RU2593919C1

RU2593919C1 - Hydraulic or pneumatic diode

Info

Publication number: RU2593919C1
Application number: RU2015112264/28A
Authority: RU
Inventors: Александр Павлович Болштянский; Виктор Евгеньевич Щерба; Евгений Юрьевич Носов; Сергей Юрьевич Кайгородов
Priority date: 2015-04-03
Filing date: 2015-04-03
Publication date: 2016-08-10

Abstract

FIELD: measuring equipment.

SUBSTANCE: invention relates to control or adjustment of flow rate in fluid medium (liquid, gas) and can be used in various hydraulic and pneumatic systems, to adjust parameters of working medium flows at low and medium pressure, including as locking elements of hydraulic and pneumatic machines of periodic action (for example, in pumps and compressors). Proposed hydraulic or pneumatic diode has a channel with a rectangular cross-section for passage of liquid or gaseous medium, in which on its two opposite sides are arranged opposite each other at least two rigid plates, inclined at an angle towards direct flow, wherein each rigid plate is equipped with parallel and close to it along plane of installed flexible plate, arranged on side of reverse flow to form a pair of plates, wherein said flexible plate has channel length greater than length of rigid plate.

EFFECT: technical result consists in improvement of diode property of hydro-pneumatic diodes during operation at medium pressure of gas and liquid.

3 cl, 13 dwg

Description

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).The invention relates to the field of control or regulation of flow in a fluid (liquid, gas) and can be used in various hydraulic and pneumatic systems in which it is necessary to adjust the parameters of the flow of the medium at low and medium pressures, including as shut-off elements of hydraulic and pneumatic machines of periodic action (for example, in pumps and compressors).

Известны гидравлические и пневматические диоды (в дальнейшем - гидропневматические диоды), содержащие канал с установленным в нем по крайней мере одним элементом, имеющим поверхности с наклоном в сторону прямого потока (см., например, Носов Е.Ю. Повышение эффективности работы гидропневматических агрегатов с катящимся ротором. Автореферат дисс. канд. наук., 2009 г., стр. 14, рис. 12).Known hydraulic and pneumatic diodes (hereinafter referred to as hydropneumatic diodes) containing a channel with at least one element installed in it, having surfaces with an inclination in the direction of direct flow (see, for example, Nosov E.Yu. Improving the efficiency of hydropneumatic units with rolling rotor. Abstract of dissertation of Candidate of Science., 2009, p. 14, Fig. 12).

Наиболее близким к заявляемому техническому устройству является гидропневматический диод, содержащий канал прямоугольного сечения для прохода жидкой или газообразной среды, в котором на двух противоположных сторонах канала установлена по крайней мере одна пара жестких пластин, наклоненных под углом в сторону прямого потока (см. Носов Е.Ю. Повышение эффективности работы гидропневматических агрегатов с катящимся ротором. Автореферат дисс. канд. наук., 2009 г., стр. 12, рис. 6).Closest to the claimed technical device is a hydropneumatic diode containing a rectangular channel for the passage of a liquid or gaseous medium, in which on two opposite sides of the channel there is at least one pair of rigid plates, inclined at an angle to the direction of direct flow (see Nosov E. Yu. Increasing the efficiency of hydropneumatic units with a rolling rotor. Abstract of dissertation of Candidate of Science., 2009, p. 12, Fig. 6).

Недостатком известных конструкций является их низкая диодность (отношение расхода прямого потока к расходу потока в обратном направлении), особенно при работе на средних давлениях газа и жидкости.A disadvantage of the known structures is their low diode (the ratio of the flow rate of the direct flow to the flow rate in the opposite direction), especially when operating at medium gas and liquid pressures.

Задачей изобретения является повышение диодности гидропневматических диодов при работе на средних давлениях газа и жидкости.The objective of the invention is to increase the diode hydropneumatic diodes when operating at medium gas and liquid pressures.

Данный технический результат достигается тем, что в известном гидропневматическом диоде, содержащем канал прямоугольного сечения для прохода жидкой или газообразной среды, в котором на двух его противоположных сторонах установлены друг против друга по крайней мере две жесткие пластины, наклоненные под углом в сторону прямого потока, согласно заявляемому изобретению каждая жесткая пластина снабжена установленной параллельно и вплотную к ней по плоскости гибкой пластиной, размещенной со стороны обратного потока, с образованием пары пластин, причем гибкая пластина имеет длину, превышающую длину жесткой пластины в сторону оси канала.This technical result is achieved by the fact that in the known hydropneumatic diode containing a rectangular channel for passage of a liquid or gaseous medium, in which at least two rigid plates are mounted against each other on its opposite sides, inclined at an angle to the direction of direct flow, according to to the claimed invention, each rigid plate is equipped with a flexible plate mounted parallel to and adjacent to it along the plane, located on the reverse flow side, with the formation of a pair of plates astin, and the flexible plate has a length exceeding the length of the rigid plate in the direction of the axis of the channel.

Пара пластин, установленная на одной стороне канала, смещена относительно пары пластин, расположенных на другой стороне канала, вдоль его оси, причем свободный конец гибкой пластины, направленный к противоположной стороне канала от места ее установки, пересекает ось канала.A pair of plates mounted on one side of the channel is offset from a pair of plates located on the other side of the channel along its axis, the free end of the flexible plate directed to the opposite side of the channel from its installation intersects the axis of the channel.

Между напротив расположенных пар пластин, в непосредственной близости к оси канала, со стороны жестких пластин установлен штырь, пересекающий канал перпендикулярно потоку жидкой или газообразной среды.Between the opposite pairs of plates, in close proximity to the axis of the channel, a pin is installed on the side of the rigid plates, crossing the channel perpendicular to the flow of a liquid or gaseous medium.

Сущность изобретения поясняется чертежами:The invention is illustrated by drawings:

На фиг. 1-3 изображен вариант гидропневматического диода с парами пластин, в каждой из которых одна пластина жесткая, а другая гибкая.In FIG. 1-3 shows a variant of a hydropneumatic diode with pairs of plates, in each of which one plate is rigid and the other flexible.

На фиг. 4-6 изображен вариант гидропневматического диода с парами пластин, где в каждой паре пластин гибкая пластина пересекает ось канала диода.In FIG. 4-6 depict a variant of a hydropneumatic diode with pairs of plates, where in each pair of plates a flexible plate crosses the axis of the channel of the diode.

На фиг. 7-9 изображен гидропневматический диод, в котором в каждой паре пластин гибкая пластина пересекает ось канала, а в канале со стороны жестких пластин, в непосредственной близости к оси установлен перпендикулярно оси канала штырь.In FIG. 7–9 show a hydropneumatic diode in which a flexible plate crosses the axis of the channel in each pair of plates, and a pin is mounted perpendicular to the axis of the channel in the channel from the side of the rigid plates in close proximity to the axis.

На фиг. 10-12 изображен гидропневматический диод, в котором последовательно расположены друг напротив друга пары пластин таким образом, что гидравлическое сопротивление обратному потоку возрастает по ходу обратного потока, который показан черными прямыми стрелками (прямой поток показан белыми прямыми стрелками).In FIG. 10-12, a hydropneumatic diode is shown in which pairs of plates are arranged successively opposite each other so that the hydraulic resistance to the reverse flow increases along the reverse flow, which is shown by black straight arrows (the direct flow is shown by white straight arrows).

На фиг. 13 изображено типовое прямоугольное сечение канала, характерное для всех описанных конструкций.In FIG. 13 shows a typical rectangular section of a channel characteristic of all the described structures.

Гидравлический или пневматический диод 1 (фиг. 1-3) содержит канал 2 прямоугольного сечения для прохода жидкой или газообразной среды, в котором на двух его противоположных сторонах установлены последовательно три группы элементов, состоящих из двух, расположенных друг против друга жестких пластин 3, наклоненных под углом в сторону прямого потока, причем каждая жесткая пластина 3 снабжена параллельно и вплотную к ней по плоскости установленной гибкой пластиной 4, размещенной со стороны обратного потока, с образованием пары пластин, причем эта гибкая пластина 4 имеет длину в сторону оси канала, превышающую длину жесткой пластины 3. Диод 1 имеет два патрубка 5 и 6, которые подсоединяются к гидравлической или пневматической магистрали.The hydraulic or pneumatic diode 1 (Fig. 1-3) contains a rectangular channel 2 for the passage of a liquid or gaseous medium, in which three groups of elements are installed in series on two opposite sides of it, consisting of two rigid plates 3 opposed to each other, inclined at an angle to the direction of direct flow, with each rigid plate 3 provided with parallel and close to it along the plane of the installed flexible plate 4 placed on the reverse flow side, with the formation of a pair of plates, and 4 and the flexible plate has a length in the direction of the channel axis, greater than the length of the rigid plate 3. The diode 1 has two connections 5 and 6 which are connected to a hydraulic or pneumatic line.

На фиг. 4-6, где показаны удлиненные гибкие пластины 4, пересекающие ось канала 3, пара пластин 3 и 4, установленная на одной стороне канала 2, смещена относительно пары пластин, расположенных на другой стороне канала, вдоль его оси на величину Δ, которая выбирается с таким расчетом, чтобы при прогибе вовнутрь канала 2 гибкие пластины не ударялись друг об друга (фиг. 6).In FIG. 4-6, where elongated flexible plates 4 are shown intersecting the axis of the channel 3, the pair of plates 3 and 4 mounted on one side of the channel 2 is offset from the pair of plates located on the other side of the channel along the axis by an amount Δ, which in such a way that when deflecting into the channel 2, the flexible plates do not hit each other (Fig. 6).

На фиг. 7-9, где изображен диод с одной группой пар пластин 3 и 4, между напротив расположенных пар пластин 3 и 4 близко к оси канала 1 со стороны жестких пластин 3 установлен штырь 7, пересекающий канал 2 перпендикулярно потоку жидкой или газообразной среды. Координаты установки штыря 7 определяются таким образом, чтобы при прогибе гибких пластин 4 свободный конец гибкой пластины 4, расположенной ближе к входу обратного потока (на фиг. 9 эта пластина расположена в верхнее части канала 2), касался второй гибкой пластины 4 (на фиг. 6 она расположена внизу канала 2) в том месте, где нижняя пластина опирается на штырь 7 (фиг. 9).In FIG. 7-9, which shows a diode with one group of pairs of plates 3 and 4, between the opposite pairs of plates 3 and 4 located close to the axis of the channel 1 from the side of the rigid plates 3, a pin 7 is installed that intersects the channel 2 perpendicular to the flow of a liquid or gaseous medium. The installation coordinates of pin 7 are determined so that when the flexible plates 4 are deflected, the free end of the flexible plate 4 located closer to the return flow inlet (in Fig. 9 this plate is located in the upper part of the channel 2), touches the second flexible plate 4 (in Fig. 6 it is located at the bottom of the channel 2) in the place where the lower plate rests on the pin 7 (Fig. 9).

На фиг. 10-12 показан диод, в котором используются разные вышеописанные пары пластин, установленные с таким расчетом, что сопротивление обратному потоку жидкости или газа растет по ходу этого потока.In FIG. 10-12, a diode is shown in which the various pairs of plates described above are used, mounted in such a way that the resistance to the reverse flow of liquid or gas increases along this flow.

Гидропневматический диод работает следующим образом.Hydropneumatic diode operates as follows.

На фиг. 2 и 3 показано, что при прохождении прямого потока жидкости или газа (фиг. 2) гибкие пластины 4 под действием силы лобового сопротивления отгибаются от жестких пластин 3, и поток среды практически не встречает сопротивления в образовавшемся просвете канала 2 между жесткими пластинами 3. При этом благодаря форме канала 2 не образуется сильного завихрения потока, которое отбирает у него часть кинетической энергии.In FIG. 2 and 3, it is shown that during the passage of a direct flow of liquid or gas (Fig. 2), the flexible plates 4, under the action of the drag force, are bent away from the rigid plates 3, and the medium flow practically does not encounter resistance in the resulting lumen of the channel 2 between the rigid plates 3. When due to the shape of channel 2, a strong turbulence of the flow does not form, which takes away part of the kinetic energy from it.

При течении среды в обратную сторону (фиг. 3) силы лобового сопротивления отгибают пластины таким образом, что они частично перегораживают просвет канала 2 между жесткими пластинами 3, увеличивая гидравлическое сопротивление этого канала. Кроме того, из-за образовавшейся формы канала 2 в этом случае возникает сильное завихрение потока в затопленных полостях между парами пластин, которое отбирает часть кинетической энергии у потока, дополнительно увеличивая сопротивление диоду, которое он оказывает обратному потоку, и увеличивая диодность конструкции.When the medium flows in the opposite direction (Fig. 3), the drag forces bend the plates so that they partially block the lumen of the channel 2 between the rigid plates 3, increasing the hydraulic resistance of this channel. In addition, due to the formed shape of the channel 2 in this case, there is a strong turbulence of the flow in the flooded cavities between the pairs of plates, which takes part of the kinetic energy from the flow, further increasing the resistance to the diode that it exerts to the reverse flow, and increasing the diode design.

Еще более сильное сопротивление обратному потоку оказывает конструкция, изображенная на фиг. 4. Здесь, так же как и в конструкции, изображенной на фиг. 1, прямой поток не испытывает большое сопротивление при прохождении прямого потока жидкости или газа (фиг. 5), в то время как при обратном течении среды (фиг. 6) гибкие пластины 4 практически перегораживают прямой путь для потока, он вынужден двигаться в своеобразном лабиринте, и образовавшиеся из-за формы проточной части канала 2 завихрения также отбирают часть его кинетической энергии. Диодность такой конструкции больше, чем у предыдущей, однако способность ее противостоять обратному течению потока с большим перепадом давления на диоде ниже по соображениям прочности гибких пластин 4 в связи с их большей поверхностью и большей длинной, т.к. в этом случае под действием большего перепада давления действующее на них усилие больше.An even stronger resistance to reverse flow is exerted by the structure depicted in FIG. 4. Here, as in the construction shown in FIG. 1, the direct flow does not experience much resistance when passing a direct flow of liquid or gas (Fig. 5), while in the reverse flow of the medium (Fig. 6), flexible plates 4 practically block the direct path for the flow, it is forced to move in a kind of maze , and the vortices formed due to the shape of the flowing part of the channel 2 also take part of its kinetic energy. The diode of this design is greater than the previous one, however, its ability to withstand the reverse flow with a large pressure drop across the diode is lower for reasons of strength of the flexible plates 4 due to their larger surface and longer, because in this case, under the action of a larger pressure drop, the force acting on them is greater.

Максимальная теоретическая диодность конструкции, показанной на фиг. 7, близка к бесконечности, т.к. при прохождении прямого потока (фиг. 8) он оказывает малое сопротивление, отгибая гибкие пластины 4 и свободно огибая тело штыря 7, а при прохождении обратного потока (фиг. 9) пластины 4 смыкаются и полностью перегораживают канал 2, и через диод в обратном направлении протекают только утечки, величина которых зависит от зазора, образовавшегося при контакте между поверхностями пластин 4 и зазора между боковыми торцами пластин 4 и боковыми стенками корпуса диода 1.The maximum theoretical diode of the structure shown in FIG. 7 is close to infinity, because when passing a direct flow (Fig. 8), it exhibits low resistance by bending the flexible plates 4 and freely bending around the body of the pin 7, and when passing a reverse flow (Fig. 9), the plates 4 are closed and completely block the channel 2, and through the diode in the opposite direction only leaks occur, the magnitude of which depends on the gap formed upon contact between the surfaces of the plates 4 and the gap between the side ends of the plates 4 and the side walls of the housing of the diode 1.

Возможность использования такого диода ограничивается в основном прочностью гибких пластин 4. Наличие штыря 7 позволяет увеличить перепад давления на диоде при обратном потоке среды, т.к. он является дополнительной опорой для пластин 4, что позволяет снизить напряжения изгиба в материале, из которого пластины изготовлены, и использовать конструкцию при средних давлениях газа и жидкости.The possibility of using such a diode is mainly limited by the strength of the flexible plates 4. The presence of the pin 7 makes it possible to increase the pressure drop across the diode during the reverse flow of the medium, since it is an additional support for the plates 4, which allows to reduce the bending stresses in the material from which the plates are made, and use the design at medium gas and liquid pressures.

На фиг. 10 показана комбинированная конструкция диода.In FIG. 10 shows a combined diode design.

При прохождении прямого потока она, как и рассмотренные выше конструкции, оказывает минимальное сопротивление потоку среды (жидкости или газу). При течении среды в обратном направлении она сначала тормозится только на пластинах 3, и общая энергия потока сразу несколько уменьшается. Затем поток тормозится на паре пластин 3 и 4, когда пластины 4 не перегораживают полностью поток (фиг. 1), и его энергия дополнительно снижается, т.е. снижается и давление потока. Далее, поток уже с существенно более низким давлением проходит через пары пластин 3 и 4, которые полностью перегораживают канал 2, и поток может двигаться только через зазор между ними, образованный благодаря смещению противоположно размещенных пар пластин 3 и 4 на величину Δ (фиг. 4). Далее существенно ослабленный поток упирается в сомкнутые пластины 4 и практически останавливается. Эта конструкция может использоваться преимущественно в пульсирующих потоках, например, в качестве обратных самодействующих клапанов машин объемного действия (в насосах и компрессорах). В этом случае они обладают свойствами наиболее экономичных полосовых прямоточных клапанов, однако имеют существенно более простую и технологичную конструкцию, и могут выдерживать средние давления газа и жидкости.When passing a direct flow, it, like the structures considered above, exerts minimal resistance to the flow of the medium (liquid or gas). When the medium flows in the opposite direction, it first slows down only on the plates 3, and the total flow energy immediately decreases slightly. Then, the flow is inhibited on a pair of plates 3 and 4, when the plates 4 do not completely block the flow (Fig. 1), and its energy is further reduced, i.e. the flow pressure also decreases. Further, the flow already with significantly lower pressure passes through the pairs of plates 3 and 4, which completely block the channel 2, and the flow can only move through the gap between them, formed due to the displacement of the oppositely placed pairs of plates 3 and 4 by Δ (Fig. 4 ) Further, a substantially attenuated flow abuts against closed plates 4 and practically stops. This design can be used mainly in pulsating flows, for example, as self-acting check valves of volumetric machines (in pumps and compressors). In this case, they have the properties of the most economical straight-through flow valves, however, they have a much simpler and more technological design, and can withstand the average pressure of gas and liquid.

Предложенные конструктивные варианты гидропневматических диодов обладают существенно более высокой диодностью по сравнению с известными, просты по конструкции и могут работать не только на низких, но и на средних давлениях, что существенно расширяет сферу их применения.The proposed constructive options for hydropneumatic diodes have a significantly higher diode compared to the known ones, are simple in design and can work not only at low, but also at medium pressures, which significantly expands the scope of their application.

Claims

1. A hydraulic or pneumatic diode containing a rectangular channel for the passage of a liquid or gaseous medium, in which at least two rigid plates are mounted on two opposite sides of it, inclined at an angle to the direction of direct flow, characterized in that each rigid the plate is provided with parallel and close to it on the plane mounted flexible plate placed on the reverse flow side, with the formation of a pair of plates, and this flexible plate has a length in the direction of the axis k anal, exceeding the length of the rigid plate.

2. The hydraulic or pneumatic diode according to claim 1, characterized in that the free end of the flexible plate, directed to the opposite side of the channel from the place of its installation, intersects the axis of the channel, and the pair of plates located on one side of the channel is offset relative to the pair of plates, located on the other side of the channel, along its axis.

3. A hydraulic or pneumatic diode according to claim 1, characterized in that between the opposite pairs of plates located on the side of the rigid plates there is a pin crossing the channel perpendicular to the flow of a liquid or gaseous medium.