Воронка
FUNNEL

Изобретение  относится к области конструкции устройств для  распределения жидких веществ или для  перемещения  их из одной емкости в другую емкость с узкой  горловиной. Конструкция может быть использована для хозбытовых и промышленных нужд, для обслуживания автотранспортной техники и в технических энергосиловых объектах, эксплуатируемых в полевых условиях.
Известна воронка, содержащая надставку, конус, горлышко, спиралевидный конический элемент,  расположенный в конусе  (см. патент на полезную модель №128197). Недостаток известной конструкции: медленное истечение жидкости через воронку по причине конструктивного  гидродинамического несовершенства конуса,  спиралевидного конического элемента и горлышка.
Указанный недостаток устранен в заявляемом изобретении, которое направлено на решение задачи увеличения скорости истечения жидкости через воронку.
Поставленная цель увеличения скорости истечения жидкости в заявляемом изобретении конструктивно  достигается тем, что в воронке, содержащей надставку, конус, горлышко, спиралевидный конический элемент, расположенный в конусе, согласно предлагаемому изобретению, в поперечном сечении надставка, проточная часть конуса и горлышка выполнены в виде геликоидной поверхности , при этом геликоидная поверхность в конусе и в горлышке выполнена сужающейся  и спирально закрученной  с увеличением длины шага закрутки от входа  конуса к выходу горлышка, геликоидная поверхность  имеет основной и дополнительные спирально геликоидные выступы, закрученные противоположно закрутке геликоидной поверхности с увеличенным, по отношению к шагу закрутки геликоидноцй поверхности, шагом закрутки, который увеличивается от входа конуса к выходу  горлышка, а ускоряющееся спиралевидное вращательное движение жидкости внутри воронки обеспечивается формой и закруткой геликоидной поверхности, закруткой основного и дополнительных выступов, а также созданием дополнительными  спирально геликоидными выступами «жидкостного подшипника», по которому скользит с минимальным трением основной спирально закрученный ускоряющийся поток жидкости при ее истечении из воронки.
Чертеж заявляемой конструкции приведен на фиг. 1 при фронтальном виде, на фиг. 2 при виде сверху, на фиг. 3  в сечении Б-Б по первому повороту геликоидного канала на 90°, на фиг. 4 в сечении В-В спирально геликоидного горлышка.
На фиг. 1-4 позициями обозначены следующие элементы:
1-спирально  геликоидный  конус,
2 – спирально  геликоидное  горлышко,
3- основной спирально  геликоидный  выступ,
4-дополнительные спирально геликоидные выступы,
5- геликоидная поверхность,
6- направление закрутки геликоидной поверхности,
7- малая ось геликоидной поверхности,
8- большая ось геликоидной поверхности,
9-направление вращения основного периферийного вихря,
10- направление вращения дополнительного периферийного вихря,
11-гиперболическая поверхность,
12-линии закрутки спирально геликоидных основного и дополнительного  выступов,
13- линии закрутки спирально геликоидного канала,
14-надставка.
Линии перегиба поверхностей  условно не показаны. Стенка воронки по толщине изображена условно   совпадающей с линией наружного  контура. Линии 12 закрутки спирально геликоидных основного и дополнительного  выступов,  а также линии 13 закрутки спирально геликоидного канала условно  показаны на фронтальном виде фиг. 1 только  по лицевой стороне.
Назначение и взаимодействие элементов следующее.
Спирально  геликоидный  конус 1 служит для первоначального приема жидкости (на фиг. 1-4 жидкость условно не показана)   и придания ей вращательного движения 9 с одновременным подводом ее на вход спирально  геликоидного  горлышка 2.
Сверху спирально  геликоидного  конуса 1 располагается цилиндрическая надставка 14, служащая для устранения перелива жидкости через край воронки при заполненном жидкостью  конусе 1.
По геометрической форме очертания  верхнего и нижнего основания надставки 14 являются  геликоидами, которые по размерам  в поперечном сечении соответствуют очертанию геликоидной поверхности 5 на входе в конус 1 (фиг. 2).
Переход конуса 1 в горлышко 2 осуществляется геометрически плавно по гиперболической поверхности 11, которая позволяет, по сравнению с известной конструкцией, не имеющей плавного перехода по гиперболической поверхности, снизить потери механической  энергии струи на трение и повысить скорость истечения жидкости через воронку.
Спирально  геликоидное  горлышко 2 служит для окончательной подачи жидкости в емкость с узкой  горловиной (на фиг. 1-4 емкость не показана). Внутри спирально  геликоидного  конуса 1 контакт воронки с жидкостью  осуществляется по геликоидной поверхности 5, имеющей основной спирально геликоидный выступ 3 и дополнительные спирально геликоидные выступы 4.
Геликоидная   поверхность 5 в поперечном сечении перпендикулярном оси воронки имеет   соотношение малой 7 и большой 8 осей 0,47…0,75.
Геликоидная   поверхность 5 образует непрерывный геликоидный канал, который в элементах фиг. 1 обозначен как спирально геликоидный конус позицией 1 и как спирально геликоидное  горлышко позицией 2 с  переходным участком между ними по гиперболической поверхности 11.
Шаг закрутки спирального геликоидного канала, образованного поверхностью  5 в конусе 1 и далее в  горлышке 2 переменный и увеличивается по мере увеличения длины канала. На входе  конуса 1 закрутка  спирального геликоидного канала минимальна.
Наличие в заявляемой конструкции геликоидной поверхности, образующей на всем протяжении проточной части воронки спирально закрученный геликоидный канал уменьшающегося сечения и с увеличивающися шагом закрутки, а также наличие выступов 3, 4 с противоположной  по отношению геликоидному  каналу закруткой позволяет достигнуть конструктивное гидродинамическое совершенство проточной части заявляемой  воронки и достигнуть положительного технического результата – увеличения скорости истечения жидкости через заявляемую воронку, по сравнению с известной конструкцией воронки.
В известной  конструкции закрутка жидкости происходит только в конусе с последующей потерей  скорости  вращательного движения и скорости истечения в горлышке за счет сил трения жидкости о стенки горлышка.
В заявляемой конструкции  основной  спирально геликоидный  выступ 3 по форме  выполнен в виде  геометрической  поверхности второго порядка с острого конца геликоида.
Основной спирально геликоидный  выступ  3 служит для непрерывного закручивания струи жидкости в направлении 9, которое противоположно направлению 6 закрутки геликоидного канала (на фиг. 1-4 канал позицией не обозначен), образованного  геликоидной поверхностью 5.
Наличие в заявляемой  конструкции основного спирально геликоидного  выступа 3  в конусе  и горлышке 2  с закруткой по линии 12 с увеличивающимся шагом обеспечивает конструктивное гидродинамическое совершенство  проточной части воронки, проявляющееся в том, что закрутка  периферийного вихря 9 происходит непрерывно с ускорением потока жидкости  и с увеличением скорости истечения.
Сечение геликоидного канала несимметричное  и выступ   3  по длине  канала  вследствие закрутки  его закрутки  незначительно сдвигается к острому концу геликоида   по мере удлинения канала.
Так как на выступе 3 вследствие возрастания скорости потока жидкости понижается ее локальное  давление, то в связи с опережением закрутки выступа  3  по отношению к закрутке канала происходит дополнительное возрастание скорости истечения жидкости  и достигается положительный технический эффект.
В известной конструкции локального понижения давления жидкости при ее движении не происходит  и скорость движения струи  жидкости  в горлышке  постоянна.
Дополнительные спирально геликоидные  выступы 4 в количестве трех выполнены в виде поверхностей  второго порядка с меньшими геометрическими размерами по сравнению с выступом 3 и служат для возбуждения дополнительного вихря 10,  который  представляет собой своеобразный «жидкостной подшипник» для уменьшения трения,  на котором перемещается основная струя жидкости  с направлением вращения 9.
Наличие в заявляемой конструкции дополнительных выступов 4 по всей длине  внутренней проточной части конуса 1 и горлышка 2 позволяет достигнуть  заметного повышения гидродинамического совершенства проточной части воронки  за счет  уменьшения сил трения жидкости о стенки и увеличить скорость истечения жидкости.
Этим достигается дополнительный  положительный технический результат,  по сравнению с  известной конструкцией, в которой дополнительных выступов не имеется и  уменьшения сил трения не происходит.
Относительно закрутки 6 геликоидной поверхности с наклоном по линии 13 выступы 3 и 4 непрерывно по всей длине конуса 1 и горлышка 2 закручены в противоположном направлении с наклоном по линии 12, совпадающим с направлением ускоряющегося вращения основного периферийного вихря 9.
За начало закрутки 13 геликоидного канала, образованного геликоидной поверхностью  5,  принимается положение острого конца геликоида на входном участке геликоидного конуса 1 с соответствующим при этом положением выступов 3 и 4.
Шаг  спиральной закрутки выступов 3 и 4 гораздо больше шага спиральной закрутки геликоидного канала с направлением вращения основного периферийного вихря 9  и при этом шаг увеличивается по длине канала. При этом геометрическое положение  выступов 3 и 4 относительно острого конца геликоида изменяется незначительно.
Конструктивные особенности  элементов воронки: форма спирально геликоидного конуса 1 и горлышка 2 образуют спирально закрученный геликоидный  канал (на фиг. 1-4 геликоидный канал позицией не показан),  образованный   геликоидной поверхностью 5, закрученные выступы  3 и 4, плавный по гиперболической поверхности 11  переход конуса 1 в горлышко 2 технологически между собой связаны  и образуют техническое решение задачи по гидродинамическому совершенствованию проточной части воронки и  повышению скорости  истечения жидкости через воронку.
Показанная на фиг. 1-4 заявляемая конструкция с расположением геликоидной поверхности 5, выступов 3,4, правым направлением закрутки  6 геликоидной поверхности, левой закруткой выступов 3,4 и левым вращением основного периферийного вихря 9  предназначена для воронок, используемых в Северном полушарии Земли.
Для воронок, используемых в Южном полушарии Земли, заявляемая конструкция является  зеркальным отражением по отношению к фиг. 1-4, то есть наиболее полный получаемый конечный результат гидродинамического совершенства проточной части воронки проявляется при правом направлении   вращения основного периферийного вихря 9.
Заявляемая конструкция работает следующим образом.
Первоначально налитая в конус 1 жидкость в виде первичной струи начинает двигаться преимущественно   от острого конца геликоида к центру воронки по криволинейной траектории в направлении 9 из-за наличия выступа 3 (фиг. 2).
При соприкосновении с выступами 4 часть двигающейся  жидкости приобретает на периферии дополнительное вихревое движение 10, относительно которого основное количество жидкости движется с меньшим трением, по сравнению с трением жидкости  о стенку воронки в известной конструкции.
На этой стадии в заявляемой конструкции достигается положительный технический результат повышения скорости истечения за счет уменьшения сил трения жидкости, по сравнению с известной конструкцией.
При дальнейшем движении жидкости из-за наличия выступа 3 скорость движения первичной  струи возрастает,  так как вследствие силы тяжести струя по вертикали перемещается к горлышку  и из-за сужения проходного сечения выступом 3 скорость движения первичной струи возрастает на более раннем участке (фиг. 3).
Так как струя жидкости  двигается по спирали с увеличивающимся шагом и поперечное сечение канала сужается, то при контакте с первичной струи с выступами 4 на более низком уровне в сечении В-В (фиг. 4) дополнительный периферийный вихрь уменьшает силу трения.
Основной спирально геликоидный  выступ 3 по всей длине  проточной части из-за увеличенного шага линий 12, по сравнению с закруткой геликоидной  поверхности 5 по линиям 13,  воздействует с опережением  по созданию области пониженного давления по длине канала, то есть скорость потока жидкости   непрерывно возрастает.
За счет этого в заявляемой конструкции  достигается положительный технический эффект увеличения скорости истечения из горлышка воронки, по сравнению с известной конструкцией, которая в горлышке спиральных закручивающих элементов не имеет.