RU2574756C1

RU2574756C1 - Directing head for fluid distribution

Info

Publication number: RU2574756C1
Application number: RU2015119402/05A
Authority: RU
Inventors: Тобиас ШТРАНД
Original assignee: Сканска Свериге Аб
Priority date: 2012-11-01
Filing date: 2013-11-01
Publication date: 2016-02-10

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: in a directing head (100) for liquid distribution with speed, in the volume of another, in essence, standing liquid a group of flowing channels (150, 160, 170) is made. Each of the flowing channels has an input configured for fluid reception from the pipe, and an output. One channel of the group of the flowing channels (150, 160, 170) is the central flowing channel (160). The first and second channels of the group of the flowing channels (150, 160, 170) are peripheral flowing channels (150, 170). Outputs (152, 172) of the peripheral flowing channels (150, 170) are located at each side of the output (162) of the central flowing channel (160). An input of the first peripheral flowing channel (150) surrounds the input of the central flowing channel (160). The input of the central flowing channel (160) surrounds the input of the second peripheral flowing channel (170). The input of the second peripheral flowing channel (170) has the area lower than the area of its output. Essentially, the central axis of the inputs is perpendicular to the central axis of the outputs (152, 162, 172).

EFFECT: assurance of a possibility of turbulent mixing weakening, and creation of the more uniform distribution of the output fluid flow.

13 cl, 4 dwg

Description

Область техникиTechnical field

Изобретение относится к направляющим головкам и, более конкретно, к направляющей головке для распределения текучей среды.The invention relates to guide heads and, more particularly, to a guide head for distributing a fluid.

Уровень техникиState of the art

Известно, что текучие среды образуют горизонтальные слои, соответствующие различным значениям их плотности. Примером свойства, влияющего на плотность, является температура. Так, вода в жидком состоянии имеет наибольшую плотность при температуре 4°C. Когда водные массы с различными свойствами, например с различными температурами, образуют слои, имеет место стратификация. Стратификация может быть нарушена вследствие турбулентности, приводящей к перемешиванию слоев воды.It is known that fluids form horizontal layers corresponding to different values of their density. An example of a property that affects density is temperature. So, water in the liquid state has the highest density at 4 ° C. When water masses with different properties, for example with different temperatures, form layers, stratification takes place. Stratification may be impaired due to turbulence leading to the mixing of water layers.

Стратификация имеет большое значение для аккумуляторов энергии, в которых для аккумулирования тепловой энергии может использоваться текучая среда, например вода. Если основным фактором теплопереноса является теплопроводность, значительная доля тепловой энергии воды будет сохраняться в течение длительных периодов времени. Энергия может поступать в аккумулятор данного типа в результате выведения холодной воды из одного уровня аккумулятора и нагревания выведенной воды в теплообменнике с последующим возвратом нагретой воды на уровень аккумулятора, имеющий соответствующую температуру. Чтобы вывести энергию, из аккумулятора забирается горячая вода, которая охлаждается в теплообменнике и возвращается в аккумуляторе на уровень, имеющий соответствующую температуру. При осуществлении операций описанного типа важно сохранять воду с различными температурами при отсутствии смешивания слоев воды, поступившей в аккумулятор, т.е. поддерживать стратификацию ненарушенной. Таким образом, при подаче воды в аккумулятор энергии важно добиться в нем как можно более низкой турбулентности.Stratification is of great importance for energy storage devices in which a fluid, such as water, can be used to store thermal energy. If the main factor of heat transfer is thermal conductivity, a significant proportion of the thermal energy of the water will be stored for long periods of time. Energy can enter this type of accumulator as a result of removing cold water from one level of the accumulator and heating the extracted water in the heat exchanger, followed by returning the heated water to the accumulator level having the corresponding temperature. In order to remove energy, hot water is taken from the battery, which is cooled in the heat exchanger and returned to the level at the corresponding temperature in the battery. When carrying out operations of the type described, it is important to retain water with different temperatures in the absence of mixing layers of water entering the battery, i.e. maintain undisturbed stratification. Thus, when supplying water to the energy accumulator, it is important to achieve the lowest possible turbulence in it.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Изобретение направлено на создание направляющей головки, ослабляющей турбулентность в результате перемешивания, например, в аккумуляторе тепловой энергии и тем самым снижающей суммарные потери тепловой энергии. В этом контексте наиболее критическая ситуация связана с распределением текучей среды, в частности жидкости, в объеме стоячей текучей среды, в частности жидкости.The invention is directed to the creation of a guide head that reduces turbulence as a result of mixing, for example, in a thermal energy accumulator and thereby reduces the total loss of thermal energy. In this context, the most critical situation is related to the distribution of a fluid, in particular a liquid, in the volume of a standing fluid, in particular a liquid.

Согласно первому аспекту изобретения эти и другие задачи решены созданием направляющей головки для распределения текучей среды, обладающей скоростью. В направляющей головке образована группа проточных каналов, каждый из которых имеет вход, сконфигурированный для приема текучей среды из трубы, и выход, причем по меньшей мере один канал из группы проточных каналов является центральным проточным каналом, а по меньшей мере первый и второй каналы из группы проточных каналов являются периферийными проточными каналами. При этом выходы периферийных проточных каналов расположены с каждой стороны выхода центрального проточного канала. Вход первого периферийного проточного канала охватывает вход центрального проточного канала, а вход центрального проточного канала охватывает вход второго периферийного проточного канала. При этом вход второго периферийного проточного канала имеет площадь меньшую, чем площадь его выхода, а центральная ось входов, по существу, перпендикулярна центральной плоскости выходов.According to a first aspect of the invention, these and other problems are solved by providing a guide head for distributing a fluid having speed. A group of flow channels is formed in the guide head, each of which has an inlet configured to receive fluid from the pipe and an outlet, wherein at least one channel from the group of flow channels is a central flow channel and at least the first and second channels from the group flow channels are peripheral flow channels. The outputs of the peripheral flow channels are located on each side of the output of the Central flow channel. The input of the first peripheral flow channel spans the entrance of the central flow channel, and the input of the central flow channel spans the input of the second peripheral flow channel. The input of the second peripheral flow channel has an area smaller than the area of its output, and the central axis of the inputs is essentially perpendicular to the central plane of the outputs.

Благодаря тому что площадь входа указанного канала сделана меньшей, чем площадь его выхода, текучая среда, поступающая на вход, имеет скорость, превышающую скорость текучей среды, вытекающей через его выход. Проточные каналы согласно изобретению выполнены таким образом, что части текучей среды, обладающие наибольшей скоростью, вытекают через выход центрального проточного канала, а части текучей среды, обладающие меньшей скоростью, вытекают через выходы первого и второго периферийных проточных каналов. Выход первого периферийного проточного канала расположен в направлении вдоль центральной оси входов над выходом центрального проточного канала. Выход второго периферийного проточного канала расположен в том же направлении под выходом центрального проточного канала. В результате поток текучей среды, вытекающей из направляющей головки через ее выходы, может иметь центральную часть, имеющую относительно высокую скорость, и наружные части, имеющие низкую скорость. При этом наружные части окружают центральную часть, благодаря чему поток может создавать низкотурбулентное течение. Преимущество такого выполнения состоит в том, что, когда текучая среда распределяется в объеме стоячей текучей среды, турбулентность, которая возможна на границах раздела текучей среды, вытекающей через выход центрального проточного канала, и текучей среды, вытекающей через выходы первого и второго периферийных проточных каналов, не создает возмущений в объеме стоячей текучей среды.Due to the fact that the inlet area of the specified channel is made smaller than the area of its outlet, the fluid entering the inlet has a speed exceeding the speed of the fluid flowing through its outlet. The flow channels according to the invention are designed in such a way that the parts of the fluid with the highest velocity flow out through the outlet of the central flow channel, and the parts of the fluid with the lower velocity flow through the outlets of the first and second peripheral flow channels. The output of the first peripheral flow channel is located in a direction along the central axis of the inlets above the output of the central flow channel. The output of the second peripheral flow channel is located in the same direction under the output of the central flow channel. As a result, the flow of fluid flowing from the guide head through its outlets can have a central part having a relatively high speed and external parts having a low speed. In this case, the outer parts surround the central part, so that the flow can create a low turbulent flow. The advantage of this embodiment is that when the fluid is distributed in the volume of the standing fluid, turbulence that is possible at the interfaces between the fluid flowing through the outlet of the central flow channel and the fluid flowing through the outlets of the first and second peripheral flow channels does not create disturbances in the volume of standing fluid.

В одном варианте изобретения направляющая головка может иметь наружную цилиндрическую стенку, расположенную вокруг центральной оси входов, и внутреннюю и наружную цилиндрические разделительные стенки, также расположенные вокруг центральной оси входов. При этом внутренняя цилиндрическая разделительная стенка охвачена по окружности наружной цилиндрической разделительной стенкой, а наружная цилиндрическая разделительная стенка охвачена по окружности наружной цилиндрической стенкой, так что центральный проточный канал образуется между наружной и внутренней разделительными стенками, первый периферийный проточный канал - между наружной стенкой и наружной разделительной стенкой, а второй периферийный проточный канал - внутри внутренней разделительной стенки.In one embodiment of the invention, the guide head may have an outer cylindrical wall located around the central axis of the inlets, and an inner and outer cylindrical separation wall, also located around the central axis of the inlets. The inner cylindrical partition wall is circumferentially surrounded by an outer cylindrical partition wall, and the outer cylindrical partition wall is circumferentially surrounded by an outer cylindrical wall, so that the central flow channel is formed between the outer and inner partition walls, the first peripheral flow channel is between the outer wall and the outer partition wall, and the second peripheral flow channel inside the inner dividing wall.

Стенки в форме круговых цилиндров особенно удобны в случае монтирования направляющей головки на трубу круглого сечения. При использовании таких стенок текучая среда может течь через направляющую головку с более высокой скоростью по сравнению с использованием труб, имеющих некруглое сечение той же площади. Другим преимуществом этого варианта является то, что можно использовать круглую в сечении стенку, имеющую меньший диаметр, что повысит экономическую эффективность направляющей головки.Walls in the form of circular cylinders are especially convenient when mounting the guide head on a round pipe. When using such walls, fluid can flow through the guide head at a higher speed than using pipes having a non-circular cross section of the same area. Another advantage of this option is that you can use a round wall in cross section having a smaller diameter, which will increase the economic efficiency of the guide head.

Согласно другому варианту изобретения внутренняя разделительная стенка направляющей головки может иметь протяженность вдоль центральной оси входов большую, чем наружная разделительная стенка, которая имеет протяженность вдоль центральной оси входов большую, чем наружная стенка.According to another embodiment of the invention, the inner dividing wall of the guide head may have a length along the central axis of the inlets greater than the outer dividing wall, which has a length along the central axis of the inlets larger than the outer wall.

Согласно еще одному варианту в направляющей головке выход первого периферийного проточного канала образован концом наружной стенки и первым фланцем, выступающим из конца наружной разделительной стенки в направлении, по существу, перпендикулярном наружной разделительной стенке; выход центрального проточного канала образован первым фланцем и вторым фланцем, выступающим из конца внутренней разделительной стенки в направлении, по существу, перпендикулярном внутренней разделительной стенке, а выход второго периферийного проточного канала образован вторым фланцем и нижней пластиной, расположенной в направлении вдоль центральной оси входов ниже второго фланца и ориентированной, по существу, перпендикулярно центральной оси входов.According to another embodiment, in the guide head, the outlet of the first peripheral flow channel is formed by the end of the outer wall and the first flange protruding from the end of the outer dividing wall in a direction substantially perpendicular to the outer dividing wall; the outlet of the central flow channel is formed by a first flange and a second flange protruding from the end of the inner dividing wall in a direction substantially perpendicular to the inner dividing wall, and the outlet of the second peripheral flow channel is formed by a second flange and a lower plate located in a direction along the central axis of the inlets below the second flange and oriented essentially perpendicular to the central axis of the inputs.

Согласно варианту изобретения площади входов и выходов согласованы со скоростью жидкости при ее поступлении на каждый вход таким образом, что скорость жидкости при ее вытекании через выходы первого и второго периферийных проточных каналов существенно меньше скорости жидкости, вытекающей через выход центрального проточного канала. В одном варианте скорость текучей среды, вытекающей через выходы первого и второго периферийных проточных каналов, равна половине скорости текучей среды, вытекающей через выход центрального проточного канала. Благодаря этому можно обеспечить низкотурбулентное течение текучей среды при ее распределении в объеме стоячей текучей среды.According to a variant of the invention, the areas of the inlets and outlets are matched with the fluid velocity when it enters each inlet so that the fluid velocity when it flows through the outlets of the first and second peripheral flow channels is substantially less than the fluid velocity flowing through the outlet of the central flow channel. In one embodiment, the speed of the fluid flowing through the outlets of the first and second peripheral flow channels is equal to half the speed of the fluid flowing through the outlet of the central flow channel. Due to this, it is possible to provide a low turbulent flow of the fluid when it is distributed in the volume of the standing fluid.

Согласно еще одному варианту изобретения первый периферийный проточный канал имеет площадь входа меньшую, чем площадь выхода. Как уже упоминалось, центральный проточный канал также может иметь площадь входа меньшую, чем площадь выхода. Эффект от такого соотношения площадей входов и выходов состоит, как было объяснено выше, в том, что скорость текучей среды на выходе будет меньше, чем скорость текучей среды при ее поступлении на вход. Выбирая соответствующие размеры входов и выходов направляющей головки, можно получить желательные скорости текучей среды, вытекающей через соответствующие выходы.According to another embodiment of the invention, the first peripheral flow channel has an inlet area smaller than the outlet area. As already mentioned, the central flow channel can also have an inlet area smaller than the outlet area. The effect of this ratio of the areas of the inputs and outputs consists, as explained above, in that the speed of the fluid at the outlet will be less than the speed of the fluid when it enters the input. By selecting the appropriate dimensions of the inputs and outputs of the guide head, it is possible to obtain the desired fluid velocity flowing through the respective outputs.

Согласно другому варианту изобретения площадь выхода первого периферийного проточного канала меньше площади выхода второго периферийного проточного канала. Такое выполнение может быть предпочтительным, если скорость текучей среды, текущей по первому периферийному проточному каналу, меньше скорости текучей среды, текущей по второму периферийному проточному каналу, тогда как желательно иметь одинаковые скорости текучих сред на выходах этих каналов.According to another embodiment of the invention, the exit area of the first peripheral flow channel is smaller than the exit area of the second peripheral flow channel. This embodiment may be preferable if the speed of the fluid flowing through the first peripheral flow channel is less than the speed of the fluid flowing through the second peripheral flow channel, while it is desirable to have the same fluid velocities at the outputs of these channels.

В направляющей головке может также содержаться по меньшей мере одна дополнительная разделительная стенка, имеющая протяженность вдоль центральной оси входов и сконфигурированная для разделения каждого из группы проточных каналов по меньшей мере на два проточных субканала с, по существу, одинаковыми размерами. При этом первая дополнительная разделительная стенка и вторая дополнительная разделительная стенка направляющей головки расположены взаимно перпендикулярно. Данные стенки служат для достижения более равномерного радиального распределения текучей среды, вытекающей из направляющей головки, предотвращающего возникновение горизонтальных реактивных сил. Согласно варианту изобретения направляющая головка присоединена к телескопической трубе. Такое выполнение может быть предпочтительным, если данная головка применяется, например, в аккумуляторе энергии для распределения текучей среды на нескольких уровнях.The guide head may also comprise at least one additional dividing wall extending along the central axis of the inlets and configured to divide each of the group of flow channels into at least two flow sub-channels with substantially the same dimensions. The first additional dividing wall and the second additional dividing wall of the guide head are mutually perpendicular. These walls serve to achieve a more uniform radial distribution of the fluid flowing from the guide head, preventing the occurrence of horizontal reactive forces. According to an embodiment of the invention, the guide head is attached to the telescopic tube. Such an embodiment may be preferable if this head is used, for example, in an energy storage device for distributing a fluid at several levels.

Согласно своему второму аспекту изобретение относится к применению направляющей головки, выполненной в соответствии с первым аспектом изобретения, для распределения текучей среды, обладающей скоростью, в другом объеме, по существу, стоячей текучей среды.According to its second aspect, the invention relates to the use of a guide head, made in accordance with the first aspect of the invention, for distributing a fluid having speed in another volume of essentially stagnant fluid.

Согласно варианту изобретения текучая среда, которая имеет первую температуру, распределяется в слое объема, по существу, стоячей жидкости, имеющей ту же самую первую температуру.According to an embodiment of the invention, a fluid that has a first temperature is distributed in the volume layer of a substantially standing liquid having the same first temperature.

Изобретение в своем втором аспекте обладает, по существу, теми же преимуществами, что и в первом аспекте.The invention in its second aspect has essentially the same advantages as in the first aspect.

Все термины, используемые в формуле изобретения, должны интерпретироваться согласно их обычным значениям в соответствующей технической области, если их иные значения не разъяснены подробно в тексте. При отсутствии определенных разъяснений все ссылки на "элемент, устройство, компонент, средство и т.д." должны интерпретироваться как указания на наличие по меньшей мере одного указанного элемента, устройства, компонента, средства и т.д.All terms used in the claims should be interpreted according to their usual meanings in the relevant technical field, unless their other meanings are explained in detail in the text. In the absence of certain explanations, all references to "element, device, component, tool, etc." should be interpreted as indicating the presence of at least one specified element, device, component, means, etc.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

Эти и другие аспекты изобретения далее будут описаны более подробно, со ссылками на прилагаемые чертежи, иллюстрирующие варианты изобретения, которые представляются предпочтительными.These and other aspects of the invention will now be described in more detail, with reference to the accompanying drawings, illustrating embodiments of the invention that are preferred.

На фиг. 1 направляющая головка согласно изобретению показана в перспективном изображении.In FIG. 1, a guide head according to the invention is shown in a perspective view.

На фиг. 2 та же головка показана в сечении плоскостью II-II (см. фиг. 1).In FIG. 2, the same head is shown in section by the plane II-II (see Fig. 1).

На фиг. 3 направляющая головка по фиг. 1 показана в перспективном изображении, в разрезе вертикальной плоскостью.In FIG. 3, the guide head of FIG. 1 is a perspective view, in cross section, of a vertical plane.

На фиг. 4 показана, в перспективном изображении, направляющая головка согласно другому варианту изобретения.In FIG. 4 shows, in a perspective view, a guide head according to another embodiment of the invention.

Осуществление изобретенияThe implementation of the invention

Когда вода течет в параллельных слоях, низкотурбулентное течение обеспечивается в случае, если перемешивание слоев сведено к минимуму. В аккумуляторе для аккумулирования тепловой энергии используется объем, по существу, стоячей текучей среды. Объем текучей среды состоит из слоев, каждый из которых содержит текучую среду с, по существу, одинаковой температурой. При введении текучей среды в аккумулятор, например, для добавления в него новой энергии важно свести к минимуму перемешивание этих слоев. Низкотурбулентное течение может быть достигнуто при условии направления текучей среды в нужный слой, например в слой, текучая среда которого имеет ту же температуру, что и вводимая текучая среда, таким образом, что часть поступающей текучей среды, вступающая в контакт с объемом ранее введенной текучей среды, имеет низкую, насколько это возможно, скорость. За счет подбора такого профиля течения, который приводит к низкой турбулентности, можно добиться того, чтобы слои текучей среды, имеющие различные температуры, оставались в аккумуляторе энергии в значительной степени не потревоженными. Такое течение может быть обеспечено с помощью направляющей головки согласно изобретению.When water flows in parallel layers, a low turbulent flow is ensured if mixing of the layers is minimized. The accumulator uses a volume of substantially standing fluid to store thermal energy. The volume of the fluid consists of layers, each of which contains a fluid with essentially the same temperature. When introducing fluid into the battery, for example, to add new energy to it, it is important to minimize mixing of these layers. A low turbulent flow can be achieved by directing the fluid into the desired layer, for example, into a layer whose fluid has the same temperature as the injected fluid, so that part of the incoming fluid comes into contact with the volume of the previously introduced fluid has as low as possible speed. By selecting such a flow profile that leads to low turbulence, it is possible to ensure that fluid layers having different temperatures remain substantially un disturbed in the energy storage device. Such a flow can be achieved with the guide head according to the invention.

На фиг. 1 направляющая головка 100 представлена в перспективном изображении. Она содержит наружную цилиндрическую стенку 110, в качестве которой может служить концевая часть трубы, из которой текучая среда поступает в направляющую головку 100. В другом варианте наружная цилиндрическая стенка является отдельной частью, присоединенной к трубе. Наружная цилиндрическая стенка 110 охватывает наружную цилиндрическую разделительную стенку 120, на конце которой имеется фланец 122, выступающий из нее в радиальном направлении. В одном варианте наружный диаметр фланца 122 такой же, как наружный диаметр наружной цилиндрической стенки 110. Наружная цилиндрическая разделительная стенка 120 охватывает внутреннюю цилиндрическую разделительную стенку 130, на конце которой имеется фланец 132, выступающий из нее в радиальном направлении. В одном варианте наружный диаметр фланца 132 такой же, что и наружный диаметр наружной цилиндрической стенки 110 и наружный диаметр фланца 122. Под вторым фланцем находится нижняя пластина 140. Эта пластина может быть прикреплена ко второму фланцу 132 посредством металлических накладок (не изображены), не создающих помех для текучей среды, текущей через направляющую головку, или посредством каких-то других крепежных средств, хорошо известных специалисту в данной области. Нижнюю пластину 140 можно прикрепить также к другим частям направляющей головки 100. Наружный диаметр нижней пластины 140 может быть равен вышеупомянутым диаметрам. В других вариантах диаметры компонентов направляющей головки 100 могут быть различными.In FIG. 1, the guide head 100 is shown in a perspective view. It comprises an outer cylindrical wall 110, which can be the end of the pipe, from which fluid enters the guide head 100. In another embodiment, the outer cylindrical wall is a separate part attached to the pipe. The outer cylindrical wall 110 covers the outer cylindrical partition wall 120, at the end of which there is a flange 122, protruding from it in the radial direction. In one embodiment, the outer diameter of the flange 122 is the same as the outer diameter of the outer cylindrical wall 110. The outer cylindrical partition wall 120 encompasses the inner cylindrical partition wall 130, at the end of which there is a flange 132 protruding from it in the radial direction. In one embodiment, the outer diameter of the flange 132 is the same as the outer diameter of the outer cylindrical wall 110 and the outer diameter of the flange 122. Underneath the second flange is a bottom plate 140. This plate can be attached to the second flange 132 by means of metal plates (not shown), not interfering with the fluid flowing through the guide head, or through some other fastening means well known to those skilled in the art. The bottom plate 140 can also be attached to other parts of the guide head 100. The outer diameter of the bottom plate 140 may be equal to the aforementioned diameters. In other embodiments, the diameters of the components of the guide head 100 may be different.

Углы между фланцами и стенками предпочтительно прямые. Альтернативно, чтобы дополнительно облегчить распределение текучей среды в горизонтальной плоскости, эти углы могут быть острыми.The angles between the flanges and the walls are preferably straight. Alternatively, to further facilitate horizontal fluid distribution of the fluid, these angles may be sharp.

Таким образом, проточные каналы направляют поток в радиальном направлении, так что текучая среда выходит из направляющей головки, по существу, перпендикулярно направлению текучей среды, поступающей в направляющую головку. Следовательно, текучая среда может входить в направляющую головку в вертикальном направлении, вдоль центральной оси входов, и вытекать из направляющей головки в горизонтальном направлении, по центральной плоскости выходов. Другими словами, проточные каналы могут быть сконфигурированы так, чтобы направлять поток из выходов направляющей головки радиально, например по всем горизонтальным направлениям. Преимущество выведения текучей среды из направляющей головки по всем горизонтальным направлениям состоит в том, что это уменьшает риск перемешивания любых слоев текучей среды, находящейся снаружи направляющей головки, например в аккумуляторе энергии. Другим преимуществом является то, что конструкция не содержит никаких мелких форсунок, решеток или сеток, которые могли бы вызвать падение давления. Кроме того, чтобы уменьшить скорость текучей среды, входящей в объем стоячей среды, не требуется никаких крупных конусов или аналогичных деталей, которые (как и конусы) используют для распределения только часть своей периферии и/или имеют диаметры, превышающие диаметр принимающей их трубы, что усложняет монтаж.Thus, the flow channels direct the flow in a radial direction so that the fluid exits the guide head substantially perpendicular to the direction of the fluid entering the guide head. Therefore, the fluid may enter the guide head in a vertical direction, along the central axis of the inlets, and flow out of the guide head in a horizontal direction, along the central plane of the outlets. In other words, the flow channels can be configured to direct the flow from the outputs of the guide head radially, for example, in all horizontal directions. The advantage of removing fluid from the guide head in all horizontal directions is that it reduces the risk of mixing any fluid layers outside the guide head, for example, in an energy storage device. Another advantage is that the design does not contain any small nozzles, gratings or grids that could cause a pressure drop. In addition, in order to reduce the speed of the fluid entering the volume of the standing medium, no large cones or similar parts are required that (like the cones) use only part of their periphery for distribution and / or have diameters larger than the diameter of the receiving pipe, which complicates installation.

Диаметры направляющей головки 100 зависят от размеров аккумулятора, в котором она должна использоваться. Если аккумулятором является небольшой бак для накапливания горячей воды, эти диаметры могут составлять, например, всего лишь 40 мм, тогда как в крупном аккумуляторе энергии возможны диаметры до 2 м.The diameters of the guide head 100 depend on the size of the battery in which it is to be used. If the accumulator is a small tank for accumulating hot water, these diameters can be, for example, as little as 40 mm, while in a large energy accumulator, diameters of up to 2 m are possible.

Различные части направляющей головки 100 предпочтительно изготовлены из металла одного сорта с целью предотвратить электрохимическую коррозию. Чтобы повысить срок службы направляющей головки, в качестве металла можно выбрать нержавеющую сталь. Альтернативно направляющая головка изготавливается из пластика или керамики.The various parts of the guide head 100 are preferably made of the same metal in order to prevent electrochemical corrosion. To increase the service life of the guide head, stainless steel can be chosen as the metal. Alternatively, the guide head is made of plastic or ceramic.

Первый периферийный проточный канал 150 образован между наружной стенкой 110 и наружной разделительной стенкой 120. Этот канал имеет выход 152, заданный концом 112 наружной стенки и первым фланцем 122. Таким образом, выход 152 расположен по окружности вокруг наружной цилиндрической разделительной стенки 120. Центральный проточный канал 160 образован между наружной разделительной стенкой 120 и внутренней разделительной стенкой 130. Этот канал имеет выход 162, заданный первым фланцем 122 и вторым фланцем 132. Таким образом, выход 162 расположен по окружности вокруг внутренней цилиндрической разделительной стенки 130. Второй периферийный проточный канал 170 образован внутри внутренней разделительной стенки 130. Этот канал имеет выход 172, заданный вторым фланцем 132 и нижней пластиной 140. Таким образом, выход 172 представляет собой открытое круглое пространство, перекрытое лишь упомянутыми крепежными средствами (не изображены) для фиксации нижней пластины 140. Проточные каналы 150, 160, 170 в направляющей головке используются, чтобы направлять поток текучей среды, а также управлять скоростью текучей среды, вытекающей через выходы 152, 162, 172 каналов 150, 160, 170 соответственно.A first peripheral flow channel 150 is formed between the outer wall 110 and the outer partition wall 120. This channel has an outlet 152 defined by the end 112 of the outer wall and the first flange 122. Thus, the outlet 152 is circumferentially around the outer cylindrical partition wall 120. The central flow channel 160 is formed between the outer dividing wall 120 and the inner dividing wall 130. This channel has an outlet 162 defined by the first flange 122 and the second flange 132. Thus, the exit 162 is located around the circumference in a circle of the inner cylindrical dividing wall 130. The second peripheral flow channel 170 is formed inside the inner dividing wall 130. This channel has an outlet 172 defined by the second flange 132 and the lower plate 140. Thus, the outlet 172 is an open circular space, overlapped only by the mentioned fastening means (not shown) for fixing the bottom plate 140. The flow channels 150, 160, 170 in the guide head are used to direct the flow of fluid and also control the speed of the fluid, you ekayuschey via outputs 152, 162, 172 of channels 150, 160, 170, respectively.

Направляющая головка 100 может быть также использована для выведения текучей среды, например, с целью забора энергии из аккумулятора энергии. Важным фактором обеспечения эффективного выведения текучей среды является уменьшение падения давления текучей среды при ее выведении через направляющую головку 100 и в трубе. Падение давления является результатом действия сил трения при протекании текучей среды через направляющую головку 100. На падение давления будет влиять трубопроводная сеть, содержащая большое количество фитингов и соединений, сужающихся и расширяющихся участков, поворотов, шероховатых поверхностей и обладающая различными физическими свойствами. Кроме того, выведение воды, имеющей температуру, близкую к 100°C, с помощью насоса при атмосферном давлении может привести к кавитации в насосе и к закипанию текучей среды. В связи с этим направляющей головке 100 желательно придать геометрию, способствующую уменьшению падения давления, чтобы сделать ее подходящей для выведения текучей среды.The guide head 100 can also be used to remove fluid, for example, to collect energy from the energy accumulator. An important factor in ensuring effective fluid removal is to reduce the pressure drop of the fluid when it is discharged through the guide head 100 and in the pipe. The pressure drop is the result of the action of friction when the fluid flows through the guide head 100. The pressure network will be affected by a pipeline network containing a large number of fittings and joints, tapering and expanding sections, turns, rough surfaces and having various physical properties. In addition, removing water at a temperature close to 100 ° C using a pump at atmospheric pressure can cause cavitation in the pump and boiling of the fluid. In this regard, it is desirable to give the guide head 100 a geometry that helps to reduce the pressure drop in order to make it suitable for removing fluid.

Представленный вариант направляющей головки 100 имеет два периферийных проточных канала 150, 170. В других вариантах головки может иметься любое количество периферийных проточных каналов, например 4 или 6.The illustrated embodiment of the guide head 100 has two peripheral flow channels 150, 170. In other embodiments of the head, there may be any number of peripheral flow channels, for example 4 or 6.

Фиг. 2, на которой направляющая головка показана в сечении плоскостью II-II, иллюстрирует соотношения между наружной стенкой 110, наружной разделительной стенкой 120 и внутренней разделительной стенкой 130. Наружная стенка 110 и наружная разделительная стенка 120 задают вход 210 первого периферийного проточного канала 150, площадь которого обозначена как 215. Наружная и внутренняя разделительные стенки 120, 130 задают вход 220 центрального проточного канала 160, площадь которого обозначена как 225. Внутренняя разделительная стенка 130 задает вход 230 второго периферийного проточного канала 170, площадь которого обозначена как 235. В этом варианте толщины стенок 110, 120, 130 примерно равны, но в других вариантах они могут отличаться одна от другой. Например, если наружная стенка 110 - это часть трубы, подводящей текучую среду к направляющей головке, данная стенка, как следствие свойств трубы и требований, предъявляемых к трубам, может быть толще разделительных стенок 120, 130.FIG. 2, in which the guide head is shown in section by a plane II-II, illustrates the relationship between the outer wall 110, the outer partition wall 120 and the inner partition wall 130. The outer wall 110 and the outer partition wall 120 define the inlet 210 of the first peripheral flow channel 150, the area of which denoted as 215. The outer and inner dividing walls 120, 130 define the inlet 220 of the central flow channel 160, the area of which is designated as 225. The inner dividing wall 130 defines the inlet 230 of the second periphery iynogo flow channel 170, which area is designated as 235. In this embodiment, the wall thickness 110, 120, 130 are approximately equal, but in other embodiments they may differ from one another. For example, if the outer wall 110 is part of the pipe supplying fluid to the guide head, this wall, as a consequence of the properties of the pipe and the requirements for the pipes, may be thicker than the separation walls 120, 130.

Фиг. 3, на которой направляющая головка по фиг. 1 показана в перспективном изображении, в разрезе, иллюстрирует соотношения между размерами (площадями) a₁, а₂, а₃ выходов направляющей головки 100. Как уже отмечалось, головка 100 может распределять нетурбулентным образом текучую среду, обладающую скоростью, в объеме другой, по существу, стоячей текучей среды. Скорость, с которой текучая среда истекает через выходы 152, 162, 172, зависит от скорости текучей среды, с которой она поступает через соответствующие входы, площадей 215, 225, 235 входов 210, 220, 230 и площадей а₁, а₂, а₃ выходов 152, 162, 172.FIG. 3, in which the guide head of FIG. 1 is a perspective view, in section, illustrates the relationship between the sizes (areas) a ₁ , ₂ , and _{3 of the} outputs of the guide head 100. As already noted, the head 100 can distribute a non-turbulent manner fluid having a speed in a volume different creature, standing fluid. The speed with which the fluid flows through the exits 152, 162, 172 depends on the speed of the fluid with which it enters through the respective inputs, areas 215, 225, 235 of the inlets 210, 220, 230 and areas a ₁ , a ₂ , and ₃ outputs 152, 162, 172.

Скорость текучей среды, поступающей на входы 210, 220, 230 проточных каналов 150, 160, 170, зависит от свойств трубы, подсоединенной к направляющей головке 100. В очень короткой трубе скорость течения текучей среды, по существу, одинакова по всему поперечному сечению трубы. В более длинной трубе профиль скорости течения напоминает конус: часть текучей среды, текущая в осевой зоне трубы, будет иметь наибольшую скорость. Часть текучей среды, текущая ближе к стенкам трубы, будет иметь меньшую скорость, причем чем ближе к стенке течет текучая среда, тем меньше становится ее скорость.The speed of the fluid entering the inlets 210, 220, 230 of the flow channels 150, 160, 170 depends on the properties of the pipe connected to the guide head 100. In a very short pipe, the flow rate of the fluid is substantially the same over the entire cross section of the pipe. In a longer pipe, the flow velocity profile resembles a cone: the part of the fluid flowing in the axial zone of the pipe will have the highest velocity. The part of the fluid flowing closer to the walls of the pipe will have a lower speed, and the closer the fluid flows to the wall, the lower its speed.

Поскольку, как это пояснено выше, скорость текучей среды в трубе не является постоянной, размеры a₁, а₂ и а₃ должны быть взаимно согласованы так, чтобы получить низкотурбулентное течение. Известно, в частности, что большие размеры выходной зоны дают меньшую выходную скорость. Любые трубные фитинги и соединения, сходящиеся и расходящиеся участки, повороты трубы или аналогичные конструктивные особенности также влияют на профиль скорости текучей среды. Поэтому желательно согласовать размеры направляющей головки 100 с размерами трубы, к которой она подсоединена. Другими словами, размеры направляющей головки 100 предпочтительно адаптированы к профилю скорости текучей среды, поступающей в направляющую головку 100. Компоненты направляющей головки 100 обеспечивают формирование в этой головке трех проточных каналов 150, 160, 170. Такое выполнение позволяет использовать производительный и экономически эффективный процесс ее изготовления. Конструкция направляющей головки 100 позволяет также легко модифицировать, в процессе ее изготовления, размеры проточных каналов 150, 160, 170. Это существенно упрощает изготовление направляющих головок, пригодных для изменяющихся условий работы и имеющих варьируемые характеристики.Since, as explained above, the velocity of the fluid in the pipe is not constant, the dimensions a ₁ , ₂ and a ₃ must be mutually agreed so as to obtain a low turbulent flow. It is known, in particular, that the large size of the output zone gives a lower output speed. Any pipe fittings and connections, converging and diverging sections, pipe turns, or similar design features also affect the fluid velocity profile. Therefore, it is desirable to match the dimensions of the guide head 100 with the dimensions of the pipe to which it is connected. In other words, the dimensions of the guide head 100 are preferably adapted to the profile of the fluid velocity entering the guide head 100. The components of the guide head 100 allow three flow channels 150, 160, 170 to be formed in this head. This embodiment allows the use of a productive and cost-effective manufacturing process. . The design of the guide head 100 also makes it easy to modify, during its manufacture, the dimensions of the flow channels 150, 160, 170. This greatly simplifies the manufacture of guide heads suitable for changing working conditions and having variable characteristics.

Назначение текучей среды, вытекающей из периферийных проточных каналов 150, 170, состоит в экранировании объема, по существу, стоячей текучей среды от текучей среды, вытекающей из центрального проточного канала 160, до тех пор пока она не замедлится настолько, что при ее вступлении в прямой контакт с объемом, по существу, стоячей текучей среды турбулентность при перемешивании будет малой. Как уже упоминалось, преимущество использования направляющей головки 100 для распределения текучей среды в объеме, по существу, стоячей текучей среды состоит в минимизации любого турбулентного перемешивания между объемом стоячей текучей среды и распределяемой текучей средой. Это достигается допущением турбулентности в зоне контакта между центральной частью распределяемой текучей среды, выходящей через выход 162, и наружными частями этой среды, выходящими через выходы 152 и 172, при сведении к минимуму турбулентности при контакте между наружными частями и объемом стоячей текучей среды. С этой целью направляющая головка 100 распределяет наружные части текучей среды с, по существу, меньшей скоростью, чем скорость центральной части. Чтобы достичь этого, скорость текучей среды, вытекающей из периферийных проточных каналов 150, 170, должна быть достаточно, но ненамного более высокой. Другими словами, скорость текучей среды, вытекающей из периферийных проточных каналов, должна быть, насколько это возможно, близкой к нулевой, но все же достаточной, чтобы экранировать объем, по существу, стоячей текучей среды от текучей среды, вытекающей из центрального проточного канала 160, до тех пор пока она не замедлится настолько, что любое турбулентное перемешивание при ее вступлении в прямой контакт с объемом, по существу, стоячей текучей среды будет сведено к минимуму.The purpose of the fluid flowing from the peripheral flow channels 150, 170 is to shield the volume of substantially standing fluid from the fluid flowing from the central flow channel 160 until it slows down so much that when it enters into a straight line contact with the volume of substantially standing fluid turbulence during mixing will be small. As already mentioned, the advantage of using a guide head 100 to distribute a fluid in a volume of substantially stagnant fluid is to minimize any turbulent mixing between the volume of the stagnant fluid and the fluid being dispensed. This is achieved by assuming turbulence in the contact zone between the central part of the distributed fluid exiting through outlet 162 and the external parts of this medium exiting through exits 152 and 172, while minimizing turbulence in contact between the outer parts and the volume of standing fluid. To this end, the guide head 100 distributes the outer parts of the fluid at a substantially lower speed than the speed of the central part. To achieve this, the velocity of the fluid flowing from the peripheral flow channels 150, 170 should be sufficient, but not much higher. In other words, the velocity of the fluid flowing out of the peripheral flow channels should be as close as possible to zero, but still sufficient to shield the volume of substantially standing fluid from the fluid flowing out of the central flow path 160, until it slows down so that any turbulent mixing when it comes in direct contact with the volume of essentially standing fluid will be minimized.

На фиг. 4 показана, в перспективном изображении, направляющая головка согласно варианту изобретения. В этом варианте она содержит две дополнительные разделительные стенки 410, 420. Эти разделительные стенки являются плоскими и проходят от верхней части направляющей головки к нижней пластине 140. Каждый из входов 210, 220, 230 и проточных каналов 150, 160, 170 разделен на 4 равные части. Для установки направляющей головки 100 на трубу предусмотрена пластина 430. Дополнительные разделительные стенки разделяют поток текучей среды на субпотоки, что может быть полезно для достижения более равномерного распределения выходного потока текучей среды из направляющей головки по всем направлениям. В других вариантах количество дополнительных разделительных стенок 410, 420 может быть больше двух.In FIG. 4 shows, in a perspective view, a guide head according to an embodiment of the invention. In this embodiment, it contains two additional dividing walls 410, 420. These dividing walls are flat and extend from the upper part of the guide head to the lower plate 140. Each of the inputs 210, 220, 230 and flow channels 150, 160, 170 is divided into 4 equal parts. A plate 430 is provided for mounting the guide head 100 to the pipe. Additional dividing walls divide the fluid stream into sub-flows, which may be useful to achieve a more uniform distribution of the fluid output from the guide head in all directions. In other embodiments, the number of additional partition walls 410, 420 may be more than two.

Специалисту будет понятно, что изобретение никоим образом не ограничено описанными предпочтительными вариантами. Наоборот, прилагаемая формула охватывает и многие другие модификации и варианты. Например, площадь а₂ выхода 162 может быть меньше площади 225 соответствующего входа, если желательно продвижение текучей среды, вытекающей через выход 162, на значительное расстояние от направляющей головки 100.The specialist will be clear that the invention is in no way limited to the described preferred options. On the contrary, the attached formula also covers many other modifications and options. For example, the area a _{2 of the} outlet 162 may be smaller than the area 225 of the corresponding inlet, if it is desired to advance the fluid flowing through the outlet 162 a considerable distance from the guide head 100.

Наличие нескольких периферийных проточных каналов, из которых текучие среды истекают с убывающей скоростью, причем периферийные проточные каналы, ближайшие к центральному проточному каналу, имеют наибольшую скорость, может дополнительно ослабить турбулентное перемешивание. Это представляется желательным, если скорость центрального потока является более высокой.The presence of several peripheral flow channels, from which fluids flow out at a decreasing speed, and the peripheral flow channels closest to the central flow channel, have the highest speed, can further weaken turbulent mixing. This seems desirable if the central flow rate is higher.

Claims

1. A guide head (100) for distributing a fluid having speed in the volume of another essentially standing fluid, and a group of flow channels (150, 160, 170) are formed in the guide head, each of which has an inlet (210, 220, 230), configured to receive fluid from the pipe, and an outlet (152, 162, 172), wherein:
at least one channel from the group of flow channels (150, 160, 170) is the central flow channel (160), and at least the first and second channels from the group of flow channels (150, 160, 170) are peripheral flow channels (150, 170), the outputs (152, 172) of which are located on each side of the output (162) of the central flow channel (160);
the input (210) of the first peripheral flow channel (150) spans the input (220) of the central flow channel (160), and the input (220) of the central flow channel (160) spans the input (230) of the second peripheral flow channel (170),
the entrance of the second peripheral flow channel (170) has an area (235) less than the area (a ₃ ) of its output,
the central axis of the inputs (210, 220, 230) is essentially perpendicular to the central plane of the outputs (152, 162, 172).

2. The head (100) according to claim 1, which further comprises:
an outer cylindrical wall (110) located around the central axis of the entrances (210, 220, 230);
inner and outer cylindrical dividing walls (130, 120) located around the central axis of the inlets (210, 220, 230), the inner cylindrical dividing wall (130) being circumferentially surrounded by the outer cylindrical dividing wall (120), and the outer cylindrical dividing wall ( 120) is circumferentially surrounded by an outer cylindrical wall (110),
a central flow channel (160) is formed between the outer and inner dividing walls (120, 130),
the first peripheral flow channel (150) is formed between the outer wall (110) and the outer dividing wall (120), and
a second peripheral flow channel (170) is formed inside the inner separation wall (130).

3. The head (100) according to claim 2, in which the inner dividing wall (130) has a length along the central axis of the inputs (210, 220, 230) greater than the outer dividing wall (120), which has a length along the central axis of the inputs ( 210, 220, 230) larger than the outer wall (110).

4. The head (100) according to claim 2, in which:
the outlet (152) of the first peripheral flow channel (150) is formed by the end (112) of the outer wall (110) and the first flange (122) protruding from the end of the outer dividing wall (120) in a direction substantially perpendicular to the outer dividing wall (120) ;
the outlet (162) of the central flow channel (160) is formed by a first flange (122) and a second flange (132) protruding from the end of the inner dividing wall (130) in a direction substantially perpendicular to the inner dividing wall (130), and
the outlet (172) of the second peripheral flow channel (170) is formed by a second flange (132) and a lower plate (140) located in the direction along the central axis of the inlets (210, 220, 230) below the second flange (132) and oriented essentially perpendicular to the central axis of the inputs (210, 220, 230).

5. The head (100) according to claim 1, in which the areas (215, 225, 235) of the inputs (210, 220, 230) and the areas (a ₁ , ₂ , ₃ ) of the outputs are consistent with the speed of the liquid when it enters each inlet (210, 220, 230) so that the fluid velocity when it flows through the outlets (152, 172) of the first and second peripheral flow channels (150, 170) is significantly lower than the fluid velocity flowing through the outlet (162) of the central flow channel (160).

6. The head (100) according to claim 1, wherein the first peripheral flow channel (150) has an inlet area (215) smaller than the outlet area (a ₁ ).

7. The head (100) according to claim 1, wherein the central flow channel (160) has an inlet area (225) less than the outlet area (a ₂ ).

8. The head (100) according to claim 1, in which the area (a ₁ ) of the output of the first peripheral flow channel (150) is less than the area (a ₃ ) of the output of the second peripheral flow channel (170).

9. The head (100) according to claim 1, further comprising at least one additional dividing wall (410, 420) having a length along the central axis of the inlets (210, 220, 230) and configured to separate each of the group of flow channels (150 , 160, 170) into at least two flowing subchannels with substantially the same dimensions.

10. The head (100) according to claim 9, in which the first additional dividing wall (410) and the second additional dividing wall (420) are mutually perpendicular.

11. The head (100) according to any one of the preceding paragraphs, in which the pipe is telescopic.

12. The use of a guide head (100), made in accordance with any of the preceding paragraphs, for the distribution of fluid having speed in the volume of another essentially standing liquid.

13. The use according to claim 12 under conditions where a liquid having a first temperature is distributed in a volume layer of a substantially standing liquid having the same first temperature.