СОПЛОВЫЙ АППАРАТ СИЛОВОЙ УСТАНОВКИ Российский патент 2001 года по МПК F03D9/00 

Изобретение относится к устройствам, в которых энергия потока рабочего тела преобразуется в энергию рабочего колеса, снабженного лопатками, и может быть использовано в конструкциях ветроэнергетических установок.

Известен сопловый аппарат силовой установки, содержащий криволинейный направляющий конфузорный кожух, разделенный на несколько каналов криволинейными лопатками, при этом выпускное отверстие кожуха установлено с возможностью направления рабочего тела на часть окружности рабочего колеса (см. Н. Е. Жуковский. Полное собр. сочинений. Лекции. Вып. 4 НКАП СССР ГИОП М. - Л. 1939, 432 с.).

Известен также сопловый аппарат силовой установки, включающий основной и дополнительные каналы для подвода рабочего тела (см. Илие В., Алмас Л., Неделку Ш. и др. Использование энергии ветра. Бухарест, 1984).

Недостаток этих решений - недостаточная эффективность "работы" основного канала для подвода рабочего тела, поскольку недостаточна степень уплотнения потока рабочего тела.

Задача, на решение которой направлено заявленное решение, выражается в повышении эффективности работы устройства и повышении механической мощности на валу рабочего колеса.

Технический результат, получаемый при решении поставленной задачи, выражается в повышении полноты использования рабочей поверхности лопаток рабочего колеса и увеличении объема потока рабочего тела, взаимодействующего с колесом.

Для достижения поставленной цели сопловый аппарат силовой установки, включающий основной и дополнительные каналы для подвода рабочего тела, отличается тем, что основной канал выполнен в виде конфузорного кожуха с отношением площадей поперечных сечений приемного и выпускного отверстий предпочтительно от 20:1 до 25:1, при этом дополнительные каналы сформированы с боков основного канала в виде конфузорного кожуха, охватывающего основной канал и соосного с ним, причем кромка выпускного отверстия основного канала отстает от соответствующей кромки дополнительного канала на величину 3-5 диаметров круга, с площадью, эквивалентной площади выпускного отверстия основного канала, кроме того, площадь выпускного отверстия внутреннего кожуха соответствует 0,33 - 0,67 от площади выпускного отверстия сечения внешнего кожуха. Кроме того, приемные отверстия дополнительных каналов перпендикулярны осям основных каналов. Кроме того, основной канал разделен по вертикали по меньшей мере на два потока посредством продольной перегородки.

Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками прототипа и аналогов свидетельствует о его соответствии критерию новизна.

Признаки отличительной части формулы изобретения решают следующие функциональные задачи.

Признаки "основной канал выполнен в виде конфузорного кожуха,.., при этом, дополнительные каналы сформированы с боков основного канала, в виде конфузорного кожуха, охватывающего основной канал и соосного с ним, причем кромка выпускного отверстия основного канала отстает от соответствующей кромки дополнительного канала..." обеспечивают, с одной стороны, повышенную степень уплотнения потока рабочего тела и соответствующего его ускорения, а с другой - обеспечение возникновения эжектирующего эффекта для объемов рабочего тела, поступающих по дополнительным каналам. В свою очередь это обеспечивает выравнивание силовых характеристик потока рабочего тела по площади лопатки рабочего колеса.

Признаки, задающие соотношение площадей поперечных сечений приемного и выпускного отверстий от 20:1 до 25:1, были выявлены экспериментально-аналитическим путем и определяют параметры основного канала наиболее эффективные для работы ветроустановок.

Признаки "задающие отставание кромок кожухов как 3-5 диаметров круга, с площадью, эквивалентной площади выпускного отверстия основного канала", были выявлены экспериментально-аналитическим путем и определяют параметры, наиболее эффективные для проявления эжектирующего эффекта основного канала по отношению к дополнительным каналам.

Признаки "площадь выпускного отверстия внутреннего кожуха соответствует 0,33 - 0,67 от площади выпускного отверстия сечения внешнего кожуха" были выявлены экспериментально-аналитическим путем и определяют параметры наиболее эффективные с позиций использования энергии эжектирующего потока рабочего тела.

Признаки второго пункта формулы изобретения обеспечивают эффективную работу устройства при использовании воздуха в качестве рабочего тела.

Признаки третьего пункта формулы изобретения обеспечивают выравнивание силовых характеристик потока рабочего тела по вертикали.

Заявленное устройство иллюстрируется чертежами. На фиг.1 показан вертикальный разрез по продольной оси; на фиг. 2 показан горизонтальный разрез по продольной оси устройства.

На чертежах показаны основной канал 1, разделенный продольной перегородкой 2 на верхнее и нижнее отделения, дополнительные каналы 3 для подвода рабочего тела, кромка выпускного отверстия 4 дополнительного канала 3, кромка выпускного отверстия 5 основного канала 1, приемные отверстия 6 и 7, соответственно основного 1 и дополнительных 3 каналов. Кроме того, на чертежах показано рабочее колесо с лопатками 8.

Площади поперечных сечений приемного 6 и выпускного 5 отверстий основного канала 1 находятся в отношении друг к другу в пределах от 20:1 до 25:1. Дополнительные каналы 3 сформированы с обоих боков основного канала 1 за счет стенок конфузорного кожуха, охватывающего кожух, стенки которого образуют основной канал 1. При этом кромка выпускного отверстия 5 основного канала 1 отстает от кромки выпускного отверстия 4 дополнительного канала 3 на величину 3-5 диаметров круга, с площадью, эквивалентной площади выпускного отверстия основного канала. Кроме того, площадь выпускного отверстия 5 находится в пределах от 0,33 до 0,67 от величины площади выпускного отверстия 4.

Работа заявленного устройства иллюстрируется на примере использования воздуха в качестве рабочего тела.

Воздушный поток попадает в приемные отверстия 6 и 7 соплового аппарата. При этом перемещение воздушного потока по основному каналу 1 приводит к росту его скорости соответственно с уменьшением поперечного сечения канала.

Скоростная струя воздуха, вырывающаяся из отверстия 5 и направленная к отверстию 4, увлекает за собой воздушный поток, подводимый через дополнительные каналы 3. Таким образом, на лопатки рабочего колеса 8 действует воздушный поток, объем которого равен суммарному объему воздуха, проходящему по каналам 1 и 3, а скорость близка к скорости движения воздуха на выходе основного канала 1.

Изобретение относится к ветроэнергетике, а именно может быть использовано в конструкциях ветроэнергетических установок. Технический результат, заключающийся в повышении полноты использования рабочей поверхности лопаток рабочего колеса и увеличении объема потока рабочего тела, взаимодействующего с колесом, достигается за счет того, что в сопловом аппарате силовой установки, содержащем основной и дополнительные каналы для подвода рабочего тела, согласно изобретению основной канал выполнен в виде конфузорного кожуха с отношением площадей поперечных сечений приемного и выпускного отверстий предпочтительно от 20 : 1 до 25 : 1, а дополнительные каналы сформированы с боков основного канала в виде конфузорного кожуха, охватывающего основной канал и соосного с ним, причем кромка выпускного отверстия основного канала отстает от соответствующей кромки дополнительного канала на величину 3-5 диаметров круга, с площадью, эквивалентной площади выпускного отверстия основного канала, кроме того, площадь выпускного отверстия внутреннего кожуха соответствует 0,33 - 0,67 от площади выпускного отверстия сечения внешнего кожуха. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Сопловый аппарат силовой установки, включающий основной и дополнительные каналы для подвода рабочего тела, отличающийся тем, что основной канал выполнен в виде конфузорного кожуха с отношением площадей поперечных сечений приемного и выпускного отверстий предпочтительно от 20 : 1 до 25 : 1, а дополнительные каналы сформированы с боков основного канала в виде конфузорного кожуха, охватывающего основной канал и соосного с ним, причем кромка выпускного отверстия основного канала отстает от соответствующей кромки дополнительного канала на величину 3 - 5 диаметров круга, с площадью, эквивалентной площади выпускного отверстия основного канала, кроме того, площадь выпускного отверстия внутреннего кожуха соответствует 0,33 - 0,67 площади выпускного отверстия сечения внешнего кожуха. 2. Сопловый аппарат силовой установки по п.1, отличающийся тем, что приемные отверстия дополнительных каналов перпендикулярны осям основных каналов. 3. Сопловый аппарат силовой установки по п.1, отличающийся тем, что основной канал разделен по вертикали по меньшей мере на два потока посредством продольной перегородки.