该技术已申请专利。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系技术所有人。

1.本技术涉及非电变量的控制或调节系统技术领域，特别涉及一种压差式流体二极管。


背景技术：

2.在化工、核废料处理领域，流动系统内压力波动会引起的流动不稳定性甚至回流，导致下游低水质水体污染上游洁净水体。因此，设计过程中通常需要考虑止回，即将下游水体与上游水体隔离。相关技术中，流体二极管、止回阀等不能完全杜绝反向流动，因此无法使下游水体与上游水体完全分隔。


技术实现要素：

3.本技术实施例提供一种压差式流体二极管，以解决相关技术中，下游水体与上游水体无法完全分隔的问题。
4.一种压差式流体二极管，其包括：
5.气压调节箱，其顶部连通有充排气装置；
6.进水管，其具有竖直段，所述竖直段插设于所述气压调节箱的底面，且竖直段的顶端与气压调节箱的顶面具有一段距离，所述竖直段的最大横截面积小于所述气压调节箱的横截面积；
7.出水管，其设置于所述气压调节箱的底部，所述出水管与所述气压调节箱连通。
8.进一步的，所述压差式流体二极管还包括气管和气压调节阀，所述气管的一端与所述气压调节箱的顶面连通，另一端与所述充排气装置连通，所述气压调节阀设置于所述气管，用于控制气管的通断。
9.进一步的，所述进水管为u形管，其一个臂为竖直段，该臂插设于所述气压调节箱的底面，另一个臂位于所述气压调节箱的外侧。
10.进一步的，所述进水管各处的直径相同，所述出水管各处的直径相同。
11.进一步的，所述进水管的直径与所述出水管的直径相等。
12.进一步的，所述进水管的竖直段的顶端与所述气压调节箱的顶面之间的距离不小于所述竖直段的直径的1.5倍。
13.进一步的，所述压差式流体二极管还包括控制模块，所述控制模块与所述充排气装置通信连接，用于控制充排气装置的开关。
14.进一步的，所述竖直段的轴线与所述出水管的轴线垂直且相交。
15.进一步的，所述进水管与所述气压调节箱的连通处设置有密封圈。
16.进一步的，所述气压调节箱为圆柱形结构，所述进水管的竖直段与所述气压调节箱为同轴设置。
17.本技术提供的技术方案带来的有益效果包括：
18.本技术实施例提供了一种压差式流体二极管，其包括气压调节箱、进水管和出水
管，其中，进水管相对于出水管为上游口，出水管为下游口。预先向气压调节箱内充气，当水体自出水管反向回流至气压调节箱时，气压调节箱内的气压增大，气压调节箱内的气体进入进水管的竖直段内，使得进水管内的水体由进水管反向流动。在此过程中，进水管内的水体与出水管内的水体之间具有空气，因此，进水管内的水体与出水管内的水体始终不会融合或接触，从而实现了下游水体与上游水体完全分隔。
附图说明
19.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，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。
20.图1为本技术实施例的整体结构示意图；
21.图2为图1的俯视示意图。
22.附图标记：
23.1、进水管；11、竖直段；2、气压调节箱；3、出水管；4、气管；5、气压调节阀。
具体实施方式
24.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例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技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
25.本技术实施例提供了一种压差式流体二极管，其能解决相关技术中，下游水体与上游水体无法完全分隔的问题。
26.如图1所示，一种压差式流体二极管，其包括气压调节箱2、进水管1和出水管3。
27.其中，气压调节箱2的顶部连通有充排气装置。进水管1具有竖直段11，竖直段11插设于气压调节箱2的底面，且竖直段11的顶端与气压调节箱2的顶面具有一段距离，竖直段11的最大横截面积小于气压调节箱2的横截面积。出水管3设置于气压调节箱2的底部，出水管3与气压调节箱2连通。
28.具体的，在本技术实施例中，上述充排气装置为气泵，它可以向气压调节箱2内充气，也可以将气压调节箱2内部的气体排出。当气压调节箱2内部的水体装满时，可以通过充排气装置向气压调节箱2内充气，当气压调节箱2内部为空置状态时，可以通过充排气装置对气压调节箱2内部进行排气，上述过程中，无论是向气压调节箱2的内部充气，还是将气压调节箱2的内部的气体排出，都是为了通过控制气压调节箱2的内部的气体容量，使得气压调节箱2内部的水体的液位处于预设位置，该预设位置可以根据水体的回流量、进水管1的竖直段11的长度等因素进行计算。
29.具体的，上述进水管1可以为直管，也可以为弯管，但是进水管1具有竖直段11。水体回流时，气压调节箱2内部的一部分气体进入进水管1的竖直段11的内部，可以利用竖直段11内的气体与气压调节箱2内的液体之间的密度差实现止回，此处，气体产生的压力比较小，可以忽略不计。上述进水管1的竖直段11的直径可以为各处相同，也可以变化的，当进水
管1的竖直段11的直径为各处相同时，竖直段11的横截面积小于气压调节箱2的横截面积，当进水管1的竖直段11的直径为变化的时，进水管1的竖直段11的最大横截面积小于气压调节箱2的横截面积。并且，优选的，进水管1的竖直段11的最大横截面积远小于气压调节箱2的横截面积。
30.具体的，在本技术实施例中，上述出水管3为直管，其一端与气压调节箱2连通，并且连通处位于气压调节箱2的侧壁的底部。在其他实施例中，出水管2也可以为弯管。
31.具体的，当水体回流时，由于气压调节箱2的内部具有空气，因此，无论水体回流至气压调节箱2的内部，还是回流至进水管1的内部，进水管1的内部的水体与回流的水体之间始终具有空气，将进水管1的内部的水体与回流的水体完全分隔。
32.进一步的，本技术实施例压差式流体二极管还包括气管4和气压调节阀5，气管4的一端与气压调节箱2的顶面连通，另一端与充排气装置连通，气压调节阀5设置于气管4，用于控制气管4的通断。
33.具体的，充排气装置通过气管4对气压调节箱2的内部进行充气或者排气，气管4可以起到缓冲和稳压的作用，以免气压过大或者气压不稳定，导致气压调节箱2的内部的水体流动紊乱。上述气压调节阀5可以为机械调节阀，也可以为电磁阀，方便控制气管4的通断。上述气管4的长度可以根据实际情况来设定。
34.进一步的，进水管1为u形管，其一个臂为竖直段11，该臂插设于气压调节箱2的底面，另一个臂位于气压调节箱2的外侧。
35.具体的，在本技术实施例中，进水管1为u形管，一方面，可以对水体起到缓冲的作用，另一方面，进水管1的弯曲段具有水体，可以防止出水管3处的气味的流通至进水管1，还可以避免外部的气体从进水管1进入到气压调节箱2的内部，影响气压调节箱2的内部水体的液位。
36.进一步的，进水管1各处的直径相同，出水管3各处的直径相同。
37.具体的，在本技术实施例中，进水管1各处的直径相同，可以使得水体在进水管1的内部流动时，始终处于平稳的状态，出水管3各处的直径相同，可以使得水体在出水管3的内部流动时，始终处于平稳的状态，有利于保证水体流动的稳定性。
38.进一步的，进水管1的直径与出水管3的直径相等。
39.具体的，在本技术实施例中，进水管1各处的直径相同，出水管3各处的直径相同，并且进水管1的直径与出水管3的直径相等，可以使得水体流动的稳定性。并且，还能保证充排气量计算结果的精确性。
40.进一步的，进水管1的竖直段11的顶端与气压调节箱2的顶面之间的距离不小于竖直段11的直径的1.5倍。
41.具体的，进水管1各处的直径相同，进水管1的竖直段11贯穿插设于气压调节箱2的底面，该竖直段11的顶端位于气压调节箱2的内部，并且与气压调节箱2的顶面的距离不小于竖直段11的直径的1.5倍，使进水管1内部的水体可以有充足的空间进入到气压调节箱2的内部，也可以保证气压调节箱2内部的气体能够进入进水管1的内部。
42.进一步的，如图2所示，竖直段11的轴线与出水管3的轴线垂直且相交。
43.具体的，水体自进水管1的竖直段11流入气压调节箱2内，水体具有一定的冲击力，并且水势具有相应的方向，竖直段11的轴线与出水管3的轴线垂直且相交，此时，水体可以
顺着水势流入出水管3，可以增加水体流动速度，避免堵塞。
44.进一步的，进水管1与气压调节箱2的连通处设置有密封圈。
45.具体的，在本技术实施例中，在进水管1与气压调节箱2的连通处设置密封圈，可以防止气压调节箱2的内部的水体从该处流出气压调节箱2，造成水体浪费，也可以防止外部的水体从该处进入气压调节箱2内，造成水体污染。同时，密封圈可以防止气压调节箱2内部的气体从该处流出气压调节箱2，导致气压调节箱2的内部的气体容量发生变化，对气压调节箱2的内部的水体的液位产生影响。
46.进一步的，气压调节箱2为圆柱形结构，进水管1的竖直段11与气压调节箱2为同轴设置。
47.具体的，进水管1与气压调节箱2同轴设置，可以保证水体均匀地流入气压调节箱2，也可以保证气体能够均匀地进入进水管1的竖直段11内，保证水体和气体的稳定性和受力平衡。
48.进一步的，压差式流体二极管还包括控制模块，控制模块与充排气装置通信连接，控制模块用于控制充排气装置的开关。
49.具体的，在本技术实施例中，控制模块可以控制充排气装置的开启和关闭。在一些实施例中，控制模块也可以控制气压调节阀5的开关，从而控制气管4的通断。可以避免人工调节，增加了人工工作量，并且可能会影响调节精度。
50.具体的，水体在本技术实施例流体二极管正方向流动时，也就是水体自进水管1流向出水管3时，流体二极管内的水体流动阻力包括进水管1、气管4、出水管3等内部的沿程阻力，以及进水管1的竖直段11内部的水体进入气压调节箱2时的截面突变压损。
51.当水体在本技术实施例流体二极管反方向流动时，水体回流至气压调节箱2的内部，气压调节箱2的内部的水体的液位上升，气压调节箱2内部的气体进入进水管1的竖直段11的内部，进水管1的竖直段11的内部的水体的液面下降。由于气压调节箱2的横截面积远大于进水管1的竖直段11的横截面积，进水管1的竖直段11的内部的水体的液位会迅速下降。根据等体积计算方法，进水管1的竖直段11的内部的水体的液位下降高度的计算公式如下：
[0052][0053]
其中：h1为进水管1的竖直段11的内部的水体的液位下降高度，a1为进水管1的竖直段11的横截面积，h2为气压调节箱2的内部的水体的液位上升高度，a2为气压调节箱2的横截面积。
[0054]
在本技术实施例中，水体在本技术实施例流体二极管反方向流动时，也就是水体自出水管3回流至气压调节箱2内部时，流体二极管内的水体回流的流动阻力包括气管4、出水管3等内部的沿程阻力，还包括止回阻力，以进水管1为直径各处相同的u形管为例，本技术实施例流体二极管的止回阻力的计算公式如下所示：
[0055][0056]
其中：δp
止回
为本技术实施例流体二极管的止回阻力，ρ为水体的密度，h1为进水管1的竖直段11的内部的水体的液位下降高度，a1为进水管1的竖直段11的横截面积，h2为气压调节箱2的内部的水体的液位上升高度，a2为气压调节箱2的横截面积。
[0057]
可以根据上述公式计算本技术实施例流体二极管的止回阻力，通过止回阻力来设计进水管1的竖直段11的长度，并进一步根据进水管1的竖直段11的长度确定充排气量，充排气量应该大于进水管1的竖直段11的体积与气压调节箱2内的上部空间体积之和，气压调节箱2内的上部空间体积指的是位于气压调节箱2内，并且位于竖直段11的顶端与气压调节箱2的顶面之间的空间体积。此外，可以通过调节横截面积比值来调整止回阻力。
[0058]
在本技术的描述中，需要说明的是，术语
″
上
″
、
″
下
″
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技术和简化描述，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技术的限制。除非另有明确的规定和限定，术语
″
安装
″
、
″
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，或一体地连接；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，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
[0059]
需要说明的是，在本技术中，诸如
″
第一
″
和
″
第二
″
等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语
″
包括
″
、
″
包含
″
或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句
″
包括一个......
″
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0060]
以上所述仅是本技术的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本技术。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本技术的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本技术将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。