Волнопродуктор Советский патент 1982 года по МПК G01M10/00 

Изобретение относится к экспериментальной гидродинамике при модельных исследованиях волновых движений жидкости, в частности к волнопродукторам.

Известен волнопродуктор, содержащий волнообразунвдий колок.ол с вертикально расположенными плоскими стенками, образующими прямоугольный параллелепипед, нижние кромки которого расположены ниже уровня воды, всасывающую пневматическую магистраль, связанную через запорный орган с полостью волнообразующего колокола, а также связывгиощее последнюю с атмосферой устройство для создания пульсации воздушного давления в полости колокола 1.

Недостаток известного ;,волнопродуктора - низкие эксплуатационные качествавследствие малой стабилизации генерирования крутых волн и низкого коэффициента полезного действия. и,ель изобретения - улучшение эксплуатационных качеств волнопродуктора путем повышения стабилизации генерирования крутых волн и повышения КПД. .

Поставленная цель достигается тем, что устройство для создания

пульсации воздушного давления в полости колокола содержит пневмоцилиндр со штоком и поршнем, а также источник сжатого воздуха, при этом пневмоци-. линдр смонтирован в верхне- части колокола и снабжен закрепленной на конце штока крышкой,а верхняя часть волнообразующего колокола выполнена с люком, кромки которого выполнены

10 сопрягаеьвлми с упомянутой крьшкой, причем щтоковая полость пневмоцилиндра связана пневматическими магистралями через дополнительные запорные органы с атмосферой и с источником .

15 сжатого воздуха, а нижняя часть вслнообразующего колокола выполнена с изогнутым на 90 коленом, имеющим цилиндрические поверхности торцовых стенок, сопряженных с упомянутыми .:

20 плоскими стенками волнообразумцего колокола. .

Кроме того, направляющая цилиндрической поверхности одной торцовой стенки колена образована дугой длиной 90, а направляющая цилиндричес- кой поверхности другой торцовой стенки колена образована дугой длиной 180°.

Пневмоцилиндр снабжен установленной внутри него в нижней части пружиной, сопрягаемой с поршнем, длина которой составляет 1/10 от длины пневмоцилиндра, а отверстие в последнем, связывающее штоковую полост пневмоцилиндра через пневматическую магистраль с атмосферой, расположе-но от нижнего днища пневмоцилиндра на расстоянии, равном 1/3 от длины пневмоцилиндра. На фиг,1 показан схематический разрез волнопродуктора вертикальной плоскостью, параллельной лучу возбуждаемых волн (стрелкой показано направление распространения волн) ; на фиг.2 - узел 1 на фиг.1. Волнообразукяций колокол выше уровня воды имеет форму прямоугольного параллелепипеда, стенки 1 которого, параллельные фронту возбужд емых волн, ниже уровня воды, сопряжены соответственно с торцовыми стенками изогнутого на 90° колена 2, образованными цилиндрической поверхностью а радиуса R и цилиндрической поверхностью Б радиуса.г так что выход из колокола имеет форму сопла 3. Цилиндрическая поверхность а радиусом R имеет направляющую/ об разованную дугой длиной 90°, а цили дрическая поверхность 5 радиусом г имеет образукяцую, образованную дуго длиной 180. При этом размеры колокола составляют: 6 (1-1,5)Н ; Н,(3-4)Н; г (0,2-0,3)Н; где & - ширина колокола; Н - глубина воды в бассейне. ° В верхней части колокола устроен люк 4, сообщающий его полость 5 с атмосферой. Кромки люка 4 выполнены сопрягаемыми с крышкой 6, устрой ство для создания пульсации дае.ени в полости колокола содержит пневмоцилиндр 7, к штоку 8 которого прикреплена крышка 6. Подъем и опускание крышки 6 осуществляется соответ ственно соединением штоковой полости В цилиндра пбд поршнем 9 через запорные органы задвижек 10 и 11 с нагнетающей магистралью 12, связанной с источником давления и соответ ственно с магистралью 13, связанной с атмосферой (не показан). Полость волнообразующего колокола через запорный орган - задвижку 14 подсоединена к всасывающей магистрали 15 воздухопровода. Пневмоцилиндр 7 в верхней части снабжен уплотняющей прокладкой 16, которая обжимается поршнем 9 в верхнем положении и прекращает сообщение верхней части цилиндра с атмосферой. С целью смягчения удара поршня 9 о днище 17 пневмоцилиндра отверстие i в стенке цилиндра, сообщающее штоковую полост В пневмоцилиндра через магистраль 1 с атмосферой, расположено на 1/3 длины цилиндра от его дна, а 1/10 часть длины пневмоцилиндра занята амортизирующей пружиной 18, сопрягаемой с поршн ем 9. Одиночные волны воспроизводятся следующий образом. При включении пневмоцилиндра 7 его поршень 9 поднимается вверх и с помощью крышки 6, прикрепленной к штоку 8, герметично закрывает люк 4. После зтого открывается задвижка 14, а полость 5-волнообразующего колокола сообщается с всасывающей магистралью 15 воздухопровода, что приводит к снижению давления в полости 5 колокола и подъему воды в ней. После достижения водой заданного уровня задвижка 14 перекрывается и с помощью пневмоцилиндра 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, задвижки 10 и 11 закрыты, полость 5 волнообразующего §олокола сообщается с атмосферой через люк 4. Для включения пневмоцилиндра 7 открывается задвижка 10, и под действием воздуха от нагнетающей магистрали 12 поршень 9 поднимается в верхнее положение, герметизируя полость 5 колокола и обжимая эластичную прокладку 16. В этом положении поршень 9 остается до тех пор, пока из полости 5 колокола не откачан воздухи вода в нем не поднимается до заданной отметки, после чего задвижка.14 закрывается. Для воспроизведения одиночной волны одновременн.о открывается задвижка 11 (они могуч быть сблокированы в одном трехпозиционном пробковом кране) и поршень 9 вместе с крышкой 6, находящейся под действием атмосферного давления, падают вниз. На заключительном участке пути длиной Й/з поршень 9 прерывает сообщение штоковой -полости 6 цилиндра с атмосферой, что ведет к смяг- чению удара поршня 9 о днище 17 цилиндра. Дополнительная амортизация достигается пружиной 18. Через 1-2 с после срабатывания волнопродуктора задвижка 11 закрывается, а 10 открывается с тем, чтобы вновь загерметизировать полость 5 волнообразующего колокола до возвращения отраженной от моде ли волны. Подходя, эта волна через реле (не показано) осуществляет со- общение колокола с всасывающей магистралью задвижкой 14 и гасится в колоколе вследствие начавшегося в нем подъема воды. После этого уровень воды в колоколе вновь доводится до расчетной отметки и процесс повторяется. Пневмоцилиндр 9 обладает достаточным быстродействием, полное сообщение полости 5 волнообразующего колокола с атмосферой осуществляется за несколько сотых долей секунды, физической причиной этого является адиабатное (без теплообмена с окружающей средой) истечение воздуха из штоковой полости пневмоцилиндра в атмосферу. Давление здесь падает не только за сче выхода воздуха в атмосферу, но и за счет его охлаждения при расширении. Предлагаемый волнопродуктор обладает улучшенными эксплуатационными качествами вследствие повышенной ста билизации генерирования крутых волн и повышенного КПД за счет снижения в нем гидравлических потерь. Формула изобретения 1. Волнопродуктор, содержащий вол нообразующий колокол с вертикально расположенными плоскими стенками, образующими прямоугольный параллелепипед, нижние кромки которого расположёны ниже уровня воды, всасывающую пневматическую магистраль, связанную через запорный орган с полостью волг нообразующего колокола, а также связывающее последнюю с атмосферой, уст ройство для создания пульсации воздушного давления в полости колокола, отличающийся тем, что, с целью улучшения эксплуатационных качеств путем повышения стабилизации г нерирования крутых волн и повышения КПД, устройство для создания пульсации воздушного давления в полости ко локола содержит пневмоцилиндр со што ком и поршнем, а также источник сжатого воздуха, при этом пневмоцилиндр смонтирован в верхней части колокола и снабжен закрепленной на конце штока крышкой, а верхняя часть волнообразующего колокола выполнена с люком, кромки которого выполнены сопрягае1«ими с упомянутой крышкой, причем штоковая полость пневмоцилиндра связана пневматическими магистралями через дополнительные запорные органы с атмосферой и с источником сжатого воздуха, а нижняя часть волнообразующего колокола выполнена с изогнутым на 90 коленом, имеющим цилиндрические поверхности торцовых стенок, сопряженных с упомянутыми плоскими стенками волнообразующего колокола. 2. Волнопродуктор по П.1, отличающийся тем, что направляющая цилиндрической поверхности одной торцовой стенки колена образована дугой длиной 90, а направляющая цилиндрической поверхности другой торцовой стенки колена образована дугой длиной 180°. , 3. Волнопродуктор по.П.1, отличающийся тем, что пневмоцилиндр сна&жен установленной внутри в нижней части пружиной, сопрягаемой с поршнем, длина которой составляет 1/10 от длины пневмоцилиндра, а отверстие в последнем , связывающее штоковую полость пневмоцилиндра через пневматическую магистраль с атмосферой, расположено от нижнего днища пневмоцилиндра на расстоянии, равном 1/3 от длины пневмоцилиндра. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Смирнов Г.Н. и др. Порты и портовые сооружения. М., Стройиздат, 1979, с.574-578 (прототип).