Насадок к пылесосу

 

Использование: в очистной технике. Сущность: насадок содержит корпус с патрубком, открытая придонная поверхность корпуса совмещена с очищаемой от пыли поверхностью, по нижней кромке корпуса выполнены воздушные каналы, размещенные на корпусе конфузоры, выполненные в виде усеченных корпусов с раструбами, являющимися большими основаниями усеченных конусов и расположенными с внешней стороны корпуса. Суженная часть каждого конфузора размещена внутри полузамкнутой полости насадка, оси конфузоров направлены под острыми углами к придонной поверхности. Система конфузоров и придонных отверстий - каналов способствует образованию на очищаемой поверхности пограничного слоя сложной структуры с множеством критических точек (перепадов давления) и областей неустойчивости воздушных течений. В результате создается сложная система воздушных потоков, приводящая к более эффективному удалению частиц пыли с поверхности очищаемого объекта. Изобретение позволяет повысить эффективность очистки поверхности по сравнению с известными устройствами (насадками для пылесосов), а также более рационально использовать потребляемую энергию. 11 з. п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к очистной технике и может быть применено в конструкциях пылесосов, в частности при разработке конструкции насадка, обеспечивающего эффективную очистку различных поверхностей в быту и производстве, например, в деревообрабатывающей промышленности и других отраслях народного хозяйства.

Известны насадки к пылесосам, обеспечивающие чистку поверхностей путем сдувания пыли с одновременным всасыванием.

Так, например, известный насадок содержит центральный патрубок, связанный с системой отсоса пылесоса, расположенные с противоположных сторон патрубка коллекторы, соединенные с системой нагнетания пылесоса, и жестко связанный с коллекторами сопловой аппарат для подачи сжатого воздуха на обрабатываемую поверхность, а также кольцевую камеру, связанную с системой отсоса пылесоса и охватывающую сопловой аппарат.

Недостатком такого насадка является сложность конструкции, обусловленная наличием трубчатого соплового аппарата, встроенного внутрь корпуса насадка, а также необходимостью системы нагнетания, что, кроме того, требует дополнительных энергетических затрат.

Известен также насадок к пылесосу, содержащий вертикально установленный цилиндрический корпус, связанный патрубком с системой отсоса и установленный соосно с корпусом стакан, в стенках которого выполнены сквозные тангенциально расположенные каналы для подачи на обрабатываемую поверхность закрученного воздушного потока, регуляторы расхода и направления закрученного воздушного потока, стакан установлен внутри корпуса с возможностью осевого перемещения и обращен открытой частью к обрабатываемой поверхности, дно стакана имеет тангенциально расположенные отверстия для дополнительной подачи на обрабатываемую поверхность закрученного воздушного потока, при этом корпус по высоте имеет переменное сечение, его участок с большим диаметром выполнен в виде улитки, а тангенциальные каналы размещены над улиткой.

Такой насадок для своей работы не требует дополнительной системы нагнетания воздуха, однако его конструкция, состоящая из большого числа узлов и элементов и предполагающая выполнение корпуса переменного сечения с улиткообразным профилем, усложняет изготовление и регулировку, что не является удобным как в производстве, так и в эксплуатации.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому насадку является известный насадок к пылесосу, содержащий связанный с системой отсоса корпус с отверстиями для забора воздуха из атмосферы и с окном в его основании и несущий лопатки с очистными элементами рабочий орган, установленный в корпусе с возможностью вращения вокруг оси, параллельной основанию корпуса, по нижней кромке корпуса выполнены воздушные каналы, направленные внутрь полузамкнутой полости корпуса насадка.

Однако такая конструкция насадка имеет следующие недостатки: большие энергетические затраты на всасывание воздуха из атмосферы; недостаточная эффективность взаимодействия воздушного потока с очищаемой поверхностью.

Изобретение направленo на снижение энергозатрат на удаление пыли с очищаемой поверхности, повышение эффективности и качества очистки с трудноочищаемых поверхностей: с большой степенью шероховатости, ворсистых, электрически заряженных и т.п. а также расширяет спектр удаляемых частиц пыли по массе и линейным размерам.

Указанные недостатки известного технического решения устраняются в предлагаемом насадке, содержащем корпус с патрубком, связанным с системой отсоса, поверхность корпуса выполнена с образованием полузамкнутой полости, открытая придонная поверхность корпуса совмещена с очищаемой от пыли поверхностью, по нижней кромке корпуса выполнены воздушные каналы, направленные внутрь полузамкнутой полости, тем, что он содержит конфузоры, выполненные в виде усеченных конусов с раструбами и размещенные на корпусе, раструб каждого конфузора, являющийся большим основанием усеченного конуса, расположен с внешней стороны корпуса, суженная часть каждого конфузора размещена внутри полузамкнутой полости, конфузоры установлены с зазором между меньшими основаниями усеченных конусов и придонной поверхностью, оси конфузоров направлены под острыми углами к придонной поверхности и согласованы между собой по векторам воздушных струй конфузоров с созданием однонаправленной закрутки воздушного потока над придонной поверхностью.

В изобретении предлагаются следующие варианты расположения конфузоров: конфузоры расположены на одинаковом расстоянии от центральной оси корпуса и наклонены под одинаковым углом наклона к придонной поверхности; конфузоры расположены на одинаковом расстоянии от центральной оси корпуса и наклонены под разными углами d₁,d₂,-d_m к придонной поверхности, где m число конфузоров; конфузоры расположены на разном удалении от центральной оси корпуса и наклонены под разными углами d₁,d₂,-d_m к придонной поверхности.

Выбор того или иного варианта расположения конфузоров зависит от конкретной области применения насадка, типа пыли, размеров частиц и других факторов.

При этом проекция оси каждого конфузора на придонную поверхность расположена по касательной к окружности, центр которой расположен в точке пересечения центральной оси корпуса с придонной поверхностью, а радиус равен расстоянию указанной точки до точки пересечения оси конфузора с придонной поверхностью.

Для дополнительного повышения эффективности работы насадка корпус содержит плоское кольцо, размещенное на границе полузамкнутой полости корпуса и совмещенное с придонной поверхностью, причем в плоском кольце выполнены воздушные каналы, направленные внутрь полузамкнутой полости, при этом воздушные каналы выполнены с переменным сечением, суженная часть которых расположена на внутренней поверхности плоского кольца, оси каждого из воздушных каналов расположены под углом β=30-60^о к отрезку, проведенному из точки пересечения центральной оси корпуса с придонной поверхностью к точке выхода оси данного канала в полузамкнутую полость корпуса, кроме того, оси каждого из воздушных каналов расположены под углом γ=0-5^о к придонной поверхности.

Для обеспечения взаимодействия в работе конфузоров и воздушных каналов, что дополнительно повышает эффективность работы насадка, направления осей воздушных каналов, выполненных в плоском кольце, и проекций осей конфузоров на придонную поверхность согласованы по векторам воздушных струй, формируемых конфузорами и воздушными каналами, с созданием однонаправленной закрутки воздушного потока над придонной поверхностью.

Чтобы повысить производительность работы насадка, он содержит дополнительные конфузоры, а в корпусе выполнена дополнительная полузамкнутая полость, при этом дополнительные конфузоры размещены на поверхности корпуса и обращены внутрь дополнительной полузамкнутой полости, а патрубок для отсоса пыли расположен на корпусе симметрично между обеими полузамкнутыми полостями.

На фиг.1 представлена конструкция насадка, разрез; на фиг.2 конструкция насадка, вид сверху; на фиг.3 крепление конфузора к стенке корпуса; на фиг.4 формовка конфузоров, являющихся продолжением стенок корпуса; на фиг.5 расположение конфузоров в насадке и вектора формируемых воздушных струй; на фиг.6 плоское кольцо в разрезе, воздушные каналы и вектора формируемых воздушных струй; на фиг.7 и 8 возможный вариант конструкции насадка с двумя полузамкнутыми полостями и с дополнительные конфузорами.

Насадок содержит корпус 1, патрубок 2, связанный с системой отсоса пылесоса (не показана), конфузоры 3,4,5 (число конфузоров может быть иным), плоское кольцо 6, расположенное по нижней кромке корпуса 1, поверхность которого ограничивает полузамкнутую полость 7. Поверхность корпуса 1 может быть выполнена, например, полусферической. Такая форма является наиболее предпочтительной, поскольку обеспечивает оптимальные режимы течений воздушных потоков, формируемых в полузамкнутой полости 7, но не является единственно возможной. В плоском кольце 6 выполнены воздушные каналы 8.

Открытая придонная поверхность насадка совмещена с очищаемой от пыли поверхностью 9.

Позицией 10 обозначена центральная ось насадка.

На фиг.1 стрелками изображено направление воздушных потоков, поступающих в конфузоры и воздушные каналы 8, и потоки, выходящие из них в полузамкнутую полость 7 насадка.

На фиг.3 показан один из вариантов выполнения конфузора в виде отдельной детали и способ крепления его с корпусом 1. В этом случае конфузор может быть вставлен в отверстие, выполненное в корпусе в определенном месте (на заранее рассчитанном расстоянии от центральной оси 10 насадка) и под определенным углом наклона α к придонной поверхности, и затем приклеен или приварен соответствующим составом 11.

На фиг. 4 показан другой вариант выполнения конфузора, при котором он сформирован непосредственно в корпусе 1 по соответствующей технологии изготовления.

Фиг.5 поясняет расположение конфузоров 3, 4, 5 на поверхности насадка. В данном случае конфузоры установлены на различном расстоянии r_А,r_В,r_С от центральной оси насадка (точки А,В,С соответствуют точкам пересечения осей конфузоров с придонной поверхностью, точка О является точкой пересечения центральной оси насадка с придонной поверхностью). Стрелки, расположенные на осях конфузоров, являются проекциями векторов воздушных струй, исходящих из конфузоров.

Фиг. 6 показывает расположение воздушных каналов 8 в плоском кольце 6, а также их форму в сечении и ориентацию. Оси воздушных каналов 8 расположены под углом β=30-60^о к отрезкам, проведенным из точки пересечения центральной оси 10 корпуса с придонной поверхностью (точка О) к точкам выхода оси данного канала в полузамкнутую полость 7 (точки Е,F,G,Н,I,К,М). Кроме того, как показано на сечении А-А, оси каждого из воздушных каналов расположены под углом к придонной поверхности.

На фиг. 7, 8 показана конструкция насадка с дополнительными конфузорами 12, 13,14, расположенными на поверхности насадка, поверхность корпуса которого фактически представляет собой две полусферы, механически соединенные между собой. При этом патрубок 2 размещен между основной и дополнительной полузамкнутыми полостями (на фиг.7, 8 не показаны), а кольцо 6 с воздушными каналами выполнено в виде "восьмерки").

Конфузоры 3,4,5 предназначены для всасывания атмосферного воздуха из окружающего пространства и формирования струй воздуха, направленных под заданным углом в определенные точки придонной поверхности.

Воздушные каналы 8 предназначены для всасывания атмосферного воздуха из окружающего пространства и формирования струй воздуха, направленных под заданными углами в придонной поверхности по периферии полузамкнутой поверхности насадка.

Конфузоры 3,4,5 выполнены в виде усеченных конусов с раструбами, причем нижний торец конфузора (малое основание усеченного конуса) расположен с некоторым зазоромδ над придонной поверхностью.

Образующая боковой поверхности конфузоров выполнена по кривой n-го порядка, выпуклая сторона которой обращена внутрь конфузора. Как показывают проведенные исследования, такая форма боковой поверхности конфузора обеспечивает минимальное сопротивление потоку воздуха, всасываемому извне.

Воздушные каналы 8 с переменным сечением, суженная часть которых направлена внутрь полузамкнутой полости, способствует формированию воздушных струй с заданной "апертурой", которая задается в зависимости от вида и дисперсности пыли, удаляемой с поверхности 9.

Система воздушных каналов 8 служит для направленного распределения засасываемого воздуха внутрь полузамкнутой полости 7 насадка и способствует облегчению перемещения ее по очищаемой поверхности 8.

Предлагаемый насадок для пылесоса работает следующим образом.

При включении пылесоса приводится в действие турбинное устройство и система отсоса (не показаны), соединенная с патрубком 2 насадка, в результате чего в полузамкнутой полости 7 создается разрежение, приводящее к образованию направленных воздушных струй через систему конфузоров 3,4,5 и придонных воздушных каналов 8. Запыленный воздух из насадка через воздухопровод всасывается в пылесборник пылесоса (не изображены) проходит через фильтр (не показан) и выбрасывается наружу. При этом в насадке создается сложная система воздушных потоков, способствующая более эффективному удалению частиц пыли с очищаемой поверхности 9.

При сдувании пыли с поверхности захват частицы воздушным потоком можно условно разделить на три этапа в соответствии с действующими на частицу силами.

На первом этапе происходит отрыв частицы от поверхности и начало ее движения, на втором частица скользит или катится по поверхности и в некоторый момент теряет контакт с поверхностью, на третьем этапе частица удаляется от поверхности, подхватывается воздушным потоком и продолжает движение вместе с воздушным потоком.

Рассмотрим силы, действующие на частицу на каждом из этих этапов.

На первом этапе на частицу действуют сила тяжести Р=mg; где m масса частицы, g ускорение свободного падения; сила адгезии F_ад, связанная с молекулярными взаимодействиями частицы и поверхности, и направленная к поверхности перпендикулярно к ней; сила трения покоя F_ТРО, препятствующая движению частицы, и аэродинамические силы; сила лобового сопротивления F_л;
подъемная сила F_под;
сила реакции опоры N.

На втором этапе частица движется вдоль поверхности, при этом она может в зависимости от ее формы и качества поверхности либо катиться по ней, либо скользить. На этом этапе становится меньше сила адгезии, так как уменьшается площадь контакта частицы с поверхностью. В случае качения частицы ее частота вращения может достигать сотен оборотов в секунду, что приводит к значительному увеличению подъемной силы за счет эффекта Магнуса. Вследствие уменьшения силы адгезии и увеличения подъемной силы уменьшается сила трения и частица движется с большим ускорением. Однако, это не означает, что она не останется на поверхности. При движении она может попасть в область уменьшения скорости потока и (или) увеличения толщины пограничного слоя, где лобовая сила может быть настолько маленькой, что не сможет обеспечить дальнейшее движение частицы. Необходимо, чтобы частица была подхвачена воздушным потоком (этап III). Для этого величина подъемной силы должна превысить значение силы адгезии. Скорость струй, вытекающих из конфузоров, и угол их наклона к поверхности, подобраны так, чтобы обеспечить минимальную толщину пограничного слоя в зонах соударения струй с поверхностью. За счет организации соударения струй, вытекающих из конфузоров, со струями, текущими из придонных отверстий, создается высокая степень турбулизации потока и многочисленные участки отрывов пограничного слоя.

Существенным достоинством нового насадка является возможность с помощью наклонных струй воздействовать на частицы, которые при использовании традиционного насадка могут быть экранированы выступами шероховатостей поверхности, а также способность нового насадка убирать пыль из щелей. В зависимости от величины скорости в струе, а также угла наклона струи к поверхности реализуется та или иная структура и толщина пограничного слоя, что в свою очередь, определяет размер частичек пыли, которые будут сдуваться с очищаемой поверхности или оставаться на ней. Поэтому конструктивные параметры конфузоров подбираются так, чтобы обеспечить необходимую скорость струй.

Благодаря наличию конфузоров и придонных отверстий уменьшается эффект "прилипания" насадка к очищаемой поверхности.

Плоский насадок со встроенной щеткой хотя и не дает эффекта "прилипания", но создает эффект разбрасывания загрязнений, благодаря которому до половины общей массы загрязнений не попадает в тракт воздухопровода. Кроме того, стандартные насадки имеют недостаток, заключающийся в выдирании части основы в процессе очистки.

Новый насадок при практически одинаковых геометрических размерах благодаря большему расходу воздуха обеспечивает лучшую транспортировку загрязнений в пылесборник и меньшее оседание загрязнений внутри объема воздуховода.

Проведенные экспериментальные исследования выявили высокую эффективность предлагаемой конструкции. Наличие конфузоров в насадке позволяет получить воздушные струи, имеющие скорость порядка 100 м/с. Такие струи, направленные под углом к очищаемой поверхности, позволяют "сдувать" с нее пылевидные частицы, которые при обычном способе очистки остаются прилипшими к поверхности, а для загрязненных поверхностей, поддающихся обычной очистке, обеспечивают увеличение скорости очистки в несколько раз.

Система придонных каналов в сочетании с конфузорами облегчает передвижение насадка по очищаемой поверхности, устраняет разбрасывание пылевидных частиц после сдувания их конфузорами и увеличивает число точек столкновения струй из конфузоров со струями из придонных каналов точек, в которых на частицы действует максимальная подъемная сила.

Формула изобретения

1. НАСАДОК К ПЫЛЕСОСУ, содержащий корпус с патрубком, связанным с системой отсоса, поверхность корпуса выполнена с образованием полузамкнутой полости, открытая придонная поверхность корпуса совмещена с очищаемой от пыли поверхностью, по нижней кромке корпуса выполнены воздушные каналы, направленные внутрь полузамкнутой полости, отличающийся тем, что он содержит конфузоры, выполненные в виде усеченных конусов с раструбами и размещенные на корпусе, при этом раструб каждого конфузора, являющийся большим основанием усеченного корпуса, расположен с внешней стороны корпуса, суженная часть каждого конфузора размещена в полузамкнутой полости, конфузоры установлены с зазором между меньшими основаниями усеченных конусов и придонной поверхностью, оси конфузоров направлены под острыми углами к придонной поверхности и согласованы между собой по векторам воздушных струй конфузоров с созданием однонаправленной закрутки воздушного потока над придонной поверхностью.

2. Насадок по п.1, отличающийся тем, что конфузоры расположены на одинаковом расстоянии от центральной оси корпуса и наклонены под одинаковым углом α к придонной поверхности корпуса насадка.

3. Насадок по п.1, отличающийся тем, что конфузоры расположены на одинаковом расстоянии от центральной оси корпуса и наклонены под разными углами a₁, α₂,... α_m к придонной поверхности корпуса, где m - число конфузоров.

4. Насадок по п.1, отличающийся тем, что конфузоры расположены на разном удалении от центральной оси корпуса и наклонены под разными углами α₁, α₂, α₃,..., α_m к придонной поверхности корпуса, где m - число конфузоров.

5. Насадок по пп. 2 - 4, отличающийся тем, что проекция оси каждого конфузора на придонную поверхность расположена по касательной к окружности, центр которой расположен в точке пересечения центральной оси корпуса с придонной поверхностью, а радиус равен расстоянию от указанной точки до точки пересечения оси конфузора с приводдной поверхностью.

6. Насадок по п.1, отличающийся тем, что образующая боковой поверхности конфузоров выполнена по кривой n-го порядка, выпуклая сторона которой обращена внутрь конфузора.

7. Насадок по п.1, отличающийся тем, что корпус содержит плоское кольцо, размещенное на границе полузамкнутой полости корпуса и совмещенное с придонной поверхностью, причем в плоском кольце выполнена воздушные каналы, направленные в полузамкнутую полость.

8. Насадок по п.7, отличающийся тем, что воздушные каналы выполнены с переменным сечением и их суженная часть расположена на внутренней поверхности плоского кольца.

9. Насадок по пп. 7 и 8, отличающийся тем, что оси каждого от воздушных каналов расположены под углом 30 - 60^o к отрезку, проведенному из точки пересечения центральной оси корпуса с придонной поверхностью к точке выхода оси данного канала в полузамкнутую полость корпуса.

10. Насадок по пп. 7 и 8, отличающийся тем, что оси каждого из воздушных каналов расположены под углом 0 - 5^o к придонной поверхности.

11. Насадок по п.7, отличающийся тем, что направления осей воздушных каналов, выполненных в плоском кольце, и проекций осей конфузоров на придонную поверхность согласованы по векторам воздушных струй, формируемых конфузорами и воздушными каналами, с созданием однонаправленной закрутки воздушного потока над придонной поверхностью.

12. Насадок по п.1, отличающийся тем, что он содержит дополнительные конфузоры, а в корпусе выполнена дополнительная замкнутая полость, при этом дополнительные конфузоры размещены на поверхности корпуса и обращены внутрь полузамкнутой полости, а патрубок для отсоса пыли расположен на корпусе симметрично между обеими полузамкнутыми полостями.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8