Волнопродуктор Советский патент 1984 года по МПК G01M10/00 

VI

со Изобретение относится к экспериме тальной гидродинамике при модельных исследованиях волновых движений жидкости. По основному авт.св. № 966519 известен волнопродуктор содержащий волнообразукнций колокол с вертикально расположенными плоскими стенками образукшщми прямоугольный параллелепипед нижние кромки которого расположены ниже уровня воды Cl J. Недостатками этого волнопродуктора являются низкий коэффициент полезного 7 ействия, сложность конструк ции пневмоцилиндра и низкие эксплуатационные качества при генерировании одиночных волн. Цель изобретения - улучшение , эксплуатационных качеств волнопродуктора. Поставленная цель достигается те что в волнопродукторе, содержащем волнообразукяций колокол с вертикалъ расположенными плоскими стенками, образующими прямоугольный параллеле пипед, нижние крсмки которого расположены ниже уровня воды, полость волнообраззпощего колокола связана пневматическими магистралями через запорные органы со штоковой полость пневмоцилиндра и с электроконтактны вакуумметром, передняя стенка волно образующего сопла выполнена в виде поплавка и посредствен гибкого-шарнира закреплена к передней вертикал ной стенке колокола, а в верхней части колокола установлен предохранительный клапан. Кроме того, передняя стенка сопл снабжена уплотняющей прокладкой с отверстиями, полости которых сообще ны через запорный орган с всасывающей магистралью источника сжатого воздуха, На фиг.1 показан волнопродуктор, схематичный разрез, вертикальной плоскостью, параллельной лучу возбуждаемых волн (без разреза тела поплавка и з лотнякицей прокладки, стрелкой показано направление распр деления волн), на фиг.2 - з плотнительная прокладка, на фиг.З - электрическая схема, на фиг.4 - пневматическая схема установки. Волнообразующий колокол в верхней своей части имеет форму пряноугольного параллелепипеда, стенки 1 которого, параллепьшле фронту возбуждаемых волн, в нижней части сопряжены соответственно с торцовыми стенками изогнутого на 90 колена 2, образованными цилиндрической поверхностью а радиуса R и цилиндрической поверхностью S переменного радиуса, так, что выход из колокола имеет форму сопла 3 переменного сечения , зависящего от уровня воды в волновом лотке Нц. Цилиндрическая поверхность а радиусом R имеет направляющую, образованную дугой длиной 90°. Цилиндрическая поверхность 6 переменного радиуса г. При этом размеры колокола составляют: В (0,7-1,0) Н„; Н (3-3,5) Н„, R 0,8 H,R 1,1 Hf, причем 0,2 Нц4 г Н, где В - ширина колокола, HH - наибольшая глубина в волновом лотке. В верхней части колокола устроен люк 4, сообщали его полость 5 с атмосферой. Кромки люка 4 выполнены сопрягаемыми с крьш1кой 6, устройство для созданий разряжения в полости колокола содержит пневмоцилиндр 7, к Штоку 8 которого прикреплена крьш1ка 6. Подъем и опускание крьшаки 6 осуществляется соответственно соединением штоковой полости 6 цилиндра под поршнем 9 через запорный орган задвижки 10с нагнетающей магистралью 11, связанной с источником давления, либо с полостью волнообразующего колокола 5 через патрубок 12. Кроме того, полость волнообразукмцего колокола через запорные органы - задвижку 13 и электромагнитный клапан 14 присоединена к всасывакяцей магистрали 15 источника сжатого воздуха. С целью смягчения удара поршня 9 о днище 16 пневмоцилиндра 1/10 часть длины пневмоцилиндра занята амортизирующей конической пружиной переменной жесткости 17, сопрягаемой с поршнем 9. Передняя цилиндрическая стенка 18 волнообразующего сопла вьтолнена из материала с положительной плавучестью и посредством шарнира 19 присоединена к стенке 1 колокола, кроме того она снабжена уплотняющей прокладкой 20 с отверстиями 21. Полости отверстий через гибкий рукав 22 и запорный орган 23 сообщены с всасывающей магистралью 15 источника сжатого воздуха. Сопло переменного сечения 3 обра зовано продолжением боковых стенок волнообразующего колокола, радиус R которых переходит в радиус R, представляющей собой расстояние от оси шарнира 19 до кромки цилиндр ческой поверхности, образованной радиусом R, кромкой цилиндрической поверхности, образованной дугой 90° и частью поверхности подвижной стен ки 18, направляющая которой представляет собой часть эллипса (115 отсчитанных от малой оси). Полость волнообразующего колокол 5 через соединительньй патрубок сое динена с электроконтактным вакуумет ром 24, контакт 25 которого замыкае электрическую цепь световой 26 и звуковой 27 сигнализации, а также электрическую цепь катушки 28 электромагнитного клапана 14. При помощ переключателя 29 происходит отключение электрической сети. В верхней части волнообраззтощего колокола смонтирован предохранительный клапан 30, связывающий через патрубок 31 полость 5 колокола с атмосферой. Одиночные волны воспроизводятся след5Ш)щим образом. Развернув задвижку 10, соединяем нагнетающую магистраль 11 со штоковой полостью в пневмоцилиндра 7, поршень 9 при этом поднимается ввер и крьш1ка 6 герметично закрывает люк 4. Затем создают разряжение в полос тях отверстий 21,. для чего сообщают их через гибкий рукав 22 и запорный орган 23 со всасывающей магистралью После этого поворотом запорного органа 23 полости отверстий 21 отсекают от магистрали 15. При этом стенка 18 находится в зафиксированном положении на плаву Поворотом задвижки 13 полость волнообразующего колокола 5 через нормально открытый электромагнитный клапан 14 сообщают с магистралью 15 воздухопровода, что приводит к снижению давления в полости 5 колокола и подъему воды в ней. После достижения водой заданного уровня задвижкой 13 отсекают полость колокола 5 от магистрали 15 и сообщают последнюю с атмосферой; С помощью пневмоцилиндр.а 7 опускается крышка 6, Вода, выходя из сопла 3,.возбуждает одиночную волну. Пневмоцилиндр 7 работает при этом следующим образом. В начальном положении до работы волнопродуктора поршень 9 находится в нижнем положении, задвижка 10 закрыта, полость 5 волнообразующего колокола сообщена с атмосферой через люк 4. , Для включения пневмоцилиндра 7 открывают задвижку 10 таким образом, что отсекается соединительный патрубок 12 и соединяется штоковая полость 8 пневмоцилиндра 7 с нагнетательной магистралью 11. Под действием воздуха от нагнетающей магистрали 11 поршень 9 поднимается в верхнее положение, герметизируя полость 5 колокола. В этом положении поршень 9 остается до тех пор, пока из полости 5 колокола не будет откачан воздух и вода в нем не поднимется до заданной отметки, после чего задвижкой.13 отсекают полость волнообразующего колокола 5 от всасьшающей магистрали 15 и сообщают последнюю С атмосферой. Для воспроизведения одиночной .волны задвижкой 10 отсекают нагнетательную магистраль 11 и сообщают штоковую полость в пневмоцилиндра 7 с полостью 5 колокола, поршень 9 вместе с крьш1кой 6, находящейся под действием атмосферного давления, паДают вниз. На заключительном участке пути длиной /10 -поршень 9 амортизируется на конической пружине 17 переменной жесткости. При необходимости получить подряд несколько одиночных волн одинаковых параметров (одинаковой высоты) переключателем 29 включается электрическая цепь электроконтактного вакуумметра. При достижении заданной высоты воды в колоколе (достижении определенного разряжения в полости колокола) замыкается контакт 25 и питание поступает на электрическую цепь световой 26 и звуковой 27 сигнализации, а также на катушку 28 электромагнитного клапана 14. Тем самым перекрывается сообщение полости 5 волнообразующего колокола с всасывающей магистралью 15, и подается команда о готовности волнопродуктора к повторению цикла воспроизводства одиночной волны высотой одинаковой для этой серии волн. Затем поворотом задвижки 13 отсекают сооб щение полости 5 волнообразующего колокола с всасьшающей магистралью 15 и сообщают последнюю с атмосферой. Переключателем 29 отключают питание от электрической сети световой и звуковой сигнализации и от катушки 28 электромагнитного клапан что приводит к открытию клапана и дает возможность повторить цикл воспроизводства одиночной волны. В случае достижения недопустимог поднятия уровня воды в колоколе .волнопродуктора срабатывает предохранительньй клапан 30, перепуская при этом воздух из атмосферы в полость колокола 5, что приводит к повьшению давления в полости 5 коло кола и тем самым к прекращению роста высоты воды в полости колокола . Пневмощшиндр 7 обладает улучшен ным быстродействием, полное сообщение полости 5 волнообразующего колокола с атмосферой осуществляется за несколько тысячных долей секунды физической причиной этого является адиабатное (без теплообмена с окружающей средой) истечение воздуха из штоковой полости пневмоцилиндра в полость колокола с давлением ниже атмосферного. Этому содействует уве личенная алгебраическая разность между давлением воздуха в штоковой полости и в полости волнообразующег колокола 5. Кроме-того перепуск воз духа из штоковой полости пневмоцилиндра в полость колокола дает определенный дополнительный импульс давления воздуха находящейся в колоколе воде. Улучшенное быстродействие (умень шение времени на выравнивание давлений в полости колокола с атмосфер ным) приводит к увеличению высоты воды в колоколе, с которой вода падает с ускорением свободного падения. Кроме того, улучшенное быстродействие пневмоцилиндра приводит к снижению времени приложения повышенных ускорений на движзпцие массы пневмоцилиндра (поршень, шток и крьш1ка)., т.е. к уменьшению силы, с которой подвижные массы воздействуют на пружину 17 и днище пневмодилиндра 16. Разворот на шарнире передней стенки 18 сопла приводит к снижению гидравлических потерь при работе на разных глубинах воды в волновом лотке, происходящих за счет завихрений- в- сторону -првт«воположную НИИ в сторону,противоположнзтз направлению распространению волн, и к лучшему распределению энергии падающей воды по всей глубине воды в волновом лотке. Предлагаемьй волнопродуктор обладает улучшенными эксплуатационным качествами, удобством эксплуатации вследствие повьщ1енной стабилизации генерирования крутых волн и повышенного КПД эа счет более полного использования потенциальной энергии приподнятой воды, дополнительного импульса от перепущенного воздуха из штоковой полости пневмо191линдра и за счет снижения в нем гидравлических потерь, а также относительной простотой изготовления пневмоцилиндра . Технические преимущества изобретения по сравнению с известным волнопродуктором состоят в более высокой энергетической эффективности установки, в повьшенной стабилизации генерирования одиночных волн, относительной простоте изготовления пневмоцилиндра . Общественно полезные преимущества изобретения заключаются в улучшении удобства обслуживания и в повышении качества процесса воспроизведения одиночных волн. Предлагаемое устройство в части сообщения штоковой полости пневмоцилиндра с полостью колокола используется на имеющемся волнбпродукторе, что позволяет попучать волны большой высоты при меньших энергозатратах. Направление л распространений Волн /J ;

23 15

20

1. ВОЛНОПРОДУКТОР по а9Т.св. № 966519, отличающийся тем, что, с целью улучшения его эксплуатационных качеств, полость воянообразукицего колокола связана пневматическими магистралями через запорные органы со штоковой полостью пневмоцилиндра и с электроконтактным вакуумметром, передняя стенка волнообразукщего сопла вьшолнена в виде поплавка и посредством гибкого шарнира закреплена к передней вертикальной стенке колокола, .а в веркней части колокола установлен предохранительный клапан. 2. Волнопродуктор по п.1, о т л ичающийся тем, что передняя стенка сопла снабжена уплотняющей прокладкой с отверстиями, полости которых сообщены через запорный орган с всасывающей магистралью источника сжатого воздуха.( О) С

i

Источник, питания

Т

23 25 фиг.д

|27 КЭН1 28

2В