Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:патенты / Сборник патентов_2471
.pdf
Расходящаяся коническая часть, предназначенная для постепенного расширения площади потока с целью
обеспечения пространства для установки лопастей без сужения свободного канала.
(2)
Лопастной элемент, состоящий из лопаток, расходящихся от центрального конического или обтекаемого
выступа, предпочтительно такой формы, что их угловое расположение относительно оси сопла постепенно
уменьшается по мере увеличения расстояния от оси, тем самым придавая центральной части потока
большую тангенциальную скорость, чем воде, расположенной ближе к окружности. И (3) сходящийся
усеченный конический, пространство для консолидации естественного свободного вихря, содержащее круглое
выходное отверстие, расположенное на осевой линии. В другом варианте, предназначенном для более
крупного потока воды, общая конструкция идентична, за исключением того, что вводится внутренняя
коническая оболочка, разделяющая камеру свободного вихря и выходное отверстие на две части,
включающие центральное ядро и внешнюю кольцевую камеру. Эта коническая оболочка выступает наружу за
пределы главного отверстия. Такое сопло выбрасывает два соосных конуса, и в зависимости от конструкции
лопаток эти конусы могут иметь равные или разные углы расхождения. Для ручья среднего размера углы
расхождения будут приблизительно равны, или же внешний конус будет немного шире расходящимся, чем
внутренний.
Однако для очень большого потока внутренний конус может иметь больший угол расхождения, чем внешний,
так что внутренняя вода будет ударяться о внешнюю и сотрясать ее быстрее, чем если бы разрушение
происходило исключительно за счет распадающихся волокон внутри полого конуса. Преимущество метания
нескольких конусов становится тем более значимым, чем больше размер струи, поскольку при большой струе
конус выброса должен был бы расшириться до очень большого диаметра, прежде чем он достаточно ослабел
бы, чтобы полностью разбиться на капли. Толщина полого конуса, при которой вода полностью разбивается
на капли, приблизительно постоянна для струй любого размера, поэтому, если большой поток рассеивается в
виде одного конуса, он расширится до неудобных размеров, прежде чем будет достигнута эта толщина, при
которой вода полностью разбивается на капли. По этой причине используется несколько конусов, как описано
выше. Множественные конусы также могут быть получены путем простого разделения отверстия
концентрическими трубчатыми ответвлениями на два или более водоема.
В данном случае внутренние конусы расходятся сильнее внешних, потому что они снабжены водой! За счет
более быстро вращающейся части естественного свободного вихря, в то время как внешний конус снабжается
энергией за счет более медленно движущегося кольца. Когда дисперсионная форсунка, изготовленная в
соответствии с настоящим изобретением, объединяется с обтекаемым клапаном, как уже упоминалось,
конический центральный выступ, от которого расходятся лопатки, как уже было описано, изменяется до таких
размеров, которые будут охватывать рабочий элемент клапана. Принцип работы устройства остается
неизменным, а относительные пропорции частей могут быть изменены таким образом, что камера со
свободным вихрем приобретает преобладающее влияние на поведение аппарата, а лопатки, создающие
вынужденный вихрь, могут практически стать прямыми угловыми лопатками, придающими потоку практически
постоянную тангенциальную скорость на всех радиусах. Эта трансформация обусловлена изменением формы
камеры свободного вихря и очень узким диапазоном изменения радиусов, существующим в настоящее время;
пространство свободного вихря теперь спроектировано таким образом, чтобы обеспечить правильную
перенастройку линий тока по мере образования свободного вихря.
В соответствии с настоящим изобретением могут быть использованы различные другие конструкции, суть
которых заключается в сочетании в сопле двух типов вихрей, в результате чего образуется вынужденный
вихрь! За счет лопаток такой формы, что выходящая из них вода быстро закручивается в свободный вихрь с
заданными свойствами в зависимости от имеющегося давления воды, объема сбрасываемой воды и
доступного пространства для рассеивания, причем этот свободный вихрь образуется внутри камеры
соответствующей формы за отверстием сопла, так что на отверстии образуется идеально стабильный
свободный спиральный вихрь. Распад этого вихря при свободном выбросе позволяет огромному
сопротивлению воздуха оказывать амортизирующее воздействие на значительно увеличенную поверхность
воды, образующуюся в результате полного разрушения потока на равномерно мелкие капли. При этом вся
разрушительная энергия рассеивается, и на поверхности, на которую падает вода, не может возникнуть
никакого вредного воздействия. В другом варианте применения изобретения вытекающие потоки воды
«разбиваются на капли» для аэрации воды с целью улучшения ее качества для нужд городского
водоснабжения и других целей.
Усовершенствованная гидравлическая форсунка для рассеивания струи.
Мы, компания GLENFIELD AND KENNEDY, LIMITED, британская компания из Килмарнока, графство Эйр,
Северная Британия, и Оуэн Альфред Прайс, проживающий по тому же адресу и являющийся подданным
Великобритании, настоящим заявляем о характере данного изобретения и о способе его осуществления,
которые будут подробно описаны и установлены в следующем заявлении: Целью данного изобретения
является обеспечение средств для рассеивания и смягчения разрушительной энергии в высокоскоростных
потоках воды, которые, например, существуют на выходе из шлюзов или регуляторов сброса для высоких
плотин, или в аналогичных случаях, когда вода высокого уровня свободно сбрасывается в сравнительно
мелководные русла рек, водотоки, водохранилища, водоводные камеры, бассейны, пруды и тому подобное.
До настоящего времени существовала практика, при которой такие потоки или струи ударялись о воду ниже
по течению в виде твердых масс, обладающих концентрированной энергией, которая расходуется в виде
локального ударного воздействия. В результате был нанесен очень большой ущерб руслу реки, а из-за
возникших водоворотов пострадали каменная кладка и фундаменты у подножия плотины, а также берега и
окружающие сооружения.
В подавляющем большинстве случаев, когда выбрасываются крупные высокоскоростные потоки воды,
создание водонепроницаемой подушки достаточной глубины и ширины для эффективной защиты является
непомерно дорогостоящим мероприятием из-за высокой стоимости работ. В качестве альтернативы или в
дополнение к какой-либо форме водной подушки принято сбрасывать в водоносный слой крупные валуны,
блоки из камня и бетона и заменять их по мере того, как они размываются или оседают на дне под действием
водоворотов и завихрений воды, воздействующих на более мелкий материал, составляющий дно. Согласно
изобретению, непосредственно рядом с выходным отверстием сопла предусмотрены средства для создания
одного или нескольких свободных спиральных вихрей в потоке непосредственно перед его выбросом в
атмосферу, причем эти средства позволяют устройству быть заданным образом адаптированным к давлению
воды, ее объему и пространству, доступному для рассеивания. Таким образом, поток выбрасывается в виде
конических капель, которые полностью смягчаются воздействием атмосферы и рассеиваются как тяжелые
дождевые капли на очень большой площади, во много сотен раз превышающей ударную площадь того же
потока в твердом состоянии.
Какой бы скоростью и энергией ни обладал поток твердой воды, рассеивающаяся вода не может встречаться
с водой ниже по течению со скоростью, превышающей скорость обычного сильного дождя, разрушительное
воздействие которого в данных обстоятельствах совершенно незначительно. Локальное разрушение и
вихревые течения также невозможны, поскольку подаваемая вода падает в виде сплошного потока капель, не
обладающих проникающей способностью, и создает слабое равномерное течение по всей ширине русла ниже
по течению. Условие свободного вихря, упомянутое выше, существует в жидкости, текущей вдоль оси в
ограниченном пространстве, имеющем в основном цилиндрическую форму, если она, в сочетании с осевой
составляющей потока, имеет другую тангенциальную составляющую, распределенную таким образом по
плоскости, перпендикулярной оси, что указанная тангенциальная составляющая обратно пропорциональна
радиальному расстоянию от оси. В этом случае распределение энергии по этой плоскости будет
равномерным, и все условия потока и движения будут стабильными. В этом случае тангенциальные
компоненты образуют хорошо известный «свободный вихрь», а сочетание тангенциальных движений с
осевым потоком образует свободную спираль или свободнозакрученный вихрь, который в данных условиях
соосен с соплом.
Были предложены диффузионные сопла, в которых входящий поток разделяется твердым сердечником,
несущим лопатки, сильно наклоненные к нормальному направлению потока (то есть лопатки, но слегка
наклоненные к осевой плоскости), и таким образом, что входящий поток разделяется на несколько потоков с
различными направлениями движения, вызывая взаимное взаимодействие или столкновение и, в конечном
итоге, смешивание, сопровождающееся состоянием сильной турбулентности. Также хорошо известны
распылительные форсунки, в которых вода закручивается наклонными лопастями, прежде чем вырваться в
виде полой конической струи, а также их использование в системах управления турбиной Пелтона и для
сброса жидкости под давлением в замкнутое пространство, например, в предохранительном клапане
гидравлической турбины, так что ее способность к разрушительному воздействию значительно уменьшается,
если не полностью устраняется. Теоретические соображения предполагают, а эксперименты это
подтвердили, что если свободный спиральный вихрь свободно улетучивается в атмосферу, то различные
соосные свободные спиральные потоки, из которых он состоит, перестают вращаться и начинают двигаться
по прямой линии.
В силу условия свободного вихря каждая концентрическая серия течений обладает различной абсолютной
скоростью, обратно пропорциональной расстоянию от оси, и, следовательно, каждая концентрическая серия
течений следует по различной прямолинейной траектории: течения, расположенные вблизи оси, из-за своей
большей скорости, движутся по более расходящемуся курсу относительно оси, чем течения, удаленные от
оси. В результате внутренние течения стремятся пройти сквозь внешние, высвободившийся свободный вихрь
превращается в полый расширяющийся конус из переплетающихся нитей жидкости и быстро распадается на
капли. В этом состоянии оно подвержено воздействию воздуха, что является одной из главных целей
изобретения. При реализации настоящего изобретения сопло имеет одну или несколько камер за отверстием,
имеющих форму, подходящую для размещения свободного спирального вихря, а перед этим пространством
расположен аппарат, состоящий из излучающих лопаток, каждая из которых имеет шаг, изменяющийся в
зависимости от радиуса, предназначенный для создания вынужденного вихря такого типа, который наиболее
эффективно инициирует свободный вихрь, обладающий желаемыми заданными свойствами.
В зависимости от размера и скорости струи воды, а также от того, является ли сопло независимым элементом
или объединено с обтекаемым клапаном или другим устройством, могут быть приняты различные
конструктивные решения. Один из вариантов независимого сопла, предназначенного для образования
единого полого конуса, предпочтительно состоит из трех частей. (1) Расходящаяся коническая часть,
предназначенная для постепенного расширения площади потока с целью обеспечения пространства для
установки лопастей без сужения свободного канала. (2) Лопастной элемент, состоящий из расходящихся
лопаток с центральным выступом или без него, которые могут иметь центральное отверстие, от которого
расходятся лопатки. Лопатки имеют такую форму, что они наклонены под малым углом к нормальному
направлению потока (то есть, угол между ними и осевой плоскостью меньше, чем с плоскостью вращения). Их
угловое расположение относительно оси сопла постепенно уменьшается по мере увеличения расстояния от
оси, что придает центральной части потока большую тангенциальную скорость, чем воде, расположенной
ближе к окружности, создавая таким образом условия свободного вихря, упомянутые выше.
Следует, однако, понимать, что скорость изменения шага лопаток вдоль радиуса может варьироваться. И (3)
часть, обычно сходящаяся и усеченная, коническая, конусообразная или куполообразная, обеспечивающая
пространство для консолидации естественного свободного вихря и содержащая круглое выходное отверстие
на осевой линии. В другом варианте, предназначенном для более крупного потока воды, общая конструкция
идентична, за исключением того, что вводится внутренняя коническая оболочка, разделяющая камеру
свободного вихря и выходное отверстие на две части, включающие центральное ядро и внешнюю кольцевую
камеру. Эта коническая оболочка выступает наружу за пределы главного отверстия. Такое сопло
выбрасывает два соосных конуса, и в зависимости от конструкции лопаток эти конусы могут иметь равные или
разные углы расхождения. Для ручья среднего размера углы расхождения могут быть приблизительно равны,
или же внешний конус может быть немного более расходящимся, чем внутренний. Однако для очень
большого потока внутренний конус может иметь больший угол расхождения, чем внешний, так что внутренняя
вода будет ударяться о внешнюю и сотрясать ее быстрее, чем если бы разрушение происходило
исключительно за счет распадающихся волокон внутри полого конуса.
Преимущество метания нескольких конусов становится тем более значимым, чем больше размер струи,
поскольку при большой струе конус выброса должен был бы расшириться до очень большого диаметра,
прежде чем он достаточно ослабел бы, чтобы полностью разбиться на капли. Толщина полого конуса, при
которой вода полностью разбивается на капли, приблизительно постоянна для струй любого размера,
поэтому, если большой поток рассеивается в виде одного конуса, он расширится до неудобных размеров,
прежде чем будет достигнута эта толщина, при которой вода полностью разбивается на капли. По этой
причине используется несколько конусов, как описано выше. Множественные конусы также могут быть
получены путем простого разделения отверстия концентрическими трубчатыми ответвлениями на два или
более водоема. В этом случае внутренние конусы расходятся сильнее, чем внешние, поскольку вода
поступает в них от более быстро вращающейся части естественного свободного вихря, тогда как вода в
внешний конус поступает от более медленно движущегося кольца.
Когда дисперсионная форсунка, изготовленная в соответствии с настоящим изобретением, объединяется с
обтекаемым клапаном, как уже упоминалось, конический центральный выступ, от которого расходятся
лопатки, как уже было описано, изменяется до таких размеров, чтобы охватывать рабочий элемент клапана. В
соответствии с настоящим изобретением могут быть использованы различные другие конструкции, суть
которых заключается в сочетании в сопле двух типов вихрей: принудительного вихря, создаваемого
лопастями такой формы, что выходящая из него вода быстро сгущается в свободный вихрь с заданными
свойствами в зависимости от имеющегося давления воды, объема сбрасываемой воды и доступного
пространства для рассеивания; этот свободный вихрь формируется внутри камеры соответствующей формы
за отверстием сопла, так что на отверстии образуется идеально стабильный свободный спиральный вихрь.
Распад этого вихря при свободном выбросе позволяет огромному сопротивлению воздуха оказывать
амортизирующее воздействие на значительно увеличенную площадь поверхности, возникающую в
результате полного разрушения потока на равномерно мелкие капли.
При этом вся разрушительная энергия рассеивается, и на поверхности, на которую падает вода, не может
возникнуть никакого вредного воздействия. В другом варианте применения изобретения вытекающие потоки
разбиваются на капли для аэрации воды с целью улучшения ее качества для нужд городского водоснабжения
и других целей. К настоящему документу прилагаются два листа пояснительных чертежей, на которых рисунки
с 1 по 8 на листе 1 представляют собой разрезы, схематично демонстрирующие восемь примеров
усовершенствованной форсунки. Рисунок 9, лист 2, представляет собой поперечный разрез, показывающий
направление свободных спиральных течений, образующихся в результате действия свободных вихрей, а
рисунки 10 и 11 — аналогичные виды, демонстрирующие, как эти течения вызывают расходящееся
коническое формирование потока. Согласно примеру, показанному на рисунке 1, сопло предназначено для
выброса одного полого конуса жидкости и состоит из трех частей. (1) Впадина А, имеющая расходящуюся
коническую форму, предназначена для постепенного расширения площади русла реки.
(2) Лопастной элемент, состоящий из лопаток B, расходящихся от центрального конического или обтекаемого
выступа C. Форма этих лопаток такова, что их шаг или угловое расположение относительно оси сопла
постепенно уменьшается по мере увеличения расстояния от оси, тем самым придавая центральной части
сопла большую тангенциальную скорость, чем воде, расположенной ближе к его окружности. Шаг лопаток
будет изменяться в зависимости от пропорции работы, которую необходимо выполнить с помощью лопаток, а
изменение шага каждой лопатки в радиальном направлении будет варьироваться в зависимости от природы
обрабатываемой жидкости и сопротивления поверхности, обеспечиваемого конкретной модификацией
используемого устройства, и (3) сходящаяся усеченная коническая часть D, имеющая круглое выходное
отверстие в осевой линии. Таким образом, такая конструкция сопла создает два типа вихрей: вынужденный
вихрь, создаваемый лопастями B, такой формы, что выходящая из него вода быстро закручивается в
свободный вихрь внутри камеры D, прежде чем выпустить ее в атмосферу.
Конструкция, показанная на рисунке 2, отличается от описанной выше тем, что расширяющийся конический
входной патрубок А укорочен и выполнен в едином блоке с сужающимся выходным патрубком D. Диаметр и
длина центрального выступа С также увеличены, а шаг лопаток В изменен в соответствии с изменением
скорости жидкости, создаваемым относительно узким проходом между выступом и внешней стенкой. —
Сплошные линии на этом рисунке показывают форму сопла, предпочтительную при использовании с
жидкостью высокого давления, а пунктирные линии — предпочтительную форму для низкого давления.
Дизайн показан на рисунке. Рисунок 3 предназначен для использования в связи со сравнительно большим
потоком воды. В общих чертах, она аналогична описанному выше примеру, за исключением того, что часть,
образующая камеру «свободного вихря» D, имеет более изогнутую форму; то есть она расходится наружу от
лопаток B и сходится к сопловому отверстию; и вводится внутренняя коническая оболочка E, разделяющая
камеры вынужденного и свободного вихря и выходное отверстие на две части, включающие центральное
ядро G и внешнюю кольцевую камеру D. Эта коническая оболочка E простирается наружу за пределы
основного отверстия. Такое сопло выбрасывает два соосных конуса на выходе, и в зависимости от
конструкции лопаток B эти конусы могут иметь равные или разные углы расхождения.
Пример, показанный на рисунке 4, демонстрирует применение этой внутренней конической оболочки E к
конструкции, очень похожей на показанную на рисунке 2. Рисунок 5 отличается от описанного ранее примера
главным образом тем, что внутренняя коническая оболочка E занимает только переднюю часть камеры
свободного вихря D. На рисунке 6 показана конструкция, которая отличается от описанной ранее практически
только тем, что центральный выступ C имеет форму полого кольца. Было установлено, что такое кольцевое
образование обеспечивает меньшее поверхностное трение воды и полностью исключает склонность к
кавитации. Центральная струя воды, проходящая через кольцо, вращается под действием большого объема
воды вокруг нее, и поскольку сопротивление вращению отсутствует, центр вращается быстрее, чем в
противном случае, что приводит к более быстрому разрушению. Само кольцо используется исключительно в
конструктивных целях для жесткой фиксации концов лопаток. В небольших соплах, где лопатки короткие и
жесткие, кольцо можно не использовать, а лопатки просто срезать, оставив чистое центральное пространство.
Данная кольцевая конструкция может быть реализована в любом из примеров многоконусных конструкций,
показанных на рисунках 3, 4 и 5, с теми же преимуществами. Пример, показанный на рисунке 7, отличается от
предыдущего описанного тем, что, как показано сплошными линиями, камера свободного вихря D имеет
расходящуюся форму, а пунктирные линии показывают, что она может быть даже внутренне цилиндрической.
На рисунке 8 показан пример, в котором расширяющийся вход А и сужающийся расход D имеют чисто
коническую форму, а не криволинейную или коническую, как в примерах, описанных со ссылками на рисунки
1–6. На рисунке 9 видно, что свободно спиральный вихрь, изображенный как свободно уходящий в
атмосферу, состоит из различных соосных свободных спиральных потоков, которые перестали вращаться и
движутся по прямой линии. В силу условия свободного вихря каждая концентрическая серия течений
обладает различной абсолютной скоростью, обратно пропорциональной расстоянию от оси, и,
следовательно, каждая концентрическая серия течений следует по различной прямолинейной траектории:
течения, расположенные ближе к оси (из-за большей скорости), движутся по более расходящемуся курсу
относительно оси, чем течения, расположенные дальше от оси (на расстоянии).
В результате внутренние потоки J стремятся пройти сквозь внешние потоки K, высвободившийся свободный
вихрь превращается в полый расширяющийся конус из переплетающихся нитей жидкости и быстро
распадается на капли. На рисунке 10 показано, как струя истончается перед разрушением. На рисунках 9 и 10
показана струя, выбрасываемая в примерах, описанных выше, со ссылкой на рисунки 1, 2, 6, 7 и 8. На рисунке
11 показаны два соосных конуса выброса воды, исходящие из описанного в примере сопла со ссылкой на
рисунки 3, 4 и 5. Разумеется, следует понимать, что углы расхождения этих конусов зависят от шага лопастей,
при этом внутренний конус, как показано, имеет больший угол расхождения, чем внешний, так что внутренняя
вода ударяется о внешнюю и сотрясает ее быстрее, чем это было бы в случае, если бы разрушение
происходило исключительно за счет распада полого конуса. Подробно описав и определив природу нашего
изобретения и способ его осуществления, мы заявляем, что то, что мы
=== НАЧАЛО ФАЙЛА: patent_216564.txt ===
ССЫЛКА: https://translationportal.epo.org/emtp/translate/?ACTION=description-retrieval&COUNTRY=GB&ENGINE=
google&FORMAT=docdb&KIND=A&LOCALE=sq_AL&NUMBER=216564&SRCLANG=EN&OPS=ops.epo.org/3.2&T
RGLANG=ru
========================================
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ GB216564A
[]
Усовершенствования в конструкции электрорезистивных нагревательных элементов, а также в способе их
соединения с теплообменными поверхностями и с проводниками электропитания. Настоящим заявляю, что
данное изобретение, расположенное по адресу: Флит-стрит, 65, Ливерпуль, графство Ланкастер, и
описываемое в данном документе, имеет следующую природу: данное изобретение относится к
электрическим резистивным нагревательным элементам и способу их подключения к теплообменным
поверхностям и к электропроводящим линиям; и целью является создание электрического резистивного
нагревательного элемента, способного выдерживать сравнительно высокие нагрузки без опасности
локального перегорания, возникающего из-за неравномерного контакта между резистивным элементом и
теплообменной поверхностью. Согласно изобретению, это достигается путем формирования электрического
резистивного нагревательного элемента, который далее будет называться резистивным элементом, в плоской
форме, каждая часть поверхности которого приспособлена для плотного и упругого контакта с теплообменной
поверхностью или с тонким однородным слоем слюды или подобного материала, расположенным между
резистивным элементом и указанной поверхностью, если последняя является проводником электричества.
Резистивный элемент может быть изготовлен из тугоплавкого материала, такого как углерод; или он может
быть вырезан из тонкого листа резистивного материала, такого как никель-хром или подобный высокоомный
металл, чтобы путем серии надрезов зигзагом, спиралью или иным образом сформировать узкую ленту.
Поверхности различных длин или (эволюции которых лежат в общей плоскости; или может быть получен
эквивалентный элемент) могут быть получены путем спиральной намотки узкой ленты резистивного металла
вокруг тонкого листа изоляционного материала, такого как слюда, причем указанный лист имеет
прямоугольную, кольцевую или другую подходящую форму; резистивная полоса резко загибается по краю
листа так, что лист и полоса на противоположной стороне образуют тонкий плоский резистивный элемент.
Если такой элемент необходимо установить для образования радиатора, например, для обогрева комнаты
или подобного помещения, он будет плотно прижат к плоской поверхности металлической пластины или
подобного материала, или пластины из огнеупорного изоляционного материала, такого как плавленый кварц
или подобный материал; необходимое плотное упругое и равномерное давление достигается за счет жесткой
задней пластины и расположенной между ней шайбы из изоляционного и податливого материала, такого как
асбест или асбестовая нить, или подобного материала, между задней пластиной и резистивным элементом;
задняя пластина прижимается к источнику тепла. Обмен поверхностями осуществляется с помощью пружины
или пружин, расположенных таким образом, чтобы создавать значительное распределенное упругое
давление, равномерно передаваемое через соприкасающиеся поверхности.
Таким образом, каждая часть резистивного элемента находится в тесном контакте с теплообменными
поверхностями, при этом контакт обеспечивает адаптацию к любым изменениям формы, которые могут
возникнуть в результате нагрева отдельных частей при подаче тока на резистивный элемент, что позволяет
поддерживать равномерное и постоянное давление при любых условиях. В описанной конструкции тепло
будет передаваться преимущественно только с одной стороны аппарата. Если требуется, чтобы
теплообменная поверхность, вместо излучения тепла от нагревательного элемента, передавала его жидкости
или подобному веществу, то указанная поверхность, вместо того чтобы быть изготовленной из плавленого
кварца, может быть изготовлена из проводящего материала, такого как железо, сталь, медь или подобное
вещество, при этом между нагревательным элементом и поверхностью указанного материала будет помещен
тонкий лист слюды, контакт которого, как и прежде, обеспечивается жесткой задней пластиной, помещенной
шайбой из текучего материала и пружинами, расположенными таким образом, чтобы обеспечить
равномерное давление между контактирующими поверхностями; металлическая теплообменная поверхность
может быть плотно прикреплена к корпусу чайника, плиты или подобного прибора; или она может быть
выполнена заодно с корпусом прибора так, чтобы сторона, удаленная от нагревательного элемента,
контактировала с нагреваемой жидкостью.
Клеммы для крепления к концам резистивного элемента или отводам от него выполняются тонкими листами
высокопроводящего материала, такого как медь, предпочтительно наложенными внахлест на элемент и
плотно прижатыми к нему пружинной опорной пластиной и расположенной между ними шайбой, поверхность
которой локально деформируется, компенсируя неровности и компенсируя дополнительную толщину полоски.
Клеммы крепятся к выступам указанной проводящей полосы за пределами контактирующих поверхностей.
Такой способ подачи тока к резистивному элементу и от него обеспечивает хороший контакт и предотвращает
чрезмерный локальный нагрев. Проводимость в точках подключения или отвода может быть повышена путем
электроосаждения металла, аналогичного металлу, используемому в качестве клемм или отводов. Если
требуется, чтобы тепло излучалось или отводилось с обеих сторон плоской полосы, задняя пластина
выполняется в виде теплообменной поверхности, при этом между контактной поверхностью этой поверхности
и резистивным элементом, если эта поверхность изготовлена из проводящего материала, прокладывается
лист слюды, а контактные поверхности прижимаются друг к другу.
Как было описано ранее, для передачи равномерно распределенного давления через контактные
поверхности. В описанных выше модификациях, где теплопередающие поверхности расположены с обеих
сторон резистивного элемента, обычно невозможно использовать шайбу из теплоизоляционного материала; в
этом случае деформируемая шайба может также выступать в качестве теплообменной поверхности с одной
или обеих сторон резистивного элемента и может быть изготовлена из свинца или подобного пластичного
материала с хорошей теплопроводностью, который локально вдавливается в местах дополнительной
толщины материала в местах клеммных соединений или отводов; или же можно использовать листы слюды
толщиной, равной толщине листа клемм или отводов, и покрывающие участки резистора, не покрытые
последним, чтобы обеспечить ровную контактную поверхность, в этом случае деформируемая шайба может
быть исключена. В тех случаях, когда теплообменные поверхности расположены с обеих сторон плоского
резистивного элемента, их периферийные части могут быть соединены между собой гибким герметичным
соединением, через которое клеммные провода прокладываются герметичным образом, и в таком виде
изобретение может быть применено к погружным нагревателям.
Они могут представлять собой плоские поверхности, но в некоторых случаях это могут быть части цилиндров
или сфер значительного радиуса, в этом случае пружины расположены таким образом, чтобы передавать и
поддерживать равномерное давление. Один из удобных способов пружинного соединения резистивного
элемента, основная конфигурация которого представляет собой кольцо, выполнен в виде сечения сферы,
предпочтительно с обратным углублением и плоской посадкой в центре, при этом обратное углубление
пронизано отверстием для центрального штифта, а давление передается на центральную часть пружины
через регулировочную гайку на штифте и через жесткую кольцевую прижимную пластину, с которой
соприкасаются периферийные части куполообразной пружины. Детали конструкции могут быть изменены в
соответствии с конкретными требованиями. Усовершенствования в конструкции электрорезистивных
нагревательных элементов, а также в способе их соединения с теплообменными поверхностями и с
проводниками электропитания. Настоящим заявляю, что данное изобретение, расположенное по адресу:
Флит-стрит, 65, Ливерпуль, графство Ланкастер, и способ его осуществления, должны быть подробно описаны
и определены в следующем заявлении: Данное изобретение относится к электрическим нагревательным
элементам того типа, в которых резистор с проложенной изоляцией соответствующей толщины прижимается
к одной стороне нагреваемой поверхности, а другая сторона указанной поверхности контактирует с
нагреваемой жидкостью, причем такая поверхность обычно является теплопередающей поверхностью
сосуда, такого как чайник или подобное устройство.
Для обеспечения эффективности необходимо, чтобы давление, с которым резистивный элемент прижимается
к теплопередающей поверхности, было значительным, равномерно распределенным и таким, чтобы оно
существенно не изменялось из-за расширения и сжатия. Для достижения этих условий были предложены
различные устройства; в одном известном варианте резистивная полоска, намотанная между полосками
асбестовой плиты на тонком слюдяном или асбестовом диске, расположенном на фланцевом металлическом
диске, прижимается к тонкому слюдяному диску или слою эмали на внешней стороне дна сосуда с помощью
«паука», который притягивается к указанному дну гайкой, ввинчивающейся в винт, прикрепленный к центру
дна, при этом периферийные части «паука» входят в зацепление с указанным фланцевым диском в точках
между центром и периферией диска. В другом известном варианте нагревательные элементы, намотанные на
четыре сегментные пластины, изолированные листами слюды, расположены между двумя тонкими
гофрированными дисками, верхний из которых контактирует с нагревательной пластиной за счет давления,
создаваемого центральным винтовым болтом, а нижний — с прижимной пластиной за счет давления,
создаваемого по периметру пластин.
В других известных конструкциях прижимная пластина, между которой и дном сосуда прижимается
изолированный резистивный элемент, изначально имеет коническую форму и привинчивается центральным
болтом до тех пор, пока вся ее поверхность, за исключением центральной выпуклой части, не соприкоснется с
нагревательным элементом. Кроме того, было предложено получать давление на прижимную пластину,
между которой и нагреваемой поверхностью расположен изолированный нагревательный элемент, с
помощью зажимного устройства, включающего ряд радиальных рычагов, которые, будучи завинчены
расположенным по центру винтом, прикрепленным к нагреваемой поверхности, прижимаются к
периферийным частям прижимной пластины или к внутренней опорной пластине, причем указанное внешнее
периферийное давление усиливается давлением, оказываемым на внутренние части прижимной пластины,
посредством центральной шайбы, затянутой второй гайкой на указанном винте. Согласно настоящему
изобретению, вместо того чтобы располагать резистивный элемент таким образом, чтобы он покрывал всю
нагреваемую поверхность, например, все дно чайника, указанный элемент выполнен либо в виде
относительно узких прямых отрезков, либо в виде кольцевых отрезков, ширина которых относительно
невелика.
Контур прижимной пластины кольцевой нагревательный элемент, то есть его ширина относительно невелика.
Прижимная пластина и теплопередающая пластина выполнены достаточно толстыми или усиленными, чтобы
не деформироваться под воздействием давления, а пружинное давление, передаваемое на нагревательный
элемент, прикладывается вдоль центра ширины прижимной пластины. Резистивный элемент может
представлять собой тонкую, прямую или кольцевую полоску резистивного материала, нарезанную таким
образом, чтобы обеспечить длинный проводник с малым поперечным сечением, или же он может состоять из
прямой или кольцевой тонкой матрицы, на которую спирально намотана тонкая лента резистивного
материала. Клеммные соединения для пластины выполнены в виде тонких полосок проводящего материала,
прижатых к резистивной пластине, а равномерная толщина резистивной пластины в целом обеспечивается
уплотнительными полосками, или между резистивным элементом и задней пластиной вставлена шайба из
текучего материала, такого как асбестовый состав или подобный, поверхность которой под давлением
прилегает к поверхности резистивной пластины и контактных полосок.
Каждый резистивный элемент, как указано, прижимается к задней пластине, прижимная поверхность которой
имеет приблизительно ту же конфигурацию, что и резистивный элемент, а пружинное давление
прикладывается к центральным частям указанной области. Предпочтительно используются пара элементов
сопротивления и соответствующая пара опорных пластин, а пружина, обычно пластинчатая, образует мост
между опорными пластинами, при этом давление затяжки прикладывается к центральной части пружины
через шпильки, расположенные между опорными пластинами. Изобретение предназначено для применения в
системах воздушного отопления или радиаторах, в которых теплопередающие пластины могут быть
изготовлены из плавленого кварца или подобного материала; или в устройствах для рассеивания тепла от
энергопоглощающих резисторов; или оно может быть применено к устройствам, установленным на наружных
поверхностях сосудов, содержащих нагреваемую жидкость, или установленным на наружной стороне
циркуляционных каналов, соединенных с указанными сосудами, и для предотвращения деформации стенок
таких сосудов путем снятия с них поперечных разрывных напряжений, штифты, с помощью которых
сжимаются пружины, могут проходить через указанные стенки и нести соответствующие соединительные
упоры или пружины, расположенные внутри сосуда.
В тех случаях, когда элементы используются в качестве погружных нагревателей, между задними пластинами
и основной пластиной создается герметичное соединение с помощью эластичной полоски, припаянной к
указанным пластинам, так что резистивный элемент, соединительные проводники которого герметично
проходят через указанную полоску. Изобретение MV проиллюстрировано на прилагаемых чертежах, на
которых: на фиг. 1-4 показан способ расположения резистивного элемента и его клеммных контактов, а на
фиг. 5-16 показаны различные области применения изобретения. На рис. 5 (вид сбоку) и рис. 6 (план в
разрезе) показано расположение резисторной полосы в кольцевой конфигурации, а на рис. 7 (вид,
аналогичный рис. 6) показана модификация. На рисунках 8 и 9 представлены изображения, аналогичные
рисункам 5 и 6, и показано расположение теплопередающей пластины в прямоугольной конфигурации. На
рисунках 10 и 11 представлены изображения, аналогичные рисункам 8 и 9, и показана схема расположения
элементов при наличии теплообменной поверхности с каждой стороны резистивной полоски.
На рис. 12 представлен поперечный разрез устройства, используемого для нагрева жидкости в
цилиндрическом контейнере. На рис. 13 представлен вид, аналогичный рис. 12, и показана модификация. На
фиг. 14, представляющей собой вид сбоку, и на фиг. 15, представляющей собой фрагментарный разрез по
линиям XV, XV на фиг. 14, показано устройство, в котором изобретение применяется для нагрева
циркулирующей жидкости в контейнере. На рис. 16, представляющем собой вид сбоку, показана подходящая
форма чашеобразной пружины. На фиг. 1 показано расположение резистивного элемента А в виде плоской
полосы; необходимое увеличение эффективной длины и уменьшение площади поперечного сечения
достигается, при необходимости, за счет ряда поперечных пазов a, расположенных зигзагообразным образом,
при этом концы a2 оставлены гладкими для удобства выполнения клеммных соединений. В некоторых
случаях, когда полоса изготовлена из материала с исключительно высоким сопротивлением, например, из
тонкой углеродной полосы или полосы, состоящей из смеси углерода и огнеупорного материала, поперечные
щели могут быть исключены.
На рис. 2 показан резистивный элемент, выполненный в виде ленты А, намотанной спирально на тонкую
полоску изоляционного материала а, такого как слюда или подобный материал, при этом концевые
соединения выполнены, как показано на рис. 3, с помощью тонкого листа а4 из проводящего материала,
такого как медь, расположенного таким образом, чтобы он прижимался к поверхностям концевых витков
спирали. На рис. 4 показана схема, аналогичная рис. 2, за исключением того, что полоска изоляции... Полоска
А намотана по спирали и имеет кольцевую конфигурацию; a6 представляют собой клеммные соединительные
полоски из тонкой меди или подобного проводящего материала. Теперь обратимся к рис. 5 и 6: B — это
теплообменный или теплоизлучающий элемент, в данном случае это круглая пластина из металла или такого
огнеупорного изоляционного материала, как плавленый кварц, имеющая ряд излучающих ребер bl,
расположенных параллельно диаметру пластины, причем поверхность b пластины является плоской.
Используемый нагревательный элемент А будет иметь конструкцию, показанную на рис. 4, и будет
расположен между шайбой С, обеспечивая текучесть.
B. резистивная полоска либо находится в непосредственном контакте с поверхностью B, либо представляет
собой тонкую полоску слюды или подобного материала. задняя пластина, которая в данном случае имеет
кольцевую конфигурацию, а E представляет собой чашеобразную пружину с центральным отверстием, в
которое входит штифт F, ввинченный в резьбовое отверстие в пластине B, при этом центральная часть
пружины прижимается к Пружина E передается на заднюю пластину B, которая располагается над центром
ширины резистивной полосы таким образом, что центр давления по всей ее ширине совпадает с центром
ширины полосы; давление, передаваемое таким образом через шайбу C и нагревательный элемент A на
поверхность b, равномерно распределяется по всей резистивной полосе, поскольку последняя имеет форму
практически тонкой пластины, не обладающей поперечной жесткостью. Участки его поверхности,
прилегающие к поверхности b, плотно прижаты к ней, при этом поверхность шайбы C деформируется, так что
ее контактная поверхность адаптируется к любым небольшим изменениям толщины, например, таким,
которые возникают в местах установки клеммных колодк a6. Также видно, что при приложении давления
пружины чашки к центру ширины задней пластины эта пластина не имеет тенденции к наклону при
приложении давления или при расширении из-за нагрева.
Расположение рисунков 5 и 6: Пластина теплопередачи B выполнена следующим образом: описано в связи с
рис. 5 и 6, но вместо чашеобразной пружины установлена обычная спиральная пружина E, причем эта
пружина и прижимная пластина G навинчиваются на шпильку F, а давление передается гайкой fl. На фиг. 8 и 9
теплообменная пластина B имеет прямоугольную форму, а излучающие ребра bl расположены поперечно. В
этой конфигурации располагаются две полоски резистивного элемента А, сконструированные, как показано на
рис. 1. Податливые шайбы C будут представлять собой прямоугольные полоски, а задние пластины D будут
иметь прямоугольную форму и приблизительно соответствовать форме резистивной полоски. Необходимое
контактное давление в данной модификации достигается с помощью двух пружин E, имеющих центральные
отверстия, которые проходят над шпильками F и прижимаются к пластине B гайками f на указанных шпильках.
В данной конструкции обеспечивается очень равномерное и постоянное давление, а центр давления,
создаваемый пружинами E, проходит через центр ширины полосы A.
Основные участки полосы А на одном конце будут иметь перекрывающиеся тонкие медные полоски,
образующие два клеммных соединения, а их противоположные концы будут соединены между собой
соединительной медной полоской, причем указанные медные полоски будут прижаты к нагревательному
элементу под давлением, передаваемым через шайбы С из податливого материала. Пластина B и задние
пластины D в данной конструкции предназначены для образования теплообменных поверхностей и
являются... Между поверхностью b пластины B и поверхностью d задней пластины d расположена
резистивная полоска A, между резистивной полоской и указанными поверхностями находится податливая
шайба или тонкая полоска слюды (не показана), а контактное давление передается через задние пластины D
посредством пружины E, которая затягивается с помощью штифтов F. Как было описано выше: две или более
пружины E и шпильки F устанавливаются в соответствии с длиной полосы! В конструкции используются
прижимные пластины, расположенные между пружиной чашки E и ребрами на задних пластинах D, для
обеспечения равномерного распределения давления.
В данной конструкции водонепроницаемое соединение между краями задних пластин D и краями и
поверхностью основной пластины B может быть выполнено с помощью гибкой металлической полосы S, как
показано пунктирными линиями, а клеммные соединения могут быть герметично проведены через указанные
полосы S, так что устройство может использоваться в качестве погружного нагревателя. На фиг. 12 показано
применение изобретения к водонагревателю, состоящему из сосуда H цилиндрической конфигурации. В
данном случае резистивная полоска А прижимается к внешней поверхности сосуда H либо непосредственно,
либо через тонкую изоляционную полоску из слюды, при этом шайбы С из податливого материала и опорные
пластины D устанавливаются, как описано выше, а контактное давление создается одной или несколькими
чашеобразными пружинами E5, навинченными на шпильки Fl, вбитые в выступы h, образованные на сосуде H.
Внутренние поверхности опорных пластин D имеют цилиндрическую конфигурацию, а шайбы С и резистивный
элемент А, соответствующий цилиндрической конфигурации последнего, прижимаются к внешней
Соседние файлы в папке патенты