Результат интеллектуальной деятельности: СОПЛО

Изобретение относится к области гидродинамики и может быть использовано в устройствах пожаротушения, орошения, охлаждения для формирования устойчивой, закрученной по спирали струи жидкости или струи жидкости и газа с повышенными энергетическими характеристиками.

Известен насадок для подачи подвижной среды, содержащий корпус, в котором рабочий участок насадка выполнен в виде закрученного по спирали канала овального сечения (SU 629936). Насадок позволяет повысить устойчивость струи за счет формирования ее винтообразной структуры. Однако использование известного насадка с рабочим каналом сложной формы связано с повышением гидродинамического сопротивления и к снижению дальнобойности струи.

Известен насадок к устройству для подачи подвижной среды, в корпусе которого выполнен винтовой канал овального сечения, причем рабочий участок насадка выполнен в виде тонкостенной упругой оболочки переменной толщины с возможностью ее деформирования под действием давления жидкости (RU 2099114). Изобретение позволяет улучшить расходные характеристики насадка за счет деформационной адаптации формы винтового канала к изменению напора жидкости. Однако изготовление такого насадка связано с использованием тонкостенных упругих оболочек профилированной толщины из специальных сталей, что существенно усложняет его конструкцию. Кроме того, при использовании такого насадка в экстремальных условиях, связанных с возможностью воздействия на устройство значительных перепадов давления жидкости и температуры окружающей среды, также ударных нагрузок (например, при использовании в пожарном брандспойте), снижается надежность соответствующих устройств.

Задачей изобретения является создание простого и надежного устройства, в частности, пожарного брандспойта, предназначенного для формирования струи жидкости с повышенной устойчивостью и дальнобойностью.

Поставленная задача достигается посредством технического результата, который заключается в формировании с помощью заявляемой конструкции сопла винтообразной струи с повышенными характеристиками устойчивости и дальнобойности. Технический результат достигается тем, что сопло для формирования закрученной по спирали струи жидкости, газа или смеси жидкости и газа, содержит конический конфузор с цилиндрическим выходным каналом, причем ось канала смещена относительно оси конфузора, преимущественно, на расстояние от 0,15 до 0,5 диаметра канала с формированием переходной зоны в области пересечения конической поверхности конфузора и цилиндрической поверхности канала. Технический результат достигается также тем, что угол конического конфузора составляет от 20° до 90°, а длина выходного канала сопла не превышает 3-х его диаметров.

Сущность изобретения основана на установленном автором неожиданном эффекте при истекании сплошной среды из сопла заявляемой конструкции с коническим конфузором и цилиндрическим отверстием, ось которого смещена относительно оси конфузора. Этот эффект заключается в том, что при достаточном напоре жидкости сопло указанной конструкции самопроизвольно формирует на выходе канала струю с высокими характеристиками устойчивости и дальнобойности. При этом образующаяся при истечении из сопла струя самопроизвольно формируется в виде плоской ленты, закрученной вокруг оси струи по крутой винтовой спирали. Описанный диаметр струи и шаг винтовой спирали плавно изменяется при изменении давления жидкости на входе в сопло, при этом струя сохраняет свою устойчивость и дальнобойность в широком диапазоне давления и расхода жидкости. Формирование струи такой формы обусловлено гидродинамическими эффектами истечения, самопроизвольно возникающими в переходной зоне сопла, расположенной в области пересечения конической поверхности конфузора и цилиндрической поверхности канала.

На рисунке приведен продольный разрез сопла предложенной конструкции. Сопло содержит корпус (1), конфузор (2) конической формы с углом раскрытия «v» и осью симметрии (3), выходной цилиндрический канал (4) с осью симметрии (5), диаметром «d» и длиной «h». Ось (5) канала (4) смещена относительно оси (3) конфузора (2) на расстояние «е», заданное в пределах от 0,15 до 0,5 диаметра «d» канала (4). Угол «v» при вершине конфузора (2) составляет от 20° до 90°, а длина «h» выходного канала (5) не превышает 3 «d». В сопле предложенной конструкции формируется переходная зона (6), расположенная в области пересечения конической поверхности конфузора (2) и цилиндрической поверхности канала (4).

Работа сопла осуществляется следующим образом. При подаче жидкости под давлением в конфузор (2) заявляемое сопло самопроизвольно формирует на выходе цилиндрического канала (4) струю жидкости с высокими характеристиками устойчивости и дальнобойности. Указанная струя формируется в виде плоской ленты, закрученной вокруг оси струи по крутой винтовой спирали. Описанный диаметр струи и шаг винтовой спирали в направлении оси струи плавно изменяется при изменении давления жидкости на входе в сопло, при этом струя сохраняет свою устойчивость и дальнобойность в широком диапазоне давления и расхода жидкости. Самопроизвольное формирование струи с описанными выше характеристиками обусловлено гидродинамическими эффектами истечения, возникающими в переходной зоне (7) сопла, которая расположена в области пересечения конической поверхности конфузора (2) и цилиндрической поверхности канала (5).

С наибольшей эффективностью гидродинамические эффекты формирования струи с описанными выше характеристиками реализуются при смещении осей конического конфузора (2) и цилиндрического канала (4) на расстояние «е» от 0,15 до 0,5 диаметра «d» канала, угле «v» конического конфузора, изменяющегося в диапазоне от 20° до 90°, и длине «h» канала сопла, не превышающей 3-х его диаметров «d». При выходе за пределы указанных выше соотношений и значений геометрических параметров заявляемого сопла характеристики устойчивости и дальнобойности образующейся струи жидкости снижаются.

Сопло представляет собой одну деталь предельно простой конструкции, которая изготавливается на обычном токарном станке из одной заготовки. Поэтому изобретение может быть практически использовано в устройствах пожаротушения, орошения, охлаждения, оформления декоративных фонтанов и в других устройствах и технологических процессах, связанных с использованием свойств устойчивой, закрученной по спирали струи жидкости или струи жидкости и газа с повышенными энергетическими характеристиками.