RU226295U1 - Герметичная ёмкость из сферических слоёв - Google Patents

Abstract

Герметичная емкость собрана из двух открытых емкостей в виде сферических слоев. Каждый сферический слой получен двумя плоскими круговыми срезами исходной сферы. Высота каждого среза обоснована математически, равна 0,254991107 радиуса сферы, считая от поверхности сферы. После выполнения срезов одно отверстие плотно закрывается плоской круговой крышкой, а второе остается свободным, открытым. Плоские круговые срезы могут быть выполнены как в параллельных плоскостях, так и под углом друг к другу, но полученные круговые сечения не должны пересекаться. Недостатком такой известной открытой емкости является ее негерметичность. Добавлять вторую плоскую круговую крышку на второй плоский круговой срез сферического слоя нельзя, потому что математически доказано исчезновение экстремума, максимума целевой функции - отношения объема емкости к площади поверхности. Единственным способом сохранения заданного критерия является стыковка исходных открытых емкостей заданной формы в замкнутую, герметичную конструкцию. Предлагается плотно соединить две открытые емкости из сферических слоев по периметрам свободных, открытых плоских круговых срезов. Соединение может быть разъемным или неразъемным, например, сваркой, пайкой, склеиванием, в зависимости от назначения герметичной емкости. Варианты соединения двух сферических слоев могут быть разные. На первой и второй исходных открытых емкостях плоские круговые срезы могут быть выполнены как в параллельных плоскостях, так и под углом друг к другу. Во всех случаях главным является стыковка по периметрам свободных плоских круговых срезов. Герметичная емкость может быть выполнена с одной или двумя съемными крышками, которые установлены на закрытые или закрывающиеся плоские круговые срезы сферических слоев.

Description

Областью применения полезной модели является хранение и транспортировка газообразных, жидких и сыпучих тел.

В качестве прототипа выбрана «Открытая емкость максимального объема с плоским дном и сферической стенкой» (патент на полезную модель RU 223867 U1, приоритет 19.09.2023, патентообладатель Екимовская А.А.). Эта открытая емкость содержит боковую стенку в форме сферического слоя постоянного радиуса с двумя одинаковыми плоскими срезами сферы и плоское круговое дно, плотно закрывающее нижний плоский срез, отличающаяся тем, что одинаковые плоские срезы сферы выполнены на расстоянии 0,254991107 радиуса сферы, считая от поверхности сферы. Заданное расстояние среза определено математически с любой наперед заданной точностью, оно определяет максимальное отношение объема емкости к площади ее поверхности. Зависимые пункты формулы изобретения в прототипе уточняют расположение срезов исходной сферы. Фиг. 1 иллюстрирует выписку из цитированного патента, когда два одинаковых плоских среза сферической оболочки выполнены в параллельных плоскостях, один срез, например, нижний на иллюстрации, плотно закрыт плоской круговой крышкой, а второй свободный, не закрыт. Фиг. 2 показывает прототип, в котором плоские круговые срезы сферы выполнены в непараллельных плоскостях, но полученные круговые сечения не пересекаются друг с другом. Недостатком такой емкости, выбранной в качестве прототипа, является ее негерметичность. Прототип может применяться, например, в качестве аквариума с особенностями дизайнерского решения, плафона для осветительного прибора, варочной емкости, но в принципе не может быть использован как бак или баллон, которые требуют герметичности, то есть закрытой емкости. Также прототип не может быть применен для перевозки жидких и сыпучих веществ, которые надо защищать от попадания влаги. Например, емкость прототипа в принципе не годится для перевозки цемента, муки или зерна.

Цель разработки нового технического решения заключается в предложении герметичной емкости из сферических слоев с плоскими круговыми крышками с теми же величинами двух относительных срезов каждой сферы, чтобы не нарушался главный критерий оптимальности - максимальная величина отношения объема емкости к суммарной площади поверхности листового материала.

Первый вариант достижения цели новой разработки заключается в плотном, герметичном соединении двух сферических слоев друг с другом по периметру окружностей открытых плоских круговых срезов. Такое соединение может быть выполнено как разъемным, например, резьбовым, так и неразъемным, например, сваркой, пайкой для металлов или склейкой для пластмассовых или деревянных материалов. Другие плоские круговые срезы на сферических слоях закрыты плотными крышками, как в прототипе. Плотное соединение двух негерметичных, открытых емкостей в одну герметичную емкость является главным, существенным признаком предлагаемого нового технического решения. Вариантов такого соединения может быть несколько.

Фиг. 3 иллюстрирует соединение двух негерметичных, открытых сферических слоев в одну герметичную емкость, но при этом оба сферических слоя имеют одинаковые плоские круговые срезы, выполненные в параллельных плоскостях. На иллюстрации две стенки сферических слоев и две плоские круговые крышки обозначены толстой линией. Тонкая линия посередине конструкции обозначает вид сбоку кругового периметра стыковки двух открытых круговых срезов двух сферических слоев. Внутренняя перегородка не устанавливается, иначе будет нарушен принцип оптимальности заданного критерия. Математически введение дополнительной поверхности сразу изменит целевую функцию, поэтому изменится величина оптимального среза в сферических слоях, что в этом техническом предложении не рассматривается. Срезы исходной сферы предполагаются всегда одинаковыми, обеспечивающими максимум отношения объема емкости к площади поверхности листового материала, ограничивающего этот объем. Положительный эффект предлагаемого технического решения заключается не только в герметизации новой емкости, но дополнительно в увеличении одного габарита по сравнению с другими. Это важно для многих областей техники. Например, из вариационного исчисления известно, что лучшим баком, с наибольшей вместимостью и наименьшей площадью поверхности, является сфера. Однако сфера редко применяется в качестве бака по двум причинам. Во-первых, из-за больших одинаковых габаритов по трем измерениям: длине, ширине, высоте. Морской танкер-газовоз с одной сферой не сможет пройти узкие морские каналы, поэтому конструкцию надо удлинять и одновременно сужать. Во-вторых, в бытовых условиях сфера не обладает устойчивостью. Сферические кастрюли не делают, потому что они будут скатываться, опрокидываться. Наличие плоского кругового дна делает новое устройство устойчивым, пригодным для применения не только в технике, но и в быту. Например, такую форму может иметь переносной баллон для природного газа бытовых газовых плит или отопительных устройств. Особенностью первого варианта соединения открытых сферических слоев в герметичную емкость является наличие центральной оси симметрии и вращения конструкции. В других вариантах предлагаемой герметичной емкости центральная ось вращения отсутствует.

Фиг. 4 показывает схему соединения двух негерметичных, открытых емкостей из сферических сегментов с одной плоской круговой крышкой каждый в герметичную емкость, но при этом исходные детали различные. На иллюстрации нижний сферический слой имеет два одинаковых плоских круговых среза в параллельных плоскостях. На верхнем сферическом слое плоские круговые срезы выполнены в непараллельных плоскостях, но при этом полученные круговые сечения не пересекаются друг с другом. Плотная, герметичная стыковка двух сферических слоев выполняется, как в предыдущем варианте, по периметрам открытых плоских круговых срезов. Соединение двух сферических слоев может быть как разъемным, так и неразъемным, как в предыдущем варианте. Этот вариант конструкции тоже обладает устойчивостью, потому что имеет плоское круговое дно, но не обладает математическим свойством оси вращения, не является телом вращения с математической точки зрения. В технике такие формы герметичных емкостей нужны, когда в техническом задании есть требование на размещение баков или баллонов в отсеках сложной формы, когда конструкцию надо изгибать. В этом варианте герметичной емкости изгиб конструкции не является симметричным, потому что верхний сферический слой повернут относительно нижнего, и формы двух сферических слоев различные.

Фиг. 5 показывает, как можно выполнить симметричный разворот сферических слоев в предлагаемой герметичной емкости. Для этого надо изготовить два сферических слоя с одинаковыми плоскими круговым срезами, но развернуть плоскости срезов на двух исходных сферах на одинаковые углы. Стыковка двух сферических слоев, разъемная или неразъемная, как в предыдущих вариантах, выполнятся по периметрам открытых плоских круговых срезов двух сферических слоев. Другие два плоских круговых среза на каждом их сферических слоев заранее закрыты плоскими круговыми крышками, как в прототипе. В результате получается герметичная емкость из двух сферических слоев с двумя плоскими круговыми крышками. Однако особенностью этого варианта соединения является возможность отказаться от одинаковых углов между плоскостями срезов в двух сферических слоях. При этом изгиб, излом компоновочной схемы по осевым линиям не будет симметричным, что увеличивает свободу конструктора при проектировании баков или баллонов по специальным техническим заданиям. Устойчивость конструкции сохраняется, потому что есть плоское круговое дно. Значит, предлагаемый вариант компоновки можно применять в быту. Но надо учесть, что не при всех углах между плоскостями плоских круговых срезов будет выполнено требование устойчивости, каждый случай надо отдельно изучать на предмет устойчивости или возможности опрокидывания емкости.

Фиг. 6 показывает герметичную емкость из двух сферических слоев, в которой один плоский круговой срез закрыт съемной крышкой. Единичная съемная крышка может быть выполнена в любом из перечисленных вариантов соединения сферических слоев по периметрам открытых плоских круговых срезов. Фиг. 6 показывает пример такой крышки на емкости из двух сферических слоев с плоскими круговыми срезами на обеих исходных сферах. Такой вариант актуален для бытовой техники. Например, большая кухонная кастрюля не поместится на плиту. Цилиндрическое ведро не всегда рационально по выбранному показателю качества и критерию. Зато предлагаемая герметичная или просто прикрытая кухонной крышкой кастрюля имеет увеличенную высоту и уменьшенный диаметр, но в то же время обладает максимальным отношением объема к площади листового материала. Форма сложнее цилиндрической, но зато материала может потребоваться меньше, себестоимость продукта снизится. Съемная крышка может быть выполнена как герметичной, например, с резьбовым соединением и прокладкой или уплотнительной смазкой, так и бытовой - просто прикрыта, такого понятия герметичности часто вполне достаточно для бытовых применений.

Наконец, фиг. 7 показывает вариант герметичной емкости из двух сферических слоев с двумя съемными крышками. Такой вариант тоже актуален для техники и быта. Например, наличие двух съемных крышек значительно упрощает чистку емкости. Подобные устройства предусмотрены в бетоновозах для чистки емкостей от застывшего раствора цемента. Технологические крышки есть в железнодорожных и автомобильных цистернах, перевозящих сыпучие вещества: муку, цемент, песок, грунт, гальку, гравий, опилки, руду и т.д. Сыпучие вещества могут слипнуться в комки, поэтому необходим технологический доступ для освобождения емкости.

Таким образом, цель технического решения достигнута. Предложены самые простые варианты конструкции герметичной емкости из сферических слоев, позволяющие выполнять расширенный перечень требований технических заданий конструкторов.

Claims (6)

1. Герметичная емкость из сферических слоев, содержащая боковую стенку в форме сферических слоев постоянного радиуса, каждый сферический слой выполнен с двумя плоскими одинаковыми срезами на расстоянии 0,254991107 радиуса сферы, считая от поверхности сферы, один плоский круговой срез каждого сферического слоя плотно закрыт плоской круговой крышкой, второй плоский круговой срез каждого сферического слоя оставлен свободным, отличающаяся тем, что герметичная емкость изготовлена из двух сферических слоев, два сферических слоя соединены друг с другом по периметру свободных плоских круговых срезов.

2. Герметичная емкость из сферических слоев по п. 1, отличающаяся тем, что в двух сферических слоях четыре плоских среза двух сфер выполнены в параллельных плоскостях, после соединения двух сферических слоев герметичная емкость имеет центральную ось симметрии.

3. Герметичная емкость из сферических слоев по п. 1, отличающаяся тем, что в первом сферическом слое два плоских среза сферы выполнены в параллельных плоскостях, а во втором сферическом слое два плоских среза сферы выполнены в непараллельных плоскостях без пересечения полученных круговых сечений, после соединения двух сферических слоев первый сферический слой имеет центральную ось симметрии, а второй сферический слой не имеет центральной оси симметрии.

4. Герметичная емкость из сферических слоев по п. 1, отличающаяся тем, что в первом и во втором сферическом слоях пары плоских срезов сфер выполнены в непараллельных плоскостях без пересечения круговых сечений, после соединения двух сферических слоев оба сферических слоя не имеют центральной оси симметрии.

5. Герметичная емкость из сферических слоев по пп. 1-4, отличающаяся тем, что одна плоская круговая крышка выполнена съемной с плоского кругового среза одного сферического слоя.

6. Герметичная емкость из сферических слоев по пп. 1-4, отличающаяся тем, что две плоские круговые крышки выполнены съемными с плоских круговых срезов двух сферических слоев.

Images