Устройство для бескавитационного истечения воды
DEVICE FOR CAVITATION-FREE FLOW OF WATER

Изобретение относится к устройствам для измерения или регулирования расхода воды при высоких перепадах давления и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства в средствах измерения расхода, в напорных трубопроводных системах, в частности, для бескавитационного истечения воды при высоких перепадах давления.
Известна конструкция, состоящая предвключенного участка круглой трубы диаметром 10d и длиной 100d, радиусного сопла с диаметром проходного сечения d и контуром, который описывается дугой окружности, и поствключенного участка круглой трубы диаметром 30d и длиной 300d. (Радиусные сопла для бескавитационного истечения воды при высоких перепадах давления. - Ж.: Измерительная техника 9, 2017 г., стр. 37-39, рис. 1, 2, 3, 4).
Конструктивное исполнение сопла не позволяет обеспечить плавный переход вертикальной поверхности на радиусную, что создает на входной стенке сопла резкое понижение давления потока. Неплавное изменение сечения потока из-за вертикальной выходной стенки сопла также приводит к резкому понижению давления потока. Указанные процессы вызывают интенсивное образование и последующее схлопывание пузырьков в потоке жидкости и приводят к кавитационному истечению воды при перепадах давления более 1,0 МПа, что увеличивает металлозатраты, трудозатраты на изготовление и ремонт устройства вследствие разрушения конструкции.
Кавитация это местное нарушение сплошности течения с образованием паровых и газовых пузырей (каверн), обусловленное местным падением давления в потоке. При возникновении кавитации значительно увеличивается сопротивление трубопроводов и, следовательно, уменьшается их пропускная способность, потому что каверны уменьшают живые сечения потоков, скорость в которых резко возрастает. Кавитация сопровождается характерным шумом, а при длительном воздействии также эрозионным разрушением металлических стенок, вследствие чего возникновение данного явления нежелательно.
Задачей изобретения является создание устройства, исключающего появления условий для кавитации в потоке, и увеличение надежности конструкции в ходе эксплуатации при перепадах давления более 1,0 МПа.
Поставленная задача достигается тем, что устройство для бескавитационного истечения воды содержит предвключенный участок круглой трубы, поствключенный участок круглой трубы и коаксиально установленное между ними сопло с диаметром проходного сечения d, входная стенка сопла выполнена выпуклой и описана фрагментом четверти эллипса, выходная стенка сопла выполнена в виде диффузорной поверхности, которая описана вращением прямой линии, восходящей от проходного сечения сопла под углом к вертикали вокруг его оси симметрии, длины предвключенного участка и поствключенного участка круглой трубы соответственно равны 70d и 240d.
Сущность изобретения поясняется на Фиг. 1.
На Фиг. 1 показана схема эллипсного сопла с предвключенным и поствключенным участками круглой трубы, обстановки выходной стенки на исходной заготовке сопла в плоскости, проходящей через ось проходного сечения сопла.
Устройство для бескавитационного истечения воды представляет собой сопло 1 с диаметром проходного сечения d, коаксиально установленное между предвключенным участком круглой трубы 2 длиной 70d и поствключенным участком круглой трубы 3 длиной 240d (Фиг. 1). Входная стенка 4 сопла 1 выполнена выпуклой и описана фрагментом четверти эллипса, симметричного относительно большой оси длиной 12d и малой оси длиной 4d. Точка пересечения большой и малой осей 5 при описании эллипсной поверхности перемещается по окружности диаметром 6,5d на плоской поверхности 6 исходной заготовки сопла, перпендикулярно ориентированной к его оси симметрии. Выходная стенка сопла 7 выполнена в виде диффузорной поверхности, описанной вращением прямой линии, восходящей от проходного сечения сопла к и вокруг его оси симметрии.
Вода по предвключенному участку круглой трубы 2 плавно, без резкого понижения давления потока за счет эллипсного сечения входной стенки 4 перетекает в проходное сечение сопла 1 и плавно, без резкого увеличения сечения потока за счет диффузорной поверхности выходной стенки 7 сопла 1 перетекает в поствключенный участок круглой трубы 3.
Таким образом, устройство в заявленном конструктивном исполнении позволяет обеспечить бескавитационный режим истечения воды при изменении давления потока до 2,15 МПа, что в свою очередь позволяет конструкции обладать стабильными характеристиками при длительной эксплуатации.