демпфер поверхностных колебаний жидкости

Формула изобретения

Демпфер поверхностных колебаний жидкости в емкости, содержащий располагаемый на поверхности жидкости элемент с положительной плавучестью, отличающийся тем, что элемент с положительной плавучестью выполнен в виде плоской спиральной пружины с диаметром в недеформированном состоянии, превышающим хотя бы один из размеров поверхности емкости, при этом наружный конец плоской спиральной пружины свободен, внутренний конец плоской спиральной пружины прикреплен к концентрично размещенному в ее центральной части круглому плоскому поплавку, на внешнюю сторону наружного витка плоской спиральной пружины нанесен слой эластичного материала, а плоская спиральная пружина вставлена в емкость плотно с натягом, созданным ее частичным закручиванием.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к средствам гашения поверхностных колебаний жидкости, заполняющей емкости, установленные на подвижных объектах, в частности баки для топлива на летательных аппаратах, кораблях и т.п.

Известны демпферы поверхностных колебаний жидкости, выполненные в виде жестких перфорированных конструкций, установленных на поверхности жидкости /см. патент США №2920648, кл. 137-582, 1960 [1]/, либо жестких перегородок с дросселирующими отверстиями, установленных на внутренней поверхности емкости /см. Рабинович Б.И. Введение в динамику ракет - носителей космических аппаратов. М., Машиностроение, 1975, с.214 [2]/.

Недостатками известных устройств являются низкая эффективность гашения, необходимость серьезного усложнения конструкций емкостей, а также узкий диапазон гашения, что объясняется отсутствием возможности автоматической перестройки демпферов при изменении уровня жидкости в емкости.

Известны также демпферы поверхностных колебаний жидкости, выполненные в виде набора элементов с положительной плавучестью, расположенных на поверхности жидкости /см. Микишев Г.Н. и др. Динамика твердого тела с полостями, частично заполненными жидкостью. М., Машиностроение, 1968, с.346 [3]/, при этом элементы могут быть выполнены из материалов с различной плотностью в виде связанной в осевом направлении пары плоскопараллельных дисков /см. а.с. СССР №806928, кл. F 16 F 9/02, 1979 [4]/.

Недостатком известных устройств является низкая эффективность гашения колебаний вследствие разобщенности отдельных элементов демпфера, не имеющих механических связей, отсутствия возможности полного перекрытия элементами демпфера поверхности жидкости, низкого гидравлического сопротивления в осевом направлении не связанных с емкостью элементов волновым явлениям при динамических возмущениях, наклонах емкости и т.п.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности существенных признаков является демпфер поверхностных колебаний жидкости, выполненный в виде располагаемых на поверхности жидкости элементов с положительной плавучестью, каждый из которых снабжен четным количеством постоянных магнитов, равномерно установленных на его поверхности с чередованием полюсов /см. а.с. СССР №945519, кл. F 16 F 9/02, 1980 [5]/, и принятый за прототип.

Недостатками устройства-прототипа являются сравнительно низкая эффективность гашения колебаний, а также сложность конструкции. Это объясняется полным отсутствием связи единого плавающего демпфера с емкостью /при наличии механических связей элементов демпфера между собой/ и, как следствие, возможностью осевых колебаний демпфера вместе с возмущенными волнами жидкости, а также перекосов и даже опрокидывания демпфера при интенсивных динамических нагрузках, совместном действии возмущений и наклонов емкости и т.п., трудоемкостью изготовления значительного числа элементов при размещении на каждом элементе набора постоянных магнитов, причем, с определенной ориентацией, необходимостью обеспечения положительной плавучести каждого элемента при наличии на нем набора постоянных магнитов.

Сущность изобретения заключается в создании конструкции демпфера поверхностных колебаний жидкости, обеспечивающей одновременное полное перекрытие всей поверхности жидкости неоднородной ребристой поверхностью пружины при любом уровне жидкости в емкости и подвижное вязкоупругое механическое взаимодействие демпфера со стенками емкости в осевом направлении при любых динамических нагрузках и наклонах, что обуславливает максимально высокую эффективность диссипации энергии колеблющейся жидкости, высокую интенсивность гашения колебаний.

Технический результат - повышение эффективности гашения поверхностных колебаний жидкости и упрощение конструкции демпфера.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном демпфере поверхностных колебаний жидкости, содержащем располагаемый на поверхности жидкости элемент с положительной плавучестью, особенность заключается в том, что элемент с положительной плавучестью выполнен в виде плоской спиральной пружины с диаметром в недеформированном состоянии, превышающим хотя бы один из размеров поверхности емкости, при этом наружный конец пружины свободен, внутренний конец пружины прикреплен к концентрично размещенному в ее центральной части круглому плоскому поплавку, на внешнюю сторону наружного витка пружины нанесен слой пластичного материала, а пружина вставлена в емкость плотно с натягом, созданным ее частичным закручиванием.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 схематично изображена емкость с демпфером, продольный разрез; на фиг.2 - вид сверху на фиг.1.

Демпфер поверхностных колебаний жидкости 1 в емкости 2 содержит располагаемый на поверхности жидкости 1 элемент с положительной плавучестью, выполненный в виде спиральной плоской пружины 3 с диаметром в недеформированном со стоянии, превышающим хотя бы один из размеров поверхности емкости 2, причем, наружный конец пружины 3 свободен, внутренний конец пружины 3 прикреплен к концентрично размещенному в ее центральной части круглому плоскому поплавку 4,на внешнюю сторону наружного витка пружины 3 нанесен слой 5 эластичного материала, например мягкой резины, а пружина 3 вставлена в емкость 2 плотно с натягом, созданным частичным закручиванием пружины. В случае круглой формы сечения емкости 2, квадратной и т.п., вставленная с натягом в емкость 2 деформированная пружина 3 упруго контактирует одновременно со всеми стенками емкости 2, в случае, например, прямоугольной емкости 2 /см. фиг.2/ - только с двумя стенками, ограничивающими меньший размер сечения емкости. В случае значительного преобладания одного размера сечения емкости 2 над другим может быть использовано несколько пружин 3, упруго вставленных рядом друг с другом в емкость 2 и располагаемых на поверхности жидкости 1. Силы взаимодействия упруго сжатой частично закрученной пружины 3 со стенками емкости 2 выбраны достаточными для надежного контакта пружины 3 со стенками емкости, однако недостаточными для удержания пружины 3 в горизонтальном положении без выталкивающих сил жидкости 1, действующих на поплавок 4. Этим обеспечивается, с одной стороны, постоянное нахождение пружины 3 с поплавком 4 на поверхности жидкости 1 при изменении уровня жидкости в емкости /пружина 3 постоянно двигается за жидкостью 1 внутри емкости/, а с другой стороны, постоянный вязкоупругий контакт наружного витка пружины 3 со слоем 5 эластичного материала с внутренней поверхностью емкости 21.

Работа предлагаемого устройства осуществляется следующим образом.

В исходном статическом состоянии элемент с положительной плавучестью, состоящий из плоской спиральной пружины 3 и поплавка 4, устанавливается на поверхности жидкости 1 и удерживается на ней как за счет выталкивающей силы жидкости 1, так и за счет сил упругого взаимодействия вставленной с натягом, то есть частично закрученной пружины со стенками емкости. При действии динамических нагрузок и наклонах емкости, приводящих к возникновению на поверхности жидкости 1 активных волновых явлений, последние будут эффективно гаситься ребристой поверхностью пружины 3, представляющей собой как бы набор отдельных отсеков и являющейся оптимальной по структуре именно с точки зрения гашения волн. Кроме того, под действием волновых нагрузок будут происходить малые вязкоупругие колебания поджатой к стенкам емкости 2 пружины 3 относительно этих стенок, что предельно увеличит эффективность гашения. Это объясняется очень высокой диссипацией энергии волн возмущенной жидкости за счет сил вязкоупругого трения между стенками емкости и прижатого к ним наружного витка пружины 3. Данный эффект специально усилен как созданием нормальных давлений за счет радиальных упругих сил прижатия пружины к стенкам емкости, так и за счет покрытия наружного витка пружины с внешней, контактирующей с емкостью, стороны слоем эластичного материала, например мягкой резиной. В предложенном устройстве осуществляется непрерывный и надежный контакт демпфера с поверхностью жидкости при любых динамических нагрузках, наклонах емкости и т.п. При этом за счет сил вязкоупругого взаимодействия демпфера со стенками емкости демпфер не свободно перемещается вместе с возмущенной жидкостью по высоте емкости, как в известных устройствах, а оказывает таким колебаниям жидкости вязкоупругое сопротивление. По мнению заявителя предложенная конструкция демпфера проста, универсальна, имеет повышенные демпфирующие характеристики, может быть применена практически для любых форм сечения емкостей, автоматически перекрывает всю наружную поверхность жидкости при любом характере динамических возмущений и наклонах емкости.