Zawór kontaktronowy - Reed valve
Zawory Reed to rodzaj zaworów zwrotnych, które ograniczają przepływ płynów w jednym kierunku, otwierając się i zamykając pod zmieniającym się ciśnieniem na każdej powierzchni. Nowoczesne wersje często składają się z elastycznych materiałów metalowych lub kompozytowych ( włókno szklane lub włókno węglowe ).
Aplikacje
Tradycyjny
Zawory Reed, zwykle skóry listwą pokrywającą otwór są wśród pierwszych form automatycznej regulacji przepływu dla cieczy i gazów . Stosowane są od tysięcy lat w pompach wodnych, a od setek lat w miechach w kuźniach wysokotemperaturowych i instrumentach muzycznych, takich jak organy kościelne i akordeony . W naturze zastawki serca działają w nieco podobny sposób.
Lakierki
Zawory Reed są stosowane w niektórych konstrukcjach sprężarek tłokowych oraz w elemencie pompującym niektórych instrumentów muzycznych, dużych i małych.
Silniki dwusuwowe
Zawory listwowe są powszechnie stosowane w wysokowydajnych wersjach silnika dwusuwowego , gdzie kontrolują mieszankę paliwowo-powietrzną dopływającą do cylindra. Gdy tłok unosi się w cylindrze, w skrzyni korbowej pod tłokiem powstaje podciśnienie . Powstała różnica ciśnień otwiera zawór i mieszanka paliwowo-powietrzna wpływa do skrzyni korbowej. Gdy tłok opada, podnosi ciśnienie w skrzyni korbowej, powodując zamknięcie zaworu, aby zatrzymać mieszankę i zwiększyć jej ciśnienie w celu jej ewentualnego przeniesienia do komory spalania . Szwedzka firma motocyklowa Husqvarna wyprodukowała dwusuwowy, jednocylindrowy silnik o pojemności 500 cm3 z wlotem sterowanym zaworem kontaktronowym, jeden z największych w tym układzie. Zawory kontaktronowe w silnikach dwusuwowych zostały umieszczone w portach dolotowych, a także w sterowaniu dolotem do przestrzeni wału korbowego.
Materiały kompozytowe są preferowane w silnikach wyścigowych, szczególnie w wyścigach gokartowych , ponieważ sztywność płatków można łatwo dostroić i są one stosunkowo bezpieczne w przypadku awarii. Uderzenie z dużą prędkością odbija się na wszystkich zaworach trzcinowych, przy czym zawory metalowe cierpią na zmęczenie . Fizyczna bezwładność zaworów listkowych oznacza, że nie są one tak precyzyjne w działaniu jak zawory obrotowe, silnik z zaworem listwowym może działać lepiej niż silnik z zaworem listkowym przy małym zakresie obrotów, ale silnik zaworowy często działa lepiej w szerszym zakresie obrotów. . Bardziej wyrafinowane projekty częściowo rozwiązują ten problem, tworząc wielostopniowe stroiki z mniejszymi, bardziej responsywnymi stroikami w większych, które zapewniają większą objętość w późniejszym cyklu. Niemniej jednak, obecna technologia faworyzuje zawory trzcinowe prawie z pominięciem zaworów obrotowych ze względu na ich prostotę i niskie koszty wdrożenia oraz mniejszą masę obrotową.
Obrotowe silniki spalinowe Wankla
Yanmar Diesel , japoński producent silników, był pionierem we wprowadzaniu zaworów kontaktronowych do kontroli przepływu w otworach dolotowych swoich małych silników Wankla, wykazując poprawę momentu obrotowego i osiągów przy niskich obrotach i przy częściowym obciążeniu silnika. Toyota odkryła korzyści płynące z wstrzykiwania świeżego powietrza do portu wydechowego Wankla RCE, a także zastosowała zawór kontaktronowy w prototypach, w których testowano koncepcję SCRE ( silnik rotacyjny z ładunkiem warstwowym ). Jednak ten rodzaj układu portu wlotowego nigdy nie trafił na linię produkcyjną samochodów RCE. Według Davida W. Garside'a, który opracował linię motocykli Norton napędzanych silnikiem Wankla, dane od innych producentów RCE wskazują, że zawory listwowe poprawiają osiągi przy niskich obrotach i przy częściowym obciążeniu, ale zmniejszają moc wyjściową silnika przy dużej prędkości, a funkcja uważana za niewygodną dla silników motocyklowych.
Dysze pulsacyjne
Zawory Reed są stosowane w tanim, ale nieefektywnym silniku odrzutowym pulsacyjnym , takim jak używany przez silnik Argus As 014 w niemieckim V-1 (latająca bomba) . Zawory z przodu cylindrycznego silnika są otwierane przez niskie ciśnienie w komorze spalania wywołane rezonansem słupa powietrza w silniku, paliwo jest wtryskiwane do komory spalania i zapalane przez gorące spaliny z poprzedniego cyklu. Gdy ładunek rozszerzył się i w większości opuścił silnik, ciśnienie wewnątrz ponownie spada do wartości poniżej atmosferycznej, a zawór kontaktronowy umożliwia dopływ świeżego powietrza i cykl się powtarza. Pewne ciśnienie powietrza nurnika spowodowane ruchem do przodu pomaga oczyścić i wypełnić komorę spalania nowym, świeżym powietrzem, poprawiając w ten sposób moc silnika przy wyższych prędkościach.
Projektowanie i modelowanie
Zawory Reed są projektowane z uwzględnieniem gradientu ciśnienia i przepływu masowego . Gradient ciśnienia służy do oceny skoku zaworu w stanie otwartym; wznios i ogólna geometria elementu (biorąc pod uwagę również współczynnik strat ciśnienia) są następnie wykorzystywane do obliczenia przepływu masowego. W przypadku aplikacji o dużej prędkości (sprężarki i silniki) należy wziąć pod uwagę reakcję dynamiczną. Proste podejście polega na ocenie pierwszej wartości własnej, która jest porównywana z częstotliwością wzbudzania. Projekt zaworów kontaktronowych można udoskonalić za pomocą symulacji. Dynamikę płatków można badać z pominięciem sprzężenia między płynem a strukturą: w tym przypadku ewolucja części strukturalnej jest symulowana za pomocą modeli parametrów skupionych lub modeli MES, współczynniki rozładowania przy różnych wzniosach zaworów są oceniane za pomocą eksperymentów lub symulacji CFD. Badanie całego systemu wymaga zintegrowanego modelu interakcji płyn-struktura .
Zobacz też
Bibliografia
Dalsza lektura
- Irving, PE (1967). Dwusuwowe jednostki napędowe . Londyn: George Newnes.