Распылительная насадка для текучей среды

Изобретение относится к устройствам для распыления (распылительным насадкам) текучей среды и особенно к насадкам, используемым для ускорения потока воды. Распылительная насадка для текучей среды содержит удлиненный корпус с входным концом и выходным концом и образует проходящий в нем канал, при этом канал включает в себя входной канал и выходной канал, имеющий выходной диаметр, который является меньше, чем входной диаметр. Канал также образует конический канал, проходящий от входного канала к выходному каналу с множеством лопаток или канавок, расположенных по окружности конического канала для увеличения скорости потока, уменьшая при этом турбулентность и отклонение выходного потока. Изобретение обеспечивает высокие скорости потока, уменьшая турбулентность и отклонение потока. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 8 ил.

 

Ссылка на родственную заявку и приоритетное право

[001] Данная заявка является заявкой для регистрации изобретения и испрашивает приоритет на основе совместно рассматриваемой (родственной) предварительной заявки №61/816596, поданной 26 апреля 2013 года, содержание которой включено сюда полностью.

Уровень изобретения

[002] Настоящее описание относится к устройствам для распыления (далее распылительным насадкам) текучей среды и особенно к насадкам, используемым для ускорения потока воды.

[003] Устройства для потока текучей среды, такие как приспособления с гибким трубопроводом (шлангом) или с жестким переходником, являются известными. Многие подобные устройства устанавливают для ускорения потока текучей среды или воды из шланга или жесткого переходника для выполнения различных задач. Заданная скорость потока обычно зависит от характера задачи, например полива лужайки с подачей воды под давлением. В примерах известного уровня более распространенным является заданный образец с пониженной скоростью, в то время как в последнем варианте изобретения более предпочтительным является образец с более узким высокоскоростным потоком.

[004] Из основ физики известно, что скорость потока текучей среды по насадке возрастает по мере уменьшения внутреннего диаметра. Таким образом, насадки, при необходимости, содержат входное отверстие, имеющее внутренний диаметр больше, чем выходное отверстие. Способ изменения такого диаметра в устройствах для потока текучей среды является различным. В некоторых устройствах используют уменьшающийся выходной диаметр, но этот способ приводит к значительному гидродинамическому сопротивлению и уменьшению объема потока. Следовательно, большинство устройств имеют коническое отверстие, которое уменьшается от входного отверстия большего диаметра к выходному отверстию меньшего диаметра. В других устройствах используется сферическое отверстие от входного отверстия большего диаметра к выходному отверстию меньшего диаметра.

[005] Одна типичная проблема состоит в том, что поток текучей среды с более высокими скоростями потока может иметь турбулентность больше или может иметь тенденцию к отклонению. Обе проблемы оказывают противодействие прямым мощным потокам, которые требуются для выполнения задач распыления, таких, например, как мойка. Следовательно, есть потребность в распылительной насадке для текучей среды, которая может обеспечивать высокие скорости потока, уменьшая турбулентность и отклонение потока.

Сущность изобретения

[007] Предложена распылительная насадка для текучей среды, которая является сконфигурированной для увеличения скорости потока, при этом с уменьшением турбулентности и отклонения выходящего потока. Насадка, в одном варианте, содержит конический канал, проходящий от входного отверстия к выходному отверстию с множеством лопаток по длине конического канала. Лопатки способствуют обеспечению линейного потока для уменьшения отклонения выходящего потока. В другом варианте лопатки могут быть изогнутыми, чтобы передавать крутящий момент потоку текучей среды. Лопатки, еще в одном варианте, заменяют канавками, образованными во внутренней стенке конического канала. Канавки также могут быть изогнутыми, чтобы способствовать передаче крутящего момента текучей среде по мере увеличения скорости потока от входного отверстия к выходному отверстию.

[008] В другом варианте распылительные насадки для текучей среды содержат ряд отсеков от входного отверстия к выходному отверстию для последовательного увеличения скорости потока без увеличения турбулентности или отклонения выходящего потока. Два отсека имеют постоянный диаметр, в то время как три отсека имеют уменьшающийся диаметр между отсеками с постоянным диаметром.

[009] Еще в одном варианте может быть установлено устройство с регулируемым отверстием, которое позволяет пользователю делать выбор из множества форм отверстия и размеров. Устройство может быть установлено на выходные насадки для последующего изменения выходного потока по желанию пользователя.

Описание чертежей

[011] Фиг.1 является видом в перспективе, описанным в данном документе насадки для потока текучей среды.

[012] Фиг.2 (a-d) является рабочими чертежами насадки, показанной на фиг.1, содержащими виды верхнего, концевого выходного отверстия, торцевого входного отверстия и виды в поперечном сечении.

[013] Фиг.3 - вид в перспективе с частичным разрезом насадки для потока текучей среды по другому варианту настоящего описания.

[014] Фиг.4 - вид с торца насадки для потока текучей среды, показанной на фиг.3.

[015] Фиг.5 - вид в перспективе с частичным разрезом насадки для потока текучей среды по другому варианту настоящего описания.

[016] Фиг.6 - вид сбоку в поперечном разрезе насадки для потока текучей среды по еще одному варианту настоящего описания.

[017] Фиг.7 - вид с торца устройства с селективным выходным отверстием для введения в зацепление с насадкой для потока текучей среды по одному признаку настоящего описания.

[018] Фиг.8 - вид в увеличенном масштабе выходного конца насадки для потока текучей среды, показанной на фиг.6, с установленным на ней устройством с селективным выходным отверстием, показанным на фиг.7.

Подробное описание

[019] В целях способствовать пониманию принципов изобретения ниже приводится ссылка на варианты осуществления изобретения, отображенные на чертежах и описанные в нижеследующем описании. Подразумевается, что при этом нет намерения какого-либо ограничения объема изобретения. Кроме того, подразумевается, что настоящее изобретение включает в себя любые изменения и модификации иллюстрированных вариантов осуществления и содержит другие варианты применения принципов изобретения, с которыми обычно сталкивается специалист в данной области техники, к которой относится данное изобретение.

[020] Распылительная насадка 10 для текучей среды содержит конец 11 входного отверстия, который может быть выполнен с резьбой для введения в зацепление с садовым шлангом, жестким переходником или другим зажимным приспособлением, удлиненный корпус 12 и выходной конец 13, как показано на фиг.1 и фиг.2 (a-d). Насадка является полой от входного конца к выходному концу, образуя входной канал 15, за которым следует первый конический канал 16, второй конический канал 17 и выходной канал 18. Входной и выходной каналы 15, 18 соответственно обычно имеют постоянные диаметры с входным отверстием, имеющим диаметр больше, чем диаметр выходного отверстия. В конкретном варианте осуществления изобретения входной канал может иметь диаметр приблизительно 19,3 мм, а выходной канал может иметь диаметр приблизительно 4,7 мм для уменьшения диаметра приблизительных от 4 до 1. Так как скорость потока текучей среды пропорциональна квадрату диаметра, такое уменьшение приводит приблизительно к увеличению в 16 раз скорости потока от входного отверстия к выходному отверстию.

[021] Первый и второй конические каналы 16, 17 являются смежными и выполнены с сужением под одним углом от входного канала к выходному каналу. В одном конкретном варианте осуществления изобретения каналы 16, 17 могут быть выполнены с сужением под углом приблизительно 13,3° по общей длине приблизительно 62,5 мм. Конические каналы, таким образом, являются объединенными для постепенного уменьшения диаметра потока и вследствие этого способствуют постепенному увеличению скорости потока. В определенном варианте осуществления изобретения выходной канал может иметь длину приблизительно 25 мм или приблизительно 40% длины конических каналов. Длина конических каналов способствует увеличению скорости невозмущенного (без турбуленции) потока, тогда как длина выходного канала способствует обеспечению ламинарного потока, выходящего из насадки 10. Выходной канал также способствует обеспечивать максимально возможный узкий выходной поток, то есть максимально близкий, по возможности, к выходному диаметру. Однако касательно известных насадок только одно соотношение длины и диаметра не является достаточным, чтобы обеспечивать неотклоняющийся выходной поток.

[022] Для дальнейшего уменьшения отклонения выходного потока первый конический канал 16 выполнен с прямолинейными лопатками 20, которые проходят параллельно по длине насадки и в целом продолжены радиально внутрь от внутренней поверхности канала. Лопатки проходят от входного канала 15 по первому коническому каналу 16 и, по существу, имеют высоту с обратным сужением, означающим, что лопатки сужаются от максимальной высоты во входном канале до нулевой высоты в месте соединения между первым и вторым коническими каналами. В одном конкретном варианте осуществления изобретения внутренние края 21 лопаток 20 могут быть ограничены в диаметре - приблизительно 9,9 мм. Первая коническая часть с лопатками продолжается до приблизительно двух третей (2/3) общей длины двух конических частей, которые в конкретном варианте осуществления изобретения обеспечивают длину первой конической части приблизительно 42,4 мм. Такая конфигурация лопаток направляет прямо текучую среду, протекающую по насадке так, чтобы выходной поток не отклонялся значительно и обеспечивал в целом прямой поток.

[023] Корпус 12 насадки может быть сужен от входного отверстия к выходному отверстию, в целом, параллельно конусной части первого и второго конических каналов. Для придания прочности насадке корпус 12 может быть выполнен с наружными ребрами 25, проходящими по длине корпуса. Насадка может быть изготовлена из подходящего материала, например, может быть выполнена формованием из твердой пластмассы. Входной конец 11 может содержать нити наружной резьбы, как показано на фиг.1, или может включать другой элемент (конструкции) для введения в зацепление со шлангом, жесткий переходник или подобное устройство для потока текучей среды. Альтернативно, вся насадка может быть выполнена за одно целое с выходным концом устройства для потока текучей среды или может быть выполнена посредством многослойного литья на выходном конце данного устройства.

[024] Распылительная насадка 50 для потока текучей среды, показанная на фиг.3 и 4, является подобной насадке 10 в том, что насадка содержит лопатки в коническом канале. Насадка 50 содержит входной конец 51 и выходной конец 52. Для ясности, входной конец 51 отображен без какой-либо соединительной детали для введения в зацепление со шлангом, жестким переходником или другим устройством для потока текучей среды. Однако подразумевается, что насадка 50 может заключать в себе соединительную деталь или она может быть введена в зацепление с устройством для потока текучей среды подходящим способом. Насадка 50 содержит конический канал 55, продолжающийся от входного конца 51 в выходной канал 56 на выходном конце 52. Выходной канал может иметь постоянный диаметр, в то время как конический канал 55 является сужающимся от большего диаметра входного конца до меньшего диаметра выходного конца. Как и насадка 10, насадка 50 может иметь входное отверстие с соотношением 4:1 к диаметру выходного отверстия.

[025] Насадка 50 содержит, кроме того, изогнутые лопатки 58, расположенные в коническом канале 55. Высота к краю 59 лопаток уменьшается от входного конца 51 к выходному каналу 56 аналогично лопаткам 20 насадки 10. Таким образом, высота на конце 60 больше, чем высота лопатки на конце 61. В отличие от лопаток 20 лопатки 58 не уменьшаются до нулевой высоты на конце 61, но вместо этого могут иметь высоту, отличную от нуля, как изображено на фиг.3. Лопатки 58 проходят по коническому каналу 55 и по кривой в виде плавной винтообразной линии от входного отверстия к выходному концу. В одном примере лопатки 58 могут следовать по радиусу, который является приблизительно равным длине конического канала 55, который в определенном примере может составлять приблизительно 90 мм. Как можно видеть на фиг.4, концы 60 и 61 для каждой лопатки находятся с одинаковым угловым местоположением в насадке, или, другими словами, выходной конец 61 лопатки 58 не имеет углового смещения относительно входного конца 60. В отображенном варианте осуществления изобретения четыре лопатки 58 равномерно расположены по окружности конического канала. Ширина лопаток является достаточной для обеспечения жесткости при высоких скоростях потока, но достаточно узкой, чтобы существенно не уменьшать площадь потока.

[026] Изогнутость лопаток придает вращающий момент текучей среде, текущей по насадке, в то время как конический канал постепенно увеличивает скорость потока. Вращающий момент способствует удерживанию потока текучей среды, сведенной в параллельный пучок, или способствует предотвращению отклонения потока текучей среды, когда она выходит из насадки 50.

[027] В то время как насадка 50 содержит направленные радиально внутрь лопатки, насадка 70, отображенная на фиг.5, содержит радиально направленные наружу канавки 78, образованные в коническом канале 75 насадки. Насадка 70 содержит конический канал 75, проходящий от входного конца 71 к выходному каналу 76 на выходном конце 72, в известной степени, подобно насадке 50. Канавки 78 имеют глубину, которая находится между одной третью (1/3) и половиной (1/2) толщины стенки насадки 70 в коническом канале 75. Ширина каналов может быть между 50% и 100% глубины. В конкретном варианте осуществления изобретения канавки имеют ширину и глубину приблизительно 1,5 мм. Канавки являются изогнутыми в виде плавной винтообразной линии. В отличие от лопаток 58 насадки 50 концы канавок 78 могут быть с угловым смещением относительно друг друга. Так как канавки выполнены с заглублением в стенке насадки, канавки не препятствуют потоку текучей среды или уменьшают площадь потока. Канавки в действительности придают вращающий момент потоку текучей среды; однако существующее заглубление канавки может уменьшать способность придавать вращающий момент относительно лопаток варианта осуществления изобретения согласно фиг.3. Для повышения способности придания вращения потоку текучей среды в насадке 70 выполнено большее количество канавок 78, чем лопаток в насадке 50. Выполнено шесть, по меньшей мере, канавок, и в конкретном варианте осуществления изобретения восемь канавок равномерно расположены по окружности конического канала 75, как показано на фиг.5.

[028] Насадка 100, показанная на фиг.6, содержит входной канал 101 и выходной канал 102, которые могут иметь соотношение диаметров, подобное насадкам, описанным выше, для обеспечения увеличения величин скорости потока, описанных в данном документе. Для обеспечения невозмущенного линейного выходного потока насадка 100 содержит поэтапное уменьшение площади потока. В отображенном варианте осуществления изобретения в насадке предполагается пять отсеков от входного канала к выходному каналу. Первые, третьи и пятые отсеки 104, 106, 108 являются коническими каналами, в то время как второй и четвертый отсеки 105, 107 являются отсеками с постоянным диаметром. Конические отсеки выполнены с постепенным уменьшением внутреннего диаметра от диаметра входного канала 101 к диаметру выходного канала 102. В одном варианте осуществления изобретения диаметр канала второго отсека 105 составляет две трети (2/3) диаметра входного канала, тогда как диаметр канала четвертого отсека 107 может составлять приблизительно одну треть (1/3) диаметра входного канала. Конические каналы являются сконфигурированными так, чтобы уменьшать диаметр примерно на одну треть (1/3) в каждом отсеке.

[029] Длина отсека может быть точно определена, чтобы способствовать уменьшению турбулентного потока в уменьшающих поток отсеках 104, 106, 108 и способствовать обеспечению линейного невозмущенного потока по отсекам 105, 107 с постоянным диаметром. В одном варианте осуществления изобретения длина отсеков с постоянным диаметром увеличивается по мере уменьшения диаметра отсека. Таким образом, канал второго отсека 105 является более длинным, чем входной канал 101, а канал четвертого отсека 107 является более длинным, чем канал второго отсека 105. В одном конкретном варианте осуществления изобретения длина отсеков с постоянным диаметром может увеличиваться примерно до десяти процентов (10%). Конические отсеки 104, 106, 108, уменьшающие площадь потока, могут все иметь одинаковую длину, которая в конкретном варианте осуществления изобретения может составлять приблизительно половину длины входного канала 101.

[030] Насадки 10, 50, 70, 100 могут быть оснащены устройством, содержащим выбираемые выходные отверстия, таким как устройство 120, отображенное на фиг.7 и показанное в зацеплении с насадкой 100 на фиг.8. Данное устройство содержит круглый корпус 121, который может быть установлен на насадке, такой как насадка 100 в центре 126 вращения. Может быть установлен отдельный узел крепления (не показан), который крепится на насадке и служит опорой для устройства 120, с возможностью вращения в центре 126 вращения. Данное устройство содержит множество выпускных отверстий 122a-122h, выполненных с различными размерами и с различной формой. Каждое из отверстий содержит сопрягаемую поверхность 123, которая может соответствовать форме и диаметру выходного канала 102. Корпус 121, таким образом, образует конический канал 124 от сопрягаемой поверхности до конкретного отверстия. Некоторые отверстия могут не содержать конический канал, например такой, как отверстие 122a, которое имеет постоянный диаметр. Устройство 120 является сконфигурированным для создания непроницаемого для текучей среды уплотнения между выходным каналом, таким как канал 102 насадки 100, и выбранным отверстием. Таким образом, такое устройство может содержать уплотняющие кольца между насадкой и устройством и/или устройство может быть выполнено из самоуплотняющегося материала, такого как каучук.

[031] Так как изобретение проиллюстрировано на чертежах и подробно изложено в предшествующем описании, его следует рассматривать как иллюстративное и не ограничительное по своему характеру. Подразумевается, что представлены только предпочтительные варианты осуществления изобретения, что все изменения, модификации и другие варианты применения, которые нуждаются в защите, находятся в пределах сущности изобретения.

1. Распылительная насадка для текучей среды, содержащая:

удлиненный корпус с входным концом и выходным концом, причем входной конец сконфигурирован для введения в зацепление с источником текучей среды, при этом удлиненный корпус образует канал, проходящий через него от входного конца к выходному концу;

при этом упомянутый канал содержит входной канал, смежный с входным концом, и выходной канал, смежный с выходным концом, причем входной канал образован с диаметром входного отверстия, а выходной канал образован с диаметром выходного отверстия, который меньше, чем диаметр входного отверстия;

при этом упомянутый канал также образует конический канал, проходящий от входного канала к выходному каналу и имеющий длину между входным и выходным каналами; и

удлиненный корпус также образует множество лопаток, расположенных по окружности конического канала и проходящих, по меньшей мере, по части отрезка длины конического канала, при этом множество лопаток является изогнутыми для образования, по существу, винтообразной линии по коническому каналу от упомянутого входного конца к упомянутому выходному концу.

2. Распылительная насадка по п.1, в которой конический канал содержит первый конический канал, смежный с входным каналом, и второй конический канал, смежный с выходным каналом, причем упомянутое множество лопаток образовано только в первом коническом канале.

3. Распылительная насадка по п.2, в которой первый и второй конические каналы образованы с одинаковым углом конусности.

4. Распылительная насадка по п.3, в которой угол конусности составляет приблизительно тринадцать градусов (13°).

5. Распылительная насадка по п.2, в которой первый конический канал продолжается приблизительно на две трети (2/3) длины конического канала.

6. Распылительная насадка по п.2, в которой множество лопаток уменьшается по конусу от максимальной высоты рядом с входным каналом к нулевой, по существу, высоте, причем смежно со вторым коническим каналом.

7. Распылительная насадка по п.1, в которой входной канал имеет, по существу, постоянный диаметр, равный диаметру входного отверстия, а выходной канал имеет, по существу, постоянный диаметр, равный диаметру выходного отверстия.

8. Распылительная насадка по п.7, в которой диаметр входного отверстия приблизительно в четыре (4) раза больше, чем диаметр выходного отверстия.

9. Распылительная насадка по п.7, в которой выходной канал имеет длину, проходящую от второго конического канала к упомянутому выходному концу, которая составляет приблизительно сорок процентов (40%) от длины упомянутого конического канала.

10. Распылительный насадка по п.1, в которой внешняя поверхность удлиненного корпуса является конической от упомянутого входного конца к упомянутому выходному концу, а корпус также образует ребра жесткости, проходящие по внешней поверхности от входного конца к выходному концу.

11. Распылительная насадка по п.1, в которой множество лопаток имеет первый конец, смежный с входным концом насадки, и второй конец, смежный с выходным концом насадки, причем первый конец и второй конец расположены, по существу, с одинаковым угловым положением по окружности конического канала.

12. Распылительная насадка по п.1, в которой выходной канал имеет длину, проходящую от конического канала к упомянутому выходному концу, который составляет приблизительно сорок процентов (40%) от длины конического канала с постоянным, по существу, диаметром, равным диаметру выходного отверстия.

13. Распылительная насадка по п.1, в которой множество лопаток содержит четыре (4) лопатки.

14. Распылительная насадка для текучей среды, содержащая:

удлиненный корпус, заключающий в себе входной конец и выходной конец, причем входной конец сконфигурирован для введения в зацепление с источником текучей среды, при этом удлиненный корпус образует канал, проходящий чрез него от входного конца к выходному концу;

при этом упомянутый канал включает в себя входной канал, смежный с входным концом, и выходной канал, смежный с выходным концом, причем входной канал образован с диаметром входного отверстия, а выходной канал образован с диаметром выходного отверстия, который меньше, чем диаметр входного отверстия;

причем упомянутый канал также образует конический канал, проходящий от входного канала к выходному каналу, и имеющий отрезок длины между входным и выходным каналами; и

удлиненный корпус также образует множество канавок, расположенных по окружности упомянутой части конического канала и проходящих, по меньшей мере, по части длины отрезка конического канала, причем упомянутые множественные канавки являются изогнутыми для образования винтообразной, по существу, линии по коническому каналу от входного конца к выходному концу.

15. Распылительная насадка по п.14, в которой множество лопаток содержит по меньшей мере шесть (6) канавок.

16. Распылительная насадка по п.14, в которой упомянутые множественные канавки содержат первый входной конец, смежный с входным концом насадки, и второй конец, смежный с выходным концом насадки, причем первый конец и второй конец расположены в различных угловых положениях по окружности конического канала.

17. Распылительная насадка по п.1, также содержащая устройство, приспособленное для установки на удлиненный корпус, причем устройство содержит:

множество отверстий, имеющих по-разному сконфигурированные выходные формы; и

сопрягаемую поверхность около каждого отверстия, приспособленного для селективного совмещения с упомянутым выходным каналом, причем каждое отверстие имеет диаметр около упомянутой сопрягаемой поверхности, который является, по существу, равным диаметру выходного отверстия.

18. Распылительная насадка для текучей среды, содержащая:

удлиненный корпус, содержащий входной конец и выходной конец, причем входной конец сконфигурирован для введения в зацепление с источником текучей среды, при этом удлиненный корпус образует канал, проходящий через него от входного конца к выходному концу;

при этом упомянутый канал включает в себя входной канал, смежный с входным концом, и выходной канал, смежный с выходным концом, причем входной канал образован с диаметром входного отверстия, и выходной канал образован с диаметром выходного отверстия, который меньше чем диаметр упомянутого входного отверстия;

при этом упомянутый канал также образует последовательно от входного канала к выходному каналу канал первого отсека, канал второго отсека, канал третьего отсека канал четвертого отсека, и канал пятого отсека, при этом упомянутые каналы второго и четвертого отсеков имеют, по существу, постоянный диаметр, а каналы первого, третьего и пятого этапов являются коническими от конца, ближайшего к входному каналу, причем к концу, ближайшему к выходному каналу,

при этом распылительная насадка также содержит устройство, приспособленное для установки на удлиненный корпус, содержащее:

множество отверстий, имеющих по-разному сконфигурированные выходные формы, и

сопрягаемую поверхность около каждого отверстия, приспособленного для селективного совмещения с упомянутым выходным каналом, причем каждое отверстие имеет диаметр около упомянутой сопрягаемой поверхности, который является, по существу, равным упомянутому выходному диаметру.

19. Распылительная насадка по п.18, в которой входной канал имеет длину, а канал второго отсека имеет длину больше, чем длина входного канала, и канал четвертого отсека имеет длину больше, чем длина канала второго отсека.

20. Распылительная насадка по п.18, в которой входной канал имеет длину, а каналы первого, третьего и пятого отсеков имеют длину, которая является половиной (1/2) длины входного канала.