УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАКРУЧИВАНИЯ ПОТОКА В ТРУБОПРОВОДЕ

Предлагаемая полезная модель относится к устройствам для воздействия на поток текучей среды, в частности, для закручивания потока с целью подавления кавитации во всасывающих рукавах гидравлических систем транспортных средств при максимальных расходах гидравлической жидкости.
Известно устройство для закручивания потока в трубопроводе, которое включает устанавливаемые внутри цилиндрического корпуса элементы для закрутки потока (патент РФ №2142582, опубл. 10.12.1999). Элементы для закрутки потока в данном устройстве представляют собой лопатки, установленные вокруг центрального тела.
Недостаток данного устройства - сложная конструкция, большое гидравлическое сопротивление данного устройства и отсутствие возможности управления закруткой потока.
Известно устройство, в котором средство для закручивания потока в трубе выполнено из проволоки в виде цилиндрической пружины, а корпусом является сама труба (патент РФ №2285198, опубл. 10.10.2006). Данное устройство имеет простую конструкцию и небольшое дополнительное гидравлическое сопротивление.
Однако даже небольшое дополнительное гидравлическое сопротивление может спровоцировать возникновение кавитации во всасывающих рукавах гидравлических систем транспортных средств в периоды максимального расхода гидравлической жидкости. Отсутствует и возможность управления закруткой потока.
Известно также устройство для закручивания потока, в котором элементы для закрутки потока размещены непосредственно на внутренней поверхности трубопровода (и, одновременно, корпусе) и выполнены в виде спиралевидных участков с шероховатостью большей, чем шероховатость внутренней поверхности трубопровода (а. с. СССР №1560844, опубл. 30.04.90). Это устройство не изменяет внутреннее сечение трубопровода и обладает минимальным гидравлическим сопротивлением, так как дополнительное сопротивление от шероховатостей на внутренней поверхности трубопровода невелико. Данное техническое решение наиболее близко к предложенному и принято за прототип.
К недостаткам устройства следует отнести невозможность достижения существенного вращательного движения потока в трубопроводе, что может быть необходимо для подавления кавитации, а также отсутствие возможности управления закруткой потока.
Предлагаемой полезной моделью решается задача достижения возможности управления закруткой потока при минимальном гидравлическом сопротивлении устройства.
Для достижения этого технического результата устройство для закручивания потока в трубопроводе, включающее элементы для закрутки потока, устанавливаемые внутри трубопровода, снабжено штуцером для подвода дополнительного расхода жидкости в камеру, образованную между корпусом и вставкой, внутренний диаметр которой равен внутреннему диаметру трубопровода, при этом во вставке выполнены прорези по касательной к внутренней поверхности вставки и под углом 30…60 градусов к оси трубопровода.
Отличительными признаками предлагаемого устройства для закручивания потока от указанного выше известного является то, что устройство снабжено штуцером для подвода дополнительного расхода жидкости, соединенным с камерой, образованной между корпусом и вставкой, внутренний диаметр которой равен внутреннему диаметру трубопровода, при этом во вставке выполнены прорези по касательной к внутренней поверхности вставки и под углом 30…60 градусов к оси трубопровода.
Благодаря наличию этих признаков достигается возможность путем подачи дополнительного расхода жидкости к штуцеру управлять закруткой потока в трубопроводе, при этом достигается минимальное гидравлическое сопротивление устройства, так как внутренний диаметр вставки равен внутреннему диаметру трубопровода и дополнительное гидравлическое сопротивление отсутствует.
Предлагаемое устройство для закручивания потока в трубопроводе иллюстрируется чертежами, представленными на фиг. 1-3.
На фиг. 1 показан общий вид устройства.
На фиг. 2 - вертикальный разрез устройства плоскостью А-А.
На фиг. 3 - разрез устройства плоскостью Б-Б.
Устройство для закручивания потока в трубопроводе (фиг. 1) содержит корпус 1, внутри которого установлена вставка 2. Внутренний диаметр вставки 2 равен внутреннему диаметру трубопровода 3 (или близок к нему). Полость между корпусом 1 и вставкой 2 образует камеру 4. Корпус 1 устройства снабжен штуцером 5 для подвода дополнительной жидкости в камеру 4. Во вставке 2 выполнены прорези 6 по касательной к ее внутренней поверхности и под углом 30…60 градусов к оси трубопровода. Указанный диапазон углов 30…60 градусов является оптимальным, так как при меньших углах заметно снижается закрутка потока, а при углах выше указанного диапазона возможно уменьшение расхода жидкости в трубопроводе. Трубопровод 3 на входе устройства снабжен резьбовой муфтой 7 с уплотнением 8 для герметичного соединения с корпусом 1 и фиксации в корпусе 1 вставки 2.
Работа устройства осуществляется следующим образом. При работе гидросистемы транспортного средства в обычном режиме дополнительная жидкость к штуцеру 5 не подводится, закручивание потока не производится, а устройство не создает дополнительного сопротивления. При возникновении кавитации во всасывающем рукаве гидросистемы транспортного средства или угрозе ее возникновения к штуцеру 5 подается жидкость, которая проходит в камеру 4 между корпусом 1 и вставкой 2 и через прорези 6 поступает по касательной к внутренней поверхности вставки 2 и трубопровода 3. При этом вблизи стенок трубопровода создается закрученный поток, линии тока которого на выходе из устройства идут под углом 30…60 градусов к оси трубопровода. Это позволяет не только предотвратить появление зон кавитации за изгибами всасывающего рукава из-за подвода в пристенный слой дополнительной кинетической энергии, но и способствует увеличению расхода жидкости в трубопроводе. Управление интенсивностью закрутки потока осуществляют путем изменения расхода подаваемой к штуцеру 5 жидкости.
Предлагаемое устройство не создает дополнительного сопротивления движению жидкости, но в то же время позволяет, при необходимости, создать закрученный поток жидкости и увеличить ее расход для подавления кавитации во всасывающей магистрали транспортного средства. Установка и применение устройства целесообразно в случаях, когда кавитация во всасывающей магистрали возникает кратковременно, а модернизация всей гидравлической системы с целью устранения кавитации на всех режимах приводит к большим затратам или невозможна с технической точки зрения, например, из-за существенного увеличения веса гидравлической системы летательного аппарата.