BG112112A

BG112112A - Флуиден диод

Info

Publication number: BG112112A
Application number: BG112112A
Authority: BG
Inventors: Галин Райчинов
Original assignee: Галин Райчинов
Priority date: 2015-10-09
Filing date: 2015-10-09
Publication date: 2017-11-30
Also published as: WO2017059502A1

Abstract

Флуиден диод осигуряващ възпрепятстване движението на флуида през него в посока обратна на проектната. Състои се от тръба (1) с елемент (2) с коефициент на флуидно съпротивление при движение на флуида в проектната посока е по-малък от този при движение на флуида срещу проектната посока, характеризиращ се с това, че елементът (2) е поместен в тръбата (1), като в съседство или концентрично спрямо оста на движение на флуида с елемента (2) е поместен най-малко още един елемент (3) с коефициент на флуидно съпротивление при движение на флуида в проектната посока по-малък от този при движение на флуида срещу проектната посока, така че се образува група от елементи (2, 3), при което надлъжно по оста на движение на флуида, след тази група е разположена най-малко втора група от такива елементи (2а, 3а). Осигурява намалени относителни габаритни размери и обем спрямо дебита на направлявания флуиден поток и се отличава с опростена технология на изработка, намалена себестойност и лесно автоматизиране на производството му.

Description

ОБЛАСТ НА ТЕХНИКАТА

Настоящото изобретение се отнася до флуиден диод без движещи се части. По-специално, той осигурява повишено съпротивление на движение на флуида срещу проектната/желаната посока. Намира приложение най-вече за направляване движението на газове или течности в една проектна посока и ограничаване или изключване на движението им в обратна посока при най-различни устройства, инсталации или системи в които се осъществява движение на газове или течности, като двигатели с вътрешно горене, пулсиращи реактивни двигатели или газови турбини, компресори, помпи, хидравлични или газови мотори и много други.

ПРЕДШЕСТВАЩО СЪСТОЯНИЕ НА ТЕХНИКАТА

От патент на САЩ 1151329559 е известен флуиден диод (наречен в описанието „тръба функционираща като клапа“) и широко известен в техниката под различни наименования като клапан или обратен клапан на Тесла, Тесла клапан, обратен клапан без движещи се части и т.н. Въпросният Тесла клапан се състои от тръба или проход, чиито вътрешни твърди неподвижни стени образуват поредица от вдлъбнатини или джобове с повърхности, насочени в проектната посока на движение на флуида, така че при движение на флуида в обратна посока, подлагат части от флуида на завиване в повече или по-малка степен на обратно - срещу непроектната посока на движение. В преобладаващите случаи на Тесла клапана, всеки един джоб е изработен така, че гледано в непроектната посока на движение, има входящ отвор с относително малко отклонение на посоката и разположен след него изходящ отвор от който посоката на движение на флуида е в повече или помалка степен срещу непроектната посока на движение. Всеки по този начин оформен джоб, частично препятства движението на флуида във въпросната непроектна посока. Всеки следващ (по непроектната посока на движение), с неговото следващо възпрепятстване, допълнително възпрепятства движението на общия флуиден поток в непроектната посока. Така, при достатъчно количество (с оглед плътността, вискозитета и моментния дебит на флуида спрямо конкретните размери и форма на джобовете) последователно разположени такива джобове се постига желаното възпрепятстване или изцяло предотвратяване движението на флуида в непроектната посока.

Недостатъците на Тесла клапана са главно следните:

Напречните (спрямо флуидния поток) габарити на всеки един джоб са относително твърде големи спрямо напречното сечение на флуидния поток. Достатъчна степен на възпрепятстване на непроектната посока на движение на флуида се постига обикновено чрез множества последователно разположени джобове, което води до силно увеличаване на надлъжните (спрямо флуидния поток) габарити на Тесла клапана. Вследствие на тези две обстоятелства общите габарити и обем на Тесла се получават относително твърде големи спрямо дебита на управлявания от него флуиден поток. Практически един всмукателен и един изпускателен Тесла клапани монтирани на последователно действаща помпа (например бутална или мембранна) в преобладаващите случаи имат общ обем и размери по-големи от обема и размерите на самата помпа.

Изработката на джобовете на Тесла клапана е относително трудно и сложно, изисква съответно скъпи обработващи машини и води до относително големи загуби на материал.

ТЕХНИЧЕСКА СЪЩНОСТ НА ИЗОБРЕТЕНИЕТО

Задачата на изобретението е да се създаде флуиден диод без движещи се части, препятстващ движение на флуида срещу проектната посока, който да има относително малки обем и размери спрямо дебита на преминаващия флуид и да се отличава с относително опростена и евтина технология на изработка, която и лесно да се поддава на автоматизиране.

Задачата е решена чрез флуиден диод съгласно изобретението, в първо вариантно изпълнение, състоящ се от тръба с елемент с коефициент на флуидно съпротивление при движение на флуида в проектната посока е по-малък от този при движение на флуида срещу проектната посока. За диода е характерно това, че елементът е поместен в тръбата, като в съседство или концентрично спрямо оста на движение на флуида с елемента е поместен най-малко още един елемент с коефициент на флуидно съпротивление при движение на флуида в проектната посока помалък от този при движение на флуида срещу проектната посока, така че се образува група от елементи, при което надлъжно по оста на движение на флуида, след тази група е разположена най-малко втора група от такива елементи.

Във второ вариантно изпълнение на флуидния диод съгласно изобретението, той се характеризира с това, че най-малко един от елементите е със сечение надлъжно по оста на движение на флуида във формата на остър ъгъл с прави или заоблени рамена с еднаква или различна дължина, като върхът на рамената, който може и да е заоблен е разположен пред краищата на рамената спрямо проектната посока на движение на флуида.

В трето вариантно изпълнение на флуидния диод съгласно изобретението, той се характеризира с това, че втората група елементи е изместена спрямо първата група елементи, напречно или съответно концентрично на оста на движение на флуида.

В трето вариантно изпълнение на флуидния диод съгласно изобретението, той се характеризира с това, че елементите наймалко от една отделна група са оформени съответно заедно като един общ детайл от листов или обемен материал.

В четвърто вариантно изпълнение на флуидния диод съгласно изобретението, той се характеризира с това, че едноименни елементи най-малко от две групи са оформени заедно като общ детайл от листов или обемен материал.

ПРЕДИМСТВАТА на флуидния диод съгласно изобретението пред познатия Тесла клапан главно са:

Силно намалени относителни габаритни размери и обем спрямо дебита на направлявания флуиден поток. Това предимство се постига благодарение на разделянето на флуидния поток на множество тънки напречни слоеве към които се прилага ефекта на нееднаквите коефициент на флуидно съпротивление на елементите, съответно в проектната и срещу нея посоки. Това води до съответно намаляване както на напречните, така и на надлъжните габарити на елементите, което от своя страна води до намаляване на габаритите и обема на целия флуиден диод при еднакъв дебит със съпоставим Тесла клапан.

Силно опростена технология на изработка, с намалена себестойност и лесно автоматизиране, поради това че за тръба на диода се използва широко разпространена стандартна тръба, в която посредством заваряване, залепване и др. се монтират елементите, като много от тях се изработват като общи детайли.

ОПИСАНИЕ НА ПРИЛОЖЕНИТЕ ФИГУРИ

Фигура 1 представлява схематичен надлъжен разрез и фронтален изглед на флуиден диод със съседно разположение на по два елемента 2, 3 и 2а, За, съответно в две групи при правоъгълно сечение на тръбата 1.

Фигура 2 представлява схематичен надлъжен разрез и фронтален изглед на флуиден диод с концентрично и изместено по оста на движение на флуида разположение на по два елемента 2, 3 и 2а, За, съответно в две групи при кръгло сечение на тръбата 1.

Фигура 3 представлява схематичен надлъжен разрез и фронтален изглед на флуиден диод с общо шестнадесет групи елементи, всяка от които съдържа по девет елемента, съседно разположени, като един от тях е и изместен по оста на движение на флуида, при правоъгълно сечение на тръбата.

Фигура 4 представлява схематичен надлъжен разрез на флуиден диод с общо четиринадесет групи елементи, всяка от които съдържа по четири елемента, концентрични един спрямо друг, а един от тях и изместено по оста на движение на флуида, като елементите от всеки две последователни групи са концентрично изместени едни спрямо други.

ПРИМЕРИ ЗА ИЗПЪЛНЕНИЕ

Видно от фиг. 1 едно изпълнение на флуидния диод съгласно изобретението включва тръба 1, група съседно разположени елементи 2 и 3 и втора група съседно разположени елементи 2а и За, които са напречно изместени спрямо елементите от първата група.

В друго вариантно изпълнение на флуидния диод съгласно изобретението, видно от фиг. 2, той включва тръба 1, група концентрично разположени елементи 2 и 3, които са изместени един спрямо друг по оста на движение на флуида и втора група концентрично разположени елементи 2а и За, които също са изместени един спрямо друг по оста на движение на флуида.

Видно от фиг. 3, друго вариантно изпълнение на флуидния диод съгласно изобретението включва тръба и общо шестнадесет групи елементи, всяка от които съдържа по девет елемента, съседно разположени, като един от тях е и изместен по оста на движение на флуида.

Видно от фиг. 4, друго вариантно изпълнение на флуидния диод съгласно изобретението включва тръба и общо четиринадесет групи елементи, всяка от които съдържа по четири елемента, концентрични един спрямо друг, а един от тях и изместено по оста на движение на флуида, като елементите от всеки две последователни групи са концентрично изместени едни спрямо други.

ИЗПОЛЗВАНЕ НА ИЗОБРЕТЕНИЕТО

Флуидния диод съгласно изобретението работи по следния начин:

В първото вариантно изпълнение на флуидния диод съгласно изобретението, при движение на флуида през тръбата 1 в проектната посока, флуидния поток идващ например от от нагнетателния отвор на циклично действаща помпа при нагнетателен ход на същата, обтича първо групата елементи 2 и 3, а след това и групата елементи 2а и За. При задвижване на флуидния поток срещу проектната посока - например при всмукателен ход на помпата, флуидният поток започва да обтича първо групата елементи 2а и За, а след това групата елементи 2 и 3. Тъй като коефициентът на флуидно съпротивление на елементите при движение на флуида в проектната посока е по-малък от този при движение на флуида срещу проектната посока, то в първия случай - при движение на флуидния поток в проектната посока, същият е по-малко ограничен в движението си от двете групи елементи - 2, 3 и 2а, За. Вследствие на това, дебитът на преминаващия в проектната посока флуиден поток е по-голям от дебита на флуидния поток във втория случай - т.е. тогава когато той се задвижва срещу проектната посока на флуидния диод, в определена степен, която е обратно пропорционална на съотношението на произведението на общите коефициенти на флуидно съпротивление на двете групи елементи - 2, 3 и 2а, За в проектната посока, спрямо произведението на общите коефициенти на флуидно съпротивление на двете групи елементи - 2, 3 и 2а, За в посока срещу проектната. По този начин се постига в така формираната степен търсеният ефект на работа на изобретението като флуиден диод без подвижни части.

Конкретна желана по-висока степен на намаляване на дебита на флуидния поток при движение срещу проектната посока се постига преди всичко чрез добавяне последователно по проектната посока на една или повече допълнителни групи елементи например 2в, Зв; 2с, Зс и т.н. например до 2т, Зт. Така с всяка добавена група елементи общия коефициент на флуидно съпротивление на флуидния диод в посока срещу проектната става относително все по-голям спрямо общия коефициент на флуидно съпротивление на флуидния диод в проектната посока.

Подобен ефект има и добавянето на един или повече елементи във всяка една група - например елементи 4, 5 и т.н. например до Ν, съответно 4а, 5а, ... №, и така до 4т, 5т, ... Νγπ. Такова увеличаване броя на елементите в една група елементи води до увеличаване броя и намаляване дебелината на напречните слоеве флуиден поток, на които същият се разделя от увеличения брой елементи в една група. По този начин, колкото по-тънки флуидни потоци преминават между елементите от една група, толкова повече се намалява съотношението на общия коефициент на флуидно съпротивление на дадената група елементи в проектната посока спрямо общия коефициент на флуидно съпротивление на същата група в посока срещу проектната.

Разположението на елементите в една група се определя основно между два вида и съчетанието между тях. Например при тръба 1 със правоъгълно напречно сечение подходящо е и елементите да бъдат с правоъгълно сечение напречно на оста на движение на флуида и да са разположени съседно - един до друг в същата плоскост. При тръба 1 със сечение на окръжност или друга закръглена затворена крива, подходящо е елементите да са със сечение (напречно на оста на движение на флуида) същото като форма с формата на напречното сечение на тръбата 1, но с различни размери за отделните елементи и те да бъдат разположени концентрично един на друг спрямо оста на движение на флуида (т.е. по напречно сечение на тръбата 1). Възможно е и двата подхода за проектиране и изработка на флуидния диод съгласно изобретението да се съчетават, като в една група да има както концентрични елементи, така и съседно монтирани елементи.

• *

При някои предпочитани изпълнения на флуидния диод съгласно изобретението, всеки две двойки елементи, например 2 и 3 от една група, били те съседни или концентрични, са изместени един спрямо друг и по оста на движение на флуида. По този начин, при определени форми на надлъжни сечения на елементите по оста на движение на флуида, се постига синергично увеличаване на общия коефициент на флуидно съпротивление на групата, при движение на флуида срещу проектната посока.

Така, чрез подбиране броя на елементите във всяка група, тяхното взаимно разположение в групата, броя на последователните групи елементи, и напречното изместване на елементите от една група, спрямо елементите от съседна група се постига желаната по-висока степен на намаляване на дебита на флуидния поток при движение срещу проектната посока.

Второто вариантно изпълнение на флуидния диод съгласно изобретението, работи по описания по-горе начин, със следната особеност подобряваща работата му като флуиден диод. При това вариантно изпълнение, най малко един от елементите от една група, например елементът 2 е със сечение надлъжно по оста на движение на флуида във формата на остър ъгъл с прави или заоблени рамена 2аа, 2ЬЬ с еднаква или различна дължина, като върхът 2сс на ъгъла, който може и да е заоблен е разположен пред краищата 266, 2ее на рамената 2аа, 2ЬЬ спрямо проектната посока на движение на флуида. Това оформление на надлъжното сечение на елементите води до следния ефект. При движение на флуида в проектната посока, той се среща с върха 2сс на ъгъла съставляващ надлъжното сечение на дадения елемент. При това флуидния поток се разделя, като двете му страни плавно се отклоняват от рамената 2аа, 2ЬЬ спрямо оста на движение и в резултат коефициента на флуидно съпротивление на елемента в тази посока се минимизира. А при движение на флуида срещу проектната посока, неговия поток среща първо краищата 266, 2ее на рамената 2аа, 2ЬЬ на ъгъла съставляващ надлъжно сечение на един елемент, след което частта от флуидния поток между краищата 2сю, 2ее на рамената 2аа, 2ЬЬ се насочва от рамената на ъгъла към вътрешната страна на неговия връх 2сс, където няма друга възможност освен да обърне движението си в проектната посока, поне докато не се върне при краищата 2с10, 2ее на рамената 2аа, 2ЬЬ на елемента 2. В резултат въпросната част от флуидния поток се затормозява особено силно при движението си срещу проектната посока. Частите от флуидния поток, останали извън краищата 2сю, 2ее на рамената 2аа, 2ЬЬ, от своя страна силно се завихрят след въпросните краища и така също интензивно се затормозяват при движението си срещу проектната посока. Тези явления се повтарят при всеки елемент от дадената група, поради което общия коефициент на флуидно съпротивление на дадената група при движение на флуида срещу проектната посока, става в значително по-висока степен по-голям от общия коефициент на флуидно съпротивление при движение на флуидния потока в проектната посока.

Третото вариантно изпълнение на флуидния диод съгласно изобретението работи по описаните по-горе начини, със следната особеност. При него втората група елементи (2а, За) е изместена спрямо първата група елементи (2, 3), напречно или съответно концентрично на оста на движение на флуида. Вследствие на това при движение на флуидния поток срещу проектната посока, той среща първо елементите 2а, За. Тогава частите от флуидния поток, останали извън краищата на рамената на един елемент от групата 2а, За, освен че силно се завихрят след въпросните ръбове, но и се насочват повече или по-малко между краищата на рамената, т.е срещу вътрешната страна на ъглите на двата елемента от групата елементи 2, 3, разположена по-напред по проектната посока на движение на флуида. Така, комбинираните ефекти на завихряне и насочване срещу вътрешните страни на върховете на елементите от предходната група 2, 3, води до синергично още по-високо увеличаване на общия коефициент на флуидно съпротивление на двете така разгледани групи елементи, спрямо общия коефициент • * на флуидно съпротивление на такива групи, в случая, в който те не са изместени напречно или концентрично. В резултат, нараства възпрепятстването на движение на флуида срещу проектната посока, с което работата на флуидния диод като такъв се подобрява.

Четвъртото вариантно изпълнение на флуидния диод съгласно изобретението работи изцяло по описаните по-горе начини. Неговите особености опростяват, поевтиняват и позволяват лесно автоматизиране на технологиите за производство и сглобяване на флуидния диод съгласно изобретението. При него елементите на всяка една отделна група (2, 3, ... Ν) и/или (2а, За, ...Иа) и/или ... и/или (2т, Зт, ... Νιτι) са оформени съответно заедно като един общ детайл, чрез щанцоване или щамповане от пластичен листов или чрез отливане от обемен материал. В предпочитани случаи, периферията на така образуваният детайл е оформена като участък от тръбата 1 на флуидния диод. В тези случаи флуидният диод се сглобява чрез последователно съединяване на такива детайли посредством заваряване, залепяне, набиване и др. технологии подходящи за конкретното приложение на дадения флуиден диод.

Петото вариантно изпълнение на флуидния диод,, принципно е изцяло аналогично на четвъртото вариантно изпълнение, що се отнася до работа и технологии на производство и предимства. Разликата се свежда единствено до това, че като един общ детайл се изработват едноименни елементи от всички групи елементи на съгласно изобретението, т.е един детайл са елементите 2, 2а ... 2т, и/или За, За ... Зт и/или Ν, Ма, ... Νγπ.

Claims

ПАТЕНТНИ ПРЕТЕНЦИИ

1. Флуиден диод състоящ се от тръба (1) с елемент (2) с коефициент на флуидно съпротивление при движение на флуида в проектната посока е по-малък от този при движение на флуида срещу проектната посока, характеризиращ се с това, че елементът (2) е поместен в тръбата (1), като в съседство или концентрично спрямо оста на движение на флуида с елемента (2) е поместен наймалко още един елемент (3) с коефициент на флуидно съпротивление при движение на флуида в проектната посока помалък от този при движение на флуида срещу проектната посока, така че се образува група от елементи (2, 3), при което надлъжно по оста на движение на флуида, след тази група е разположена наймалко втора група от такива елементи (2а, За).
2. Флуиден диод, съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че най-малко един от елементите (2, 3, 2а, За) е със сечение надлъжно по оста на движение на флуида във формата на остър ъгъл с прави или заоблени рамена (2аа, 2ЬЬ) с еднаква или различна дължина, като върхът (2сс) на ъгъла е разположен пред краищата (2сю, 2ее) на рамената (2аа, 2ЬЬ) спрямо проектната посока на движение на флуида.
3. Флуиден диод, съгласно претенция 1 или 2, характеризиращ се с това, че втората група елементи (2а, За) е изместена спрямо първата група елементи (2, 3), напречно или съответно концентрично на оста на движение на флуида.
4. Флуиден диод, съгласно една от претенциите от 1 до 3, характеризиращ се с това, че елементите най-малко от една отделна група (2, 3, ... Ν) и/или (2а, За, ...№) ... и/или (2т, Зт, ... Νπί) са оформени съответно заедно като един общ детайл.

• 9 • · » · * · · • · · • 9 9 ·

9 9 9 9 9

9 9 9

9 9 9 9
5. Флуиден диод, съгласно една от претенциите от 1 до 3, характеризиращ се с това, че едноименни елементи (2, 2а) и/или (3, За) и/или (Ν, Νιη) от най-малко две групи са оформени заедно като един общ детайл.