Воронка Российский патент 2020 года по МПК B67C11/00 

Изобретение относится к области конструкции устройств для распределения жидких веществ или для перемещения их из одной емкости в другую емкость с узкой горловиной. Конструкция может быть использована для хозбытовых и промышленных нужд, для обслуживания автотранспортной техники и в технических энергосиловых объектах, эксплуатируемых в полевых условиях.

Известна воронка, содержащая надставку, конус, горлышко, спиралевидный конический элемент, расположенный в конусе (см. патент на полезную модель №128197). Недостаток известной конструкции: медленное истечение жидкости через воронку по причине конструктивного гидродинамического несовершенства конуса, спиралевидного конического элемента и горлышка.

Указанный недостаток устранен в заявляемом изобретении, которое направлено на решение задачи увеличения скорости истечения жидкости через воронку.

Поставленная цель увеличения скорости истечения жидкости в заявляемом изобретении конструктивно достигается тем, что в воронке, содержащей надставку, конус, горлышко, спиралевидный конический элемент, расположенный в конусе, согласно предлагаемому изобретению, в поперечном сечении надставка, проточная часть конуса и горлышка выполнены в виде геликоидной поверхности , при этом геликоидная поверхность в конусе и в горлышке выполнена сужающейся и спирально закрученной с увеличением длины шага закрутки от входа конуса к выходу горлышка, геликоидная поверхность имеет основной и дополнительные спирально геликоидные выступы, закрученные противоположно закрутке геликоидной поверхности с увеличенным, по отношению к шагу закрутки геликоидноцй поверхности, шагом закрутки, который увеличивается от входа конуса к выходу горлышка, а ускоряющееся спиралевидное вращательное движение жидкости внутри воронки обеспечивается формой и закруткой геликоидной поверхности, закруткой основного и дополнительных выступов, а также созданием дополнительными спирально геликоидными выступами «жидкостного подшипника», по которому скользит с минимальным трением основной спирально закрученный ускоряющийся поток жидкости при ее истечении из воронки.

Чертеж заявляемой конструкции приведен на фиг. 1 при фронтальном виде, на фиг. 2 при виде сверху, на фиг. 3 в сечении Б-Б по первому повороту геликоидного канала на 90°, на фиг. 4 в сечении В-В спирально геликоидного горлышка.

На фиг. 1-4 позициями обозначены следующие элементы:

1-спирально геликоидный конус,

2 – спирально геликоидное горлышко,

3- основной спирально геликоидный выступ,

4-дополнительные спирально геликоидные выступы,

5- геликоидная поверхность,

6- направление закрутки геликоидной поверхности,

7- малая ось геликоидной поверхности,

8- большая ось геликоидной поверхности,

9-направление вращения основного периферийного вихря,

10- направление вращения дополнительного периферийного вихря,

11-гиперболическая поверхность,

12-линии закрутки спирально геликоидных основного и дополнительного выступов,

13- линии закрутки спирально геликоидного канала,

14-надставка.

Линии перегиба поверхностей условно не показаны. Стенка воронки по толщине изображена условно совпадающей с линией наружного контура. Линии 12 закрутки спирально геликоидных основного и дополнительного выступов, а также линии 13 закрутки спирально геликоидного канала условно показаны на фронтальном виде фиг. 1 только по лицевой стороне.

Назначение и взаимодействие элементов следующее.

Спирально геликоидный конус 1 служит для первоначального приема жидкости (на фиг. 1-4 жидкость условно не показана) и придания ей вращательного движения 9 с одновременным подводом ее на вход спирально геликоидного горлышка 2.

Сверху спирально геликоидного конуса 1 располагается цилиндрическая надставка 14, служащая для устранения перелива жидкости через край воронки при заполненном жидкостью конусе 1.

По геометрической форме очертания верхнего и нижнего основания надставки 14 являются геликоидами, которые по размерам в поперечном сечении соответствуют очертанию геликоидной поверхности 5 на входе в конус 1 (фиг. 2).

Переход конуса 1 в горлышко 2 осуществляется геометрически плавно по гиперболической поверхности 11, которая позволяет, по сравнению с известной конструкцией, не имеющей плавного перехода по гиперболической поверхности, снизить потери механической энергии струи на трение и повысить скорость истечения жидкости через воронку.

Спирально геликоидное горлышко 2 служит для окончательной подачи жидкости в емкость с узкой горловиной (на фиг. 1-4 емкость не показана). Внутри спирально геликоидного конуса 1 контакт воронки с жидкостью осуществляется по геликоидной поверхности 5, имеющей основной спирально геликоидный выступ 3 и дополнительные спирально геликоидные выступы 4.

Геликоидная поверхность 5 в поперечном сечении перпендикулярном оси воронки имеет соотношение малой 7 и большой 8 осей 0,47…0,75.

Геликоидная поверхность 5 образует непрерывный геликоидный канал, который в элементах фиг. 1 обозначен как спирально геликоидный конус позицией 1 и как спирально геликоидное горлышко позицией 2 с переходным участком между ними по гиперболической поверхности 11.

Шаг закрутки спирального геликоидного канала, образованного поверхностью 5 в конусе 1 и далее в горлышке 2 переменный и увеличивается по мере увеличения длины канала. На входе конуса 1 закрутка спирального геликоидного канала минимальна.

Наличие в заявляемой конструкции геликоидной поверхности, образующей на всем протяжении проточной части воронки спирально закрученный геликоидный канал уменьшающегося сечения и с увеличивающися шагом закрутки, а также наличие выступов 3, 4 с противоположной по отношению геликоидному каналу закруткой позволяет достигнуть конструктивное гидродинамическое совершенство проточной части заявляемой воронки и достигнуть положительного технического результата – увеличения скорости истечения жидкости через заявляемую воронку, по сравнению с известной конструкцией воронки.

В известной конструкции закрутка жидкости происходит только в конусе с последующей потерей скорости вращательного движения и скорости истечения в горлышке за счет сил трения жидкости о стенки горлышка.

В заявляемой конструкции основной спирально геликоидный выступ 3 по форме выполнен в виде геометрической поверхности второго порядка с острого конца геликоида.

Основной спирально геликоидный выступ 3 служит для непрерывного закручивания струи жидкости в направлении 9, которое противоположно направлению 6 закрутки геликоидного канала (на фиг. 1-4 канал позицией не обозначен), образованного геликоидной поверхностью 5.

Наличие в заявляемой конструкции основного спирально геликоидного выступа 3 в конусе и горлышке 2 с закруткой по линии 12 с увеличивающимся шагом обеспечивает конструктивное гидродинамическое совершенство проточной части воронки, проявляющееся в том, что закрутка периферийного вихря 9 происходит непрерывно с ускорением потока жидкости и с увеличением скорости истечения.

Сечение геликоидного канала несимметричное и выступ 3 по длине канала вследствие закрутки его закрутки незначительно сдвигается к острому концу геликоида по мере удлинения канала.

Так как на выступе 3 вследствие возрастания скорости потока жидкости понижается ее локальное давление, то в связи с опережением закрутки выступа 3 по отношению к закрутке канала происходит дополнительное возрастание скорости истечения жидкости и достигается положительный технический эффект.

В известной конструкции локального понижения давления жидкости при ее движении не происходит и скорость движения струи жидкости в горлышке постоянна.

Дополнительные спирально геликоидные выступы 4 в количестве трех выполнены в виде поверхностей второго порядка с меньшими геометрическими размерами по сравнению с выступом 3 и служат для возбуждения дополнительного вихря 10, который представляет собой своеобразный «жидкостной подшипник» для уменьшения трения, на котором перемещается основная струя жидкости с направлением вращения 9.

Наличие в заявляемой конструкции дополнительных выступов 4 по всей длине внутренней проточной части конуса 1 и горлышка 2 позволяет достигнуть заметного повышения гидродинамического совершенства проточной части воронки за счет уменьшения сил трения жидкости о стенки и увеличить скорость истечения жидкости.

Этим достигается дополнительный положительный технический результат, по сравнению с известной конструкцией, в которой дополнительных выступов не имеется и уменьшения сил трения не происходит.

Относительно закрутки 6 геликоидной поверхности с наклоном по линии 13 выступы 3 и 4 непрерывно по всей длине конуса 1 и горлышка 2 закручены в противоположном направлении с наклоном по линии 12, совпадающим с направлением ускоряющегося вращения основного периферийного вихря 9.

За начало закрутки 13 геликоидного канала, образованного геликоидной поверхностью 5, принимается положение острого конца геликоида на входном участке геликоидного конуса 1 с соответствующим при этом положением выступов 3 и 4.

Шаг спиральной закрутки выступов 3 и 4 гораздо больше шага спиральной закрутки геликоидного канала с направлением вращения основного периферийного вихря 9 и при этом шаг увеличивается по длине канала. При этом геометрическое положение выступов 3 и 4 относительно острого конца геликоида изменяется незначительно.

Конструктивные особенности элементов воронки: форма спирально геликоидного конуса 1 и горлышка 2 образуют спирально закрученный геликоидный канал (на фиг. 1-4 геликоидный канал позицией не показан), образованный геликоидной поверхностью 5, закрученные выступы 3 и 4, плавный по гиперболической поверхности 11 переход конуса 1 в горлышко 2 технологически между собой связаны и образуют техническое решение задачи по гидродинамическому совершенствованию проточной части воронки и повышению скорости истечения жидкости через воронку.

Показанная на фиг. 1-4 заявляемая конструкция с расположением геликоидной поверхности 5, выступов 3,4, правым направлением закрутки 6 геликоидной поверхности, левой закруткой выступов 3,4 и левым вращением основного периферийного вихря 9 предназначена для воронок, используемых в Северном полушарии Земли.

Для воронок, используемых в Южном полушарии Земли, заявляемая конструкция является зеркальным отражением по отношению к фиг. 1-4, то есть наиболее полный получаемый конечный результат гидродинамического совершенства проточной части воронки проявляется при правом направлении вращения основного периферийного вихря 9.

Заявляемая конструкция работает следующим образом.

Первоначально налитая в конус 1 жидкость в виде первичной струи начинает двигаться преимущественно от острого конца геликоида к центру воронки по криволинейной траектории в направлении 9 из-за наличия выступа 3 (фиг. 2).

При соприкосновении с выступами 4 часть двигающейся жидкости приобретает на периферии дополнительное вихревое движение 10, относительно которого основное количество жидкости движется с меньшим трением, по сравнению с трением жидкости о стенку воронки в известной конструкции.

На этой стадии в заявляемой конструкции достигается положительный технический результат повышения скорости истечения за счет уменьшения сил трения жидкости, по сравнению с известной конструкцией.

При дальнейшем движении жидкости из-за наличия выступа 3 скорость движения первичной струи возрастает, так как вследствие силы тяжести струя по вертикали перемещается к горлышку и из-за сужения проходного сечения выступом 3 скорость движения первичной струи возрастает на более раннем участке (фиг. 3).

Так как струя жидкости двигается по спирали с увеличивающимся шагом и поперечное сечение канала сужается, то при контакте с первичной струи с выступами 4 на более низком уровне в сечении В-В (фиг. 4) дополнительный периферийный вихрь уменьшает силу трения.

Основной спирально геликоидный выступ 3 по всей длине проточной части из-за увеличенного шага линий 12, по сравнению с закруткой геликоидной поверхности 5 по линиям 13, воздействует с опережением по созданию области пониженного давления по длине канала, то есть скорость потока жидкости непрерывно возрастает.

За счет этого в заявляемой конструкции достигается положительный технический эффект увеличения скорости истечения из горлышка воронки, по сравнению с известной конструкцией, которая в горлышке спиральных закручивающих элементов не имеет.

Изобретение относится к области конструкции устройств для распределения жидких веществ или для перемещения их из одной емкости в другую емкость с узкой горловиной. Конструкция может быть использована для хозбытовых и промышленных нужд, для обслуживания автотранспортной техники и в технических энергосиловых объектах, эксплуатируемых в полевых условиях. Заявляемое изобретение направлено на решение задачи увеличения скорости истечения жидкости через воронку. Поставленная цель увеличения скорости истечения жидкости в заявляемом изобретении конструктивно достигается тем, что в воронке, содержащей надставку, конус, горлышко, спиралевидный конический элемент, расположенный в конусе, согласно предлагаемому изобретению в поперечном сечении надставка, проточная часть конуса и горлышка выполнены в виде геликоидной поверхности, при этом геликоидная поверхность в конусе и в горлышке выполнена сужающейся и спирально закрученной с увеличением длины шага закрутки от входа конуса к выходу горлышка, геликоидная поверхность имеет основной и дополнительные спирально геликоидные выступы, закрученные противоположно закрутке геликоидной поверхности с увеличенным по отношению к шагу закрутки геликоидной поверхности шагом закрутки, который увеличивается от входа конуса к выходу горлышка, а ускоряющееся спиралевидное вращательное движение жидкости внутри воронки обеспечивается формой и закруткой геликоидной поверхности, закруткой основного и дополнительных выступов, а также созданием дополнительными спирально геликоидными выступами «жидкостного подшипника», по которому скользит с минимальным трением основной спирально закрученный ускоряющийся поток жидкости при ее истечении из воронки. 4 ил.

Воронка, содержащая надставку, конус, горлышко, спиралевидный конический элемент, расположенный в конусе, отличающаяся тем, что в поперечном сечении надставка, проточная часть конуса и горлышка выполнены в виде геликоидной поверхности, при этом геликоидная поверхность в конусе и в горлышке выполнена сужающейся и спирально закрученной с увеличением длины шага закрутки от входа конуса к выходу горлышка, геликоидная поверхность имеет основной и дополнительные спирально геликоидные выступы, закрученные противоположно закрутке геликоидной поверхности с увеличенным по отношению к шагу закрутки геликоидной поверхности шагом закрутки, который увеличивается от входа конуса к выходу горлышка, а ускоряющееся спиралевидное вращательное движение жидкости внутри воронки обеспечивается формой и закруткой геликоидной поверхности, закруткой основного и дополнительных выступов, а также созданием дополнительными спирально геликоидными выступами «жидкостного подшипника», по которому скользит с минимальным трением основной спирально закрученный ускоряющийся поток жидкости при ее истечении из воронки.