RU2819358C1 - Узел налива воды в тару потребителя воды - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к устройствам, осуществляющим операции с водой, которую потребитель воды приобретает посредством аквавендингового аппарата, помещая для этого свою тару для воды в камеру налива воды этого аппарата. Узел аквавендингового аппарата для налива воды в тару, включающий вертикально ориентированный патрубок налива воды в тару потребителя воды, отличающийся тем, что внутри этого патрубка через резьбовое соединение установлено сопло постоянного поперечного сечения для турбулентно-ламинарного перехода, при этом это сопло представляет собой отрезок трубы, внутри которого установлены четыре продольно ориентированные пластины, которые в прямоугольной системе координат OX, OY, OZ ориентированы своими плоскостями параллельно оси апликат OZ, одновременно являющейся осью этого сопла, при этом эти пластины связаны между собой и делят канал сопла на восемь продольных туннелей, так что одна пластина из указанных четырёх пластин расположена параллельно координатной плоскости ZOX, а другие пластины из указанных четырёх пластин расположены параллельно координатной плоскости YOZ, причём эти другие пластины расположены на расстоянии друг от друга и от внутренних стенок сопла для образования восьми продольных туннелей. Технический результат заключается в создании ламинарного истечения воды из патрубка налива воды, обеспечиваемого разделением единого входного турбулентного потока воды на множество туннельных потоков воды в этом патрубке, так что каждый такой туннельный поток имеет существенно меньший условный диаметр относительно условного диаметра указанного единого входного (турбулентного) потока. 5 ил.

Description

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к устройствам, осуществляющим операции с жидкостью, а именно с водой, которую потребитель воды приобретает посредством аквавендингового аппарата (аппарата автоматизированной продажи воды), помещая для этого свою тару для воды в камеру налива воды этого аквавендингового аппарата. Уровень техники

Известен узел налива воды аквавендингового аппарата, включающий расположенный в верхней части камеры налива воды аквавендингового аппарата вертикально ориентированный патрубок налива воды в тару потребителя воды, центратор этой тары относительно этого патрубка, а также заслонку с управляющим приводом. При этом указанный патрубок расположен в специально предназначенном для него углублении в верхней стенке камеры, закрытом указанной заслонкой с возможностью временного открывания данного углубления для налива воды в тару потребителя воды (см. описание полезной модели по патенту RU №180571 U1, В67С 3/00, B67D 7/00, опубликовано: 18.06.2018 Бюл. №17, патентообладатель Бакалейко В.В.).

Признаки известного узла, общие с признаками заявленного для патентования технического решения, заключаются в наличии вертикально ориентированного патрубка налива воды в тару потребителя воды, устанавливаемую для этого под указанным патрубком.

Причина, препятствующая получению в известном узле технического результата, который обеспечивается заявленным для патентования техническим решением, заключается в том, что указанный патрубок налива воды расположен в углублении в верхней стенке камеры, закрытом заслонкой, что усложняет конструкцию и делает невозможным визуальное восприятие потребителем воды этого патрубка, необходимое для визуальной центровки горлышка тары относительно патрубка.

Известен узел налива воды в тару потребителя воды в составе аквавендингового аппарата (прототип), который содержит вертикально ориентированный патрубок налива воды в тару потребителя воды и центратор, снабженный источником света, дающим возможность потребителю воды при помощи этого источника осуществлять визуальную центровку горлышка указанной тары относительно указанного патрубка (см. описание изобретения по патенту RU №2725515 C1, В67С 3/00, опубликовано: 02.07.2020 Бюл. №19, патентообладатель Вяткин В.В.).

Признаки известного узла (прототипа), общие с признаками заявленного технического решения, заключаются в наличии вертикально ориентированного патрубка налива воды в тару потребителя воды, устанавливаемую для этого под указанным патрубком на расстоянии от него.

Причина, препятствующая получению в известном узле (прототипе) технического результата, который обеспечивается заявленным для патентования техническим решением, заключается в том, что указанное визуальное центрирование горлышка тары относительно патрубка осуществляется потребителем воды при помощи специального устройства (центратора), снабженного для этого соответствующим источником света, что усложняет конструкцию узла налива и усложняет для потребителя воды процедуру визуальной центрации горлышка тары относительно патрубка в условиях значительной вариативности вертикального габарита этой тары.

Техническая проблема, на решение которой направлено заявленное для патентования техническое решение, заключается в необходимости упрощения конструкции узла налива воды в тару потребителя воды в процессе аквавендинга за счет полного исключения из его конструкции специального центратора, но так, чтобы искомая функция визуальной центрации была не только сохранена, но и существенно упрощена для потребителя воды в условиях значительной вариативности вертикального габарита его тары (5-19 литров) и, соответственно, расстояния между патрубком налива воды и горлышком тары (при условии, что любую тару для ее наполнения водой устанавливают на дно камеры налива, а не подвешивают за горлышко вблизи патрубка налива, так как такое подвешивание является плохим вариантом для потребителя из-за значительной физической нагрузки на него при снятии заполненной водой тары с указанного подвеса).

Для этого необходимо обеспечить ламинарное истечение воды из патрубка налива воды, так как относительно именно ламинарного потока легко центрировать тару и, кроме того, для ламинарного потока, как известно, не характерно разбрызгивание воды по сторонам, обусловливающее как потерю части воды, так и неприятное для потребителя воды попадание на него части воды.

При этом в соответствие с известной формулой Рейнольдса ламинарное истечение можно обеспечить существенным снижением скорости истечения воды из патрубка налива воды. Однако это совершенно неприемлемо для потребителя в процессе аквавендинга, так как ведет к существенному увеличению времени наполнения его тары водой. При этом практика показывает, что психологически допустимое для потребителя время наполнения, например 5-ти литровой тары, составляет 25 сек., так что при превышении этого времени увеличивается вероятность отказа потребителя от услуг такого «медленного» аквавендинга.

Другой вариант, также диктуемый формулой Рейнольдса, заключается в уменьшении условного диаметра потока воды за счет уменьшения внутреннего диаметра патрубка налива воды. Однако в соответствие с законом неразрывности потока такое уменьшение диаметра ведет к увеличению скорости движения воды в потоке, что сводит на нет указанное уменьшение условного диаметра потока.

Третий вариант (общеизвестный и весьма популярный) - установка сетки на выходном торце патрубка. При этом сетка отчасти решает задачу ламинаризации потока, а также осуществляет аэрацию потока. Но все это достигается за счет существенного увеличения гидравлического сопротивления (свойство сетки), что ведет к снижению расхода воды и необходимо следующему из этого увеличению времени наполнения тары потребителя воды, что неприемлемо по изложенным выше причинам.

Таким образом, проблема заключается в том, чтобы обеспечить ламинарное истечение воды из патрубка налива воды без заметного уменьшения расхода воды, что возможно только за счет уменьшения условного диаметра потока воды в обход закона неразрывности этого потока. Раскрытие сущности изобретения

Технический результат, опосредствующий решение данной технической проблемы, заключается в том, что искомое ламинарное истечение воды из патрубка налива воды обеспечивается существенным уменьшением условного диаметра потока воды в этом патрубке, обусловленным расщеплением (разделением) единого входного турбулентного потока воды на множество туннельных потоков воды в этом патрубке, так что каждый такой туннельный поток имеет существенно меньший условный диаметр относительно условного диаметра указанного единого входного (турбулентного) потока. При этом скорость движения каждого туннельного потока примерно равна скорости движения этого входного потока за счет именно указанного расщепления, «отменяющего» действие закона неразрывности потока, что и дает возможность уменьшить условный диаметр потока без заметного увеличения или уменьшения скорости потока.

Таким образом, благодаря новой конструкции узла этот узел приобретает новое свойство, заключающееся в обеспечении в этом узле эффекта турбулентно-ламинарного перехода за счет расположения в патрубке налива воды специального сопла, названного нами как мультитуннельное сопло постоянного поперечного сечения для турбулентно-ламинарного перехода. При этом данный эффект турбулентно-ламинарного перехода в этом сопле обеспечивается указанным расщеплением (разделением) единого входного (турбулентного) потока на множество туннельных потоков в этом сопле, что ведет к уменьшению числа Рейнольдса в каждом туннельном потоке до уровня ламинарного течения за счет соответствующего уменьшения условного диаметра потока в каждом туннеле сопла, после чего эти туннельные (ламинарные) потоки на выходе из сопла вновь объединяются в единый выходной и уже ламинарный поток, истекающий из сопла с тем же условным диаметром и с той же скоростью, что и указанный входной турбулентный поток.

Достигается технический результат тем, что узел аквавендингового аппарата для налива воды в тару включает вертикально ориентированный патрубок 1 налива воды в тару 2 потребителя воды, а также установленное внутри этого патрубка 1 через резьбовое соединение сопло 4 постоянного поперечного сечения для турбулентно-ламинарного перехода, представляющее собой отрезок трубы, внутри которого установлены четыре продольно ориентированные пластины 6-9, которые в прямоугольной системе координат OX, OY, OZ ориентированы своими плоскостями параллельно оси апликат OZ, одновременно являющейся осью этого сопла 4, при этом эти пластины 6-9 связаны между собой и делят канал сопла на восемь продольных туннелей 10, так что одна пластина 6 из указанных четырех пластин 6-9 расположена параллельно координатной плоскости ZOX, а другие пластины 7-9 из указанных четырех пластин 6-9 расположены параллельно координатной плоскости YOZ, причем эти другие пластины 7-9 расположены на расстоянии друг от друга и от внутренних стенок сопла 4 для образования восьми продольных туннелей 10. Краткое описание чертежей

На фиг.1 приведено схематическое изображение камеры налива аквавендингового аппарата с временно установленной в ней тарой потребителя воды (камера налива изображена в виде вертикально вытянутого прямоугольника); на фиг.2 приведена фотография опытного образца сопла постоянного поперечного сечения для турбулентно-ламинарного перехода (мультитуннельного сопла), а именно, вид сбоку и со стороны его выходного торца, т.е. нижнего конца сопла в его рабочем положении; на фиг.3 приведена фотография того же сопла, вид сбоку и со стороны его входного торца, т.е. верхнего конца сопла в его рабочем положении; на фиг.4 схематично показано вертикальное (продольное) сечение группы продольных (т.е. ориентированных в направлении оси Z) пластин сопла, разделяющих канал сопла на продольные туннели, в ортогональных осях координатах X-Z, где X - одна из горизонтальных (поперечных для сопла) осей, Z - вертикальная (продольная для сопла) ось; на фиг.5 схематично со стороны любого торца сопла (входного или выходного; или в поперечном сечении сопла) показана группа продольных (т.е. ориентированных в направлении оси Z) пластин сопла, разделяющих канал сопла на продольные туннели, в ортогональных осях координатах X-Y, где X - та же горизонтальная (поперечная для сопла) ось, Y - другая горизонтальная (другая поперечная для сопла) ось.

Осуществление изобретения

Камера налива воды аквавендингового аппарата представляет собой короб, установленный (закрепленный) на лицевой панели аквавендингового аппарата с возможностью доступа потребителя воды внутрь этого короба, т.е. в камеру налива (которая на фиг.1 условно показана в виде вертикально вытянутого прямоугольника, а лицевая панель аквавендингового аппарата и сам аппарат не показаны).

При этом в верхней части камеры налива воды расположен узел аквавендингового аппарата для налива воды в тару, который включает вертикально ориентированный патрубок 1 (с установленным в нем соплом 4) для налива воды в тару 2 потребителя воды, временно устанавливаемую для этого под патрубком 1 на расстоянии от него с возможностью обеспечения соответствующего вертикального (причем, ламинарного) потока 3 воды из патрубка 1 в тару 2 через ее горлышко.

Патрубок 1 представляет собой полый вертикально ориентированный круглый цилиндр, т.е. отрезок круглой трубы с внутренней резьбой (эта резьба не показана и позицией, соответственно, не обозначена). При этом внутри патрубка 1 при помощи этой резьбы установлено сопло 4 постоянного поперечного сечения для турбулентно-ламинарного перехода, причем установлено при помощи резьбового соединения, обусловленного тем, что и это сопло 4 также выполнено с соответствующей (ответной) наружной резьбой 5 (фиг.2, 3).

Сопло 4 является мультитуннельным, его мультитуннельность обеспечивается установленной внутри него и закрепленной в нем при помощи сварки объемной пластинчатой конструкцией, состоящей (в оптимальном варианте) из четырех продольно ориентированных пластин 6-9 (фиг.2-5), создающих внутри сопла 4 восемь продольных туннелей 10 (фиг.4, 5).

Рассматривая данные пластины 6-9 в прямоугольной системе координат OX, OY, OZ (используемой на фиг.2-5), надо отметить, что все эти пластины ориентированы своими плоскостями параллельно оси апликат OZ, одновременно являющейся осью сопла 4. Кроме того, пластины 6-9 связаны между собой сваркой и тем самым образуют единую объемную пластинчатую конструкцию. При этом одна из них, а именно пластина 6, расположена параллельно координатной плоскости ZOX (или условно в самой этой плоскости, но в любом случае по диаметру сопла 4), а другие пластины 7-9 расположены параллельно координатной плоскости YOZ, причем эти другие расположены на расстоянии друг от друга и от внутренних стенок сопла 4 для образования указанных туннелей 10, которые как раз и создают искомую мультитуннельность сопла 4.

При этом смысл и назначение этой мультитуннельности заключается в возможности при ее помощи обеспечить искомый турбулентно-ламинарный переход. Необходимость в таком переходе обусловлена тем, что исходный поток воды, протекающий по соответствующему трубопроводу и направляющийся в тару 2 из патрубка 1, является турбулентным по определению, причем как из-за скорости потока, обусловленной допустимо максимальным временем заполнения тары 2, так и из-за извилистости пути движения этого потока. Такой турбулентный поток, выходя из патрубка 1, имеет тенденцию к разбрызгиванию воды по сторонам, создавая потери воды и известные неудобства потребителю воды. Традиционно компенсируют этот недостаток тем, что максимально приближают горлышко тары 2 к выходному торцу патрубка 1, а в пределе даже создают возможность введения патрубка 1 прямо в горлышко тары 2, подвешивая для этого эту тару 2 за это ее горлышко. Однако тара 2 имеет разный вертикальный габарит, причем есть такая большая тара, что подвешивание ее за горлышко технически затруднено из-за тяжести заполненной водой такой тары. Таким образом, лучшим универсальным способом совмещения оси горлышка тары 2 с осью патрубка 1 является обеспечение устойчивого ламинарного характера потока 3. Но для этого необходимо изначально турбулентный поток преобразовать в ламинарный т.е. осуществить тот самый турбулентно-ламинарный переход, обеспечиваемый соплом 4.

Возможность турбулентно-ламинарного перехода в рассматриваемом сопле 4 обусловлена известным гидравлическим законом, выраженным формулой Рейнольдса: Re = υ⋅d/v, где υ - средняя скорость потока воды, d - условный диаметр потока, v - кинематический коэффициент вязкости воды, Re - число Рейнольдса. При этом из опыта широко известно критическое число Рейнольдса для круглого потока (Re_кр. ≈ 2300), так что при Re < Re_кр. имеет место ламинарный поток, а при Re > Re_кр. - турбулентный. Отсюда следует, что для турбулентно-ламинарного перехода в отношении определенной жидкости (в нашем случае воды) надо либо уменьшать υ, либо уменьшать d, либо уменьшать оба. Однако в аквавендинге уменьшение v не представляется возможным, так как это ведет к увеличению времени наполнения водой тары потребителя воды, что обычно вызывает у потребителя психологический дискомфорт. Таким образом, искомый турбулентно-ламинарный переход возможен только за счет значительного уменьшения d. Однако, если это уменьшение d осуществить за счет уменьшения условного диаметра потока в патрубке 1 (d_pat), то приемлемый эффект турбулентно-ламинарного перехода не будет достигнут, так как в соответствие с известным в гидравлике законом неразрывности потока уменьшение d неизбежно ведет к соответствующему (относительно компенсирующему) увеличению υ. Надо, следовательно, уменьшить d так, чтобы при этом не произошло увеличение v. Это возможно только путем создания условия, при котором не действует закон неразрывности потока. Другими словами, исходный поток воды в патрубке 1 с условным диаметром d_pat должен быть расщеплен (разделен) на несколько туннельных потоков, условный диаметр каждого из которых d_tun значительно меньше условного диаметра d_pat. Эту функцию как раз и выполняет сопло 4 постоянного поперечного сечения, в котором указанное расщепление (разделение) исходного потока на множество туннельных потоков меньшего условного диаметра осуществляют продольно ориентированные пластины 6-9, исключающие действие закона неразрывности потока.

Функционирование узла аквавендингового аппарата для налива воды в тару происходит следующим образом.

Потребитель воды устанавливает свою тару 2 в камеру налива аквавендингового аппарата на дно этой камеры (или на специальную подставку, которая на фиг.1 не показана), подводя горлышко тары 2 под патрубок 1. При этом вертикальный габарит камеры налива предусмотрен значительный, причем такой, что дает возможность установить в эту камеру тару максимально возможного габарита, так что для такой тары ее горлышко будет располагаться достаточно близко от выходного торца патрубка 1 и по этой причине центрация горлышка такой тары относительно патрубка 1 не вызовет каких либо трудностей. При таких обстоятельствах и ламинарность потока 3 не является обязательной. Однако в камеру налива потребитель может установить и малую тару, например бутыль на 5 литров, изготовленную из прозрачного пластика (весьма популярный вариант по причине распространенности такой бутыли и умеренной тяжести такой бутыли с водой). В этом случае расстояние между выходным торцом патрубка 1 и входным торцом горлышка тары 2 будет значительным, как показано на фиг.1, что и делает актуальным вопрос о центрации горлышка тары 2 относительно патрубка 1. Вопрос этот разрешается достаточно просто, например тем, что на дне камеры краской наносят достаточно яркое пятно, расположенное на одной условной вертикальной прямой с патрубком 1 так, что при виртуально представляемом истечении воды из патрубка 1 (т.е. при отсутствии в камере налива тары 2) поток 3 попадал бы точно в указанное пятно и при этом на всем пути от патрубка 1 до дна камеры налива представлял бы собой именно ламинарный поток. Тогда потребить устанавливает тару 2 в камеру налива с ориентацией по указанному ламинарному потоку 3, исходя из известной ему пространственной связи патрубка 1 с указанным пятном. Другой вариант центрации заключается в расположении внутри патрубка 1 источника света, луч которого выходит из патрубка 1 вертикально вниз и потребитель устанавливает тару 2, ориентируя ее по указанному лучу, ассоциированному с потоком 3.

Далее, при включении насоса подачи потока воды по соответствующему трубопроводу в патрубок 1 этот поток воды, будучи турбулентным, проходит через установленное в патрубке 1 сопло 4, в котором благодаря наличию пластин 6-9 происходит расщепление (разделение) этого исходного турбулентного потока на множество (конкретно, восемь) туннельных потоков, каждый из которых имеет условный диаметр примерно в восемь раз меньший относительно условного диаметра исходного турбулентного потока. Этого, как выяснилось в экспериментах с соплом, показанном на фиг.2, 3, оказывается достаточным, чтобы преобразовать исходный турбулентный поток в выходной ламинарный поток 3 (фиг.1), сохраняющий эту свою ламинарность на всем вертикальном пути своего свободного вертикального истечения, составляющим по крайней мере 600 мм, при внутреннем диаметре сопла 14 мм и длине сопла 20 мм.

Claims (1)

1. Узел аквавендингового аппарата для налива воды в тару, включающий вертикально ориентированный патрубок налива воды в тару потребителя воды, отличающийся тем, что внутри этого патрубка через резьбовое соединение установлено сопло постоянного поперечного сечения для турбулентно-ламинарного перехода, при этом это сопло представляет собой отрезок трубы, внутри которого установлены четыре продольно ориентированные пластины, которые в прямоугольной системе координат OX, OY, OZ ориентированы своими плоскостями параллельно оси апликат OZ, одновременно являющейся осью этого сопла, при этом эти пластины связаны между собой и делят канал сопла на восемь продольных туннелей, так что одна пластина из указанных четырёх пластин расположена параллельно координатной плоскости ZOX, а другие пластины из указанных четырёх пластин расположены параллельно координатной плоскости YOZ, причём эти другие пластины расположены на расстоянии друг от друга и от внутренних стенок сопла для образования восьми продольных туннелей.