ТРУБОПРОВОДНЫЙ ВОДЯНОЙ КОНСТРУКТОР
PIPELINE WATER DESIGNER

Изобретение относится к игровым принадлежностям и частично к учебным пособиям, позволяя моделировать различное расположение элементов и изучать их работу и взаимодействие.
Далее по тексту словосочетание «трубопроводный водяной конструктор» может быть заменено на «водяной конструктор», «конструктор» или аббревиатуру «ТВК».
Из уровня техники известен патент RU 2175879, описывающий детский строительный конструктор, в котором в качестве игровых элементов используются емкости с возможностью соединения, наполненные разноцветной жидкостью.
Отличия от заявленного решения состоят в том, что:
- ТВК имеет возможность пропускания через детали жидкости;
- ТВК может иметь компоненты, предназначенные для работы с жидкостью, в частности создание пузырей, подъем жидкости, насос или гидропривод;
- ТВК может включать в себя электронные компоненты.
Известен патент RU188594, описывающий конструктор, представляющий собой игровое поле, макеты зданий, ландшафтные элементы и включающий в себя электрокомпоненты.
Отличия от заявленного решения состоят в том, что:
- ТВК имеет в составе трубопроводы;
- При наличии электроконтактов в ТВК они изготавливаются с защитой от воды;
- Электрокомпоненты ТВК могут не только приводить в движение элементы конструктора, но и могут приводиться от элементов конструктора, которыми являются вода и другие жидкости.
Известен патент RU 186799, описывающий электронный конструктор с компонентами, которые обеспечивают прохождение тока и работы от электрического тока.
Отличия от заявленного решения состоят в том, что:
- ТВК имеет в составе трубопроводы;
- При наличии электроконтактов в ТВК они изготавливаются с защитой от воды;
- Электрокомпоненты ТВК могут не только приводить в движение элементы конструктора, но и могут приводиться от элементов конструктора, которыми являются вода и другие жидкости.
Известен патент US 5637025, описывающий водяной конструктор представляющий собой элементы для построения каналов для прохождения воды и предоставляющий возможность игр с водой в пределах построенного канала.
Отличия от заявленного решения состоят в том, что:
- В ТВК используются преимущественно герметичные компоненты, выход жидкости из компонентов конструктора возможен только при неплотном соединении компонентов или по желанию игрока;
- ТВК может включать в себя компоненты приводящие жидкость в движение и приводимые в движение от потока жидкости, а также компоненты для подъема воды;
- ТВК может включать в себя емкость для сбора жидкости, располагающуюся под основными элементами конструктора при игре;
- ТВК может включать в себя крепежную площадку для закрепления элементов конструктора;
- ТВК может включать в себя электрокомпоненты.
Известен патент US 6561810, описывающий трубопроводный водяной конструктор, обучающий детей способам соединения трубопроводов, подключаемый к внешнему источнику воды и имеющий в своем составе трубопроводы, фитинги, манометр, кран.
Отличия от заявленного решения состоят в том, что:
- ТВК может иметь встроенную емкость для воды и не имеет необходимости в подключении к внешнему источнику воды;
- ТВК имеет ручной или электронный компонент для создания потока жидкости и соответственно давления;
- ТВК может иметь электрокомпоненты;
- ТВК имеет оригинальные стандартизированные в конструкторе крепежные приспособления, состоящие из внутренней части и внешней части преимущественно с возможностью ступенчатой регулировки расположения крепежных приспособлений;
ТВК имеет оригинальные компоненты демонстрирующие протекание жидкости в различных условиях, в том числе в смеси с воздухом.
Известен патент US 5385472, описывающий некий водяной конструктор с расположением на вертикальной поверхности, емкостью для воды и включающий в себя активные элементы, приводимые в движение потоком воды, создающимся силой тяжести.
Отличия от заявленного решения состоят в том, что:
- ТВК имеет оригинальные крепежные приспособления, состоящие из внутренней части и ответной внешней части (например, на другой детали) преимущественно с возможностью ступенчатой регулировки расположения крепежных приспособлений;
- В ТВК поток воды создается не силой тяжести, а ручным или электронным насосом;
- В ТВК присутствуют не только активные компоненты приводимые потоком воды, но и компоненты создающие поток жидкости;
- ТВК может иметь электрические компоненты и элементы в своем составе.
Технический результат заявленного изобретения состоит в разработке детского трубопроводного водяного конструктора, с возможностью использования в помещении, с стандартными крепежными приспособлениями обеспечивающими возможность регулировки расположения деталей относительно друг друга и с наличием разнообразных игровых компонентов.
Технический результат по использованию в помещении достигается при помощи емкости для сбора воды, при ее наличии, которая располагается под основными элементами конструктора и/или при помощи применения в крепежных приспособлениях уплотнителей или посадки с натягом при соединении компонентов и деталей, что позволяет предотвратить протекание воды или собрать воду при случившейся протечке. По стандартным крепежным приспособлениям достигается при помощи применения крепежных приспособлений, одно из которых является внутренним, а другое, ответное (т.е. располагающееся на другой детали), внешним (или наоборот), обеспечивающих перемещение (прокручивание) внутреннего крепежного приспособления внутри внешнего благодаря наличию на нем штырьков или при отсутствии штырьков применяя внутреннюю и внешнюю трубку, при этом разнообразие игровых компонентов обеспечивается наличием по крайней мере одной из действующих деталей в виде насоса, образователя пузырей, вентиляторного колеса, фонтана, подъемника воды, шестерни, клапана, крана и т.д. и наличием трубопроводов различных типов и других деталей.
Частными случаями изготовления конструкции являются:
- Изменение размеров конструкции;
- Изменение числа элементов в конструкции;
- Незначительное изменение формы элементов конструкции по отдельности или совместно, путем нанесения на детали маркировок, изображений и других элементов;
- Использование других способов крепления конструкции и сборки в виде другого наклона крепежного канала и/или выбор другого угла размещения крепления;
- Изменение способа крепления при условии сохранения внутренней детали, внешней детали;
- Добавление новых компонентов ТВК демонстрирующих действие физических сил или повышающих интерес игрока.
Краткое описание чертежей:
Фиг. 1 - Общий вид на возможный вариант сборки водяного конструктора;
Фиг. 2 - Вид на возможный вариант сборки водяного конструктора сверху;
Фиг. 3 - Схема возможного одноконтурного варианта сборки;
Фиг. 4 - Схема возможного двухконтурного варианта сборки;
Фиг. 5 - Вариант закрепления детали на крепежной пластине;
Фиг. 6 - Пластина электропитания в сборе;
Фиг. 7 - Пластина электропитания в сборе, вид сзади;
Фиг.8 - Чертеж соединения крепежной пластины и пластины электропитания;
Фиг. 9 - Соединение контактов подающего компонента пластины электропитания и приемного компонента конструктора в разрезе;
Фиг. 10 - Внутреннее и внешнее крепление компонентов конструктора;
Фиг. 11 - Внутреннее и внешнее крепление компонентов конструктора в разрезе;
Фиг. 12 - Прямой трубопровод;
Фиг. 13 - Прямой трубопровод с открытой частью;
Фиг. 14 - Прямой трубопровод с прозрачным верхом;
Фиг. 15 - Трубопровод с поворотом на 90 градусов;
Фиг. 16 - Загнутый трубопровод;
Фиг. 17 - Гибкий трубопровод;
Фиг. 18 - Заглушки;
Фиг. 19 - Переходное крепежное соединение внутри-внутри;
Фиг. 20 - Переходное крепежное соединение внешнее-внешнее;
Фиг. 21 - Общий вид на электрический насос;
Фиг. 22 - Чертеж электрического насоса в разрезе;
Фиг. 23 - Лопастная часть насоса;
Фиг. 24 - Общий вид на ручной насос;
Фиг. 25 - Чертеж ручного насоса в разрезе;
Фиг. 26 - Мембрана и поршень ручного насоса;
Фиг. 27 - Компонент генератор;
Фиг. 28 - Компонент вентилятор;
Фиг. 29 - Компонент лопасти-вертушка;
Фиг. 30- Компонент шестерня;
Фиг. 31 - Компонент клапан;
Фиг. 32 - Компонент клапан, чертеж;
Фиг. 33 - Компонент кран;
Фиг.34 - Компонент кран, чертеж;
Фиг. 35 - Компонент манометр, обычный;
Фиг. 36 - Компонент манометр трубопроводный;
Фиг. 37 - Компонент манометр трубопроводный, вид сбоку;
Фиг. 38 - Компонент манометр трубопроводный в разрезе, чертеж;
Фиг. 39 - Компонент спираль;
Фиг. 40 - Компонент для образования пузырей, пузырялка;
Фиг. 41 - Компонент для образования пузырей, пузырялка, в разрезе, чертеж;
Фиг. 42 - Применяемая в некоторых компонентах мембрана-клапан;
Фиг. 43 - Компонент система сообщающихся сосудов с двумя соединениями;
Фиг. 44 - Компонент система сообщающихся сосудов с одним соединением;
Фиг. 45 - Компонент система сообщающихся сосудов с одним соединением в продольном (от крепежного соединения до крепежного соединения) разрезе;
Фиг. 46 - Компонент система сообщающихся сосудов с одним соединением в поперечном разрезе;
Фиг. 47 - Трубопровод разветвитель Y-образный;
Фиг. 48 - Трубопровод разветвитель Т-образный;
Фиг. 49 - Трубопровод разветвитель крестообразный;
Фиг. 50 - Трубопровод разветвитель крестообразный со смещением;
Фиг. 51 - Компонент подъемник для воды в сборе;
Фиг. 52 - Компонент подъемник для воды в разрезе, чертеж;
Фиг. 53 - Компонент фонтан в сборе;
Фиг. 54 - Компонент фонтан в разрезе;
Фиг. 55 - Компонент фонтан, детали, насос с действием от текущего потока;
Фиг. 56 - Компонент фонтан, детали, электронасос (схематично).
Представленные изображения делятся на несколько частей. В частности фиг.1-5 показывают возможные варианты сборки трубопроводного водяного конструктора, фиг.6-8 показывают основные детали водяного конструктора, фиг.9 показывает возможное соединение контактов, фиг.10-11 показывают предпочтительные крепежные элементы, один из которых всегда присутствует на деталях конструктора, а фиг.12-56 раскрывают вид и конструкцию отдельных компонентов конструктора, по крайней мере один из которых всегда присутствует в ТВК.
В целом принцип сборки и работы водяного конструктора можно описать по изображениям Фиг. 1-5, которые являются примером сборки и включают в себя следующие детали:
1. Емкость для сбора воды
2. Крепежная пластина
3. Пластина электропитания (или электропластина)
4. Подающий компонент электропитания
5. Принимающий компонент электропитания
6. Бак для воды
7. Трубопроводы
8. Электрический насос
9. Провода
10. Компонент вентилятор
11. Гибкий трубопровод
12. Образователь пузырей (компонент «пузырялка»)
13. Блок батареек (аккумулятор, аккумуляторы)
14. Фонтан
15. Возможное направление потока воды
16. Крепежная ножка
17. Пазовые элементы для крепления
Водяной конструктор может быть собран как при помощи этих деталей, так и с помощью других элементов, при этом часть или все указанные элементы могут быть заменены на другие или исключены из сборки, например емкость для сбора воды 1 может не понадобиться, если сборка конструктора происходит не в помещении, а на открытом воздухе, крепежная пластина 2 может быть исключена, так как детали можно присоединять без обязательного крепления к ней и т.д.
Сборка ТВК проводится таким образом, чтобы вода преимущественно выходила из бака 6, проходила через детали конструктора и снова возвращалась в бак 6 (то есть бак имеет не менее двух отверстий и изготавливается с возможностью возврата воды из конструктора), что позволяет организовать непрерывный поток воды 15. В некоторых случаях, при наличии нескольких путей для движения потока воды (например, как на фиг.4) допустимо перекрытие потока воды на одном из путей (контуров). В сборке конструктора могут участвовать трубопроводы 7 и различные компоненты. В случае если из-за разности в расположении деталей конструктора или из-за разности в их размерах соединение оказывается невозможным, детали конструктора соединяются с помощью гибкого трубопровода (11) способного к изгибу и растяжению/сжатию.
В примере сборка осуществляется следующим образом: Электропластина 3 присоединяется к крепежной пластине 2 которая размещается в емкости для сбора воды 1. К электропластине 3 крепится бак для воды 6, к которому подсоединяются трубопроводы 7, к которым в свою очередь подсоединяется электрический насос 8, соединенный проводами 9 с принимающим электрическим компонентом 5, который подключаются к подающему электрическому компоненту 4, который может быть представлен как отдельная деталь, или как часть электропластины 3 в зависимости от сложности изготовления ТВК или его модификации. Также к трубопроводам подсоединяется компонент вентилятор 10 и далее с промежуточным звеном в виде трубопроводов 7 или без них может быть подключен например, компонент пузырялка 12 и гибкий трубопровод 11. Таким образом, образуется одноконтурная схема подключения элементов.
В случае применения двухконтурной системы (фиг.4) или с большим количеством контуров (более одного), применяются трубопроводы 7 с возможностью пропускания воды в нескольких направлениях, что позволяет добавить в сборку конструктора новые компоненты, например, компонент фонтан 14.
При этом закрепление трубопроводов и других компонентов водяного конструктора может производиться с помощью крепежной пластины 2, в одном из множества отверстий которой устанавливается и закрепляется крепежная ножка 16, которая изготавливается с возможностью изгиба из мягкого пластика или резины, или силикона, или из нескольких материалов, например пластик и резина, пластик и силикон, дерево и резина и т.д..
Крепежная ножка 16 вне зависимости от своей модификации имеет форму, которая в нижней части позволяет вставить ее в отверстие в крепежной пластине 2, а верхняя часть сделана в виде полукруга для обхвата детали конструктора или части детали. Например, на фиг.5 показано расположение крепежных ножек 16 в отверстиях крепежной пластины 16 с удержанием детали в виде трубопровода 7.
Помимо отверстий крепежная пластина 2 имеет пазовые элементы 17 предназначенные для соединения с ' аналогичными крепежными пластинами 2 с целью увеличения игровой площади или для соединения с электропластиной 3.
Пример работы ТВК можно привести следующим образом: Ребенок и/или взрослый человек, получая детали конструктора размещает емкость 1 на горизонтальной поверхности. Внутрь емкости помещается крепежная пластина 2 и при необходимости пластина Электропитания 3, которая располагается относительно крепежной пластины под углом таким образом, чтобы подающий компонент электропитания 4 гарантированно находился над водой. Далее крепится бак для воды 6 и подсоединяются компоненты конструктора в любом составе, и количестве так, как это решит пользующийся конструктором человек.
После окончания сборки в бак 6 заливается вода, которая полностью или частично заполняет систему конструктора. Электрический насос 8 с помощью проводов 9 и принимающих и подающих электрокомпонентов 4,5 подключается к источнику питания в виде блока батареек 13 или аккумуляторов (альтернативно), после чего начинает создавать поток воды движущийся внутри сборки в, например, направлении 15 (направление потока воды можно менять с помощью изменения полярности подключения электрических компонентов 4,5 или направления подключения насоса 8). С помощью этого потока воды в свою очередь задействуется компонент вентилятор 10, лопасти которого начинают вращаться, вызывая интерес игрока. При этом игрок, или сборщик конструктора (в дальнейшем по тексту обозначения «игрок» и «сборщик» или «сборщик конструктора» следует считать равнозначными), может задействовать компонент пузырялка 12 для создания пузырей внутри потока воды, что может затормозить движение лопастей вентилятора 10 и покажет, к чему может привести наличие воздуха в гидросистеме. А при наличии прозрачных трубопроводов 7 пузыри можно будет наблюдать невооруженным глазом.
В случае применения двухконтурной схемы указанной на фиг.4 поток воды 15 будет распределяться в трубопроводах на контур с пузырялкой 12 и на контур с фонтаном 14, после чего поток воды 15 будет вновь объединяться в трубопроводах с дальнейшим попаданием в бак 6.
Следует отметить, что это лишь пример сборки и работы ТВК, так как конструктор может быть собран с применением различных деталей в различной форме с наличием или отсутствием ряда деталей и компонентов, что определяется самим игроком или сборщиком конструктора. В дальнейшем будут описаны отдельные детали и компоненты конструктора и, при необходимости, способы игры с ними.
Пластина электропитания 3 или электропластина более подробно показана на изображениях фиг.6 и фиг.7, где приводится ее вид с двух сторон. При этом на изображениях дополнительно указаны следующие элементы:
18. Элемент каркаса
19. Короба для прокладки проводов (или утолщение электропластины для размещения контактов или проводов)
Электропластина 3 имеет элементы каркаса 18 с задней части, которые служат для уплотнения конструкции, соединения горизонтальной и вертикальной частей электропластины 3 и повышают надежность конструкции, препятствуя образованию трещин в горизонтальной части электропластины, которая является упором при работе с ТВК препятствующим падению или складыванию электропластины 3. При этом в передней части электропластины 3 внизу видны пазовые элементы 17 предназначенные для соединения с крепежной пластиной 2, особенностью которых является их расположение в чуть выдвинутом вперед состоянии, что позволяет складывать электропластину 3 в сторону крепежной пластины 2 без противодействия со стороны граней деталей.
В задней части электропластины располагаются блоки батарей 13 имеющих защиту от воды, которая может быть представлена в виде резинового уплотнителя под крышкой батарейного отсека (блока батарей 13). В виду элементарности такой изоляции подробное изображение не приводится. От блока батарей 13 отходят короба для проводов 19, которые также являются изолированными (в том числе изоляция может достигаться при помощи изготовления цельнолитой электропластины 3 с коробами 19, при этом контакты или провода могут размещаться в предполагаемом месте коробов при изготовлении электропластины заранее). А если позволяет толщина вертикальной стенки электропластины 3 короба 19 могут отсутствовать, при этом контакты могут быть размещены внутри самой вертикальной стенки электропластины.
В верхней части электропластины 3 располагаются подающие электрокомпоненты 4 которые получают электропитание от блока батарей 13 через провода или контакты, расположенные в коробах 19.
На изображении фиг.8 показан чертеж со способом крепления крепежной пластины 2 и электропластины 3. При этом на изображении присутствует такой элемент, как:
20. Соединение бобышка-впадина
Данный элемент располагается на пазовых элементах 17, при этом одна деталь соединения, например крепежная пластина 2 имеет бобышку 20, а вторая деталь соединения, например в виде электропластины 3 имеет впадину 20. При этом соединение происходит путем размещения бобышки 20 во впадине. Соединение может являться подвижным, что позволяет складывать электропластину 3 в направлении крепежной пластины 2.
Крепежная пластина 2 и электропластина 3 на различных пазовых элементах или с разных сторон пазовых элементов 17 могут иметь как бобышки, так и впадины, что позволяет использовать в ТВК несколько крепежных пластин 2 соединенных между собой. Причем при сборке ТВК электропластин 3 также может быть несколько, в количестве больше одного, при этом преимущественно они присоединяются только к крепежным пластинам 2.
На изображении фиг.9 представлен вариант соединения подающих 4 и принимающих электрокомпонентов 5 и приведены следующие детали конструкции:
21. Крепежный зацеп для пружины
22. Пружина растяжения
23. Корпус контакта (хотя и может быть изготовлен отдельно, но предполагается монолитное изготовление с основным корпусом подающего электрокомпонента 4)
24. Кольцо-диэлектрик
25. Электрический контакт
26. Контакты прямого взаимодействия
27. Магнитное кольцо
28. Уплотнитель
29. Магнит
30. Установочная часть принимающего компонента
31. Повода, контакты
32. Соединительная направляющая
Подающие и принимающие электрокомпоненты 4,5 имеют защиту от воды, которая выражается в следующем:
А) Корпус контакта 23 имеет узкую часть по окружности возле основного корпуса подающего компонента 4 и широкую, соответственно по окружности, в зоне контактов прямого взаимодействия 26, что позволяет не дать отдельным каплям или струйкам жидкости попасть на контакт 26 подающего компонента 4. При этом капли или струйки жидкости при стекании по электропластине 3 стремятся стечь в узкой части корпуса контакта 23, где на них оказывается наименьшее сопротивление, а широкая часть корпуса контакта 23 является для них преградой.
Б) Контакты прямого взаимодействия 26 не находятся под напряжением постоянно, так как электрический контакт 25 находится внутри подающего компонента 4 на некотором расстоянии от контакта взаимодействия 26, при этом их соприкосновение может производится через изолятор в виде диэлектрического кольца 24. А соприкосновение электрического контакта 24 и контакта прямого взаимодействия 26 через материалы - электрические проводники происходит только при присоединении принимающего компонента 5. Такая система позволяет создать защиту от замыкания в случае попадания на электропластину 3 большого количества воды, т.е. подающий компонент 4 не находится под напряжением, пока не будет присоединен принимающий компонент 5.
В) При соединении подающего компонента 4 и принимающего компонента 5 электрические контакты защищены от воды уплотнителем 28, который может быть изготовлен, например, из резины или силикона.
Подведение электроэнергии к электрическому контакту 25, который относится к подающему электрокомпоненту 4 может осуществляться через зацеп для пружины 21, далее через пружину 22 которая цепляется вторым концом за отверстие, крючок или любое другое приспособление на контакте 25. А к зацепу для пружины 21 электроэнергия может подводиться от проводов или контактов, которые проложены от блока батарей 13 до подающего электрокомпонента 4.
Г) Возможно использование вышеописанных способов в совокупности или по отдельности.
Работа соединения подающего и принимающего компонентов осуществляется следующим образом:
Принимающий электрокомпонент 5 присоединяется к подающему электрокомпоненту 4 с помощью соединительной направляющей 32, которая препятствует смещению контактов, облегчает их соединение и в дальнейшем дополнительно обеспечивает удержание всего соединения. Присоединение производится преимущественно до упора, т.е. до соприкосновения плоскости корпуса подающего компонента 4 и принимающего компонента 5, не считая соприкосновения на соединительной направляющей 32 и в зоне расположения контактов. При этом, когда происходит присоединение до упора, то уплотнители 28 (которые могут быть представлены в виде резиновых уплотнительных колец) входят во взаимодействие с корпусом контакта 23 в его расширяющейся части создавая герметичное соединение препятствующее попаданию влаги, воды на контакты прямого взаимодействия 26.
В процессе присоединения магнитные силы создаваемые магнитом 29 начинают оказывать воздействие на магнитное кольцо 27 (которое может быть изготовлено из магнитного материала или из материала способного к примагничиванию, например сталь). Магнитное кольцо 27, жестко закрепленное между кольцом-диэлектриком 24 и электрическим контактом 25 под действием магнитного поля перемещается в сторону контакта прямого взаимодействия 26, соответственно перемещая и сопутствующие элементы 24,25 до соприкосновения контакта 25 с контактом прямого взаимодействия 26, при этом пружина 22 растягивается. Когда электрический контакт 25 соприкасается с контактом прямого взаимодействия 26, на него (на контакт 26) начинает поступать электрический ток, который далее передается на контакт прямого взаимодействия 26 принимающего электрокомпонента 5 (при наличии соприкосновения между контактами 26 электрокомпонентов 4,5) и далее по проводам или контактам 31 электрический ток подается на соответствующий компонент ТВК, например насос или фонтан.
В конструкции подающего и принимающего электрокомпонентов 4,5 есть две особенности.
1) Магнитное кольцо 27 может отсутствовать в том случае, если электрический контакт 25 сделан из материала способного к магнитному взаимодействию. Например, стальные сплавы, как правило, хорошо магнитятся, а алюминий хорошо проводит ток имея электрическое сопротивление в несколько раз ниже чем у стали, но не магнитится. Таким образом, если несмотря на высокое электрическое сопротивление контакт 25 будет изготовлен из стали, то необходимость в магнитном кольце 27 будет отсутствовать.
2) Установочная часть 30, показанная на изображении фиг.9, предназначена для облегчения сборки элементов принимающего электрокомпонента 5, но может отсутствовать, а все элементы будут устанавливаться непосредственно в корпус принимающего электрокомпонента 5.
Соединение компонентов конструктора производится при помощи внутреннего и внешнего крепления, который показаны на изображениях фиг.10, фиг.11 и содержат следующие детали:
33. Внутренний крепежный элемент
34. Внешний крепежный элемент
35. Крепежные бобышки
36. Канавка бобышки
37. Выступы
38. Резиновое кольцо
На компонентах конструктора должно иметься хотя бы одно из крепежных соединений того или иного вида или оба крепежных элементов 33,34 в различных местах компонента конструктора (например, с разных сторон трубки).
Соединение производится следующим образом:
Сборщик берет два компонента конструктора, один из которых имеет внутренний крепежный элемент 33, а второй внешний крепежный элемент 34. При этом внутренний крепежный элемент 33 вставляется во внешний так, чтобы бобышки 35, которых не меньше двух, попали в канавки 36. А так, как канавка 36 имеет преимущественно спиральную форму в своей средней части, то один из компонентов прокручивается, чтобы бобышки 35 опустились до конца спирального изгиба канавки 36. При этом внутренний крепежный элемент 33 также вставляется глубже во внешний элемент 34, доходя своими гранями до резинового кольца 38. При сжатии резинового кольца 38 внешним крепежным элементом 33 обеспечивается герметичность соединения. А так как при прокручивании может быть утеряно оптимальное положение компонентов конструктора, то канавка 36 после спирального изгиба продолжается вокруг оси внешнего элемента 34 параллельно внешней плоскости крепежного элемента, преимущественно с нанесенными на нее выступами 37, что позволяет докрутить (провернуть) компонент ТВК на небольшой угол с обеспечением оптимального положения для игры, то есть имеется возможность проворота одного крепежного элемента относительно другого вокруг их оси. А выступы 37, при их наличии, обеспечивают сохранение установленного сборщиком положения компонентов ТВК.
Таким образом, сборщику необходимо взять два крепежных элемента 33,34, вставить бобышки 35 внутрь канавок 36 и путем прокручивания деталей создать герметичное соединение и установить оптимальное расположение деталей.
В модификациях конструктора крепежное соединение может быть заменено на резьбовое соединение, различного рода зажимы, плотным соединением элементов (например, соединение двух обрезиненных трубок разных диаметров) и т.д.
В конструкции крепежных деталей 33,34 имеются следующие особенности.
1. Резиновое кольцо 38 может иметь кольцевое пустое пространство внутри для увеличения гибкости и мягкости.
2. Выступы 37 не являются обязательным элементом и могут отсутствовать, но предпочтительны, так как обеспечивают более надежное соединение.
3. Количество канавок 36 на внешнем элементе 34 в ТВК равно количеству бобышек на внутреннем элементе 33, но не менее двух.
Дополнительная особенность крепежных соединений
1. В конструкции ТВК возможно применение в качестве крепежного соединения трубопроводов разного диаметра (один внешний, другой внутренний) соединение которых будет производиться с помощью посадки с натягом, за счет имеющейся упругости материала. При этом посадка с натягом должна обеспечивать плотность и герметичность соединения и производится за счет небольшого усилия (доступного ребенку).
2. Даже при применении посадки с натягом в крепежных элементах возможно (но не обязательно) применение по крайней мере одного уплотнительного кольца.
3. Вне зависимости от видов использующихся в реальном конструкторе крепежных элементов должна обеспечиваться возможность их проворота относительно их оси до, во время или после соединения.
На изображениях фиг.12, фиг.13, фиг.14 представлен прямой трубопровод, который включает в себя дополнительно следующие детали:
39. Закрытая трубка
40. Половина трубки
41. Прозрачная крышка трубопровода.
Помимо этого прямой трубопровод, как и все другие компоненты, которые будут указаны в дальнейшем, имеет внутренний крепежный элемент 33 и внешний крепежный элемент 34 или один из этих элементов.
Трубопровод с закрытой трубкой 39 предназначен для простого протекания жидкости без визуальной демонстрации сборщику и/или игроку. Половина трубки 40 объединенная с крепежными элементами 33,34 имеет открытую часть, что позволяет игроку производить тактильный контакт с водой и добавлять в нее примеси для увеличения игрового эффекта, а трубопровод имеющий прозрачную крышку 41 позволяет наблюдать за потоком воды визуально без возможности прямого контакта.
На изображении фиг.15 показан загнутый на 90° трубопровод имеющий деталь:
42. Трубка 90°.
Данный трубопровод предназначен для поворота расположения компонентов ТВК на прямой угол. Применяется для соединения разных компонентов ТВК и для построения замкнутого контура конструктора.
На изображении фиг.16 показан загнутый трубопровод имеющий деталь:
43. Гнутая трубка.
Загнутый трубопровод предназначается для нестандартного изменения расположения компонентов ТВК и усиления связанного с этим игрового эффекта. При этом трубка 43 может быть изогнута на угол от 0,1° до 179,9° за исключением угла в 90°.
Любой из приведенных типов трубопроводов может иметь следующие особенности.
1. Трубопровод или его часть (трубка 39, 42, 43) может быть изготовлен из прозрачных материалов.
2. Половина трубки 40 может быть применена и для загнутых трубопроводов (например, трубки 42, 43 будут изготовлены не полностью, а в виде половинок), но не рекомендуется, так как в процессе присоединения к другим компонентам конструктора может оказаться повернутой на любой угол, что приведет к пролитию воды. В том случае, если половина трубки все же применяется на каком либо трубопроводе, то перед применением насоса требуется убедиться в правильном расположении трубопровода.
На изображении фиг.17 показан гибкий трубопровод со следующими указанными элементами:
44. Гибкий элемент
45. Направления изгиба, сжатия, растяжения.
Гибкий элемент 44 преимущественно изготавливается в форме, которая позволяет производить запланированное растяжения или сжатие без утолщения или утоньшения стенок (например, в форме «елочки»).
При этом за счет возможности изгиба трубопровода в любом направлении 45 гибкий трубопровод позволяет соединить детали в местах, где не хватает длины (или наоборот избыточная длина) обычного трубопровода.
Так, если сборщик конструктора/игрок замечает, что в каком-либо месте нельзя расположить другую стандартную деталь, то он берет гибкий трубопровод и, выгибая его необходимым образом, располагает в этом месте, совмещая с другими компонентами ТВК.
На изображении фиг.18 представлены заглушки, дополнительно имеющие следующую деталь:
46. Тупиковая стенка.
Стенка 46 имеет внешние грани в виде шестигранника или любой другой формы удобной для использования вручную (форма бабочки, квадрат, треугольник) объединена с внутренним 33 или внешним 34 крепежным элементом и находится на месте сквозного отверстия в данных деталях. Заглушки предназначены для блокирования потоков воды, особенно в случаях, когда конструктор собран в виде нескольких контуров один из которых (например) не используется.
Так, например, если сборщик конструктора замечает, что при сборке у него осталось не подключенное ни к чему отверстие с крепежным соединением какого-либо компонента, то он может закрыть это отверстие с помощью заглушки.
На изображениях фиг.19, фиг.20 показаны переходные крепежные соединения имеющие деталь:
47. Соединение перехода.
Соединение 47 может быть выполнено в виде шестигранника или любой другой формы, которая будет удобна для того, чтобы взять компонент руками и применить в конструкторе. При этом с двух сторон этого шестигранника будет два одинаковых крепежных элемента, то есть или два внутренних крепежных элемента (33) или два внешних крепежных элемента(34).
В целом крепежные соединения предназначены для случаев, когда игрок хочет развернуть какой-либо компонент ТВК наоборот (например, чтобы посмотреть, как в этом случае будет проходить поток воды). При этом крепежные элементы 33,34 этого компонента будут находиться со стороны одноименных крепежных элементов других компонентов, что будет препятствовать их соединению. Переходные крепежные соединения решают эту проблему.
Так, игрок, разворачивает компонент ТВК наоборот, крепит к нему переходные крепежные соединения и уже с помощью них прикрепляет этот компонент к другим, после чего продолжает игру.
Изображения фиг.21, фиг.22 и фиг.23 относятся к электрическому насосу и содержат дополнительно следующие детали:
48. Корпус электронасоса
49. Моторчик
50. Основа лопастей
51. Лопасти насоса
52. Уплотнители
53. Ось моторчика
54. Направление движения воды
55. Конус.
Электрический насос предназначается для создания потока воды внутри конструктора. Его особенностью является герметичное расположение моторчика 49 с целью недопущения попадания воды на его электрические части. При этом, поскольку моторчик 49 герметизирован, то отвод тепла от него при работе осуществляется с помощью воды протекающей внутри полостей корпуса 48. Лопасти 51, конус 55, и основа лопастей 50 изготовлены нераздельными и предназначены для сбора и перенаправления воды с целью создания потока таким образом, чтобы лопасти 51 собирали воду, находящуюся внутри корпуса насоса 48 перенаправляя в центр основы 50. При этом в центре основы 50 имеется конусообразное утолщение (конус 55), которое перенаправляет поток воды через выходное отверстие корпуса насоса 48.
Работа насоса осуществляется следующим образом:
Сборщик подключает провода 9 к источнику питания (например, с помощью электрокомпонентов) и электрический ток начинает поступать к моторчику 49. Моторчик 49 начинает работать, раскручивая ось 53 и закрепленную на ней основу лопастей 50 (совместно с лопастями 51 и конусом 55 соответственно). Лопасти 51 захватывают воду и с помощью конуса 55 перенаправляют ее к выходу из корпуса насоса 48, при этом направление потока воды примерно соответствует указанному направлению 54.
Особенности насоса
1. В ТВК может использоваться любой другой вид насоса имеющий возможность подключения к другим компонентам конструктора.
2. Полярность насоса может быть изменена, но движение потока воды 54 такой же силы в обратном направлении возможно, но не гарантируется, так как лопасти 51 при обратном вращении будут направлять воду к стенкам корпуса насоса 48.
3. В электрическом насосе возможно применение других типов лопастной части, которые дадут возможность создания обратного потока воды.
В качестве альтернативы электрическому насосу, возможно применение ручного насоса работающего от мускульной силы игрока. Изображения деталей ручного насоса приведены на фиг.24, фиг.25, фиг.26 и включают следующие элементы:
56. Корпус ручного насоса
57. Крышка ручного насоса
58. Ручка
59. Ось ручного насоса
60. Поршень
61. Мембранный клапан (мембрана)
62. Направление движение воды в ручном насосе
63. Направление изгиба мембранного клапана.
Ручной насос герметизируется путем расположения уплотнений в крышке 57 и под крышкой 57. При этом поступление воды в ручной насос производится в его верхней части таким образом, чтобы при движении поршня 60 вверх мембрана 61 выгибалась 63, и вода поступала бы под поршень 60. А соответственно при движении вниз мембрана 61 должна плотно примыкать к поршню 60 не допуская поступления воды в обратном направлении и создавая поток воды на выходе из насоса через внешний крепежный элемент 34.
При этом, как можно видеть на фиг.26 поршень 60 и мембранный клапан 61 имеют отверстия, которые смещены друг относительно друга таким образом, чтобы при примыкании мембраны 61 к поршню 60 отверстия не совпадали. Кроме того, предполагается, что мембрана 61 при закреплении на поршне 60 (например, с помощью клея) может выполнять также роль уплотнительного кольца.
Работа ручного насоса в целом осуществляется таким образом: Игрок, используя ручку 58, имеет возможность манипулировать осью 59 в вертикальном (преимущественно, в зависимости от того, как повернут насос при сборке) направлении. При этом при вытягивании оси 59 поршень 60 поднимается к верхней части насоса, а мембрана 61 выгибается в нижнем направлении 63, позволяя потоку воды 62 зайти под поршень 60. А когда игрок с помощью ручки 58 опускает ось 59 обратно в насос, то поршень 60 вместе с примкнувшей к нему мембраной 61 опускается вниз насоса, выталкивая оттуда воду и создавая поток воды на выходе из насоса.
Изображения фиг.27, фиг.28, фиг.29, фиг.30 демонстрируют компоненты, которые позволяют увидеть полезную работу потока воды и в зависимости от модификации содержат следующие детали:
64. Трубопровод с расширением под размещение лопастей
65. Лопасти
66. Генератор
67. Светодиоды
68. Лопасти вентилятора
69. Ось лопастей
70. Шестерня.
Вне зависимости от вида компонента задача - продемонстрировать игроку наглядно, что движущаяся внутри трубопроводов ТВК вода может выполнять работу. Для этого игроку необходимо подключить любой из указанных компонентов к общей сборке и с помощью насоса создать поток воды в ТВК.
При этом поток воды, проходя через трубопровод 64, будет раскручивать лопасти 65 находящиеся внутри трубопровода 64 в его расширяющейся части. В зависимости от компонента эти лопасти будут:
Фиг. 27 - вращать ось генератора 66 заставляя его вырабатывать некоторое количество электрического тока. Визуализация работы генератора возможна с помощью расположенных на его торце светодиодов 67, которые будут работать от полученного тока.
Фиг.28 - вращать лопасти вентилятора 68 создавая поток воздуха, сила которого будет определяться силой потока воды внутри ТВК, а направление потока воздуха будет обуславливаться направлением потока воды внутри трубопровода 64.
Фиг. 29 - вращать аналогичные внутренним внешние лопасти 65. При этом к внешним лопастям 65 можно поднести, например, бумажку, чтобы посмотреть, как они будут по ней бить при вращении или использовать лопасти 65 для создания брызг, если понемногу капать на них водой или применить их для другой цели определенной игроком.
Фиг. 30 - вращать шестерню 70 или любую другую деталь, которую можно разместить на ось 69.
Особенности данных демонстрационных компонентов:
1. Вместо светодиодов из генератора 66 могут выходить провода для подключения некоего внешнего потребителя тока (предполагается, что в этом случае возможно объединение, в том числе с разного рода электрическим конструкторами).
2. Шестерня 70 может быть приводом для шестерни другого какого-либо шестеренчатого конструктора.
На изображениях фиг.31, фиг.32 представлен компонент клапан, состоящий из:
71. Трубопровод клапана
72. Кнопка клапана с осью
73. Пружина
74. Закрывающий клапан
75. Заслон.
Клапан предназначается для сброса давления в последующих компонентах ТВК по ходу движения потока воды, а также для демонстрации того, как именно может происходить сброс давления в гидравлических системах. Особенностью клапана является то, что установленный внутри компонента закрывающий клапан 74 преимущественно работает вместе с заслоном 75, который перекрывая (частично или полностью) поток воды создает избыточное давление в компоненте.
Работа компонента клапан производится примерно следующим образом:
Игрок нажимает на кнопку 72, которая соединена или имеет общее тело с осью. При нажатии кнопка с осью опускаются в сторону внутренней конструкции компонента, при этом закрепленный на конце оси заслон 75 перекрывает протекающий по компоненту поток воды, а закрывающий клапан 74 также закрепленный на оси одновременно приоткрывает отверстие в верхней части трубопровода клапана 71, что позволяет жидкости начать выход через это отверстие. Возврат системы в изначальное положение происходит с помощью пружины 73, которая толкая вверх кнопку 72, позволяет заслону 75 и закрывающему клапану 74 вернуться в изначальное положение.
Особенности
1. Компонент клапан позволяет визуализировать сброс давление за счет выхода воды из ТВК, но при этом необходимо использовать емкость 1 либо производить сборку конструктора в месте, где возможно пролитие воды (например, на улице).
2. Компонент может не иметь в своем составе заслона 75, но в этом случае создаваемое давлением воды на клапане 74 давление будет меньше, что может ухудшить визуализацию работы компонента.
На изображениях фиг.33 и фиг.34 представлен возможный вид компонента кран, состоящий из:
76. Трубопровод крана
77. Вертушок с осью
78. Перекрывающий шар.
Кран может иметь различный вид в соответствии с конструкцией реально существующих и эксплуатируемых в сантехнике кранов. Для упрощения использования крана игроком ребенком в качестве преимущественной конструкции выбран шаровый кран, содержащий внутри трубопровода 76 шар 78 имеющий отверстие для протекания воды. Проворот шара 78 по оси и смещение отверстия приводят к перекрытию движения потока воды внутри компонента.
Работа компонента осуществляется так:
Игрок, решив перекрыть воду (движение потока) берется за вертушок 77 имеющий ось, второй конец который закреплен в шаре 78. Поворачивая вертушок 77, игрок проворачивает и шар 78, который постепенно перекрывает поток воды. Когда отверстие шара 78 полностью смещается, относительно отверстия трубопровода 76, движение потока воды полностью останавливается.
На фиг.35 изображен манометр для измерения давления воды внутри конструкции конструктора и имеет следующие детали:
79. Корпус манометра.
80. Циферблат
81. Стрелка.
Работа манометра аналогична реально существующим манометрам. При этом конструкция может включать в себя реально существующий манометр, к которому присоединен внутренний крепежный элемент 33, как указано на изображении или в некоторых случаях внешний крепежный элемент 34. Предполагается, что манометр изготавливается герметичным и показывает реальное давление воды, которое есть в ТВК.
Действия с манометром в конструкторе выглядят так: Сборщик присоединяет компонент к любому свободному внешнему крепежному элементу с помощью имеющегося внутреннего крепежного элемента 33 (или наоборот) и задействует насос, создавая поток воды. Давление воды воздействуя на конструкцию манометра приводит к отклонению стрелки 81, которая показывает получаемое давление на циферблате 80, что игрок может визуально наблюдать.
На фиг.36, фиг.37 и фиг.38 показан вариант трубопроводного манометра, который может встраиваться в контур конструктора и показывать давление. Он состоит из следующих элементов:
82. Трубопровод манометра
83. Нажим
84. Пружина манометра
85. Шкала
86. Потоки воды в манометре.
Манометр данного типа может использоваться только в качестве игровых целей без указания точного давления и, соответственно, без конкретных обозначений на шкале 85. В альтернативном случае для снятия точных показателей давления необходимо подобрать пружину сжатия 84 с точными характеристиками по сжатию, в зависимости от оказываемого на нее давления и в соответствии с данными характеристиками нанести на шкале 85 точные показатели давления. Трубопровод манометра 82 изготавливается прозрачным или частично прозрачным, так как давление определяется по шкале 85 положением нажима 83 внутри трубопровода 82.
Работа данного компонента в конструкторе осуществляется так: Игрок, присоединив компонент манометр и закончив сборку ТВК, задействует насос для создания потока воды 86. Поток воды 86, проходя внутри трубопровода манометра 82, давит на нажим 83, который в свою очередь сжимает пружину 84.Поскольку трубопровод 82 частично или полностью прозрачный, то игрок может оценить, какая точка на шкале 85 соответствует положению нажима 83 и какому давлению она соответствует или может соответствовать.
Особенности
1. Нажим 83 находится в отдельной зоне трубопровода и не перекрывает основной поток воды, проходящей через манометр, но в ряде модификаций отверстия для потока воды 86 внутри манометра может быть смещено за нажим 83 для более точного определения давления.
2. Нажим 83 и пружина 84 могут иметь герметизирующие элементы препятствующие попаданию воды в зону трубопровода 82, где находится пружина 84.
На фиг.39 показан компонент спираль имеющий деталь:
87. Змеевик.
Данный тип трубопровода направлен на создание дополнительного интереса у игрока и может быть представлен в укороченном или удлиненном виде относительно показанного на изображении.
Спираль помимо интересной конструкции позволяет проводить температурные эксперименты. Так, если поместить внутрь змеевика 87 нагревательный тэн, то можно вызвать нагрев протекающей по конструкции ТВК воды, которая будет в дальнейшем охлаждаться в других частях конструктора или в другой спирали, если расположить такие трубопроводы друг за другом. Также воду в змеевике 87 удобно охлаждать, например, поместив внутрь змеевика 87 емкость со снегом или льдом (в том числе льдом, подготовленным в морозилке).
На изображениях фиг.40, фиг.41 представлены детали компонента образователь пузырей «пузырялка»:
88. Трубопровод образователя пузырей
89. Клапанная часть образователя пузырей
90. Груша
91. Мембранный клапан.
Пузырялка предназначена для добавления в протекающий поток воды пузырей воздуха, что может быть достаточно интересно визуально и имеет обучающий эффект показывая, что может происходить, если в гидравлической системе будет присутствовать воздух.
Работа компонента осуществляется так:
Игрок для создания пузырей сжимает в руке грушу 90. Воздух, выходя из груши 90, создает повышенное давление в клапанной части 89, воздействуя на мембранные клапана 91. При этом клапан 91 перекрывающий горизонтальное отверстие с большей силой прижимается к стенкам клапанной части, а развернутый другой стороной клапан 91 перекрывающий вертикальное отверстие изгибается, позволяя воздуху выйти из клапанной части 89 и пройдя через отверстия клапана 91 попасть в протекающий по трубопроводу 88 поток воды. Когда игрок отпускает грушу 90 (прекращает оказывать на нее давление) она под действием собственных сил упругости принимает изначальное положение. При этом внутри груши 90 и клапанной части 89 создается давление вакуума, которое прижимает клапан 91 перекрывающий вертикальное отверстие к стенкам клапанной части и заставляет клапан 91 перекрывающий горизонтальное отверстие изогнуться внутрь клапанной части и открыв отверстие впустить внутрь дополнительный воздух.
Особенности
1. Предполагается, что клапана 91 имеют одинаковую конструкцию, а разность их работы обеспечивается разным расположением.
2. Клапана 91 (как и некоторые клапана выше- и нижеописанных компонентов) могут устанавливаться внутрь клапанной части при помощи клея, стопорных колец, посадки с натягом (если позволяет плотность материала или части материала) и другим способом.
На фиг.42 показано изображение мембранного клапана который преимущественно используется в деталях ТВК. Он имеет:
92. Бобышка
93. Отверстия.
Клапан 91 может изготавливаться из различных материалов и в зависимости от способа установки иметь небольшие изменения для размещения крепежных элементов. Также клапан может иметь разный материал изготовления в разных частях. Бобышка 92 как правило делается посередине клапана и предназначена для перекрытия отверстий в других деталях (например горизонтального и вертикального отверстий в пузырялке), а расположенные по кругу на некотором удалении от бобышки 92 отверстия 93 в клапане предназначаются для пропускания воздуха или воды (или альтернативно газа или жидкости) в различных компонентах ТВК.
На изображениях фиг.43, фиг.44, фиг.45 и фиг.46 показаны два варианта системы сообщающихся сосудов, которые содержат детали:
94. Сосуд
95. Перемычка
96. Корпус клапана
97. Кнопка клапана
98. Поток воды в системе
99. Накопленная вода
100. Мембранный клапан (с местом крепления оси кнопки).
Система может быть представлена в двух вариантах указанных на изображениях в различных модификациях.
Первый вариант системы на фиг.43 предполагает наличие не менее двух сосудов 94 и двух полых перемычек 95 между сосудами преимущественно в верхней и нижней части сосудов, которые соединяют между собой внутреннее пространство сосудов.
В этом случае система будет работать так:
Сборщик задействует насос любого вида и вода поступает в систему через, например, внешний крепежный элемент 34 и заливается внутрь сосуда 94 имеющего трубопровод соединенный с крепежным элементом 34. При этом вода через нижнюю перемычку 95 попадает во второй сосуд 94. Далее уровень воды в сосудах 94 растет, а лишний воздух стравливается из сосудов (из второго сосуда через верхнюю перемычку 95) 94 во второй трубопровод, к которому присоединен другой крепежный элемент 33 (например).
Игровой и познавательный эффект состоит в демонстрации возможности одновременного наполнения обоих сосудов 94 и равенства уровня воды в них.
Второй вариант системы предусматривает наличие только одной перемычки 95 в нижней части сосудов 94, но при этом сосуд, не имеющий трубопроводов с крепежными элементами 33, 34, дополняется клапанной системой.
Игровой и познавательный эффект этого варианта состоит в том, что уровень воды 99 во втором сосуде 94 оказывается ниже, чем в сосуде с трубопроводами за счет имеющегося давления воздуха. При этом игрок может увеличить этот уровень воды 99, если стравит воздух из второго сосуда.
Работа второго варианта может быть представлена так: Сборщик задействует насос, который создает поток воды 98, который по трубопроводы заливается в сосуд 94 в его верхней части и наполняет этот сосуд до уровня трубопроводов, т.е. до уровня (как и в первом варианте) когда вода может начать выливаться через второй трубопровод. При этом пока идет наполнение и накопление в сосудах воды 99 она через перемычку 95 заливается во второй сосуд, где ее уровень также растет до тех пор, пока давление воздуха и давление воды не сравняются. Таким образом во втором сосуде формируется пространство заполненное воздухом и пониженный уровень накопленной воды 99. Тогда игрок, при желании, может нажать на кнопку клапана 97, что позволит сместить мембранный клапан 100 вниз, позволив воздуху выйти из сосуда 94 через отверстия в мембранном клапане 100 (по аналогии с клапаном на фиг.42) и отверстие в корпусе клапана 96. При этом игрок увидит, что уровень накопленной воды 99 увеличивается.
Особенности
1. Мембранный клапан 100 может иметь в центре место для установки оси кнопки 97. При этом ось кнопки 97 может быть нераздельно соединена с мембранным клапаном 100, например с помощью клея..
2. Кнопка 97 удерживается или пружиной между кнопкой 97 и корпусом клапана 96, или за счет имеющихся сил упругости мембранного клапана 100.
3. Помимо полых перемычек 95 соединение сосудов 94 может обеспечиваться каркасными элементами, которые увеличивают жесткость конструкции.
4. Сосуды 94 могут иметь любой геометрический вид.
5. В случае, если стенки сосудов 94 соприкасаются друг с другом вместо перемычек 95 допустимо наличие отверстий соединяющих внутренние пространства сосудов 94.
На изображениях фиг.47-50 представлены компоненты в виде трубопроводов разветвителей различных типов и содержатся следующие детали:
101. Y-образный трубопровод
102. Т-образный трубопровод
103. Крестообразный трубопровод
104. Крестообразный трубопровод со смещением
105. Направление смещения крестообразного трубопровода.
Данные компоненты предназначены для создания нескольких контуров конструктора и обеспечения возможности одновременного подключения различных компонентов ТВК. При этом разные виды трубопроводов 101 или 102 по-разному перенаправляют поток воды от насоса. Так, если в Т-образном трубопроводе 102 поток воды будет идти со стороны внутреннего крепежного элемента 33, то основной напор воды будет идти преимущественно прямо, а боковое ответвление получит меньший уровень давления.
При этом крестообразные трубопроводы 103 и 104 (и в зависимости от подключения Y-образный 101) позволяют смешивать потоки воды идущие по разным контурам. А крестообразный трубопровод со смещением позволяет наблюдать смешивание двух потоков равной или различной плотности (плотность воды можно изменить например добавив соли) при условии, что один из потоков воды идет из другого бака 6 или в него добавляются какие-либо компоненты изменяющие его плотность.
На изображениях фиг.51 и фиг.52 представлен вариант компонента ТВК подъемник для воды, который имеет следующие детали:
106. Корпус подъемника
107. Прозрачная крышка корпуса
108. Ось клапанов
109. Ручка подъемника
110. Зона повышенного давления воды
111. Шариковый клапан
112. Сужение внутреннего трубопровода
113. Сливной клапан
114. Ванночка с водой
115. Стойка трубы
116. Пружина
117. Шайба пружины
118. Труба подъемника
119. Спиральный вал
120. Элемент дизайна (ландшафта)
121. Нить с поплавком (вместо нити возможно применение тросика, веревочки, проволоки и т.д.).
Суть данного компонента в демонстрации подъема воды на некоторый уровень с помощью механических приспособлений, используя так называемую «спираль Архимеда». Компонент имеет прозрачную крышку 107 позволяющую увидеть процесс подъема воды и регулировать его.
Компонент работает примерно так.
Поток воды входит в компонент со стороны внутреннего крепежного элемента 33 (или внешнего, если он будет установлен с этой стороны) и за счет имеющегося сужения трубопровода 112 формирует зону повышенного давления воды 110. За счет повышенного давления, вода через отверстие в трубопроводе поступает в ванночку 114. При этом заполняя ванночку 114, вода поднимает поплавок с веревочкой 121, ко второму концу которой прикреплен шариковый клапан 111, и, когда вода в ванночке 114 достигает необходимого уровня, клапан 111 перекрывает отверстие в трубопроводе.
Далее игрок может начать крутить ручку 109, от которой будет вращаться спиральный вал 119 внутри трубы 118. Вода будет при этом подниматься по спиральному валу 119 до верхнего конца трубы 118 и выливаться вниз на установленные внутри корпуса 106 элементы дизайна или рельефа 120, предназначенные для визуализации растекания воды.
Для спуска воды из ванночки достаточно потянуть ось клапанов 108 вверх преодолевая сопротивление пружины 116 установленной с помощью шайбы 117. При этом когда ось клапанов 108 будет оттянута, то откроется сливной клапан 113. При этом сливной клапан 113 установленный на дне ванночки 114 предназначен для лива воды в трубопровод (когда отсутствует поток воды), а сливной клапан 113 установленный в крышке 107 предназначен для впуска внутрь воздуха, чтобы не допустить разрежения внутри компонента, которое затормозит слив воды.
Пример игры заключается в следующем.
Игрок, задействуя тот или иной насос, создает поток воды в ТВК, который заполняет ванночку 114, что можно наблюдать визуально и может с помощью вращения ручки 109 механически поднять воду на некоторую высоту, откуда она по элементам дизайна 120 будет сливаться обратно в ванночку 114. После окончания игры с компонентом игрок должен разобраться как правильно слить воду из компонента, из ванночки 114 в трубопровод, при этом демонстрируется работа сил физики и различных материалов (например, материал поплавка с веревочкой 121.
Особенности компонента:
1. Спиральный вал может иметь любую конструкцию позволяющую произвести подъем воды.
2. Вместо спирального вала могут использоваться подъемники других типов, которые будут работать от мускульной силы человека (например, от вращения ручки 109).
3. Труба 118 может быть дополнительно закреплена с помощью одной или нескольких стоек 115.
4. Пружина 116 может располагаться как под крышкой 107, так и снаружи.
5. Вместо сужения 112 могут использоваться другие элементы увеличивающие давление воды или создающие завихрения потоков воды. А в случае, если поток воды в ТВК достаточно силен, сужение 112 может отсутствовать.
На изображениях фиг.5 3-5 6 представлен компонент фонтан, состоящий из:
122. Корпус фонтана
123. Крышка фонтана
124. Сливная решетка
125. Разбрызгиватель
126. Рабочий поток воды
127. Слитый поток воды
128. Лопасти насоса
129. Разделитель лопастей
130. Корпус насоса фонтана
131. Насос фонтана (моторчик привода нижних лопастей)
132. Провода
133. Направление слива воды.
Фонтан может быть представлен в двух варианта с механическим приводом лопастей или с электронасосом 131. И в том и в другом случае задача поддержать ранее созданное в ТВК давление потока воды на выходе из компонента. При этом герметичность фонтана обеспечивается крышкой 123, которая не позволяет воде выливаться из компонента ТВК.
В первом случае, как более подробно показано на изображениях фиг 54 и фиг.55 компонент работает следующим образом:
Поток воды 126 входит в компонент со стороны внутреннего крепежного элемента 33 (если он установлен в данном месте конструкции) и вращая верхние лопасти насоса 128 проходит дальше до разбрызгивателя 125. Благодаря разбрызгивателю 125 вода визуально разбрызгивается в разные стороны, падая на поверхность сливной решетки 124. Через отверстия в сливной решетке 124 вода сливается во внутреннюю часть корпуса по направлению 133, попадая в зону работы нижних лопастей 128 которые отделены от верхних лопастей, с которыми имеют жесткую связь (верхний и нижние лопасти соединяются осью через разделитель), разделителем 129. При этом поток воды 126, раскручивая верхний лопасти, приводит и к раскручиванию нижних лопастей 128, которые возобновляют движение потока слитой из фонтана воды 127. Таким образом фонтан автоматически обеспечивает дальнейшее движение потока воды по компонентам ТВК.
Во втором случае применяется электропривод нижних лопастей (показан на изображении фиг.56, и работа фонтана производится так.
Поток воды, входя в компонент, обтекает корпус насоса фонтана 130 (моторчика) который герметизирует насос 131 от попадания воды в электрочасти, и поступает к разбрызгивателю 125, стекая в направлении слива 133 к нижним лопастям 128. Когда насос 131 с помощью проводов 132 подключен к источнику электропитания (например, к контактам электрокомпонентов 4,5) то он вращает подсоединенные к его валу нижние лопасти 128, благодаря вращению которых создается поток слитой воды 127.
Пример использования можно привести такой.
Игрок создает поток воды в ТВК который попадает в компонент фонтан, где происходит разбрызгивание воды (фонтанирование), при этом разбрызгиванием можно управлять уменьшая или увеличивая давления потока воды с помощью других компонентов (например крана, фиг.33,34), что можно визуально наблюдать, а при наличии электронасоса 131 можно также изучать, почему при отключенном насосе дальнейший поток воды не формируется с достаточной силой.
Особенности
1. Поскольку насос 131 относится только к фонтану, он может иметь оригинальный вид.
2. В некоторых случаях насос любого типа может отсутствовать в фонтане, но при этом предполагается, что игрок может установить компонент «насос» после фонтана для обеспечения дальнейшего движения воды.
3. Фонтан может иметь элементы дизайна или рельефа для увеличения интереса игрока.
4. Лопасти 128 могут быть заменены на любой другой способ создания потока воды.
5. В случае применения электронасоса 131 возможно применение дополнительного разделителя 129 для лучшей герметизации электрочастей.
Таким образом, трубопроводный водяной конструктор позволяет обеспечить игры с водой, даже в помещении при использовании емкости 1. А наличие разнообразных труб и компонентов позволяет получить различные конфигурации конструктора, повышает интерес к игре и позволяет изучить некоторые физические законы и действие воды и водяных потоков в различных ситуациях.
При этом соединение компонентов производится с помощью крепежных соединений, обладающих хотя бы одним уплотнительным кольцом или при помощи посадки с натягом при соединении крепежных соединений в виде трубок разного диаметра (одна входит в другую). Между любыми крепежными соединениями обеспечивается проворот (по крайней мере при присоединении крепежных элементов), или расположение крепежных соединений таким образом, чтобы компоненты ТВК при соединении имели заданный игроком или сборщиком вид.
Причем в минимальной комплектации ТВК должен иметь хотя бы один компонент для создания потока воды и хотя бы один компонент для демонстрации действия воды.
Особенности трубопроводного водяного конструктора
1. ТВК для обеспечения своей полноценной работы всегда должен иметь хотя бы один компонент демонстрирующий движение или действие воды и/или воздуха в системе воды. При этом ТВК может с течением времени дополнятся дополнительными игровыми компонентами, демонстрирующими физические силы и/или имеющими определенный интерес для игрока которые не были первоначально разработаны и описаны, но, основываясь на основных элементах конструктора, имеют к нему отношение.
2. В конструкторе допустима тупиковая схема сборки компонентов, когда перекрыто движение воды обратно в бак 6, то есть на окончаниях сборки применены заглушки (фиг.18).
3. Также допустима открытая схема сборки, применение которой допустимо в условиях улицы или при сборке в условиях специализированного помещения (сауна, баня) или предмета (ванная, душевая кабинка). При открытой схеме сборки конструктора вода не возвращается в бак 6, а выливается из трубопроводов и/или компонентов конструктора наружу. Таким образом (с учетом тупиковой схемы сборки) может формироваться замкнутая (с возвратом воды в бак) и незамкнутая система сборки конструктора.
4. Конструктор может дополняться деталями по желанию игрока, при этом детали разных конструкторов могут стыковаться между собой, организуя единое игровое пространство. Например, между собой могут стыковаться крепежные пластины 2.
5. Материалы изготовления конструктора могут быть любые отвечающие нескольких характеристикам. Например, для гибких деталей ТВК предполагается применение материалов в виде резины, силикона, некоторых сортов способного к изгибу пластика. Для деталей конструктора, которые не являются гибкими, предполагается применение преимущественно прочной пластмассы или цветного металла (например, алюминий, медь, бронза, олово или их сплавы). В некоторых случаях возможно применение черных металлов (например, стали) или сплавов имеющих в составе черные или цветные металлы. Для некоторых гибких деталей (пружины, провода) возможно изготовление из металлов и/или сплавов частично или полностью.
6. Вода является преимущественной жидкостью для использования в конструкторе, но ТВК может работать и с другими жидкостями имеющими низкую вязкость. Например, спирт, растительное масло, суспензия на основе воды, смесь воды с минеральными или красящими веществами и т.д.
7. Хотя в игровых целях бак 6 может быть размещен так, чтобы вода из него подавалась в компоненты ТВК самотеком под действием силы тяжести, преимущественно создание потока воды производится с помощью действия насоса.