RU2668027C1 - Cavitator - Google Patents
Cavitator Download PDFInfo
- Publication number
- RU2668027C1 RU2668027C1 RU2018100985A RU2018100985A RU2668027C1 RU 2668027 C1 RU2668027 C1 RU 2668027C1 RU 2018100985 A RU2018100985 A RU 2018100985A RU 2018100985 A RU2018100985 A RU 2018100985A RU 2668027 C1 RU2668027 C1 RU 2668027C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gas
- jet
- water
- cavitator
- cavity
- Prior art date
Links
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 99
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 52
- 239000012736 aqueous medium Substances 0.000 claims abstract description 24
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims abstract description 10
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 7
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 claims abstract description 4
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 18
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 4
- 238000010276 construction Methods 0.000 abstract description 2
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 12
- 238000011161 development Methods 0.000 description 5
- 238000013461 design Methods 0.000 description 4
- 239000002609 medium Substances 0.000 description 4
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 3
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 3
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 3
- 238000004659 sterilization and disinfection Methods 0.000 description 3
- 241000251468 Actinopterygii Species 0.000 description 2
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 2
- 230000005534 acoustic noise Effects 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 2
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 2
- 238000009738 saturating Methods 0.000 description 2
- 241000143060 Americamysis bahia Species 0.000 description 1
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 1
- 229920000742 Cotton Polymers 0.000 description 1
- 241000557624 Nucifraga Species 0.000 description 1
- CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N Ozone Chemical compound [O-][O+]=O CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 102220353721 c.122T>G Human genes 0.000 description 1
- 230000001364 causal effect Effects 0.000 description 1
- 210000000078 claw Anatomy 0.000 description 1
- 239000011280 coal tar Substances 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 1
- 238000009472 formulation Methods 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 231100000518 lethal Toxicity 0.000 description 1
- 230000001665 lethal effect Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000000873 masking effect Effects 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 230000002906 microbiologic effect Effects 0.000 description 1
- 239000008239 natural water Substances 0.000 description 1
- 238000006386 neutralization reaction Methods 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 244000062804 prey Species 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000000069 prophylactic effect Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 239000013535 sea water Substances 0.000 description 1
- 230000001225 therapeutic effect Effects 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
- B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Physical Water Treatments (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области конструкции устройств для генерации кавитационных явлений для последующего их использования в кавитационных технологиях, включая установки для уничтожения микро- и макробиологических объектов в водной среде (обеззараживания воды, подводной охоты, ликвидации/нейтрализации боевых пловцов, разведчиков и диверсантов), генерирования акустических шумов в военно-морских целях (глушения акустических устройств противника, акустической маскировки) и т.д.The invention relates to the field of construction of devices for generating cavitation phenomena for their subsequent use in cavitation technologies, including installations for the destruction of micro- and macrobiological objects in the aquatic environment (water disinfection, spearfishing, elimination / neutralization of combat swimmers, reconnaissance and saboteurs), generation of acoustic noise for naval purposes (jamming enemy acoustic devices, acoustic masking), etc.
Известен кавитатор, в состав которого входят устройство создания высокоскоростной струи газосодержащей воды в окружающей водной среде с возможностью кавитационного эффекта согласно принципу Бернулли, сопровождающегося гидроакустическим шумом, и устройство предварительного дополнительного насыщения струеобразующего объема воды газами [1. RU 174490 U1, МПК B05D 1/34, опубл. 17.10.2017].Known cavitator, which includes a device for creating a high-speed jet of gas-containing water in an aqueous environment with the possibility of a cavitation effect according to the Bernoulli principle, accompanied by hydroacoustic noise, and a device for preliminary additional saturation of the jet-forming volume of water with gases [1. RU 174490 U1,
Он предназначен (далее из первоисточника) «для генерации кавитационных явлений для последующего их использования в кавитационных технологиях, связанных с переработкой вязких нефтей, нефтепродуктов, каменноугольной смолы, а также в разработках нефтегазовых месторождений. Полезная модель может быть использована в нефтехимической промышленности, теплоэнергетике, в конструкциях установок для очистки воды и в системах подготовки углеводородных топлив к сжиганию. Задачей, на решение которой направлена [полезная] модель, является повышение кавитационного эффекта».It is intended (hereinafter from the original source) “for the generation of cavitation phenomena for their subsequent use in cavitation technologies related to the processing of viscous oils, oil products, coal tar, as well as in the development of oil and gas fields. The utility model can be used in the petrochemical industry, power engineering, in the design of water treatment plants and in systems for preparing hydrocarbon fuels for burning. The task the [utility] model aims to solve is to increase the cavitation effect. "
В данном кавитаторе используется сопло Лаваля с оригинальным развитием его оконечного конусного участка, а именно - навивки каналов по конусообразной поверхности. При подаче жидкости, например равной плотности воды, под давлением 6 МПа после обтекателя со скоростью 12 м/с в каналы, происходит ее двойное закручивание: спирально за счет выступов и винтообразно. За счет центростремительных сил и сужения площади поперечного сечения каналов происходит возрастание скорости движения потока жидкости в каналах. Происходит и дополнительное «обогащение жидкости окружающим воздухом. Создаются дополнительные условия автомодельного режима для усиления кавитационного эффекта и формирования акустической волны, развернутой на 90° относительно продольной оси кавитатора. При прохождении жидкости через сужение сопла, а затем при расширении в диффузоре, в потоке жидкости возникают вихреобразования, отрывные течения и кавитация.This cavitator uses a Laval nozzle with the original development of its terminal conical section, namely, winding the channels along a conical surface. When a liquid is supplied, for example, of equal density to water, under a pressure of 6 MPa after the fairing at a speed of 12 m / s into the channels, its double twisting occurs: spirally due to protrusions and screw-like. Due to centripetal forces and narrowing of the cross-sectional area of the channels, the velocity of the fluid flow in the channels increases. There is also an additional “enrichment of the fluid with the surrounding air. Additional conditions for a self-similar regime are created to enhance the cavitation effect and the formation of an acoustic wave swiveled 90 ° relative to the longitudinal axis of the cavitator. When liquid passes through the nozzle narrowing, and then when expanding in the diffuser, vortexes, separated flows, and cavitation occur in the liquid stream.
К недостаткам такого кавитатора (естественно, под углом зрения заявляемого изобретения) можно отнести конструктивную сложность проточной части на основе сопла Лаваля, с технологически сложным и дорогостоящим изготовлением его диффузорной профильной части, а также весьма ограниченные возможности «обогащения» жидкости газами.The disadvantages of such a cavitator (naturally, from the point of view of the claimed invention) include the structural complexity of the flow part based on the Laval nozzle, with the technologically complex and expensive manufacture of its diffuser profile part, as well as the very limited possibilities of “enriching” the liquid with gases.
Достаточно близким аналогом является «Способ обеззараживания воды путем уничтожения водных организмов и устройство для его осуществления», в котором осуществляют забор воды из открытого водного объекта, проведение ее через протяженную систему трубопроводов различного диаметра, с конфузорами, в которой напор давления воды уменьшается до отметки ниже атмосферного давления, при этом в воду вводят газ (в частности, озон) [2. RU 2433087 С2, МПК C02F 1/36, C02F 1/457, C02F 1/78, B63В 13/00, опубл. 10.11.2011].A fairly close analogue is the “Method of water disinfection by destroying aquatic organisms and a device for its implementation”, in which water is taken from an open water body, passing it through an extended pipeline system of various diameters, with confusers, in which the pressure of the water pressure decreases to below atmospheric pressure, while gas is introduced into the water (in particular, ozone) [2. RU 2433087 C2,
Однако, в этом аналоге прямоток забортной воды осуществляется гидронасосом с электроприводом, а устройство насыщения воды газом является независимой от указанной гидросистемы пневмосистемой. Кроме того, обеззараживание воды предусматривает уничтожение мелко- и микробиологических объектов, причем внутри устройства, что в принципе исключает высокие уровни кавитационных колебаний (шумов).However, in this analogue, the direct-flow of sea water is carried out by an electric hydraulic pump, and the device for saturating water with gas is a pneumatic system independent of the specified hydraulic system. In addition, water disinfection involves the destruction of small and microbiological objects, and inside the device, which in principle eliminates high levels of cavitation vibrations (noise).
С позиций приоритетно рекомендуемого назначения заявляемого изобретения (подводное оружие оглушающего и летального действия), представляют интерес известные на сегодняшний день подводные пистолеты и ружья.From the standpoint of the priority recommended purpose of the claimed invention (underwater deafening and lethal weapons), the currently known underwater pistols and rifles are of interest.
Однако, подавляющее их большинство использует для поражения цели механическое воздействие метаемого снаряда (гарпуна, стрелы, пули, иглы), а поступление из устройства в окружающую водную среду воздух и пороховые газы всячески исключаются конструкторами как нежелательное в данном случае явление [3. RU 2008609 С1, МПК F41B 11/08, опубл. 28.02.1994; 4. RU 2106592 С1, МПК F41C 9/06, опубл. 10.03.1998; 5. Ширяев Д.И. Подводный пистолет Б-VI-307 (опытный) // Солдат удачи. - 2003.. - №11; 6. Кораблин В. Против подводных диверсантов и террористов // Arms DTR. - 2005. - №3; 7. Ардашев А.Н. Оружие специальное, необычное, экзотическое. М.: АСТ-Астрель, 2001. 319 с. - С. 160-177 (Раздел «Подводное оружие боевых пловцов»)].However, the vast majority of them use the mechanical impact of a missile projectile (harpoon, arrow, bullet, needle) to hit the target, and the intake of air and powder gases from the device into the surrounding water environment is in every way excluded by designers as an undesirable phenomenon in this case [3. RU 2008609 C1, IPC F41B 11/08, publ. 02/28/1994; 4. RU 2106592 C1, IPC F41C 9/06, publ. 03/10/1998; 5. Shiryaev D.I. Underwater pistol B-VI-307 (experienced) // Soldier of fortune. - 2003 .. - No. 11; 6. Korablin V. Against underwater saboteurs and terrorists // Arms DTR. - 2005. - No. 3; 7. Ardashev A.N. The weapon is special, unusual, exotic. M .: AST-Astrel, 2001.319 s. - S. 160-177 (Section "Underwater weapons of combat swimmers")].
Ближайшим аналогом (прототипом) заявляемого изобретения по назначению и совокупности существенных признаков может быть принят кавитатор («Устройство для подводного гидровоздушного массажа»), в состав которого входят устройство создания высокоскоростной струи газосодержащей воды в окружающей водной среде с возможностью кавитационного эффекта согласно принципу Бернулли, сопровождающегося гидроакустическим шумом, и устройство предварительного дополнительного насыщения струеобразующего объема воды газами [8. RU 94002297/14 А1, МПК А61Н 9/00, опубл. 10.07.1996].The closest analogue (prototype) of the claimed invention for the purpose and combination of essential features can be adopted cavitator ("Device for underwater hydraulic massage"), which includes a device for creating a high-speed jet of gas-containing water in an aqueous environment with the possibility of a cavitation effect according to the Bernoulli principle, accompanied by sonar noise, and a device for preliminary additional saturation of the jet-forming volume of water with gases [8. RU 94002297/14 A1, IPC A61H 9/00, publ. 07/10/1996].
В нем устройство создания высокоскоростной струи выполнено в виде прямоточной трубы, входным концом соединенной с источником воды под давлением выше статического давления окружающей водной среды (нагнетательной магистралью гидронасоса), а выходным концом сообщающейся с окружающей водной средой, а устройство предварительного дополнительного насыщения струеобразующего объема воды газами выполнено в виде полости, коаксиальной по отношению к упомянутой трубе, входным концом подключенной к источнику воздуха под давлением, а на выходе - с упомянутой прямоточной трубой (а значит - со струеобразующим объемом водно-воздушной смеси). При этом на выходе прямоточной трубы установлено сопло Лаваля, а воздушный тракт подключен к гидравлическому на выходе цилиндрического участка сопла Лаваля.In it, the device for creating a high-speed jet is made in the form of a straight-through pipe, the inlet end connected to a source of water under pressure above the static pressure of the surrounding water medium (discharge line of the hydraulic pump), and the outlet end connected to the surrounding water medium, and the device for preliminary additional saturation of the jet-forming water volume with gases made in the form of a cavity, coaxial with respect to the pipe, the inlet end connected to a source of air under pressure, and at the exit with the said direct-flow pipe (and therefore with the jet-forming volume of the water-air mixture). At the same time, a Laval nozzle is installed at the outlet of the direct-flow pipe, and the air path is connected to the hydraulic one at the exit of the cylindrical section of the Laval nozzle.
Однако, устройство-пототип, во-первых, будучи узкоспециализированным кавитатором, предназначено для гидромассажа человеческого тела в водной среде в лечебно-профилактических целях и вряд ли пригоден в заявленном виде (при столь слабых уровнях кавитации), напротив, для ликвидации или оглушения рыбы и, тем более - морских диверсантов. Гидронасос не в состоянии в принципе придать струеобразуещему объему воды ускорение, необходимое для указанного технического результата, а также для ряда других физических эффектов. Этот же недостаток, но в отношении «обогащения» воды воздухом и в несколько меньшей мере, справедлив и для источника воздуха под давлением (компрессора и/или ресивера).However, the prototype device, firstly, being a highly specialized cavitator, is intended for hydromassage of the human body in the aquatic environment for therapeutic and prophylactic purposes and is hardly suitable in the declared form (with such weak cavitation levels), on the contrary, for eliminating or stunning fish and , especially - sea saboteurs. The hydraulic pump is not able in principle to give the jet-forming volume of water the acceleration necessary for the specified technical result, as well as for a number of other physical effects. The same drawback, but with regard to the "enrichment" of water with air and to a lesser extent, is also true for a source of air under pressure (compressor and / or receiver).
Во-вторых, в устройстве-прототипе два основных устройства - создания струи и ее обогащения воздухом используют разные текучие среды и, соответственно, два различных источника этих сред под давлением, что усложняет кавитатор, обусловливает завышенные его массогабаритные и стоимостные показатели.Secondly, in the prototype device, two main devices - creating a jet and enriching it with air, use different fluids and, accordingly, two different sources of these media under pressure, which complicates the cavitator and causes its oversized weight and size and cost indicators.
В-третьих, имеют место очевидные проблемы энергообеспечения приводов обоих насосов.Thirdly, there are obvious problems with the energy supply of the drives of both pumps.
В-четвертых, если даже производить водозабор из окружающей водной среды, то обеспечение устройства для неоднократной его работы воздухом остается также проблематичным.Fourthly, even if water is drawn from the surrounding aquatic environment, the provision of a device for its repeated operation by air remains also problematic.
В совокупности перечисленные недостатки прототипа определяют его недостаточно высокие технико-эксплуатационные (тактико-технические) и экономические характеристики. В частности - относительно низкиепоказатели удельной мощности (силы звука при кавитации) и компактности.Together, the listed disadvantages of the prototype determine its insufficiently high technical and operational (tactical and technical) and economic characteristics. In particular, relatively low indicators of specific power (sound power during cavitation) and compactness.
Задачей (проблемой), на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение технико-эксплуатационных (тактико-технических) и экономических характеристик кавитатора, включая повышение удельной мощности (силы звука при кавитации) и компактности устройства.The task (problem) to be solved by the claimed invention is directed is to increase the technical and operational (tactical and technical) and economic characteristics of the cavitator, including increasing the specific power (sound power during cavitation) and the compactness of the device.
Решение поставленной задачи (снятие проблемы) достигается тем, что в кавитаторе, в состав которого входят устройство создания высокоскоростной струи газосодержащей воды в окружающей водной среде с возможностью кавитационного эффекта согласно принципу Бернулли, сопровождающегося гидроакустическим шумом, и устройство предварительного дополнительного насыщения струеобразующего объема воды газами, согласно заявляемому изобретению, устройство создания высокоскоростной струи выполнено в виде газогидравлического цилиндра с подпружиненным распорной пружиной поршнем-разделителем, у которого гидравлическая полость со встроенной в нее упомянутой пружиной сообщается с окружающей водной средой, газовая полость сообщается с источником упомянутых газов под давлением выше давления окружающей водной среды, а устройство предварительного дополнительного насыщения струеобразующего объема воды газами выполнено в виде газоотводной трубки, сообщающейся на входе с указанным выше источником газов, а на выходе - со струеобразующим объемом водно-газовой смеси.The solution of the problem (removing the problem) is achieved by the fact that in the cavitator, which includes a device for creating a high-speed jet of gas-containing water in an ambient aqueous medium with the possibility of a cavitation effect according to the Bernoulli principle, accompanied by hydroacoustic noise, and a device for preliminary additional saturation of the jet-forming water volume with gases, according to the claimed invention, the device for creating a high-speed jet is made in the form of a gas-hydraulic cylinder with a spring a spacer piston-separator, in which the hydraulic cavity with the said spring is integrated in it communicates with the surrounding aqueous medium, the gas cavity communicates with the source of said gases at a pressure higher than the pressure of the surrounding aqueous medium, and the device for preliminary additional saturation of the jet-forming water volume with gases is made in the form a gas outlet pipe communicating at the inlet with the gas source indicated above, and at the outlet, with the jet-forming volume of the water-gas mixture.
Решение поставленной задачи (снятие обозначенной проблемы) достигается также рациональными дополнительными (частными) конструктивными признаками), при вышеуказанной основной совокупности:The solution of the problem (removal of the indicated problem) is also achieved by rational additional (private) design features), with the above main set:
- газоотводная трубка может быть соединена на входе непосредственно с источником газов (Это позволяет в большей степени синхронизировать функции двух подсистем устройства - параллельных газовых магистралей, а значит - успеть до выталкивания струеобразующей «порции» воды «обогатить» ее газом в большей степени);- the gas outlet pipe can be connected directly to the gas source at the inlet (This allows synchronizing the functions of two subsystems of the device — parallel gas lines to a greater extent, which means that it is possible to “enrich” it with gas to a greater extent before pushing the jet-forming “portion” of water);
- газоотводная трубка может быть соединена на входе с газовой полостью упомянутого газогидравлического цилиндра (Это - признак, альтернативный предыдущему и рационален в тех случаях, когда указанная в предыдущем абзаце, в скобках, целесообразность уступает приоритетности компактности и низкой себестоимости кавитатора);- a gas outlet pipe can be connected at the inlet to the gas cavity of the said gas-hydraulic cylinder (This is an alternative to the previous one and is rational in those cases where the brackets indicated in the previous paragraph give priority to compactness and low cost of cavitator);
- при предыдущей совокупности признаков, газоотводная трубка может быть соединена на выходе с гидравлической полостью упомянутого газогидравлического цилиндра (Это позволяет сохранить полезные традиционные технические особенности прототипа);- with the previous set of features, a gas pipe can be connected at the outlet to the hydraulic cavity of the said gas-hydraulic cylinder (This allows you to save useful traditional technical features of the prototype);
- устройство создания высокоскоростной струи может быть выполнено с конфузором, установленным за гидравлической полостью газогидравлического цилиндра (Это позволяет ускорять водяную струю в автоматическом режиме на основе принципа Бернулли в его канонической формулировке);- a device for creating a high-speed jet can be made with a confuser mounted behind the hydraulic cavity of the gas-hydraulic cylinder (This allows you to accelerate the water jet in automatic mode based on the Bernoulli principle in its canonical formulation);
- при предыдущей совокупности признаков, газоотводная трубка может быть соединена на выходе с узкой частью конфузора (Это позволяет дополнительно поднять эффективность дополнительного насыщения струеобразующего объема воды газами за счет эжекционного эффекта);- with the previous set of features, a gas outlet pipe can be connected at the outlet to a narrow part of the confuser (This allows you to further increase the efficiency of additional saturation of the jet-forming volume of water with gases due to the ejection effect);
- устройство создания высокоскоростной струи может быть выполнено с соплом Лаваля, установленным за гидравлической полостью газогидравлического цилиндра (Это позволяет, в сравнении с конфузором, дополнительно поднять эффективность генерирования акустических колебаний с меньшими энергетическими затратами, в соответствии с принципами работы сопла Лаваля);- a device for creating a high-speed jet can be made with a Laval nozzle mounted behind the hydraulic cavity of the gas-hydraulic cylinder (This allows, in comparison with the confuser, to additionally increase the efficiency of generating acoustic vibrations with lower energy costs, in accordance with the principles of the Laval nozzle);
- при предыдущей совокупности признаков, газоотводная трубка может быть соединена на выходе с полостью сопла Лаваля (Это дает дополнительный положительный эффект по «обогащению» воды газами, по аналогии с конфузором, поскольку сопло Лаваля включает в себя конфузорный участок);- with the previous set of features, the gas outlet pipe can be connected at the outlet to the cavity of the Laval nozzle (This gives an additional positive effect on the “enrichment” of water with gases, by analogy with the confuser, since the Laval nozzle includes a confuser section);
- при перечисленных совокупностях признаков (за исключением третьей и шестой дополнительных) магистраль от окружающей водной среды до гидравлической полости газогидравлического цилиндра включительно может быть выполнена с возможностью автоматического забора очередной порции - струеобразующего объема воды из окружающей водной среды за счет возврата поршня под совместным действием распорной пружины и перепада между давлением окружающей водной среды и газов в газовой полости газогидравлического цилиндра (Это значительно упрощает конструкцию кавитатора за счет кратчайшего пути сообщения гидравлической полости цилиндра с окружающей кавитатор водной средой, без каких-либо специально предусмотренных для этого магистралей);- with the listed sets of features (with the exception of the third and sixth additional ones), the line from the surrounding aqueous medium to the hydraulic cavity of the gas-hydraulic cylinder inclusively can be made with the possibility of automatically taking the next portion - the jet-forming volume of water from the surrounding aqueous medium due to the return of the piston under the combined action of the spring and the difference between the pressure of the surrounding aqueous medium and the gases in the gas cavity of the gas-hydraulic cylinder (This greatly simplifies the cavitator structure due to the shortest way of communication of the hydraulic cavity of the cylinder with the aqueous medium surrounding the cavitator, without any specially designed lines for this);
- упомянутый источник газов может быть выполнен в виде пиротехнического устройства многоразового использования, на основе порохового заряда, с возможностью генерирования пороховых газов под давлением выше заданного максимального давления окружающей водной среды (Это одно из главных инновационных технических решений, остающихся, тем ни менее, в числе дополнительных, ибо не обязателен для исполнения - в интересах недопущения необоснованного сужения объема правовой защиты изобретения; использование «пороховой энергетики» в данном случае не только дает весьма высокие удельные энергетические импульсы и оптимально по компактности, что в полной мере отвечает поставленной задаче, но и более привычно, комфортно для пользователей из числа «силовых структур», к коим относятся, в частности, подводные пловцы отрядов специального назначения).- the aforementioned gas source can be made in the form of a reusable pyrotechnic device based on a powder charge, with the possibility of generating powder gases under pressure above a predetermined maximum pressure of the surrounding aqueous medium (This is one of the main innovative technical solutions that remain, nevertheless, among additional, because it is not obligatory for execution - in the interests of preventing unjustified narrowing of the scope of legal protection of the invention, the use of "powder energy" in this case e not only gives very high specific energy impulses and is optimally compact, which fully meets the task, but also is more familiar, comfortable for users from among the "power structures", which include, in particular, underwater swimmers of special forces) .
Среди обнаруженных и проанализированных аналогов не обнаружены устройства, с такими техническими признаками, что свидетельствует и мировом уровне новизны заявляемой разработки.Among the detected and analyzed analogues, no devices were found with such technical features, which also testifies to the world level of novelty of the claimed development.
В то же время, именно за счет перечисленных признаков достигается технический результат (снимается обозначенная проблема технико-эксплуатационного и экономического характера), что свидетельствует о наличии причинно-следственной связи конструктивных признаков с положительной эффективностью заявляемого устройства.At the same time, it is due to the listed characteristics that a technical result is achieved (the indicated problem of technical, operational and economic nature is removed), which indicates the presence of a causal relationship of design features with the positive effectiveness of the claimed device.
Оригинальность и эффективность («сверхэффект» в патентоведческом понимании этого термина) свидетельствуют о наличии изобретательского уровня заявляемой разработки (как неочевидности технического решения задачи для специалиста в данной области человеческой деятельности на современном уровне развития науки и техники).Originality and effectiveness (“super-effect” in the patenting sense of this term) indicate the presence of an inventive step of the claimed development (as the non-obviousness of a technical solution to a problem for a specialist in this field of human activity at the current level of development of science and technology).
В сочетании с промышленной реализуемостью заявляемого устройства (см. в конце описания), триединое условие патентоспособности заявляемого кавитатора как изобретения выполняется.In combination with the industrial feasibility of the claimed device (see the end of the description), the triune condition of patentability of the claimed cavitator as an invention is fulfilled.
Заявляемый кавитатор (с частными примерами его конструктивного исполнения) показан на фиг. 1-4, где позициями обозначены:The inventive cavitator (with particular examples of its design) is shown in FIG. 1-4, where the positions indicated:
1 - кавитатор в целом; 2 - устройство создания высокоскоростной струи газосодержащей воды (жидкости) в окружающей водной (жидкостной) среде, в частности газогидравлический цилиндр; 3 - устройство предварительного дополнительного насыщения струеобразующего объема воды (жидкости) газами; 4 -поршень-разделитель; 5 - распорная (возвратная) пружина; 6 - гидравлическая полость газогидравлического цилиндра 2; 7 - газовая полость газогидравлического цилиндра 2; 8 - пороховой заряд; 9 - устройство инициирования порохового заряда 8; 10 - газоотводная трубка; 11 - высокоскоростная водо-газовая (гидрогазовая) струя в окружающей водной (жидкостной) среде; 12 - увеличивающийся и схлопывающийся газовый пузырь в струе 11; 13 - конфузор или сопло Лаваля.1 - cavitator as a whole; 2 - a device for creating a high-speed jet of gas-containing water (liquid) in the surrounding aqueous (liquid) medium, in particular a gas-hydraulic cylinder; 3 - a device for preliminary additional saturation of the jet-forming volume of water (liquid) with gases; 4 piston separator; 5 - spacer (return) spring; 6 - a hydraulic cavity of a gas-
Там же обозначены символами:In the same place are marked by symbols:
Рж - давление воды (жидкости) в окружающей кавитатор 1 водной (жидкостной) среде и в струеобразующем объеме воды (жидкости), то есть гидравлической полости 6 гидрогидравлического цилиндра 2, в статике; Рж стр - давление водо-газовой (гидро-газовой) струи 11 на выходе из кавитатора 1, то есть в динамике; Vж - результирующий вектор скорости водо-газовой (гидро-газовой) струи 11 на выходе из кавитатора 1; Рг - давление газов в газовой полости 7 газогидравлического цилиндра 2; Рг' - давление газов «насыщения» на входе в гидравлическую полость 6 газогидравлического цилиндра 2; Рж+г - давление в струеобразующем объеме водно-газовой (гидро-газовой) смеси.R f is the pressure of water (liquid) in the aqueous (liquid) medium surrounding the
При этом:Wherein:
на фиг. 1 представлена укрупненно блок-схема кавитатора;in FIG. 1 shows an enlarged block diagram of a cavitator;
на фиг. 2 схематически показан кавитатор - пиротехнический, с подачей пороховых газов «насыщения» по газоотводной трубки (магистрали) непосредственно от источника газов под давлением (от камеры сгорания порохового заряда);in FIG. 2 schematically shows a cavitator - pyrotechnic, with the supply of powder gases of "saturation" through a gas outlet pipe (line) directly from the gas source under pressure (from the combustion chamber of the powder charge);
на фиг. 3 - то же, с подачей пороховых газов «насыщения» от газовой полости газогидравлического цилиндра;in FIG. 3 - the same, with the supply of powder gases of "saturation" from the gas cavity of the gas-hydraulic cylinder;
на фиг. 4 - блок-схема кавитатора, частный пример с конфузором или соплом Лаваля.in FIG. 4 is a block diagram of a cavitator, a particular example with a confuser or a Laval nozzle.
Рассмотрим существенные конструктивные признаки заявляемого кавитатора (преимущественно пиротехнического, для использования в среде естественных водоемов (т.е. в природной воде как наиболее распространенном частном случае жидкости), а также принципы и особенности его работы.Consider the essential structural features of the inventive cavitator (mainly pyrotechnic, for use in the environment of natural reservoirs (i.e., in natural water as the most common particular case of liquid), as well as the principles and features of its operation.
Кавитатор 1 включает в себя (см. фиг. 1), во-первых, устройство 2 создания высокоскоростной струи 11 газосодержащей воды в окружающей водной среде, с возможностью кавитационного эффекта согласно принципу Бернулли, сопровождающегося дающегося гидроакустическим шумом (акустическими ультразвуковыми/звуковыми излучениями, вибрациями), и, во-вторых, устройство 3 предварительного дополнительного насыщения струеобразующего объема воды газами.The
Согласно заявляемому изобретению, в кавитаторе 1 устройство 2 выполнено (см. фиг. 3, 4) в виде газогидравлического цилиндра (соответственно, сохранена поз. 2) с поршнем-разделителем 4, подпружиненным распорной пружиной 5.According to the claimed invention, in the
У поршня-разделителя 4 гидравлическая полость 6 со встроенной в нее пружиной 5 сообщается с окружающей водной средой. Газовая полость 7 поршня-разделителя 4 сообщается с источником упомянутых газов под давлением Рг выше давления Рж окружающей водной среды (в режиме «выстреливания» струи 11). Устройство 3 предварительного дополнительного насыщения струеобразующего объема воды (в полости 6) газами выполнено в виде газоотводной трубки 10, сообщающейся на входе с источником 3 газов, а на выходе - со струеобразующим объемом водно-газовой смеси, то есть с гидравлической полостью 6 цилиндра 2.At the piston-
Таким образом, устройство 3, совмещая функции формирователя струи 11 и «насыщения» струеобразующего объема газами дополнительно, двухфункционально, подобно системе с газоотводом в самозарядном огнестрельном оружии, а само устройство 3 одновременно входит и в состав устройства 2.Thus, the
Известными средствами (не показаны) может быть предусмотрено как изменение величины давления Рг, так и оперативное регулирование (управление) давлением Рг' в зависимости от потребных выходных параметров работы кавитатора.Known means (not shown) can be provided as a change in the pressure P g , and operational regulation (control) of the pressure P g 'depending on the required output parameters of the cavitator.
Дальнейшее описание устройства относится к рациональным частным примерам конструктивного выполнения заявляемого кавитатора.A further description of the device relates to rational particular examples of the constructive implementation of the inventive cavitator.
В кавитаторе по фиг. 2 и 4 газоотводная трубка 10 соединена на входе непосредственно с источником 3 газов, а в кавитаторе по фиг. 3 - c газовой полостью цилиндра 2. При этом на своем выходе газоотводная трубка 10 соединена с гидравлической полостью 6 цилиндра 2 в кавитаторе по фиг. 2, 3, 4.In the cavitator of FIG. 2 and 4, the
В кавитаторе по фиг. 4 устройство 2 выполнено либо с конфузором (сужением проточного, то есть поперечного, сечения гидромагистрали), установленным за гидравлической полостью 6 цилиндра 2, либо с соплом Лаваля.In the cavitator of FIG. 4,
При этом газоотводная трубка 10 соединена на выходе с узкой частью конфузора или сопла Лаваля соответственно.While the
Магистраль от окружающей водной среды до гидравлической полости 6 цилиндра 2 включительно выполнена с возможностью автоматического забора очередной порции - струеобразующего объема воды из окружающей водной среды за счет возврата поршня 4 под совместным действием пружины 5 и перепада (Рж-Рг) между давлением окружающей водной среды и давлением остаточных газов в полости 7 цилиндра 2.The line from the surrounding aqueous medium to the
Источник 3 газов выполнен, предпочтительно, в виде пиротехнического устройства многоразового использования, на основе порохового заряда 8 (см. фиг. 2, 3), с возможностью генерирования пороховых газов под давлением выше заданного максимального давления Рж mах окружающей водной среды.The
Заявляемый кавитатор работает (функционирует) следующим образом.The inventive cavitator works (functions) as follows.
Кавитатор изображен на фиг. 1-4 в исходном «сухом» состоянии.The cavitator is depicted in FIG. 1-4 in the initial "dry" state.
При погружении его в воду с дифферентом на заднюю часть на любую глубину воздух из полости 6 выходит наружу и полость 6, как сообщающаяся с окружающей водной средой, замещается водой под давлением Рж, которое совместно с пружиной 5 прижимает поршень 4 к ограничителю его хода (показан, но позицией не обозначен).When it is immersed in water with the trim on the rear of any depth air in the
Инициируют, аналогично приведению в действие огнестрельного оружия, посредством устройства 9, пороховой заряд 8 в устройстве 3. Горение заряда 8 сопровождается образованием пороховых газов и резким повышением давления Рг. Большая часть пороховых газов поступает в газовую полость 7, давя на поршень-разделитель 4. Меньшая же их часть поступает, в параллель по газоотводной трубке 10 (в устройстве по фиг. 2, 4) или, последовательно через газовую полость 7 (в устройстве по фиг. 3), под давлением Рг' (как правило, меньшем, чем давление Рг) в гидравлическую полость 6, интенсивно диффундируя в струеобразую-щий объем воды («порцию») в ней.Initiate, similar to the actuation of a firearm, by means of device 9, a powder charge 8 in
При значительном (а при использовании пороховых зарядов это не проблема) положительном перепаде давления на поршень-разделитель 4 со стороны полостей 7 и 6 цилиндра 4, равномWith a significant (and when using powder charges this is not a problem) positive pressure drop across the piston-
(Pг-Pж+г-Fпр)>0,(P f -P r + pr g -F)> 0,
где Fпp - сила упругости пружины 5,where F pp -
поршень 5 весьма интенсивно выталкивает наружу - в окружающую водную среду - «порцию» воды с растворенным в ней воздухом и дополнительно щедро «обогащенной» пороховыми газами.the
С учетом общеизвестных принципа Бернулли и преимуществ сопла Лаваля, их ввод в гидравлическую магистраль за цилиндром 4 (см. устройство по фиг. 4) однозначно должен усилить технический результат - за счет ускорения струи и разрывных усилий в ней, содействующих разрежению и кавитации.Taking into account the well-known Bernoulli principle and the advantages of the Laval nozzle, their introduction into the hydraulic line behind cylinder 4 (see the device in Fig. 4) should clearly strengthen the technical result - due to the acceleration of the jet and the breaking forces in it, contributing to rarefaction and cavitation.
В струе 11 с высокой скоростью Vж движения в окружающей водной среде, согласно принципу Бернулли, статическое давление - пониженное, что вызывает интенсивное выделение растворенных в ней газов и рост, с объединением, пузырьков. Возникает явление кавитации: пузырьки, укрупнившись, схлопываются (12), создавая в воде акустический шум. Это проиллюстрировано в правой части фиг. 1-4).According to the Bernoulli principle, in the jet 11 with a high speed V W of movement in the surrounding aqueous medium, the static pressure is low, which causes intensive release of the gases dissolved in it and the growth, with the union, of the bubbles. There is a cavitation phenomenon: bubbles, having enlarged, collapse (12), creating acoustic noise in water. This is illustrated on the right side of FIG. 1-4).
Такое технической устройство использует почти тот же физический эффект, что и в биологии заложен Природой в отношении рака-щелкуна, который охотится на рыбу, генерируя кавитирующую с хлопком порядка 180-190 дБ относительно 1 мкПа (с дальностью распространения звука св. 2 км) струю (длиной 7-8 см) механическим схлопыванием клешни (см., например: Софья Демьянец. Громкие креветки. [Электронный ресурс]: http://www.nat-geo.ru/fact/42894-gromkie-krevetki/ (выложено 01.02.2013, №16298).Such a technical device uses almost the same physical effect as in biology laid down by Nature with respect to the nutcracker, which preys on fish, generating a jet that cavitates with cotton of the order of 180-190 dB with respect to 1 μPa (with a sound propagation range of over 2 km) (7-8 cm long) by mechanical collapse of a claw (see, for example: Sofya Demyanets. Loud shrimps. [Electronic resource]: http://www.nat-geo.ru/fact/42894-gromkie-krevetki/ (posted 01.02 .2013, No. 16298).
В данном случае шум является полезным, с позиций назначения устройства как кавитатора. Им можно воздействовать, в частности, на живые организмы на определенной дистанции от устройства (в том числе на морских диверсантов).In this case, the noise is useful from the standpoint of the purpose of the device as a cavitator. They can act, in particular, on living organisms at a certain distance from the device (including marine saboteurs).
Таким образом, достигается технический результат в соответствии с проблемой (поставленной задачей): изобретение позволяет повысить технико-эксплуатационные (тактико-технические) и экономические характеристики кавитатора, включая повышение удельной мощности (силы звука при кавитации) и компактности.Thus, a technical result is achieved in accordance with the problem (task): the invention improves the technical and operational (tactical and technical) and economic characteristics of the cavitator, including increasing specific power (sound power during cavitation) and compactness.
Возможности промышленной реализации заявляемого изобретения очевидны.The possibilities for industrial implementation of the claimed invention are obvious.
Claims (10)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018100985A RU2668027C1 (en) | 2018-01-10 | 2018-01-10 | Cavitator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018100985A RU2668027C1 (en) | 2018-01-10 | 2018-01-10 | Cavitator |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2668027C1 true RU2668027C1 (en) | 2018-09-25 |
Family
ID=63669069
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018100985A RU2668027C1 (en) | 2018-01-10 | 2018-01-10 | Cavitator |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2668027C1 (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2068682C1 (en) * | 1994-01-24 | 1996-11-10 | Виктор Петрович Родионов | Device for underwater hydropneumatic massage |
| WO2002074436A1 (en) * | 2001-03-16 | 2002-09-26 | Sonico Limited | Apparatus for treating fluids with ultrasounds |
| WO2003091096A1 (en) * | 2002-04-25 | 2003-11-06 | OBSCHESTVO S OGRANICHENNOI OTVETSTVENNOSTJU 'RussAkva' | Cavitation nozzle |
| RU2433087C2 (en) * | 2005-10-28 | 2011-11-10 | Ризос Балласт Текнолоджиз (Препрайэтри) Лимитед | Method of disinfecting water by destroying aquatic organisms and apparatus for realising said method |
| RU174490U1 (en) * | 2017-02-15 | 2017-10-17 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский государственный архитектурно-строительный университет" КГАСУ | CAVITATOR |
-
2018
- 2018-01-10 RU RU2018100985A patent/RU2668027C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2068682C1 (en) * | 1994-01-24 | 1996-11-10 | Виктор Петрович Родионов | Device for underwater hydropneumatic massage |
| WO2002074436A1 (en) * | 2001-03-16 | 2002-09-26 | Sonico Limited | Apparatus for treating fluids with ultrasounds |
| WO2003091096A1 (en) * | 2002-04-25 | 2003-11-06 | OBSCHESTVO S OGRANICHENNOI OTVETSTVENNOSTJU 'RussAkva' | Cavitation nozzle |
| RU2433087C2 (en) * | 2005-10-28 | 2011-11-10 | Ризос Балласт Текнолоджиз (Препрайэтри) Лимитед | Method of disinfecting water by destroying aquatic organisms and apparatus for realising said method |
| RU174490U1 (en) * | 2017-02-15 | 2017-10-17 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский государственный архитектурно-строительный университет" КГАСУ | CAVITATOR |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7207258B1 (en) | Weapon silencers and related systems | |
| US9417021B2 (en) | Firearm suppressor | |
| CN109798201B (en) | Secondary mixing chamber hidden type multi-stage power underwater propeller and control method | |
| US20070095946A1 (en) | Advanced Velocity Nozzle Fluid Technology | |
| Rehman et al. | Analysis and attenuation of impulsive sound pressure in large caliber weapon during muzzle blast | |
| RU2672072C1 (en) | Bullet-cavitator for underwater firearm | |
| RU2668027C1 (en) | Cavitator | |
| RU2386040C2 (en) | Method for decreasing exhaust noise of internal combustion engine | |
| RU2720500C2 (en) | Expander, damper-expander and device for arrangement thereof | |
| WO2015099552A1 (en) | Pump-jet pulse detonation engine (variants) and method for creating hydro-jet thrust | |
| RU2677506C1 (en) | Projectile for shooting in aquatic environment | |
| BG110591A (en) | Aerodynamically stabilized munition | |
| RU2349857C2 (en) | Method of launching grenade and grenade launcher to this end | |
| RU2355600C1 (en) | Water-jet propeller | |
| CN103935527A (en) | Shell type carrier-based aircraft catapult | |
| US20190041154A1 (en) | Sound Wave Absorption Module and Device Comprising Same | |
| US601604A (en) | Marine torpedo | |
| RU2219096C1 (en) | Submarine with air-ejection torpedo tubes | |
| JP2006504019A (en) | Jet pump | |
| KR102590590B1 (en) | Testing device for torpedo launching | |
| RU2317505C1 (en) | Method for grenade shooting and grenade launcher for its realization | |
| US20020157589A1 (en) | Torpedo | |
| RU217740U1 (en) | Hydrojet propulsion | |
| RU2616095C1 (en) | Aircraft | |
| TWM474902U (en) | Muffler structure |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200111 |