Устройство для создания струи заданной геометрии

Устройство для создания струи заданной геометрии

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники

Изобретение относится к гидравлическим устройствам для истечения жидкости и может быть использовано в отраслях техники, где требуется получение струй жидкости произвольной геометрии, с большой площадью боковой поверхности, в частности в фонтанных насадках, в том числе систем охлаждения и проч.

Уровень техники

Известны устройства для образования струй различной конфигурации - например, по патентам 2268092, 1072911, 712131, US 2002/0130196.

Известны также конструкции кольцевых фонтанных насадок для создания полых струй воды, обеспечивающих формирование единичной струи воды (см. книгу «Фонтаны. Описание, конструкция, расчет». П.А.Спышнов. Государственное издательство архитектуры и градостроительства. Москва, 1950 г.).

Недостатком таких устройств является невозможность создания устойчивой кольцевой струи произвольного диаметра. Обычно для создания кольцевой струи большого диаметра используется совокупность отдельных насадок, размещенных по окружности, однако при этом не обеспечивается сплошность внешней и внутренней поверхности кольцевой струи.

Сущность изобретения

Задачей, решаемой настоящим изобретением, является создание струй жидкости различной геометрии, состоящих из совокупности плоских пленок жидкости.

Технический результат, достигаемый за счет реализации изобретения, заключается в следующем:

1) обеспечение возможности объединения плоских пленок жидкости;

2) обеспечение возможности изменения геометрии струи без изменения геометрии выпускного устройства, т.е. без использования в таком устройстве подвижных механизмов, - такой результат достигается впервые;

3) обеспечение возможности создания полых струй, в том числе вертикальных и горизонтальных, при произвольном соотношении диаметра струи и диаметра полости;

4) обеспечение возможности создания сплошных струй.

Поставленная задача решается за счет того, что устройство для создания струи требуемой геометрии содержит тело с предназначенным для движения жидкости внутренним резервуаром, ось которого представляет собой замкнутую кривую, а также патрубок подвода в него жидкости, при этом на наружной поверхности такого тела вокруг, над или под упомянутой осью или как минимум одним из ее фрагментов, протяженностью более 50 мм (например, 100 мм), расположены щели, выполненные с возможностью истечения из них потоков жидкости в виде совокупности плоских пленок с образованием струи, площадь поперечного сечения которой вблизи упомянутой поверхности удовлетворяет условию:

где S_w - площадь поперечного сечения потоков жидкости в струе,

S_c - площадь фигуры, ограниченной контуром, охватывающим щели,

для чего такие щели имеют ширину более 0,5, а длину - более 5 мм.

При этом ось резервуара, с учетом погрешностей изготовления, может представлять собой эллипс, многоугольник либо состоять из частей указанных кривых. Причем она может быть плоской, а может и не быть таковой.

Так, например, ось резервуара может представлять собой окружность.

Щели истечения жидкости могут быть расположены на торцевой, например верхней или нижней, поверхности тела.

По крайней мере некоторые поперечные сечения резервуара могут быть не круглыми.

Патрубок подвода жидкости может быть расположен на боковой, например наружной, поверхности тела.

Патрубок может быть расположен таким образом, что его ось будет направлена под углом, близким к 90°, к контуру, охватывающему щели истечения, в месте пересечения этой оси и контура. Также этот угол может быть близок к 180°.

Возможно расположение патрубка таким образом, что его ось будет направлена под углом, близким к 180°, к боковой внутренней стенке резервуара, со стороны которой этот патрубок входит в резервуар.

Устройство может включать дополнительные патрубки, расположенные таким образом, что ось каждого из них направлена под углом, близким к 90° или 180°, к контуру, охватывающему щели истечения жидкости, в месте пересечения этой оси и контура либо к боковой внутренней стенке резервуара, со стороны которой такой патрубок входит в резервуар.

Патрубки могут быть разным образом ориентированы относительно боковой внутренней стенки резервуара, со стороны которой они входят в резервуар.

Каждая из щелей истечения жидкости может быть расположена таким образом, что угол между вертикальными проекциями этой щели и оси резервуара в месте их пересечения лежит в пределах от 3° до 80°.

Сумма длин щелей может быть больше длины оси резервуара или ее фрагмента, вокруг, над или под которым эти щели расположены.

Патрубок может быть расположен таким образом, что его ось будет направлена под острым или тупым, считая по часовой стрелке, углом к ближайшей к нему щели.

Соседние, ориентированные одинаковым образом относительно оси, или стенки, или ближайших щелей, патрубки могут быть расположены под углами 360°/n, где n - общее число таких патрубков.

Перечень чертежей

На фиг.1 показан общий вид устройства.

На фиг.2 - вид по стрелке А на фиг.1.

На фиг.3 - сечение Б-Б на фиг.1.

На фиг.4 - форма струи при радиальном подводе воды.

На фиг.5 - форма струи при тангенциальном подводе воды вдоль щелей истечения.

На фигурах приняты следующие обозначения:

1 - водовод;

2 - патрубки для радиального подвода воды;

3 и 4 - патрубки для тангенциального подвода воды;

5 - щели истечения;

6 - контур, охватывающий щели истечения;

7 - внутренняя полость водовода;

8 - внутренняя стенка водовода;

Н - высота водяных пленок при радиальном подводе воды;

H₁ - высота водяных пленок при тангенциальном подводе воды;

α₁ - угол развала водяных пленок при радиальном подводе воды;

α₂ - угол развала водяных пленок при тангенциальном подводе воды.

Сведения, подтверждающие возможность реализации изобретения

В материалах заявки везде принято следующее:

Ось резервуара - линия, проходящая через центры тяжести его поперечных сечений.

Торцевая поверхность - поверхность, любые три точки которой лежат в плоскости, преимущественно составляющей с осью резервуара угол 180°.

Боковая поверхность - поверхность, любые три точки которой лежат в плоскости, преимущественно составляющей с осью резервуара угол 90°.

Вблизи - на расстоянии не более 1-2 диаметров струи.

Угол, близкий к некоторому значению, попадает в допуск ±20° от такого значения.

Устройство для создания струи требуемой геометрии содержит тело с предназначенным для движения жидкости внутренним резервуаром, ось которого представляет собой замкнутую кривую, а также патрубок подвода в него жидкости, при этом на наружной поверхности такого тела вокруг, над или под упомянутой осью или как минимум одним из ее фрагментов, протяженностью более 50 мм (например, 100 мм), расположены щели, выполненные с возможностью истечения из них потоков жидкости в виде совокупности плоских пленок с образованием струи, площадь поперечного сечения которой вблизи упомянутой поверхности удовлетворяет условию (1), для чего такие щели имеют ширину более 0,5, а длину - более 5 мм.

В различных вариантах исполнения ось резервуара, с учетом погрешностей изготовления, представляет собой эллипс либо многоугольник либо состоит из частей указанных кривых. В последнем случае она может быть плоской, а может и не быть таковой.

Возможно такое исполнение устройства, что ось резервуара представляет собой окружность.

Щели истечения жидкости располагают на торцевой, например верхней или нижней, поверхности тела.

По крайней мере некоторые поперечные сечения резервуара изготавливают не круглыми.

Патрубок подвода жидкости располагают на боковой, например наружной, поверхности тела.

Патрубок располагают таким образом, чтобы его ось была направлена под углом, близким к 90°, к контуру, охватывающему щели истечения, в месте пересечения этой оси и контура. В другом варианте исполнения этот угол близок к 180°. В этих случаях можно говорить о радиальном или тангенциальном подводе жидкости соответственно.

В еще одном варианте исполнения патрубок располагают таким образом, чтобы его ось была направлена под углом, близким к 180°, к боковой внутренней стенке резервуара, со стороны которой этот патрубок входит в резервуар.

Устройство также изготавливают содержащим дополнительные патрубки, расположенные таким образом, что ось каждого из них направлена под углом, близким к 90° или 180°, к контуру, охватывающему щели истечения жидкости, в месте пересечения этой оси и контура либо к боковой внутренней стенке резервуара, со стороны которой такой патрубок входит в резервуар.

При изготовлении патрубки разным образом ориентируют относительно боковой внутренней стенки резервуара, со стороны которой они входят в резервуар.

Каждую из щелей истечения жидкости располагают таким образом, что угол между вертикальными проекциями этой щели и оси резервуара в месте их пересечения лежит в пределах от 3° до 80°.

Щели изготавливают таким образом, чтобы сумма их длин была больше длины оси резервуара или ее фрагмента, вокруг, над или под которым эти щели расположены. Можно сказать, что проекции щелей на ось резервуара перекрывают друг друга.

Патрубок располагают таким образом, чтобы его ось была направлена под острым или тупым, считая по часовой стрелке, углом к ближайшей к нему щели. Таким образом обеспечивают попутный или поперечный соответственно подвод жидкости к щелям.

Соседние, ориентированные одинаковым образом относительно оси, или стенки, или ближайших щелей, патрубки располагают под углами 360°/n, где n - общее число таких патрубков. Хорошие результаты получаются при n<24.

Один из возможных вариантов исполнения рассмотрен ниже на примере создания водяной струи.

Предлагаемое устройство содержит водовод 1 замкнутой формы некруглого сечения с патрубками 2, 3, 4 подвода воды на боковой, например внешней, стенке. На верхней торцевой поверхности водовода выполнены щели истечения 5, образующие замкнутый контур 6, в котором щели перекрывают друг друга по длине. Через патрубки 2 производится радиальный подвод воды во внутреннюю полость 7 водовода, а через патрубки 3 и 4 производится поочередный тангенциальный подвод воды по касательной к внутренней стенке 8 водовода или к внешней образующей замкнутого контура 6, охватывающего совокупность щелей истечения. При этом патрубки 3 обеспечивают подвод воды вдоль щелей истечения 5 (попутный подвод воды), а патрубки 4 - поперек щелей (поперечный подвод воды).

Подвод воды осуществляется либо через патрубки 2, либо 3, либо 4, например, поочередно. При радиальном подводе воды по патрубкам 2 совокупность щелей истечения формирует компактную вертикальную кольцевую струю, состоящую из отдельных водяных пленок, высотой Н, с небольшим углом развала α₁. При тангенциальном подводе воды формируется вертикальная кольцевая струя в виде снопа с углом развала α₂>α₁. При одинаковом давлении и расходе воды на входе в водовод высота формируемых водяных струй, в зависимости от способа подвода воды, находится в зависимости Н>H₁.

Связь отличительных признаков с заявленным техническим результатом представлена в таблице:

технический результат	№ пунктов формулы изобретения
1)	1, 6, 7, 11, 13, 14, 15, 18
2)	1, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 16, 17, 18
3)	1, 2, 3, 4, 5, 16, 17, 18
4)	1, 2, 3, 6, 7, 11, 13, 14, 15, 18

1. Устройство для создания струи требуемой геометрии, содержащее тело с предназначенным для движения жидкости внутренним резервуаром, ось которого представляет собой замкнутую кривую, а также патрубок подвода в него жидкости, при этом на наружной поверхности такого тела вокруг, над или под упомянутой осью или как минимум одним из ее фрагментов, протяженностью более 50 мм, расположены щели, выполненные с возможностью истечения из них потоков жидкости в виде совокупности плоских пленок с образованием струи, площадь поперечного сечения которой вблизи упомянутой поверхности удовлетворяет условию: где S_w - площадь поперченного сечения потоков жидкости в струе;S_c - площадь фигуры, ограниченной контуром, охватывающим щели, для чего такие щели имеют ширину более 0,5, а длину - более 5 мм.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что вид упомянутой кривой выбран из перечня, включающего: эллипс, многоугольник, либо состоит из частей указанных кривых.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что упомянутая кривая представляет собой окружность.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что упомянутые щели расположены на торцевой поверхности упомянутого тела.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что упомянутые щели расположены на верхней или нижней торцевой поверхности упомянутого тела.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что поперечные сечения упомянутого резервуара не круглые.

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что упомянутый патрубок расположен на боковой поверхности упомянутого тела.

8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что упомянутый патрубок расположен таким образом, что его ось направлена под углом, близким к 90°, к контуру, охватывающему упомянутые щели, в месте пересечения этой оси и контура.

9. Устройство по п.7, отличающееся тем, что упомянутый патрубок расположен таким образом, что его ось направлена под углом, близким к 180°, к контуру, охватывающему упомянутые щели, в месте пересечения этой оси и контура.

10. Устройство по п.1, отличающееся тем, что упомянутый патрубок расположен таким образом, что его ось направлена под углом, близким к 180°, к боковой внутренней стенке резервуара, со стороны которой этот патрубок входит в резервуар.

11. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно включает дополнительные патрубки, расположенные таким образом, что ось каждого из них направлена под углом, близким к 90° или 180°, к контуру, охватывающему упомянутые щели, в месте пересечения этой оси и контура либо к боковой внутренней стенке резервуара, со стороны которой такой патрубок входит в резервуар.

12. Устройство по п.11, отличающееся тем, что упомянутые патрубки разным образом ориентированы относительно боковой внутренней стенки резервуара, со стороны которой такие патрубки входят в резервуар.

13. Устройство по п.1, отличающееся тем, что каждая из упомянутых щелей расположена таким образом, что угол между вертикальными проекциями щели и оси резервуара в месте их пересечения лежит в пределах от 3 до 80°.

14. Устройство по п.1, отличающееся тем, что сумма длин упомянутых щелей больше длины упомянутой оси резервуара или ее упомянутого фрагмента.

15. Устройство по п.1, отличающееся тем, что упомянутые щели расположены на одинаковых расстояниях друг от друга.

16. Устройство по п.1, отличающееся тем, что патрубок расположен таким образом, что его ось направлена под острым, считая по часовой стрелке, углом к ближайшей к нему щели.

17. Устройство по п.1, отличающееся тем, что патрубок расположен таким образом, что его ось направлена под тупым, считая по часовой стрелке, углом к ближайшей к нему щели.

18. Устройство по пп.3 и 11, отличающееся тем, что соседние, ориентированные одинаковым образом относительно упомянутого контура, или упомянутой стенки, или ближайших щелей, патрубки расположены под углами 360°/n, где n - общее число таких патрубков.