Классификация вихревых струйных устройств, предназначенных для управления потоком газа в пневмогидравлических системах

Дан обзор научно-технической литературы по разработке и исследованию вихревых струйных устройств, применяемых в качестве регулирующей арматуры с использованием принципа вихревого течения рабочей среды. Рассмотрены вихревые клапаны без механических подвижных частей, а также полумеханические вихревые клапаны. Описан принцип работы вихревого струйного устройства. Впервые проведена классификация вихревых струйных устройств по конструктивным и функциональным признакам. Анализ технических решений позволил выявить преимущества и недостатки вихревых струйных устройств. Приведены рекомендации по выбору схемы вихревого струйного устройства.

Литература

[1] Levitsky M.P., Levitsky S.P. On the development of a regulating valve design with improved cavitational characteristics. HAIT Journal of Science and Engineering B, 2006, vol. 3, pp. 1–16.

[2] Levitsky M. Control vortex valve. Patent no. WO 02/050456 А2, 2002.

[3] Залманзон Л.А. Теория элементов пневмоники. Москва, Наука, 1969. 508 с.

[4] Лебедев И.В., Трескунов С.Л., Яковенко В.С. Элементы струйной автоматики. Москва, Машиностроение, 1973, с. 289–314.

[5] Попов Д.Н. Исследования и расчет струйных элементов и цепей систем автоматического регулирования. Труды МВТУ, 1977, № 244. 79 с.

[6] Uss A.Yu., Chernyshev A.V. The Development of the Vortex Gas Pressure Regulator. Procedia Engineering, 2016, vol. 152. pp. 380–388, doi: 10.1016/j.proeng.2016.07.718

[7] Uss A.Yu., Chernyshyov A.V., Krylov V.I. Development of Gas Pressure Vortex Regulator. AIP Conference Proceedings, 2017, vol. 1876, no. 020025, doi: 10.1063/1.4998845

[8] Uss A.Yu., Atamasov N.V., Chernyshev А.V. Development of the Calculation Method and Designing of a Vortex Jet Device for Gas Flow Regulation Purposes. AIP Conference Proceedings, 2019, vol. 2141, no. 030028, doi: 10.1063/1.5122078

[9] Белова О.В., Стародубцев А.А., Чернышев А.В. Расчет вихревого регулятора давления газа. Инженерный вестник, 2014, № 10. URL: http://engbul.bmstu.ru/doc/740398.html (дата обращения 15 февраля 2020).

[10] Белова О.В., Стародубцев А.В., Чернышев А.В. Вихревой регулятор давления газа. Инженерный журнал: наука и инновации, 2013, № 5. URL: http://www.engjournal.ru/catalog/machin/vacuum/760.html, doi: 10.18698/2308-6033-2013-5-760

[11] Shyji S., Deepu M., Kumar N.A., Jayachandran T. Numerical Studies on Thrust Augmentation in High Area Ratio Rocket Nozzles by Secondary Injection. Journal of Applied Fluid Mechanics, 2017, vol. 10(6), pp. 1605–1614, doi: 10.29252/jafm.73.245.27309

[12] Yu X., He G., Li J., Liu Y., Wei X. Numerical analysis of flow in variable thrust SRM based on vortex valve. Collection of Technical Papers – 43rd AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference, 2007, vol. 8, pp. 7865–7870.

[13] Francis J., Birch M.J., Parker D. Computational Fluid Dynamic Studies of Vortex Amplifier Design for the Nuclear Industry-II Transient Conditions. Journal of Fluids Engineering, Transactions of the ASME, 2012, vol. 134(2), no. 021103, doi: 10.1115/1.4005950

[14] Belforte G., Bertetto A.M., Mazza L. Semi-Empirical Study of Water Flow through Vortex Triodes and Performance Optimization. Journal of Fluids Engineering, Transactions of the ASME, 2015, vol. 137(12), no. 121203, doi: 10.1115/1.4031017

[15] Farbos de Luzan C., Villalva R., Felten F., Gutmark E. Computational Study of the Velocity Fields and Pressure Differential in a Reynolds-Number-Sensitive Fluidic Resistor. Flow, Turbulence and Combustion, 2018, vol. 102(1), pp. 221–234, doi: 10.1007/s10494-018-9952-0

[16] Zhang F., Li H., Li N., Zhang N., Lv W., Cui X. A Novel Automatic Phase Selection Device: Design and Optimization. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 2018, vol. 108(3), no. 032021, doi: 10.1088/1755-1315/108/3/032021

[17] Левицкий М.П., Левицкая И.М. Об одном решении струйного управления расходом. Трубопроводная арматура и оборудование, 2018, № 5, с. 38–41.

[18] Tanney J.W. Fluidics. Progress in Aerospace Sciences, 1970, vol. 10, pp. 401–509, doi: https://doi.org/10.1016/0376-0421(70)90008-4

[19] Tesar V. Superquadratic behaviour of vortex diodes. Proceedings of the IF AC Symposium, 20–23 May 1980, Warsaw, Poland, Pergamon Press, 1980, pp. 79–95.

[20] Yoder Jr. Graydon L, Elkassabgi Yousri M., De Leon Gerardo I., Fetterly Caitlin N., Ramos Jorge A., Cunningham Richard Burns. Vortex Diode Analysis and Testing for Fluoride Salt-Cooled High-Temperature Reactors. URL: https://info.ornl.gov/sites/publications/files/Pub32971.pdf (дата обращения 15 февраля 2020), doi: 10.2172/1036568

[21] Kotowski A., Wojtowicz P. Analysis of Hydraulic Parameters of Conical Vortex Regulators. Polish Journal of Environmental Studies, 2010, vol. 19(4), pp. 749–756.

[22] Wojtowicz P., Kotowski A. Influence of design parameters on throttling efficiency of cylindrical and conical vortex valves. Journal of Hydraulic Research, 2009, vol. 47(5), pp. 559–565, doi: 10.3826/jhr.2009.3449

[23] Tesar V. Fluidic Control of Molten Metal Flow. Acta Polytechnica, 2003, vol. 43, no. 11, pp. 15–22.

[24] Соколовский Г.П., Левицкий М.П., Федяков А.Е. Вихревой усилитель. Авторское свидетельство СССР № 1305457 А1, бюл. № 15, 1987.

[25] Денисов А.А., Нагорный В.С., Лимарев В.П., Власов В.В. Вихревой усилитель. Авторское свидетельство СССР № 744155, бюл. № 24, 1980.

[26] Tesar V. Airfoil cascades with bistable separation control. WIT Transactions on Engineering Sciences, 2010, vol. 69, pp. 331–343, doi: 10.2495/AFM100291

[27] Tesar V., Broučková Z., Kordík J., Trávníček Z., Peszynski K. Valves with flow control by synthetic jets. EPJ Web of Conferences, 2012, vol. 25, no. 01092, doi: 10.1051/epjconf/20122501092

[28] Tesar V. Pressure-Driven Microfluidics. Chapter 4. Norwood, Artech house, 2007. 224 p.

[29] Гусенцова Я.А., Иващенко Е.А., Коваленко А.А., Соколов В.И., Андрейчук Н.Д. Вихревые устройства в системах вентиляции. Луганск, ВНУ им. В. Даля, 2006. 259 с.

[30] Ловцов А.В., Носков А.С., Сыропятов В.П., Хаит А.В. Вихревая труба. Патент № 2533590С2 РФ, 2014, бюл. № 32.

[31] Мефедова Ю.А. Магнитожидкостныи вихревой элемент для электрогидравлических систем управления. Дис. … кант. техн. наук. Саратов, СГТУ, 2008.

[32] Мефедова Ю.А., Власов А.В., Власов В.В. Электрогидравлический вихревой регулирующий элемент с магнитожидкостным сенсором. Вестник Саратовского государственного технического университета, 2007, № 1(21), с. 63–69.

[33] Мефедова Ю.А., Власов А.В., Власов В.В. Вихревой клапан. Патент № 2347117С2 РФ, 2009, бюл. № 5, 5 с.

[34] Пархимович А.Ю., Соловьев А.А. Исследование экспериментальных характеристик вихревого регулятора. Вестник Уфимского государственного авиационного технического университета, 2006, т. 8, № 4, с. 13–15.

[35] Гурин С.В., Соловьев А.А. Исследование возможности получения изотермического процесса при дросселировании в вихревом регуляторе давления газа. Вестник Уфимского государственного авиационного технического университета, 2006, т. 8, № 4, c. 3–6.

[36] Бакиров Ф.Г., Ахметов Ю.М., Соловьев А.А., Гурин С.В., Пархимович А.Ю. Опыт реализации квазиизотермического редуцирования в вихревых регуляторах давления энергетических систем. Вестник Уфимского государственного авиационного технического университета, 2007, т. 9, № 6, с. 66–74.

[37] Cho J.O., Lee J.I., Bang Y.S., Yoob S.H. Comparison of Different Safety Injection Tank Models in MARS-KS. Transactions of the Korean Nuclear Society Spring Meeting Jeju, Korea, 18–19 May, 2017.

[38] Бондаренко В.В. Мельников В.С. Макеев В.А. Гидравлический вихревой регулятор. Патент № 54441 РФ, 2006.