專利名稱：一種并列樹狀式噴泉的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種并列樹狀噴泉裝置，具體涉及的是一種為提高美觀效能而設(shè)計(jì)的的“千手觀音”型音樂噴泉。
背景技術(shù)：
音樂噴泉可以實(shí)現(xiàn)音樂、水、燈光氣氛統(tǒng)一，播放同步，廣泛存在于風(fēng)景區(qū)，酒店等公共場(chǎng)所。目前多是利用多個(gè)獨(dú)立的噴口分別噴出水柱，形成美麗的場(chǎng)景。但是其組合形成的造型較為單一，且多為靜態(tài)，缺乏豐富多彩的變化！隨著工業(yè)節(jié)能減排的推進(jìn)，對(duì)涉及能耗的各個(gè)環(huán)節(jié)采用積極有效的節(jié)能措施將具有重要工程價(jià)值和意義。對(duì)噴泉結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，既能增加它的美觀，又可以提高流動(dòng)效能，這也是節(jié)能減排的一個(gè)重要舉措。音樂噴泉通常由泵，信號(hào)處理裝置，微處理器，燈，揚(yáng)聲器等組成。噴泉為形成各種美麗的圖案，通常由多根獨(dú)立的管道實(shí)現(xiàn)分別噴水，通過各噴口的組合達(dá)到目的。一方面， 這種實(shí)現(xiàn)方法比較單調(diào)，只能控制高度，角度等的變化，形成復(fù)雜豐富的圖案受到限制；另一方面，根據(jù)伯努利方程，這種方法由于管道較多且長，其管道阻力亦會(huì)比較大，所耗泵功比較大，其有效性能(水的能頭/泵功)就比較小。為此，迫切需要開展音樂噴泉優(yōu)化設(shè)計(jì)，使得其既能形成美麗豐富的造型，同時(shí)也能有效降低泵功消耗的增加，換言之，使得噴泉的有效性能(水的能頭/泵功)得到最大限度的提高。本實(shí)用新型使音樂噴泉在總體外觀上成“千手觀音”的動(dòng)態(tài)效果！受分叉理論成功應(yīng)用于解決流傳遞結(jié)構(gòu)體內(nèi)優(yōu)化設(shè)計(jì)問題的思想啟迪，仿照烷烴的分子結(jié)構(gòu)，將噴口設(shè)置成分叉樹狀結(jié)構(gòu)特征，以提高該類噴泉的美觀和流動(dòng)性能。發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供了一種新型的具有“千手觀音”動(dòng)態(tài)視覺效果的音樂噴泉。該音樂噴泉能大大提高其造型的豐富和美觀，同時(shí)提高裝置系統(tǒng)的有效效能，達(dá)到美觀和節(jié)能作用。技術(shù)方案為解決音樂噴泉設(shè)計(jì)上存在的技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是一種并列樹狀式噴泉，包括變頻水泵，上聯(lián)箱，上升管，下聯(lián)箱，微處理器，擺動(dòng)裝置，燈以及揚(yáng)聲器，所述上升管連接在上聯(lián)箱和下聯(lián)箱之間，所述的變頻水泵的出水口通過管路與所述的下聯(lián)箱連接，在所述的上聯(lián)箱上設(shè)置所述的擺動(dòng)裝置，所述的燈、揚(yáng)聲器以及擺動(dòng)裝置的控制端分別與所述的微處理器連接，其特征在于在所述的擺動(dòng)裝置上設(shè)置有噴泉管束，所述的噴泉管束由分叉連接管道以及噴口構(gòu)成，所述的分叉連接管道為并列樹狀結(jié)構(gòu)，所述的分叉連接管道至少為2級(jí)，在末級(jí)分叉連接管道末梢設(shè)置噴口，所述的上下級(jí)分叉連接管道的直徑之比為Ι1Λ)，其中#為每級(jí)的分叉管道數(shù)目，#取大于等于2的整數(shù)， 直徑維數(shù)D=3，所述的上下級(jí)分叉連接管道的長度之比為，其中每級(jí)的分叉管道數(shù)目# 取大于等于2的整數(shù)，長度維數(shù)i/取大于1且小于等于2的實(shí)數(shù)。所述的上聯(lián)箱沿水平方向橫向放置，所述的第M級(jí)分叉連接管道的數(shù)目為三個(gè)，M取大于等于2的整數(shù)，相鄰級(jí)間節(jié)點(diǎn)成正四面體布置。所述的并列樹狀管道為三維對(duì)稱結(jié)構(gòu)，在上聯(lián)箱的兩邊各分出6個(gè)分叉連接管道；仿照甲烷分子的結(jié)構(gòu)，再由分叉連接管道分出下一級(jí)，逐級(jí)分叉。該生長方式仿照烷烴的分子結(jié)構(gòu)，既美觀，又提高了穩(wěn)定性。所述的擺動(dòng)裝置包括驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)以及球形鉸，所述的分叉連接管道在該球形鉸上。本實(shí)用新型的技術(shù)方案基于樹形理論構(gòu)建了多層并列樹狀結(jié)構(gòu)的噴泉管道。在每一層所述的管束內(nèi)，管道通過分叉產(chǎn)生越來越多的分支，使得噴口大幅增加；樹狀管束結(jié)構(gòu)類似于優(yōu)化了的流體分配器/集合器，同時(shí)，上下聯(lián)箱間的上升管仿照鍋爐水冷壁，這些都能有效降低管束內(nèi)的流體流動(dòng)壓降。因此，多層并列樹狀結(jié)構(gòu)的管管束的設(shè)計(jì)布置達(dá)到了造型豐富，美觀和整體節(jié)能的目的。所述的噴泉管束(由上聯(lián)箱、分叉連接管道構(gòu)成)在每一層內(nèi)由中心點(diǎn)向外發(fā)散布置直至噴口，噴口截面形狀為圓形。上聯(lián)箱、分叉連接管道的截面形狀皆可為圓形、矩形、梯形、螺旋形、波紋形等任意形狀。在對(duì)人體血管樹形特征的研究中發(fā)現(xiàn)，分支結(jié)構(gòu)中第級(jí)管徑與下一級(jí)管徑之間的關(guān)系為
Dx / .!=詳(V為每級(jí)的分叉管道數(shù)目，取為大于等于2的整數(shù))，式中々為水力直徑。
大量實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)Δ :=3時(shí)，流體在樹形管內(nèi)的流動(dòng)阻力可以取到最小值，即第η級(jí)管束與
第η-1級(jí)管束的直徑比為DJD^1 = f。這樣，第η級(jí)管束與第0級(jí)管束直徑(即最初級(jí)
管束)的關(guān)系為AsZ^ = iT"/3。并且，在并列樹狀通道網(wǎng)絡(luò)中，同一層上分支節(jié)點(diǎn)都可以均勻分布在一系列同心球面上，根據(jù)樹形理論，不同循環(huán)層次的管束長度也存在著類似于管徑分布的關(guān)系，即第η級(jí)管束長度與第n-1級(jí)管束長度的比為TvrfOV為每級(jí)
的分叉管道數(shù)目，長度維數(shù)J取大于1且小于等于2的實(shí)數(shù))，遞推得忌= Nnld (Llj為
初級(jí)管長)。需要指出的是，盡管在樹形通道分叉流動(dòng)可能會(huì)帶來了一定的壓降損耗，但是， 應(yīng)注意到分叉通道具有流體流量的分散作用，它實(shí)質(zhì)上類似一流動(dòng)的優(yōu)化分散器，該結(jié)構(gòu)可使各單元流體分散流動(dòng)。管束不同級(jí)的管徑和長度這樣的樹形分布特征，能實(shí)現(xiàn)管內(nèi)流動(dòng)泵功消耗的最優(yōu)化。所述管束根據(jù)工作條件、流體性質(zhì)等可以選擇不同的材料，可選用碳素鋼、低合金鋼、不銹鋼、銅(合金)、鋁(合金)、鎳(合金)、石墨、氟塑料、玻璃等材料。有益效果本實(shí)用新型并列樹狀噴泉，在該噴泉使用中，流體從各個(gè)樹狀結(jié)構(gòu)初級(jí)分支節(jié)點(diǎn)進(jìn)入管束，迅速分流到達(dá)各管道分支，然后流體從樹狀結(jié)構(gòu)末梢噴出，且可由微處理器控制各分叉管道有規(guī)律地轉(zhuǎn)動(dòng)、旋轉(zhuǎn)，形成“千手觀音”般的動(dòng)態(tài)造型。這種造型不但有利于造型美觀，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，而且大大減小了流動(dòng)的阻力，減少了流動(dòng)損耗，進(jìn)而大大提高了整個(gè)噴泉裝置的效能，這對(duì)于實(shí)現(xiàn)高效能是有益的。

圖1噴泉裝置整體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2上聯(lián)箱處管道連接立體圖。圖中1.變頻水泵；2.下聯(lián)箱；3.上升管；4.上聯(lián)箱；5.噴口 ；6.音響；7.電控制信號(hào)線；8.燈(環(huán)狀)；9.水流方向；10.分叉連接管道；11.擺動(dòng)裝置12.擺動(dòng)范圍。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖進(jìn)行更進(jìn)一步的詳細(xì)說明圖1給出了本實(shí)用新型的系統(tǒng)示意圖，一種具有并列樹狀特征管束的噴泉，主要由由泵微處理器，管道，燈，揚(yáng)聲器等組成。具體結(jié)構(gòu)包括變頻水泵1 ；下聯(lián)箱2 ；上升管3 ； 上聯(lián)箱4 ；噴口 5 ；音響6 ；電控制信號(hào)線7 ；環(huán)形燈圈8 ；分叉連接管道10 ；擺動(dòng)裝置11等部分組成。水泵通過母管與下聯(lián)箱相連，下聯(lián)箱通過幾根上升管與上聯(lián)箱相連，連接方式與鍋爐水冷壁類似，可為焊接或脹接連接。上聯(lián)箱與分叉連接管道通過擺動(dòng)裝置11連接， 具體的連接可以為球形鉸鏈連接，通過電機(jī)帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)使得分叉連接管道圍繞著球形鉸擺動(dòng)，在上聯(lián)箱內(nèi)部通以圓形管道。分叉連接管道為并列樹狀結(jié)構(gòu)，分叉連接管道至少為2
級(jí)，在末級(jí)分叉連接管道末梢設(shè)置噴口，上下級(jí)分叉連接管道的直徑之比為N^ ,其中#為每級(jí)的分叉管道數(shù)目，#取大于等于2的整數(shù)，直徑維數(shù)Δ : =3，上下級(jí)分叉連接管道的長度之比為I ，其中每級(jí)的分叉管道數(shù)目#取大于等于2的整數(shù)，長度維數(shù)i/取大于1且小于等于2的實(shí)數(shù)，在本實(shí)施例中，分叉連接管道為3級(jí)，見圖1，其中第二級(jí)的分叉連接管道為3個(gè)，它與第一級(jí)的一個(gè)分叉連接管道之間成正四面體，連接選型仿照烷烴分子結(jié)構(gòu)，增加穩(wěn)定性。最后一級(jí)末端開口為噴口。圖1中實(shí)線和虛線箭頭給出了系統(tǒng)的工作原理。實(shí)線箭頭9表示了流體側(cè)的具體流程，由變頻水泵1、下聯(lián)箱2、上升管3、上聯(lián)箱4、分叉連接管道10、噴口 5組成；流體從上聯(lián)箱4進(jìn)入樹狀管束到初級(jí)達(dá)分叉節(jié)點(diǎn)然后分流進(jìn)入各分支，在當(dāng)前層面內(nèi)不斷分流直至流到分支結(jié)構(gòu)的末梢噴出，，提升了噴泉結(jié)構(gòu)的緊湊性，有效提高了系統(tǒng)的效能。；虛線箭頭 7示出了電路側(cè)的控制線路，由微處理器MCU控制變頻水泵1、音響6、擺動(dòng)裝置11、環(huán)形燈圈8，各部分協(xié)調(diào)工作。圖2給出了上聯(lián)箱連接方式的立體示意圖，由上聯(lián)箱4、擺動(dòng)裝置11、首級(jí)分叉連接管道10組成。上聯(lián)箱4為貯水箱，兩側(cè)各有6個(gè)分叉連接管道；分叉連接管道10可以通過擺動(dòng)裝置11可以在擺動(dòng)角12的范圍內(nèi)上下擺動(dòng)，組合為“千手觀音”。
權(quán)利要求1.一種并列樹狀式噴泉，包括變頻水泵，上聯(lián)箱，上升管，下聯(lián)箱，微處理器，擺動(dòng)裝置， 燈以及揚(yáng)聲器，所述上升管連接在上聯(lián)箱和下聯(lián)箱之間，所述的變頻水泵的出水口通過管路與所述的下聯(lián)箱連接，在所述的上聯(lián)箱上設(shè)置所述的擺動(dòng)裝置，所述的燈、揚(yáng)聲器以及擺動(dòng)裝置的控制端分別與所述的微處理器連接，其特征在于所述的擺動(dòng)裝置為兩排，在所述的擺動(dòng)裝置上設(shè)置有噴泉管束，所述的噴泉管束由分叉連接管道以及噴口構(gòu)成，所述的分叉連接管道為并列樹狀結(jié)構(gòu)，所述的分叉連接管道至少為2級(jí)，在末級(jí)分叉連接管道末梢設(shè)置噴口，所述的上下級(jí)分叉連接管道的直徑之比為及他,其中#為每級(jí)的分叉管道數(shù)目， #取大于等于2的整數(shù)，直徑維數(shù)Δ:=3，所述的上下級(jí)分叉連接管道的長度之比為I ，其中每級(jí)的分叉管道數(shù)目#取大于等于2的整數(shù)，長度維數(shù)i/取大于1且小于等于2的實(shí)數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的并列樹狀式噴泉，其特征在于所述的上聯(lián)箱沿水平方向橫向放置，所述的分叉連接管道的數(shù)目為三個(gè)，相鄰級(jí)間節(jié)點(diǎn)成正四面體布置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的并列樹狀式噴泉，其特征在于所述的擺動(dòng)裝置包括驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)以及球形鉸，所述的分叉連接管道在該球形鉸上。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種并列樹狀式噴泉，包括變頻水泵，上聯(lián)箱，上升管，下聯(lián)箱，微處理器，擺動(dòng)裝置，燈以及揚(yáng)聲器，上升管連接在上聯(lián)箱和下聯(lián)箱之間，變頻水泵的出水口通過管路與所述的下聯(lián)箱連接，在上聯(lián)箱上設(shè)置所述的擺動(dòng)裝置，所述的燈、揚(yáng)聲器以及擺動(dòng)裝置的控制端分別與所述的微處理器連接，其特征在于在所述的擺動(dòng)裝置上設(shè)置有噴泉管束，所述的噴泉管束由分叉連接管道以及噴口構(gòu)成，所述的分叉連接管道為并列樹狀結(jié)構(gòu)，所述的分叉連接管道至少為2級(jí)，在末級(jí)分叉連接管道末梢設(shè)置噴口。采用合適的管徑和連接方式，增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和流動(dòng)效率；該噴泉能大大提高其造型的豐富和美觀，同時(shí)提高裝置系統(tǒng)的有效效能，達(dá)到美觀和節(jié)能作用。
文檔編號(hào)B05B17/08GK202207646SQ20112032545
公開日2012年5月2日 申請(qǐng)日期2011年9月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月1日
發(fā)明者孫立 申請(qǐng)人:東南大學(xué)