CN117052962A - 基于特斯拉阀原理的圆形管道单向阀 - Google Patents

Abstract

本发明涉及流量控制技术领域，提供一种基于特斯拉阀原理的圆形管道单向阀，其包括阀管和不少于三个导流组，阀管具有介质流道以及与介质流道连通的第一开口和第二开口；不少于三个导流组设于介质流道内，且导流组沿阀管中轴线阵列布置，导流组包括正导流锥管和偏向导流锥管，正导流锥管由第一开口朝向第二开口的方向渐缩设置；偏向导流锥管由第一开口朝向第二开口的方向渐缩设置，且偏向导流锥管靠近第二开口的端口朝向偏向轴线的一侧设置，正导流锥管和偏向导流锥管相互交替排布。本申请实现了通过阀体自身结构完成介质单向流动的效果，在流速较大时起到很好的止流作用，同时克服了传统特斯拉阀无法在圆形空间内使用的弊端，提高了产品的适用性。

Description

基于特斯拉阀原理的圆形管道单向阀

技术领域

本发明涉及流量控制技术领域，尤其涉及一种基于特斯拉阀原理的圆形管道单向阀。

背景技术

特斯拉阀是一种仅靠特殊的流道结构实现流体单向流动的阀，在工作时不需进行外部做功和任何干扰，依靠阀体自身结构对流体进行分流，造成在不同流向上流道内压强的不同，在正向流动时压损较小，流量较大，而在反向流动时出现较大压损导致通过流量骤减，从而实现流体的单向流动。

传统特斯拉阀流道截面面积与流道所占区域的截面面积比值较低，相对通过流量较小，传统特斯拉阀的流道结构及阀体外形在很大程度上限制了其在很多领域和场合的应用，如油气开采，航空航天等。传统特斯拉阀存在以下缺点：流道只能布置在同一平面上，无法在管道或弧面上应用；通过流量相对较小无法应用于大流量场合；阀体外形尺寸较大且多为方形，无法应用于圆形管道结构中。

发明内容

本发明提供一种基于特斯拉阀原理的圆形管道单向阀，用以解决上述现有技术中存在的技术缺陷，实现了通过阀体自身结构完成介质单向流动的效果，在流速较大时起到很好的止流作用，同时克服了传统特斯拉阀无法在圆形空间内使用的弊端，提高了产品的适用性。

本发明提供一种基于特斯拉阀原理的圆形管道单向阀，包括：

阀管，所述阀管为圆形管道，所述阀管具有介质流道以及与所述介质流道连通的第一开口和第二开口；

不少于三个导流组，不少于三个所述导流组设于所述介质流道内，且所述导流组沿所述阀管中轴线阵列布置，其中，每一所述导流组包括：

不少于二个正导流锥管，所述正导流锥管由所述第一开口朝向所述第二开口的方向渐缩设置；

不少于二个偏向导流锥管，所述偏向导流锥管由所述第一开口朝向所述第二开口的方向渐缩设置，且所述偏向导流锥管靠近所述第二开口的端口朝向偏向轴线的一侧设置，所述正导流锥管和所述偏向导流锥管相互交替排布。

根据本发明提供的一种基于特斯拉阀原理的圆形管道单向阀，所述偏向导流锥管包括偏向导流管体、偏向导流大端管口和偏向导流小端管口，所述偏向导流大端管口设于所述偏向导流管体靠近所述第一开口的一侧，所述偏向导流小端管口设于所述偏向导流管体靠近所述第二开口的一侧，所述偏向导流小端管口的中心偏离所述阀管的轴线设置。

根据本发明提供的一种基于特斯拉阀原理的圆形管道单向阀，所述偏向导流管体的壁厚由所述偏向导流大端管口朝向所述偏向导流小端管口逐渐减小设置。

根据本发明提供的一种基于特斯拉阀原理的圆形管道单向阀，沿所述偏向导流大端管口的周向开设有多个泄流孔，其中，靠近所述偏向导流管体的偏向角度最大处的所述泄流孔截流面的面积大于其他所述泄流孔截流面的面积。

根据本发明提供的一种基于特斯拉阀原理的圆形管道单向阀，相邻两个所述偏向导流锥管的偏向方位为相反布置。

根据本发明提供的一种基于特斯拉阀原理的圆形管道单向阀，所述正导流锥管包括正导流管体、正导流大端管口和正导流小端管口，所述正导流大端管口设于所述正导流管体靠近所述第一开口的一侧，所述正导流小端管口设于所述正导流管体靠近所述第二开口的一侧，所述正导流大端管口和所述正导流小端管口与所述介质流道同轴心设置。

根据本发明提供的一种基于特斯拉阀原理的圆形管道单向阀，所述正导流大端管口的直径等于所述介质流道的直径。

根据本发明提供的一种基于特斯拉阀原理的圆形管道单向阀，所述正导流锥管和所述偏向导流锥管沿所述阀管的轴线方向上的长度相等设置，所述正导流小端管口与所述偏向导流大端管口共面设置。

根据本发明提供的一种基于特斯拉阀原理的圆形管道单向阀，相邻的两个所述偏向导流锥管与位于两者之间的所述正导流锥管之间的偏心距相等设置。

根据本发明提供的一种基于特斯拉阀原理的圆形管道单向阀，所述阀管与所述正导流锥管和所述偏向导流锥管一体成型设置。

本发明提供的一种基于特斯拉阀原理的圆形管道单向阀，通过在圆形阀管的介质流道内设置不少于三个导流组，其中，每一个所述导流组包括不少于二个正导流锥管和不少于二个偏向导流锥管，并沿着所述阀管的中轴线进行交替排布，所述正导流锥管从第一开口朝向第二开口的方向渐缩设置；而所述偏向导流锥管则呈现相同的渐缩形状，并且所述偏向导流锥管在靠近第二开口的端口朝向偏向轴线的一侧设置；当介质流体从第一开口进入所述阀管时，所述正导流锥管和所述偏向导流锥管的渐缩形状会引导流体朝向第二开口流动；而在流体从第二开口反向通过所述正导流锥管合所述偏向导流管时，所述导流管的减缩形状承受主要压降作用，而所述偏向导流锥管由于朝向第二开口的开口端为偏向设置，该端的管口边缘处于所述介质流道的中心处，因此偏向端口对介质流体起到分流作用，使少部分流体通过偏向端口流入所述偏向导流锥管，大部分流体进入所述偏向导流锥管外侧；如此，以实现通过阀体自身结构完成介质单向流动的效果，同时克服了传统特斯拉阀无法在圆形空间内使用的弊端，提高了产品的适用性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的基于特斯拉阀原理的圆形管道单向阀一实施例的结构示意图；

图2是图1中基于特斯拉阀原理的圆形管道单向阀的轴向视图；

图3是图2中A-A处的剖视图；

图4是图3中单个导流组的轴向剖视图；

图5是介质流体正向流入单向阀时单个导流组的压强示意图；

图6是介质流体反向流入单向阀时单个导流组的压强示意图；

图7是相邻的偏向导流小端管口与正导流小端管口的圆心位置关系图。

附图标记：

10、基于特斯拉阀原理的圆形管道单向阀；

100、阀管；110、介质流道；120、第一开口；130、第二开口；

200、导流组；210、正导流锥管；211、正导流管体；212、正导流大端管口；213、正导流小端管口；220、偏向导流锥管；221、偏向导流管体；222、偏向导流大端管口；223、偏向导流小端管口；224、泄流孔。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。

本发明提出一种基于特斯拉阀原理的圆形管道单向阀。

在本发明实施例中，如图1至图6所示，基于特斯拉阀原理的圆形管道单向阀10包括阀管100和不少于三个导流组200，阀管100为圆形管道，阀管100具有介质流道110以及与介质流道110连通的第一开口120和第二开口130；不少于三个导流组200设于介质流道110内，且导流组200沿阀管100中轴线阵列布置，其中，导流组200包括不少于二个正导流锥管210和不少于二个偏向导流锥管220，正导流锥管210由第一开口120朝向第二开口130的方向渐缩设置；偏向导流锥管220由第一开口120朝向第二开口130的方向渐缩设置，且偏向导流锥管220靠近第二开口130的端口朝向偏向轴线的一侧设置，正导流锥管210和偏向导流锥管220相互交替排布。

具体而言，在本发明实施例中，基于特斯拉阀原理的圆形管道单向阀10包括阀管100和不少于三个导流组200，其中，阀管100是一个圆形管道，内部具有介质流道110，并与第一开口120和第二开口130相连，介质通过阀管100进行流动。其中该介质流体可以包括气体、液体、液化气体和浆体等，在此不作特殊限定。阀管100内设置了不少于三个导流组200，这些导流组200沿阀管100的中轴线排列，使流体在正向流入时呈波浪线流动，在导流组200的锥形管体外侧形成低压区，当流体反向通过时，在管体外侧形成高压区，同时形成的逆流对中部通过的流体造成一定动量损失，从而起到更好的止流效果。而导流组200又包括不少于二个正导流锥管210和不少于二个偏向导流锥管220，正导流锥管210由第一开口120朝向第二开口130的方向渐缩设置。从而有助于介质的单向流动，并将介质引导到第二开口130。偏向导流锥管220同样由第一开口120朝向第二开口130的方向渐缩设置，但靠近第二开口130的端口朝向偏离阀管100中轴线的一侧设置。偏向导流锥管220的设置可产生涡旋效应，阻止介质逆流，同时，正导流锥管210和偏向导流锥管220在阀管100中相互交替排列，以实现更好的单向流动效果。如此以使得本申请的基于特斯拉阀原理的圆形管道单向阀10可以适应圆形空间，并实现介质的单向流动。并且通过合理设置导流组200，单向阀能够有效阻止逆流，在高流速条件下提高产品的可靠性和实用性。

本发明提供的一种基于特斯拉阀原理的圆形管道单向阀10，通过在圆形阀管100的介质流道110内设置不少于三个导流组200，其中，每一个导流组200包括不少于二个正导流锥管210和不少于二个偏向导流锥管220，并沿着阀管100的中轴线进行交替排布，正导流锥管210从第一开口120朝向第二开口130的方向渐缩设置；而偏向导流锥管220则呈现相同的渐缩形状，并且偏向导流锥管220在靠近第二开口130的端口朝向偏向轴线的一侧设置；当介质流体从第一开口120进入阀管100时，正导流锥管210和偏向导流锥管220的渐缩形状会引导流体朝向第二开口130流动；而在流体从第二开口130反向通过正导流锥管210合偏向导流管时，导流管的减缩形状承受主要压降作用，而偏向导流锥管220由于朝向第二开口130的开口端为偏向设置，该端的管口边缘处于介质流道110的中心处，因此偏向端口对介质流体起到分流作用，使少部分流体通过偏向端口流入偏向导流锥管220，大部分流体进入偏向导流锥管220外侧；如此，以实现通过阀体自身结构完成介质单向流动的效果，同时克服了传统特斯拉阀无法在圆形空间内使用的弊端，提高了产品的适用性。

参照图3，在本发明一实施例中，偏向导流锥管220包括偏向导流管体221、偏向导流大端管口222和偏向导流小端管口223，偏向导流大端管口222设于偏向导流管体221靠近第一开口120的一侧，偏向导流小端管口223设于偏向导流管体221靠近第二开口130的一侧，偏向导流小端管口223的中心偏离阀管100的轴线设置。可以理解的是，偏向导流管体221大致呈圆锥形设置的管道结构，用于引导介质的流动，连接于介质流道110内，并沿着阀管100的中轴线排列。偏向导流大端管口222位于偏向导流管体221靠近第一开口120一侧的较大开口处。用于与阀管100内壁连接，从而允许流体最大限度进入偏向导流管体221，以对介质流体进行导向。偏向导流小端管口223位于偏向导流管体221靠近第二开口130一侧的较小开口处。它的位置相对于阀管100轴线偏离，中心不位于轴线上。有助于产生涡旋效应，引导介质的流动方向偏向一侧，从而有效阻止逆流的发生。在介质正向通过时偏向导流锥管220引导水流改变流向，在水流反向通过时由于偏向导流小端管口223边缘处于阀管100中心，偏向导流小端管口223对介质流体起到分流作用，使少部分介质流体通过偏向导流小端管口223流入，而大部分流体进入偏向导流锥管220外侧，从而实现了在介质流动过程中引导介质沿着特定方向流动，并有效阻止逆流的功能，以确保介质只能从第一开口120流向第二开口130，实现单向流动的要求。

参照图3，在一些实施例中，偏向导流管体221的壁厚由偏向导流大端管口222朝向偏向导流小端管口223逐渐减小设置。如此，通过逐渐减小的壁厚设计有助于优化流动特性。当介质反向经过偏向导流管体221时，由于偏向导流管体221呈锥形设置，偏向导流管体221的外壁与阀管100内壁会形成一个高压区域。这个高速涡旋区域有助于对介质流动产生阻力，并阻止逆流的发生。而偏向导流小端管口223为实现对反向的介质流体进行更好的分流，从而设置成偏薄的壁厚，通过优化介质流动的通道形状和壁厚分布，可以最大程度地提升偏向导流管的性能。

参照图2和图3，在一些实施例中，沿偏向导流大端管口222的周向开设有多个泄流孔224，其中，靠近偏向导流管体221的偏向角度最大处的泄流孔224截流面的面积大于其他泄流孔224截流面的面积。具体地，偏向导流大端管口222处开有4个泄流孔224，偏向角度最大处的泄流孔224截流面的面积最大，两侧和对侧泄流孔224截流面的面积逐渐减小，在介质流体反向流入时，进入偏向导流锥管220外侧的流体通过4个泄流孔224进入正导流锥管210外侧，在该处由于锥管的约束作用形成逆流，造成高压区，起到止流作用。

参照图4，在一实施例中，相邻两个偏向导流锥管220的偏向方位为相反布置。可以理解的是，在阀管100的径向上两个偏向导流锥管220的相反错位排列，使得介质流体在反向通过时，阀管100中轴线直接通过的区域为两偏向导流小端管口223形成的公共区域，而该区域面积小于偏向导流小端管口223面积的四分之一，因此，在流速较大时能起到较好的止流作用。

参照图3，在本发明一实施例中，正导流锥管210包括正导流管体211、正导流大端管口212和正导流小端管口213，正导流大端管口212设于正导流管体211靠近第一开口120的一侧，正导流小端管口213设于正导流管体211靠近第二开口130的一侧，正导流大端管口212和正导流小端管口213与介质流道110同轴心设置。具体地，在本实施例中，正导流管体211的管壁较厚，正导流小端管口213为圆形并处于介质流道110的中心，在流体正向通过时，引导流体从阀管100的中轴线位置流向下一个偏向导流锥管220；而在流体反向通过时承受主要压降。可以理解的是，正导流大端管口212和正导流小端管口213的同轴心设置可以确保流体在阀门中平稳地流动。当流体从第一开口120流入阀门时，经过正导流大端管口212进入正导流管体211，在流动过程中逐渐收束；而在流体从第二开口130流出阀门时，通过正导流小端管口213进入正导流管体211，在流动过程中逐渐扩散，使得阀门内部的流体流动更加均匀，减少了能量损失和流体涡流的产生。其次，正导流大端管口212和正导流小端管口213的设置位置有助于提高阀门的导流效果。通过将两个端口分别设置在靠近第一开口120和第二开口130的位置，可以更加准确地引导流体的流向，避免反向流动和泄漏。

进一步地，正导流大端管口212的直径等于介质流道110的直径。如此，以实现良好的流体导向和流动控制。当阀门处于正向流动状态时，介质可以平稳地通过阀门，减少阻力和压力损失。其次，与介质流道110直径相等的正导流大端管口212设计还可以避免阀门内部形成流动的死角或涡流区域。这有助于减少能量损失和流体动能的浪费，并提高整体流体系统的效率。

参照图4至图6，在一实施例中，正导流锥管210和偏向导流锥管220沿阀管100的轴线方向上的长度相等设置，正导流小端管口213与偏向导流大端管口222共面设置。如图所示，正导流锥管210和偏向导流锥管220沿阀管100的轴线方向上的长度均为L，介质流道110的内径为D，正导流小端管口213和偏向导流大端管口222相等，均为d。可以理解的是，本申请将正导流小端管口213与偏向导流大端管口222处于同一平面，使得正导流锥管210与偏向导流锥管220之间的排布相对紧密，保证介质流体正向流入时大部分流体可以从小端管口流出；而在介质流体反向流入时，大部分流体进入偏向导流锥管220的外侧，从而起到更好的节流效果。其次，将正导流锥管210的小端口和偏向导流锥管220的大端口共面设置，可以实现连续的导流流道。这样可以减少流体流动时的转向和曲折，降低能量损失和阻力。同时，共面设置还有助于简化导流系统的结构，使其更易于制造和安装。

参照图4和图7，在一实施例中，相邻的两个偏向导流锥管220与位于两者之间的正导流锥管210之间的偏心距相等设置。即正导流小端管口213与相邻的两个偏向导流小端管口223之间轴心位置之间的距离分别为e₁和e₂，其中，e₁＝e₂。如此，以通过确保相邻偏向导流锥管220之间的偏心距相等，可以使介质在流动过程中受到相似的作用力和引导效果。以减少流体流动中的不均匀性和涡旋的形成，提高流体流动的稳定性和可控性。

在一实施例中，阀管100与正导流锥管210和偏向导流锥管220一体成型设置。可以理解的是，在本实施例中，阀管100与正导流锥管210和偏向导流锥管220设计为一体，减少安装步骤，不需要考虑工艺流程，在加工时可以采用3D打印技术，将整个阀体打印成形。在阀管100两端可按实际需求进行螺纹接口加工。如此，以提高基于特斯拉阀原理的圆形管道单向阀10的紧凑性和结构的刚性，从而降低了装配和维护过程中的复杂性。

参照图4，在一些实施例中，正导流小端管口213和偏向导流小端管口223的形状可为椭圆形或其他不规则形状，在此不作特殊限定。其次，偏向导流锥管220的偏向角度α及偏向导流小端管口223之间的偏心距e₁和e₂可按实际需求进行调整，在此不作特殊限定。

在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种基于特斯拉阀原理的圆形管道单向阀，其特征在于，包括：

阀管，所述阀管为圆形管道，所述阀管具有介质流道以及与所述介质流道连通的第一开口和第二开口；

不少于三个导流组，不少于三个所述导流组设于所述介质流道内，且所述导流组沿所述阀管的中轴线阵列布置，其中，每一所述导流组包括：

不少于二个正导流锥管，所述正导流锥管由所述第一开口朝向所述第二开口的方向渐缩设置；

不少于二个偏向导流锥管，所述偏向导流锥管由所述第一开口朝向所述第二开口的方向渐缩设置，且所述偏向导流锥管靠近所述第二开口的端口朝向偏向轴线的一侧设置，所述正导流锥管和所述偏向导流锥管相互交替排布。

2.根据权利要求1所述的基于特斯拉阀原理的圆形管道单向阀，其特征在于，所述偏向导流锥管包括偏向导流管体、偏向导流大端管口和偏向导流小端管口，所述偏向导流大端管口设于所述偏向导流管体靠近所述第一开口的一侧，所述偏向导流小端管口设于所述偏向导流管体靠近所述第二开口的一侧，所述偏向导流小端管口的中心偏离所述阀管的中轴线设置。

3.根据权利要求2所述的基于特斯拉阀原理的圆形管道单向阀，其特征在于，所述偏向导流管体的壁厚由所述偏向导流大端管口朝向所述偏向导流小端管口逐渐减小。

4.根据权利要求2所述的基于特斯拉阀原理的圆形管道单向阀，其特征在于，沿所述偏向导流大端管口的周向开设有多个泄流孔，其中，靠近所述偏向导流管体的偏向角度最大处的所述泄流孔截流面的面积大于其他所述泄流孔截流面的面积。

5.根据权利要求1-4中任意一项所述的基于特斯拉阀原理的圆形管道单向阀，其特征在于，相邻两个所述偏向导流锥管的偏向方位为相反布置。

6.根据权利要求2-4中任意一项所述的基于特斯拉阀原理的圆形管道单向阀，其特征在于，所述正导流锥管包括正导流管体、正导流大端管口和正导流小端管口，所述正导流大端管口设于所述正导流管体靠近所述第一开口的一侧，所述正导流小端管口设于所述正导流管体靠近所述第二开口的一侧，所述正导流大端管口和所述正导流小端管口与所述介质流道同轴心设置。

7.根据权利要求6所述的基于特斯拉阀原理的圆形管道单向阀，其特征在于，所述正导流大端管口的直径等于所述介质流道的直径。

8.根据权利要求6所述的基于特斯拉阀原理的圆形管道单向阀，其特征在于，所述正导流锥管和所述偏向导流锥管沿所述阀管的轴线方向上的长度相等设置，所述正导流小端管口与所述偏向导流大端管口共面设置。

9.根据权利要求1-4中任意一项所述的基于特斯拉阀原理的圆形管道单向阀，其特征在于，相邻的两个所述偏向导流锥管与位于两者之间的所述正导流锥管之间的偏心距相等设置。

10.根据权利要求1-4中任意一项所述的基于特斯拉阀原理的圆形管道单向阀，其特征在于，所述阀管与所述正导流锥管和所述偏向导流锥管一体成型设置。