ДЕМПФЕР ПОВЕРХНОСТНЫХ КОЛЕБАНИЙ ЖИДКОСТИ Российский патент 2006 года по МПК F16F5/00 F16F6/00 

Изобретение относится к средствам гашения поверхностных колебаний жидкости, заполняющей емкости, установленные на подвижных объектах, в частности - баки летательных аппаратов, на кораблях и т.д.

Известны демпферы поверхностных колебаний жидкости, выполненные в виде жестких перфорированных конструкций, установленных на поверхности жидкости /см. патент США №2920648, кл.137-582, 1960 [1]/, либо в виде жестких перегородок с дросселирующими отверстиями, установленных на внутренней поверхности емкости /см. Рабинович Б.И. Введение в динамику ракет-носителей космических аппаратов. М.: Машиностроение,1975, с.214 [2]/.

Недостатками известных устройств являются низкая эффективность гашения, необходимость серьезного усложнения конструкций емкостей, а также узкий диапазон гашения, что объясняется отсутствием возможности автоматической перестройки демпферов при изменении уровня жидкости в емкости.

Известны также демпферы поверхностных колебаний жидкости, выполненные в виде набора элементов с положительной плавучестью, расположенных на поверхности жидкости /см. Микишев Г.Н. и др. Динамика твердого тела с полостями, частично заполненными жидкостью. М.: Машиностроение, 1968, с.346 [3]/, при этом элементы могут быть выполнены из материалов с различной плотностью в виде связанной в осевом направлении пары плоско-параллельных дисков /см. а.с. СССР №806928, кл. F 16 F 9/02, 1979 [4]/.

Недостатком известных устройств является низкая эффективность гашения колебаний вследствие разобщенности отдельных элементов демпфера, не имеющих механической связи, отсутствия возможности полного перекрытия элементами демпфера поверхности жидкости, низкого гидравлического сопротивления в осевом направлении не связанных с емкостью элементов волновым явлениям при динамических возмущениях, наклона емкости и т.п.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению является демпфер поверхностных колебаний жидкости, выполненный в виде располагаемых на поверхности жидкости элементов с положительной плавучестью, каждый из которых снабжен четным количеством постоянных магнитов, равномерно установленных на его поверхности с чередованием полюсов /см, а.с. СССР №945519, кл. F 16 F 9/02, 1960 [5]/, и принятый за прототип.

Недостатками устройства-прототипа являются сравнительно низкая эффективность гашения колебаний, а также сложность конструкции. Это объясняется полным отсутствием связи единого плавающего демпфера с емкостью /при наличии механических связей элементов между собой/ и, как следствие, - возможностью осевых колебаний демпфера вместе с возмущенными волнами жидкости, а также перекосов и даже опрокидывания демпфера при динамических нагрузках, совместном действии динамических возмущений и наклонов емкости и т.д., трудоемкостью изготовления значительного числа элементов при размещении на каждом из них набора постоянных магнитов, причем, с определенной ориентацией, необходимостью обеспечения положительной плавучести каждого элемента при наличии на нем набора постоянных магнитов,

Сущность изобретения заключается в создании конструкции демпфера поверхностных колебаний жидкости, обеспечивающей одновременное как полное перекрытие всей поверхности жидкости при любом ее уровне в емкости, так и подвижное механическое взаимодействие демпфера со стенками емкости при любых динамических нагрузках и наклонах, что приводит автоматически к высокой эффективности гашения колебаний жидкости.

Технический результат - повышение эффективности гашения поверхностных колебаний и упрощение конструкции демпфера.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном демпфере поверхностных колебаний жидкости, содержащем располагаемый на поверхности жидкости элемент с положительной плавучестью и набор постоянных магнитов, особенность заключается в том, что элемент с положительной плавучестью выполнен в виде плоского герметично закрытого пластикового пакета, частично заполненного воздухом, частично - ферромагнитным порошком, и имеющего поверхностные размеры не менее возможных размеров поверхности емкости, а постоянные магниты свободно установлены на наружной поверхности емкости по периметру зоны расположения поверхности жидкости. При этом в качестве набора постоянных магнитов может быть использован замкнутый аксиально намагниченный контур, выполненный по форме периметра поперечного сечения емкости, свободно и концентрично надетый на емкость.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 схематично изображена емкость с демпфером, продольный разрез; на фиг.2 - вид сверху на фиг.1; на фиг.3 - то же для варианта с замкнутым контуром.

Демпфер поверхностных колебаний жидкости 1 в емкости 2 содержит располагаемый на поверхности жидкости 1 элемент с положительной плавучестью, выполненный в виде плоского, герметично закрытого пластикового пакета 3, частично заполненного воздухом 4, частично ферромагнитным порошком 5, и имеющего поверхностные размеры менее возможных размеров поверхности емкости 2, а также набор постоянных магнитов 6, свободно установленных на наружной поверхности емкости 2 по периметру зоны расположения поверхности жидкости 1. Емкость 2 выполнена из немагнитного материала и ее наружная поверхность не имеет выступов, углублений, элементов крепления и т.п. по высоте изменения уровня жидкости 1, то есть в зоне перемещения магнитов 6. В случае наличия таковых постоянные магниты 6 установлены в местах, свободных в осевом направлении от указанных неоднородностей наружной поверхности. В принципе емкость 2 может быть практически любой формы, в предлагаемом устройстве /фиг.1-3/ приведена реализация с емкостью 2 прямоугольной формы поперечного сечения. В принципе поверхностные размеры пластикового пакета 3 должны совпадать с поперечными размерами поверхности емкости 2. Однако для универсальности и возможности использования одного пакета 3 для различных емкостей 2 размеры пакета 3 должны быть не меньше максимально возможных размеров емкости 2. Если, например, пакет 3 окажется больше по размерам поверхности емкости 2, то соответствующие стороны пакета могут быть просто загнуты /как загнут, например, пакет 3 /см. фиг.1, 2/ в направлении большей стороны прямоугольного сечения емкости 2/. Усилия взаимодействия между ферромагнитным порошком 5 и постоянными магнитами 6 /то есть радиальные усилия, с которыми пакет 3 прижимается по торцам к внутренней поверхности емкости 2/ выбраны недостаточными для компенсации силы тяжести пакета 3 с ферромагнитным порошком 5, то есть удержания пакета 3 в горизонтальном состоянии без действия выталкивавших сил жидкости 1 вследствие положительной плавучести элемента /пакета/ 3. Поэтому при изменении уровня жидкости 1 в емкости 2 пакет 3 будет вместе с магнитами 6 смещаться по высоте емкости 2 и все время оставаться в зоне расположения поверхности жидкости 1. Если же емкость 2 имеет простую форму сечения /круг, прямоугольник и т.п./,то набор отдельных постоянных магнитов 6 /см. фиг.3/ выполнен в виде замкнутого контура 7 соответствующей формы, аксиально намагниченного и свободно надетого на емкость 2 /замкнутый намагниченный контур в принципе также можно считать набором большого числа отдельных магнитов//. Такой вариант предельно упрощает конструкцию, не надо выставлять отдельные магниты, достаточно просто надеть контур 7, а также увеличивает надежность устройства при значительных динамических нагрузках и резких сильных наклонах.

Работа предлагаемого устройства осуществляется следующим образом.

В исходном статическом состоянии под действием сил магнитного взаимодействия ферромагнитный порошок 5 в пакете 3 сместится к периферии пакета 3 максимально близко к магнитам 6, при этом края пакета 3 будут притянуты к внутренней поверхности емкости 2, пакет 3 автоматически займет плоское плавучее положение на поверхности жидкости 1. При действии динамических нагрузок и наклонах емкости 2, приводящих к возникновению активных волновых явлений на поверхности жидкости 1, последние будут эффективно гаситься сплошной поверхностью элемента /пакета/ 3. При этом под действием поверхностных волновых нагрузок возможны малые местные колебания пакета 3 вместе с магнитами 6 вдоль высоты емкости 2, что еще более увеличит эффективность гашения. Это объясняется предельно высокой диссипацией энергии колеблющихся волн за счет сил трения между колеблющимися магнитами 6 и элементом 3 о поверхности емкости 2 при значительных нормальных усилиях, то есть радиальных силах магнитного взаимодействия элемента 3 и магнитов 6. Очевидно, что по сравнений с силами взаимодействия в осевом направлении, позволяющими смещаться магнитам 6 вместе с пакетом 3 по высоте емкости 2 /см. выше/, силы радиального взаимодействия между магнитами 6 и ферромагнитным порошком 5 значительны, что в принципе исключает возможность потери магнитного контакта между магнитами 6 и пакетом 3. Легко убедиться на практике, что, например, при установке постоянного магнита и ферромагнитной шайбы по разные стороны от стенки немагнитной емкости указанные элементы довольно легко сместить вместе вдоль емкости, однако очень трудно оторвать от стенки. Как было сказано выше, при изменении уровня жидкости 1 в емкости 2 элемент 3 автоматически вместе с магнитами 6 смещается в новую зону расположения поверхности жидкости. Магниты 6 механически не связаны друг с другом, поэтому при любых динамических нагрузках, наклонах и перекосах емкости 2 и соответственно поверхности жидкости 1 происходит осевое смещение соответствующих магнитов 6, плоская форма элемента 3 может исказиться, но при этом он постоянно остается в контакте с поверхностью жидкости 1, обеспечивая максимально высокую эффективность гашения колебаний.

Очевидно, что предложенная конструкция демпфера предельно проста, универсальна и имеет повышенные демпфирующие характеристики, демпфирующий элемент полностью перекрывает всю наружную поверхность жидкости, причем, автоматически постоянно прижат к этой поверхности при любом уровне жидкости в емкости.

Изобретение относится к средствам гашения поверхностных колебаний жидкости. Сущность изобретения заключается в том, что демпфер поверхностных колебаний жидкости в емкости содержит располагаемый на поверхности жидкости элемент с положительной плавучестью и набор постоянных магнитов. Элемент с положительной плавучестью выполнен в виде плоского, герметично закрытого пластикового пакета, частично заполненного воздухом, частично - ферромагнитным порошком, и имеющего поверхностные размеры не менее поперечных размеров емкости. Постоянные магниты свободно установлены на наружной поверхности емкости по периметру зоны расположения поверхности жидкости. Техническим результатом является повышение эффективности гашения поверхностных колебаний и упрощение конструкции демпфера. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Демпфер поверхностных колебаний жидкости в емкости, содержащий располагаемый на поверхности жидкости элемент с положительной плавучестью и набор постоянных магнитов, отличающийся тем, что элемент с положительной плавучестью выполнен в виде плоского герметично закрытого пластикового пакета, частично заполненного воздухом, частично - ферромагнитным порошком и имеющего поверхностные размеры не менее поперечных размеров емкости, а постоянные магниты свободно установлены на наружной поверхности емкости по периметру зоны расположения поверхности жидкости.2. Демпфер по п.1, отличающийся тем, что в качестве набора постоянных магнитов использован замкнутый аксиально намагниченный контур, выполненный по форме периметра поперечного сечения емкости, свободно и концентрично надетый на емкость.