CN101561004B - 一种涡流二极管 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种涡流二极管。它包括上盖板、下盖板、中心管壳体、切向管壳体等；中心管壳体内从下到上分为中心锥管、圆弧缩管、中心直管，中心管壳体下端连接上盖板，上盖板与下盖板对接形成涡流腔，中心直管设有导叶，切向管壳体与涡流腔在圆周处相切，切向管壳体由内而外分为切向直管和切向锥管，切向管壳体与涡流腔连接处为圆弧过渡区。本发明为增大涡流二极管阻抗比，在中心管设置导叶，切向管与中心管均设有锥管结构，涡流腔为渐扩型，且涡流腔的外围厚度与切向直管管径相等，中心管与涡流腔连接处采用大倒角，切向管与涡流腔连接处圆弧过渡，正反向流动阻抗比为20～40。

Description

一种涡流二极管

技术领域

本发明涉及流体传输控制设备，尤其涉及一种涡流二极管。

背景技术

在核工业后处理过程中，为了将放射性乏燃料进行提纯和处理，首先面临的即是放射性溶液的输运问题。因乏燃料具有很强的放射性，工作人员不宜近距离接触，因此需采用可远距离控制的免维修输送设备进行输送。传统的输送装置如叶轮泵等因存在动部件，容易发生磨损、堵塞等问题，而且动部件均需密封，相应的密封材料大多易受放射性溶液的稀释破坏从而引起泄露等不安全问题。

在免维修输送设备中，为控制流体的流向需要一种利用流体自身特点产生阻抗的免维修部件，且流体从正反两方向流经时会产生较大的阻抗差异。

正反方向阻力可变的控制部件，其要求在一个方向流动时，流阻很大，而在相反方向流动时，流阻很小。

衡量该流控设备性能的参数主要为：阻力系数ζ(欧拉数Eu)与阻抗比ε：

ξ＝Eu＝2Δp/ρu²

ε＝Eu_R/Eu_F

其中下标R和F分别表示反向流动和正向流动。

涡流二极管可以实现正反向流阻具有较大差异的要求，即获得较大的ε值，其结构上由三部分组成：中心管段、涡流腔、切向管段。具有正向、反向两种流动方式：当液体从切向管流入时，由于涡流腔型线的作用，流体会在涡流腔内高速旋转，形成涡旋流，离心力的作用使得流体很难向中心轴流动，从而产生高阻，称为“反向流”或“高阻流”；当液体从中心管流入时，流体在涡流腔内基本均匀径向流动，无涡旋流产生，从而流阻较小，称为“正向流”或“低阻流”。

涡流二极管的应用可以扩展到多种场合，不仅可以用于核后处理中乏燃料等液态物质的输送，还可作为气体流动的阻滞阀，而且还可用作保护装置，特别是当可能产生管路破裂事件时，二极管可以控制泄漏量从而为危机事件解决争取时间或者是避免更大的破坏，比如用于解决气冷核反应器的主冷却管路的破裂问题等。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种涡流二极管。

涡流二极管包括上盖板、下盖板、中心管壳体、导叶、涡流腔、半圆边壁、渐扩管、圆弧缩管、中心直管、圆弧过渡区、切向管壳体、切向锥管；中心管壳体内从下到上分为中心锥管、圆弧缩管、中心直管，中心管壳体下端设有上盖板，上盖板与下盖板连接形成涡流腔，中心直管内设有导叶，涡流腔的圆周切线方向设有切向管壳体，切向管壳体由内而外分为切向直管、切向锥管，切向管壳体与涡流腔连接处形成圆弧过渡区。

所述的涡流腔为渐扩型结构，且最大厚度h_max与切出直管直径d_t相等。圆弧过渡区过渡圆弧半径r_t与切向直管直径之比d_t为0.4～1.5。导叶的叶片为4～6片。

本发明为增大反向流时涡流二极管的流阻，在中心管设置导流叶片，切向管为渐缩管以增大入流速度，涡流腔的圆周处厚度与切向直管的管径大小相等。为减小正向流阻，中心管与涡流腔连接段采用渐扩结构，连接处圆弧过渡，切向管与涡流腔连接处光滑过渡，使得正反向流动阻力比.达到20～40。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。

图1是本发明技术沿图2A-A的剖视结构示意图。

图2是本发明技术沿图1B-B的剖视结构示意图。

图中上盖板1、下盖板2、中心管壳体3、导叶4、涡流腔5、半圆边壁6、中心锥管7、圆弧缩管8、中心直管9、过渡区10、切向直管11、切向管壳体12、切向锥管13。

具体实施方式

如图1、2所示，涡流二极管包括上盖板1、下盖板2、中心管壳体3、导叶4、涡流腔5、半圆边壁6、中心锥管7、圆弧缩管8、中心直管9、圆弧过渡区10、切向管壳体12、切向锥管13；中心管壳体3内从下到上分为中心锥管7、圆弧缩管8、中心直管9，中心管壳体3下端设有上盖板1，上盖板1与下盖板2连接形成涡流腔5，中心直管9设有导叶4，涡流腔5的圆周切线方向设有切向管壳体12，切向管壳体12由内而外分为切向直管11、切向锥管13，切向管壳体12与涡流腔5连接处形成圆弧过渡区10。

所述的涡流腔5为渐扩型结构，且最大厚度h_max与切向直管11直径d_t相等。圆弧过渡区10过渡圆弧半径r_t与切向直管11直径之比d_t为0.4～1.5。导叶4的叶片为4～6片。

涡流腔5由上盖板1和下盖板2通过焊接在一起，上盖板1与中心管壳体3通过两道焊缝焊接在一起，切向管壳体12在涡流腔的切出口10处与切向管壳体12对接，中心管设置导叶4，导叶的存在可以消除反向流空化的产生，并且促使涡流腔5内形成的高旋流在叶片4处发生涡破裂，从而消耗大量能量，提高反向阻止效果。

中心管7为渐扩段，扩散角5～8°，与涡流腔5连接处直径最大，中心直管9与中心锥管7通过圆弧缩管8连接。中心锥管7与涡流腔5连接处倒圆角，以减少正向流动时流体对壁面的冲击并降低涡流腔5内形成环流的强度。涡流腔5呈渐扩结构，渐扩角2～4°，涡流腔5圆周处为半圆边壁6，且半圆边壁6的直径与切向直管11的直径相等。切向直管11与涡流腔5通过圆弧光滑过渡，形成过渡区10。切向管壳体12由切出直管段11和切向锥管13两部分组成。正向流动时，切向锥管13的作用是降速升压，将流体的动能转化为压力能，反向流动时，切向锥管13的作用时提高切向进口速度，从而在涡流腔5内形成高强度旋流。

为最大化涡流二极管正反向阻力差异性，涡流二极管的结构及几何尺寸关系非常重要，这些参数包括：

d_o-涡流腔5直径

d_i-中心锥管7与涡流腔5连接处直径

d_e-中心锥管7最小直径

d_t-切向直管11直径

h_min-涡流腔5最小厚度

h_max-涡流腔5最大厚度、涡流腔5圆周边壁6直径

θ_i-中心锥管7扩散角

θ_h-涡流腔5渐扩角

θ_t-切向锥管13扩散角

r_e-圆弧渐缩管8过渡半径

r_i-中心锥管7与涡流腔5连接过渡处倒角

r_t-切向直管11与涡流腔5过渡区10过渡角

涡流二极管处于正向流动时，流体从中心管直管段9进入，经过圆弧过渡段8和扩散管段9，扩散角的引流作用使得流体对下盖板2内壁的冲击力减小，降低了能量损耗，涡流腔5具有一定的扩散角，也使得流动的流线趋于规则，且远离中心时断面面积扩大，流体减速升压，流体从切向直管11流出后再次经过渐扩管13，进一步起到提升压头的作用，在结构尺寸上h_max＝d_t。

切向直管11与涡流腔5连接处的过度圆弧半径与切向直管直径之比r_t/d_t对涡流二极管的性能影响较大，若r_t/d_t较小，则正反向流动阻力均偏大，若r_t/d_t较大，则正反向流阻均偏小，而r_t/d_t过大，反向流阻减小的程度会比较大，因此为取得较优的涡流二极管性能，r_t/d_t应介于0.4～1.5之间，推荐取1，r_t/d_t介于0.9～1.1之间时涡流二极管的总体性能处于较优水平。切向锥管13的长度可根据需要变化，扩散角θ_t取3～6°，推荐取4°。

为避免正向流时在中心管渐扩段7发生流动分离现象，扩散角θ_i不宜过大，推荐在5～8°。中心管与涡流腔连接处倒角半径r_i的大小对正向流动分离的影响也比较大，r_i/d_i应介于0.5～1之间，同样，r_e/d_e应介于1～2之间。

涡流腔5的总体直径d_o与中心管最小直径d_e的比值d_o/d_e大小对涡流二极管的性能影响较大，考虑到流体的粘性和壁面摩擦力的影响，d_o/d_e应介于5～8之间，推荐取7。

涡流腔最小厚度h_min可以根据涡流腔在该半径处的圆周面积与中心扩散管最大直径处横断面积相等求得，即πd_i ²/4＝πd_ih_min，从而有h_min/d_i＝0.25，可适当调大，最极限情况下该处厚度h_min与切出直管直径d_t相等，此时，涡流腔的扩散角θ_h＝0°。一般说来，扩散角应介于0°～4°，可根据涡流腔最小厚度与涡流腔直径大小进行配比。

Claims (3)

1.一种涡流二极管，其特征在于：包括上盖板(1)、下盖板(2)、中心管壳体(3)、导叶(4)、涡流腔(5)、半圆边壁(6)、中心锥管(7)、圆弧缩管(8)、中心直管(9)、圆弧过渡区(10)、切向管壳体(12)、切向锥管(13)；中心管壳体(3)内从下到上分为中心锥管(7)、圆弧缩管(8)、中心直管(9)，中心管壳体(3)下端连接上盖板(1)，上盖板(1)与下盖板(2)对接形成涡流腔(5)，中心直管(9)设有导叶(4)，涡流腔(5)与切向管壳体(12)在圆周处相切，切向管壳体(12)由内而外分为切向直管(11)、切向锥管(13)，切向管壳体(12)与涡流腔(5)连接处形成圆弧过渡区(10)；所述的涡流腔(5)为渐扩型结构，且最大厚度h_max与切向直管(11)的直径dt相等。

2.根据权利要求1所述的一种涡流二极管，其特征在于：所述的圆弧过渡区(10)过渡圆弧半径r_t与切向直管(11)的直径dt之比为0.4～1.5。

3.根据权利要求1所述的一种涡流二极管，其特征在于：所述的导叶(4)的叶片为4～6片。 

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