ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ И ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ ПРЯМОТОЧНЫЙ ДИОД Российский патент 2016 года по МПК G05D7/01 

Изобретение относится к области управления или регулирования расхода в текучей среде (жидкость, газ) и может быть использовано в различных гидравлических и пневматических системах, в которых необходимо регулировать параметры потоков рабочей среды при низких и средних давлениях, в том числе - в качестве запорных органов гидравлических и пневматических машин периодического действия (например, в насосах и компрессорах).

Известны гидравлические и пневматические диоды (в дальнейшем - гидропневматические диоды), содержащие прямоточный канал с установленным в нем, по крайней мере, одним рабочим элементом (см., например, Носов Е.Ю. Повышение эффективности работы гидропневматических агрегатов с катящимся ротором. Автореферат дисс. канд. наук., стр. 12, рис. 6).

Наиболее близким к заявляемому техническому устройству является гидропневматический диод, содержащий прямоточный канал для прохода жидкой или газообразной среды, в котором установлен, по крайней мере, один рабочий элемент в виде втулки с поверхностью, имеющей наклон в сторону прямого потока (см. Носов Е.Ю. Повышение эффективности работы гидропневматических агрегатов с катящимся ротором. Автореферат дисс. канд. наук., стр. 14, рис. 12).

К недостатку известных конструкций является невозможность регулировки диодности (отношение расхода прямого потока к расходу обратного потока), являющийся положительным числом больше единицы) для каждой конкретной пневматической или гидравлической линии. Это особенно важно при использовании гидропневматических диодов в качестве клапанных устройств в машинах объемного действия, когда для каждой частоты изменения направления потока и разной динамической вязкости и плотности рабочего тела (жидкости или газа) требуется разное взаимное положение элементов диода.

Техническим результатом изобретения является обеспечение возможности настройки диодности путем изменения взаимного положения элементов диода.

Указанный технический результат достигается тем, что в гидропневматическом прямоточном диоде, содержащем прямоточный канал для прохода жидкой или газообразной среды, в котором установлен, по крайней мере, один рабочий элемент в виде втулки с поверхностью, имеющей наклон в сторону прямого потока, согласно изобретению в канале установлены, как минимум, два кольца, имеющие выступы, выполненные в виде треугольников в сечении, параллельном оси канала, и расположенные на некотором расстоянии вершин треугольников друг от друга, а соосно каналу установлен стержень с возможностью его перемещения и фиксации вдоль оси прямоточного канала, и как минимум один рабочий элемент в виде втулки неподвижно закреплен на упомянутом стержне.

Рабочий элемент может быть выполнен в виде полого конуса, чашки, или в форме соединенных между собой основаниями двух разнонаправленных конусов, образующих ромб в сечении, параллельном оси канала.

Сущность изобретения поясняется на примере конструктивных вариантов гидравлического и пневматического прямоточного диода.

На фиг. 1-3 изображен гидропневматический прямоточный диод с каналом круглого сечения, в котором рабочим элементом является втулка в виде полого конуса, имеющего наклон в сторону прямого потока. На фиг. 1 изображена работа гидропневматического прямоточного диода при движении рабочей среды (жидкости или газа) в прямом направлении, а на фиг. 3 - работа этого же диода при движении рабочей среды в обратном направлении.

На фиг. 2 изображена стабилизирующая решетка, установленная в канале диода.

На фиг. 4 и 5 показан конструктивный вариант гидропневматического прямоточного диода, в котором рабочим элементом является втулка в виде чашки, при прямом и обратном направлении потока.

На фиг. 6 и 7 изображена конструктивная схема гидропневматического прямоточного диода, в котором рабочим элементом является втулка в виде соединенных между собой основаниями двух разнонаправленных конусов, образующих ромб в сечении, параллельном оси канала.

Гидравлический или пневматический диод 1 (фиг. 1-3) содержит прямоточный канал 2 круглого сечения для прохода жидкой или газообразной среды, в котором установлены кольца 3, имеющие выступы, выполненные в виде треугольников в сечении, параллельном оси канала, причем вершины этих треугольников обращены в сторону оси канала 2 и расположены на расстоянии Δ друг от друга.

На входе (справа по рисунку - вход для прямого потока) и выходе гидропневматического диода (слева по рисунку - выход для прямого потока) установлены стабилизирующие решетки 4, которые выравнивают поток жидкости или газа и равномерно распределяют его по сечению канала 2. Этому же способствует расстояние L от торца диода 1 до первого по ходу прямого потока кольца 3, равное удесятеренному диаметру D канала 2 или больше этой величины, что соответствует рекомендациям при проектировании проточных частей управляющих элементов.

Соосно каналу 2 установлен стержень 5 с возможностью его перемещения и фиксации вдоль оси канала 2 диода с помощью резьбы, находящейся в стабилизирующих решетках 4. На стержне 5 жестко закреплены рабочие элементы в виде втулок, имеющих форму полых конусов 6, на расстоянии Δ друг от друга, равном расстоянию между верхушками треугольников в сечении колец 3. Перемещение и фиксация стержня 5 осуществляется винтами 7.

На фиг. 4-5 показан гидропневматический диод, в котором рабочие элементы в виде втулок выполнены чашеобразными, в виде чашек 8.

На фиг. 6-7 изображен гидропневматический диод 1 с рабочими элементами в виде втулок 9, выполненных в форме соединенных между собой основаниями двух разнонаправленных конусов, и в сечении, параллельном оси канала, образующих ромб. В канале 2 установлены кольца 3 с поверхностями треугольного сечения, причем вершина треугольника обращена в сторону оси канала 2 и смещена в сторону прямого потока. Расстояние между вершинами треугольников в сечении колец 3 равно Δ.

Гидропневматический диод работает следующим образом.

При прохождении прямого потока жидкости или газа (направление потока показано стрелками на фиг. 1), направление потока меняется незначительно, и поток жидкости или газа практически не встречает большого гидравлического сопротивления и не теряет кинетическую энергию. Рабочая среда, следуя вдоль промежутка между выступами колец 3 и конусов 6 и огибая их, проходит диод практически без потери энергии.

При прохождении обратного потока жидкости или газа (фиг. 3), часть потока, направляемого поверхностями колец 3, входит в полость конусов 6 и меняет направление движения на противоположное, препятствуя движению той части потока, которая проходит мимо конуса 6. При этом образуются завихрения, препятствующие свободному движению потока в обратном направлении. Вследствие этого, сопротивление обратному потоку газа или жидкости резко возрастает, и обратный поток, встречая большое гидравлическое сопротивление, оказывается существенно меньшим, чем прямой поток.

Аналогичные явления происходят при использовании в качестве рабочих элементов чашек 8 (фиг. 4 и фиг. 5) и втулок 9 (фиг. 6 и фиг. 7) с продольным сечением в виде ромба. В последнем случае (фиг. 6 и фиг. 7) препятствие для обратного потока создается линиями тока жидкости, меняющими направление движения на противоположное наклонными выступами колец 3.

Перемещая стержень 5 ввинчиванием и вывинчиванием винтов 7, можно изменять взаимное положение рабочих элементов 6, 8 и 9 относительно выступов колец 3 и изменять диодность гидропневматического диода в большую или меньшую сторону в зависимости от потребности пневмо- или гидросистемы, которую он обслуживает, а также «подстраивать» его под свойства жидкости и параметры, при которых происходит работа (вязкость, перепад давления, частота возвратно-поступательного движения жидкости и др.).

Предложенные конструктивные варианты гидропневматических диодов позволяют выполнить поставленную техническую задачу - обеспечить возможность настройки диодности путем изменения взаимного положения рабочих элементов диода и колец, неподвижно установленных в канале.

Гидравлический и пневматический диод (1) содержит канал (2) круглого сечения, в котором установлены не менее одной группы элементов, состоящих из колец (3), расстояние между верхушками фигур в сечении колец равно Δ. На входе и выходе гидропневматического диода установлены стабилизирующие решетки (4). Соосно каналу установлен стержень (5) с возможностью его перемещения и фиксации вдоль оси канала диода по резьбе, находящейся в стабилизирующих решетках. На стержне жестко закреплены рабочие элементы (6) на расстоянии Δ, равном расстоянию между верхушками фигур в сечении колец. При движении рабочей среды по каналу в прямом направлении, поток, огибая рабочие элементы и кольца, не встречает значительного сопротивления. При движении среды в обратном направлении, поток встречает сопротивление в виде рабочих элементов или колец, и сопротивление диода становится большим. Обеспечивается возможность настройки диодности путем изменения взаимного положения рабочих элементов диода и колец. 3 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Гидропневматический прямоточный диод, содержащий прямоточный канал для прохода жидкой или газообразной среды, в котором установлен, по крайней мере, один рабочий элемент в виде втулки с поверхностью, имеющей наклон в сторону прямого потока, отличающийся тем, что в канале установлены, как минимум два кольца, имеющие выступы, выполненные в виде треугольников в сечении, параллельном оси канала, вершины которых отстоят друг от друга на некотором расстоянии и обращены в сторону оси канала, а соосно каналу установлен стержень с возможностью его перемещения и фиксации вдоль оси прямоточного канала, и, как минимум, один рабочий элемент в виде втулки неподвижно закреплен на упомянутом стержне.

2. Гидропневматический диод по п. 1, отличающийся тем, что рабочий элемент в виде втулки выполнен в форме полого конуса.

3. Гидропневматический диод по п. 1, отличающийся тем, что рабочий элемент в виде втулки выполнен чашеобразным.

4. Гидропневматический диод по п. 1, отличающийся тем, что рабочий элемент в виде втулки выполнен в форме соединенных между собой основаниями двух разнонаправленных конусов, и в сечении, параллельном оси канала, образующих ромб.