ВИХРЕВОЙ ДИОД Российский патент 2024 года по МПК F15C1/16 F16K15/14 

Изобретение относится к пневматической и гидравлической технике и может быть использовано в различных системах управления, а также в агрегатах и других гидропневматических устройствах в качестве самодействующих регуляторов и клапанов.

В гидравлической и пневматической технике широко известны вихревые диоды:

- Лебедев И.В., Трескунов С.Л., Яковенко В.С. Элементы струйной автоматики. -М.: Машиностроение, 1973, стр. 252, рис. 114;

- АС СССР № 903.591. Вихревой диод, М. кл. F15C 1/02, 7/00, опубл. 07.02.82;

- АС СССР 1.647.163. Вихревой струйный диод, кл. F15C 1/16, опубл. 29.11.89;

- Патент России № 2.778.257. Вихревой гидропневматический диод с вращающейся рабочей частью, МПК F15C 1/16, опубл. 16.08.2022.

- Патент России 2.740.487. Вихревой гидропневматический диод, МПК F15C 1/16, опубл. 14.01.2021.

- Хабарова Д.Ф. Дисс. канд. техн. наук. «Гидродинамика рабочего процесса и расчет характеристик бесклапанных поршневых насосов с гидродиодами», Челябинск, ЮУрГУ, 2019, стр. 14, рис. 1.6;

- Гамадиев А.Г., Уткин А.В. Исследование характеристик вихревого гидравлического дросселя для систем подготовки проб теплоносителя. Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета, Т. 14, № 4, 2015 г., с. 111, рис. 1б и рис. 2.,

и др.

Все конструкции таких вихревых диодов содержат плоскую цилиндрическую рабочую камеру с торцовыми крышками, а также тангенциальный вход обратного и центральное отверстие выхода обратного потока, которые являются соответственно выходом и входом прямого потока.

Недостатком таких конструкций является узкий диапазон расходов, в которых они могут успешно работать, обеспечивая достаточно высокую диодность (отношение объемных расходов или гидравлических сопротивлений прямого и обратного потока), что приводит к увеличению номенклатуры, а иногда и к невозможности их использования.

Технической задачей изобретения является расширение диапазона применения вихревых диодов и повышение эффективности (увеличение диодности) их работы.

Указанная задача обеспечивается тем, что в вихревом диоде, имеющим плоскую цилиндрическую рабочую камеру с верхней и нижней торцовыми крышками, а также содержащую тангенциальный по отношению цилиндрической поверхности рабочей камеры канал, причем этот канал и отверстие в центре одной из крышек, например, - в верхней крышке, - соединены с гидравлической линией, в которой диод установлен, согласно изобретению рабочая камера разделена на две полости упругой перегородкой, плоскость которой параллельна торцовым крышкам, причем тангенциальный канал расположен в одной из этих полостей, например, в нижней, а отверстие в крышке - в другой полости, и обе полости соединены каналом, находящимся за пределом окружности рабочей камеры.

Устройство заявляемой конструкции поясняется чертежами.

На фиг. 1 и 2 показаны сечения диода в исходном состоянии.

На фиг. 3 показано состояние вихревого диода при работе с прямым потоком рабочей среды.

На фиг. 4 и 5 показана работа вихревого диода при прохождении через него обратного потока рабочей среды.

Вихревой диод (фиг. 1 и 2) содержит плоскую цилиндрическую рабочую камеру 1 с верхней 2 и нижней 3 торцовыми крышками, а также содержащую тангенциальный по отношению цилиндрической поверхности рабочей камеры канал 4, причем этот канал и отверстие 5 в центре одной из крышек, (в данном примере - в верхней крышке 2), соединены с гидравлической линией, в которой диод установлен. Рабочая камера 1 разделена на две полости 6 и 7 упругой перегородкой 8, плоскость которой параллельна торцовым крышкам 2 и 3. Тангенциальный канал 4 расположен в одной из этих полостей, в данном примере - в нижней полости 7, а отверстие 5 - в крышке 2 - в другой полости, и обе полости соединены каналом 9, находящимся за пределом окружности рабочей камеры 1. Соединение полости 7 с гидравлической линией осуществляется с помощью отверстия 10. Резьбовые соединения 11 служат для стяжки крышек 2 и 3 и мембраны 8.

На фиг. 3 показано расстояние Н_П мембраны 8 от внутренней плоскости крышки 3 при прохождении через диод прямого потока, а на фиг. 4 - расстояние Н_О при прохождении обратного потока. При этом Н_П >> Н_О.

Индексом Р обозначено давление в гидравлической линии, в которой установлен вихревой диод. При этом индексом «₁» обозначено давление в отверстии 5, а индексом «₂» - давление в отверстии 10.

В задачу вихревого диода входит оказание минимального гидравлического сопротивления при прохождении через него прямого потока, и максимального - при прохождении обратного потока.

Вихревой диод работает следующим образом (фиг. 3, 4 и 5).

При прохождении прямого потока рабочей среды (фиг. 3) на нем образуется перепад давления ΔР = Р₂ - Р₁, который действует на упругую перегородку 8, в связи с чем она прогибается, расстояние между ней и внутренней плоскостью крышки 3 увеличивается, что способствует снижению гидравлического сопротивления вихревого диода, т.к. проходное сечение, заключенное между торцом отверстия 10 и упругой перегородкой 8 увеличивается.

При прохождении обратного потока (фиг. 4 и 5) под действием перепада давления упругая перегородка 8 прогибается вниз, в связи с чем вышеуказанное проходное сечение уменьшается, увеличивая гидравлическое сопротивление вихревого диода.

Кроме того, уменьшение высоты вихревой камеры вблизи отверстия 10 приводит к тому, что скорость кругового движения рабочей среды в зоне, примыкающей к этому отверстию, увеличивается. В связи с этим среда входит в это отверстие в виде очень сильно закрученного потока, что вызывает повышенное трение как между рабочей средой и стенками отверстия, так и между частицами среды, что дополнительно увеличивает гидравлическое сопротивление вихревого диода.

Указанные действия в целом приводят к тому, что диодность такого устройства существенно выше, чем диодность известных конструкций, причем достигается этот эффект незначительным усложнением устройства, и его изготовление не предполагает использования каких-либо сложных технологий.

Кроме того, в предлагаемой конструкции появляется чрезвычайно простой в изготовлении элемент - упругая перегородка, варьируя толщиной и упругими свойствами материала которой, при одних и тех же конструктивных размерах вихревого диода, появляется возможность «сдвигать» его характеристику в ту или иную сторону, что существенно расширяет диапазон применения такого вихревого диода.

Изобретение относится к пневматической и гидравлической технике и может быть использовано в различных системах управления, а также в агрегатах и других гидропневматических устройствах в качестве самодействующих регуляторов и клапанов. Вихревой диод содержит плоскую цилиндрическую рабочую камеру (1) с торцовыми крышками (2) и (3), а также тангенциальный вход (4) обратного потока и центральное отверстие (5) выхода обратного потока, которые являются соответственно выходом и входом прямого потока. Рабочая камера разделена на две части Б и В упругой перегородкой 6, тангенциальный вход (4) обратного потока расположен в части В и соединен со второй частью Б каналом (7). Отверстие (8), как и отверстие (5), соединяет полости Б и В с пневматической или гидравлической линией, в которой установлен диод. При движении прямого потока перегородка (6) прогибается вверх, уменьшая гидравлическое сопротивление истечению среды между ней и отверстием (5). При движении обратного потока перегородка (6) прогибается вниз, увеличивая гидравлическое сопротивление диода. Увеличивается диодность, расширяется диапазон работы. 5 ил.

Вихревой диод, имеющий плоскую цилиндрическую рабочую камеру с верхней и нижней торцовыми крышками, а также содержащую тангенциальный по отношению цилиндрической поверхности рабочей камеры канал, причем этот канал и отверстие в центре одной из крышек, например в верхней крышке, соединены с гидравлической линией, в которой диод установлен, отличающийся тем, что рабочая камера разделена на две полости упругой перегородкой, плоскость которой параллельна торцовым крышкам, причем тангенциальный канал расположен в одной из этих полостей, например в нижней, а отверстие в крышке - в другой полости, и обе полости соединены каналом, находящимся за пределом окружности рабочей камеры.