[Парджеттер]

Батороев писал(а):

Парджеттер писал(а):

А какие тогда работоспособны?

Например, кинематически жестко связанные с поршнем.
Только случаем, не пуля ли - этот Ваш поршень?

Пуля.
Так что кинематическая связь с поршнем, увы, вряд ли получится

[Батороев]

Может быть, попробовать клапан, обратный изображенному на Вашем эскизе?

[Парджеттер]

Батороев в сообщении #148751 писал(а):

Может быть, попробовать клапан, обратный изображенному на Вашем эскизе?

А это как?

[Батороев]

Отверстие $ d $ снизу не на полную длину расстачивается до $ d_1 > d $, при этом переход делается конусным. Такой же конус имеется на верхней поверхности головки клапана, который заводится снизу. Диаметр головки клапана ~$ \frac{d+d_1}{2} $.

При таком клапане пружина должна действовать вверх.
Избыточное давление в полости $ D $, преодолевая усилие пружины, открывает клапан.
В момент примерного равенства давлений в обеих полостях пружина начинает разжиматься.
При падении давления в полости $ D $ давление в аккумуляторе способствует дополнительному "разгону" пружины и последующему запиранию клапана.

[Архипов]

Ну, если пуля - поршень,... тогда прощще для аккумуляции давления газа использовать ствол, то есть ствол превращаем в поршень для внешнего короткого кожуха-цилиндра.. Ствол из-за отдачи перемещается (сравнительно с пулей) медленно, для фиксации в сжатом положении используется шептало.

[Парджеттер]

Батороев, идея понятна. Однако, встает вопрос - с учетом инерции пружины, сработает ли такое устройство?

Архипов писал(а):

Ну, если пуля - поршень,... тогда прощще для аккумуляции давления газа использовать ствол, то есть ствол превращаем в поршень для внешнего короткого кожуха-цилиндра.. Ствол из-за отдачи перемещается (сравнительно с пулей) медленно, для фиксации в сжатом положении используется шептало.

Не совсем понимаю. Это что-то типа эжектора получается?

[Архипов]

А зачем нужно "консервировать" газ? Когда полная идея устройства не задана - частные предложения можно дать невпопад. Можно ведь просто сжечь порох в нужном закрытом сосуде.

[Парджеттер]

Архипов в сообщении #149151 писал(а):

А зачем нужно "консервировать" газ? Когда полная идея устройства не задана - частные предложения можно дать невпопад. Можно ведь просто сжечь порох в нужном закрытом сосуде.

Речь о более эффективном использовании газов в схеме автоматики с отводом пороховых газов. Слышал такую идею, что отсечной клапан не работает в принципе. Это из практики, очевидно. Вот хотелось бы мне осознать это теоретически.
Но, в общем, в конструктивные подробности-то вдаваться, наверное, не особенно нужно - это уже будут вопросы конструирования. А я бы хотел какую-то физическую картину представить. То есть, предположим, прислали мне такую конструкцию, а я работаю в патентном бюро . И надо мне расчетом определить - работает или нет. Есть идеи какие-нибудь?

[Zai]

Клапаны в двигателе внутреннего сгорания работают в том же диапазоне температур и на тех же частотах, давление правда там поменьше.

[Парджеттер]

Zai писал(а):

Клапаны в двигателе внутреннего сгорания работают в том же диапазоне температур и на тех же частотах, давление правда там поменьше.

Я не являюсь специалистом по ДВС, поэтому я не знаю какую роль выполняют клапаны о которых Вы говорите. Они тоже отсекают? А на каком принципе они работают? Исходя из Вашего первого сообщения, я так понимаю, они не на пружине.

[Zai]

Клапаны в ДВС предназначены для впуска рабочей смеси, герметизации рабочего объема при сжатии, горении, расширении и выпуска сгоревших продуктов. Максимальное давление в ДВС около 40 атмосфер. Частота открытия - закрытия около 50 в секунду. Открытие и закрытие происходит принудительно специальным механизмом. Для полноты закрытия используются пружины.