Умножитель инерционного напора на основе гидродиода в осциллирующих гидравлических технических системах
INERTIAL PRESSURE MULTIPLIER BASED ON A HYDRODIODE IN OSCILLATING HYDRAULIC ENGINEERING SYSTEMS

Предлагаемое изобретение относится к гидравлическим насосным системам и может быть использовано в качестве энергетического узла увеличения располагаемого напора за счет утилизации естественной механической энергии вибрации, ее аккумуляции для возможности дальнейшего использования в особых условиях работы машин (например: обеспечение собственных нужд в работе машины или ее элементов).
Известен опыт умножения напряжения в электротехнических устройствах (Алексеев О.В. и др. Электротехнические устройства: Учебник для вузов // О.В. Алексеев, В.Е. Китаев, А.Я. Шихин; под общ.ред. А.Я. Шихина. - М.: Энергоиздат, 1981-336 с., ил.). Умножители напряжения, построенные на диодах и конденсаторах, позволяют повысить напряжение в десятки и сотни раз. Диоды устанавливаются по двухполупериодной схеме выпрямления последовательно. От их количества зависит кратность увеличения напряжения на выходе.
Прототипом заявляемого изобретения является прокладка головки блока цилиндров (патент Ru 2456466 C2, МПК F02 F11/00 от 20.07.2012 г.) служащая для уплотнения двух неподвижных друг относительно друга поверхностей если в металлическом каркасе прокладки отверстия перетока сделать коноидальными с заостоенными выходными кромками по ходу потока охлаждающей жидкости, где показано, что энергию естественной вибрации машины можно использовать для прокачки охлаждающей жидкости здесь авторы воспользовались одномембранным гидродиодом (одно полупериодная схема выпрямления). Как показано в работеА.А. Кураева, А.Б. Семенова «Исследование напорных характеристик перфорированной мембраны в осциллирущем потоке жидкости» (Теплофизика и Аэромеханика, 2013, том 20, №3) напор можно удвоить применив двухполупериодную схему выпрямления. Напор развиваемый двухполупериодной схемой выпрямления повышает напор, развиваемый перфорированной мембраной примерно вдвое.
Однако в этом случае напор, развиваемый гидродиодом, невелик и для расширения сферы приложений его нужно существенно увеличить. Тогда для решения поставленной задачи можно воспользоваться опытом умножения напряжения, применяемым в электронике (см. аналог).
Задачей (техническим результатом) предлагаемого изобретения является повышение напора, развиваемого гидродиодом.
Задача достигается тем, что в умножителе инерционного напора на основе гидродиода в осциллирующих гидравлических технических системах, состоящем из запорный вентиля, обратного клапана, двухполупериодных гидродиодов, фильтра, обратного клапана, запорного вентиля, двухполупериодные гидродиоды последовательно соединены в каскад, на выходе включен гидроаккумулятор.
На фигуре 1 приведена структурная схема четырехкратного умножителя инерционного напора. На фиг.2 приведен двухполупериодный гидродиод. На фиг.3 приведена схема коноидальными отверстиями с заостренными выходными кромками. На фиг.4 приведен четырех ступенчатый каскад гидродиодов. На фиг.5 представлена график зависимости напора, развиваемого одной ступенью гидродиода, от частоты и амплитуды осцилляции (схема 1 - однополупериодная схема выпрямления; схема 2 - двухполупериодная схема выпрямления). На фиг.6 представлен напор, развиваемый одной ступенью гидродиода, как функция
Четырехкратный умножитель инерционного напора (фиг.1) содержит на выходе запорный вентиль 1, обратный клапан 2, гидроаккумулятор 3, манометр 4, и на входе - каскад двухполупериодных гидродиодов 5, фильтр 6, входной манометр 7, обратный клапан 8, запорный вентиль 9.
Основным элементом умножителя напора является двухполупериодный гидродиод (Фиг.2), представляющий собой сосуд с установленными в нем мембранами 10, перфорированными коноидальными отверстиями с заостренными выходными кромками (Фиг.3). При входе потока со стороны закругленных образующих пропускная способность (коэффициент расхода  1), а со стороны заостренных выходных кромок  0.6. Поскольку разнорасходность проявляется при протоке жидкости через отверстия в мембранах под действием инерционного напора вызванного осцилляциями, а жидкость несжимаема в полостях гидродиода установлены упруго объемные элементы (сильфоны) 11.
Деформация сильфонов под действием инерционного напора, вызванного осцилляциями обеспечивает проток жидкости через отверстия перфорации. Разнорасходность может быть существенно большей при протекании горячих жидкостей из-за возникновения кавитации на острых входных кромках коноидальных отверстий.
Как известно (Некрасов Б.Б. Гидравлика и ее применение на летательных аппаратах. - Гидравлика и ее применение на летательных аппаратах. - М.: Машиностроение, 1967.-368 с.) инерционный напор:
z
здесь
- инерционный напор возникающий в гидродиоде под действием внешних осцилляций;
2
j= - ускорение гидравлической системы;
g - ускорение свободного падения;
Δz - протяженность столба жидкости подверженная осцилляциям в направлении вектора ускорения
Умножитель инерционного напора работает следующим образом:
Перед началом работы все полости устройства заполняются рабочей жидкостью. В реальных условиях устройство устанавливается на элементах конструкции машины подверженных в наибольшей степени осцилляциям так, чтобы вектор ускорения, вызванного осцилляциями, был нормальным к плоскости мембран гидродиодов.
Под действием инерционного напора и разнорасходности коноидальных отверстий жидкость перетекает (фиг2) из области А в напорную полость В гидродиода.
Как было показано в работе Кураев А.А., Семенов Б.А. «Иследование напорных характеристик перфорированной мембраны в осциллирующем потоке жидкости» (Теплофизика и аэромеханика, 2013, том 20, №3) избыточный напор, развиваемый двухполупериодным гидродиодом, может достигать величины порядка 1 м водяного столба. Таким образом последовательно соединяя гидродиоды (фиг.4) можно существенно увеличить инерционный напор на выходе. Аналогично тому, как этого достигают в высоковольтных гальванических батареях.
Кратность увеличения инерционного напора определяется числом последовательно соединенных гидродиодов. Суммарный напор развиваемый умножителем напора аккумулируется в гидроаккумуляторе для дальнейшего использования в работе машин или их элементов.