НАСАДОК ШЕСТЕРЕНКО Российский патент 2003 года по МПК B05B1/12 

Изобретение относится к технике концентрирования аэрозольных частиц, а также в технике, где необходимо разогнать газ до больших скоростей, оно может быть использовано также в качестве альтернативного источника энергии.

Прототип
Известно авторское свидетельство СССР 1426642 дополнительное к 1422248, в котором насадок, состоящий из сверхзвуковых сопел, соединенных между собою герметично, и снабженный по меньшей мере одним дополнительным соплом, критическое сечение которого выбрано меньшим критического сечения предыдущего по ходу движения газа сопла, но не меньшим критического сечения первого сверхзвукового сопла. У прототипа недостаток в том, что необходим сверхзвуковой перепад давления для создания в первом сопле сверхзвуковой скорости.

Аналог 1
Известно авторское свидетельство СССР 1242248, в котором насадок, содержащий соосно установленные сверхзвуковые сопла, критическое сечение каждого из которых не меньше критического сечения предыдущего по ходу движения аэрозоля сопла, причем сверхзвуковые сопла связаны между собой с образованием герметичного соединения.

Однако вышеуказанный аналог для своей работы требует перепада давления, обеспечивающего сверхзвуковое истечение воздуха аэрозоля в первом сверхзвуковом сопле, что не всегда экономически оправдано.

Технической задачей изобретения является устойчивость выхода на рабочий режим при наименьших первоначальных перепадах давления в насадке.

Техническая задача выполняется следующим образом.

Не менее чем одно сопло имеет свободу осевого перемещения, регулирующего расстояние между критическими сечениями сопел во время работы насадка.

Предлагаемое изобретение изображено на фиг.1 и 2.

На фиг. 1 изображен вариант насадка Шестеренко, в котором он состоит из сопла Лаваля 1, сопла Лаваля 2 и сопла Лаваля 3.

Сопла Лаваля 1, 2, 3 имеют соответственно критические сечения 4, 5 и 6.

На сопле Лаваля 1 установлено сопло Лаваля 2 при помощи направляющих 7 и 8, а также гофрированного гибкого элемента 9, который при помощи болтов 10 и 11, гаек 12 и 13 и прокладок 14 и 15 крепится на установочных плоскостях 16 и 17, приваренных соответственно к соплам Лаваля 1 и 2. Установочные плоскости снабжены регулирующими расстояние болтом 18 с гайкой 19 и пружиной 20 (болтов, гаек и пружин может быть несколько). Между соплами Лаваля 1 и 2 имеется зазор (камера 21).

Сопло Лаваля 2 герметично соединено с соплом Лаваля 3 при помощи болтов 22, гаек 23 и прокладок 24. На фиг.1 также изображен отсекатель 25 с критическим сечением 26 и отражатель 27, которые необходимы, если насадок Шестеренко применяют для концентрирования аэрозоля.

На фиг.2 изображен вариант, когда сверхзвуковое сопло Лаваля 1 заменено сужающимся соплом 28 с критическим сечением 29.

Сопла Лаваля 2 и 3 заменены на сужающиеся сопла 28, 30 и 31, а между сужающимися соплами 30 и 31 установлены сужающиеся сопла 32 и 33 (число дополнительных сужающихся сопел диктуется физическими параметрами газа, а также тем, для каких целей применяется насадок).

Сужающиеся сопла 28, 30, 32, 33 и 31 установлены друг на друге при помощи направляющих 34, 35, 36, 37 и 38, которые снабжены приваренными к ним плоскостями 39, 40, 41, 42 и 43, которые снабжены гофрированными гибкими элементами 44 и регулирующими расстояние болтами 45 с гайками 46 и пружинами 47.

Сужающиеся сопла 28, 30, 31, 32, 33 имеют критические сечения 29, 48, 49, 50 и 51 соответственно.

Между сужающимися соплами 28, 30, 31, 32, и 33 имеются зазоры (камеры) 52, 53, 54 и 55.

Предлагаемый насадок Шестеренко работает следующим образом.

Сначала регулирующие расстояние болты 18 и 43 сжимают пружины 20 и 45.

Разберем режим работы насадка, изображенного на фиг.1.

Расстояние между критическими сечениями 4 и 5 в момент запуска наименьшее.

Под действием перепада давления достаточного, чтобы создать эффект эжекции (в этот момент сопло Лаваля 1 работает в режиме трубки Вентури) начнется процесс постепенного разрежения в зазоре (камере) 21, что вызовет в свою очередь дальнейшее увеличение скорости и расхода газа через критическое сечение 4. Это будет продолжаться до тех пор, пока в критическом сечении 4 не установится критический режим истечения, после чего увеличение расхода газа и увеличение скорости в критическом сечении 4 прекратятся.

Дальнейшее увеличение эффекта эжекции и вакуумирования зазора (камеры) 21 приведет к местному перерасширению газа между критическими сечениями 4 и 5.

Учитывая, что сверхзвуковая часть сопла Лаваля 1 делается короткой, за соплом Лаваля 1 возникает бочка перерасширения потока, которая тормозится на поверхности сопла Лаваля 2 перед критическим сечением 5, причем профиль этой поверхности таков, что обеспечивает угол косых скачков уплотнения по отношению к набегающему сверхзвуковому потоку, не превышающий 60^o, что в свою очередь исключает переход сверхзвуковой скорости в дозвуковую.

Следовательно, пройдя критическое сечение 5, газ вторично по инерции начнет расширяться, а на стенках сопла Лаваля 3 до критического сечения 6 тормозиться и все повторится опять (за критическим сечением 6 поток газа опять разгоняется до сверхзвуковых скоростей). При этом полость насадка между критическими сечениями 5 и 6 почти мгновенно вакуумируется. В этой полости газ достигает максимального расширения и разгоняется до максимальной скорости, затем он тормозится и вновь расширяется уже за критическим сечением 6.

В критическом сечении 6 устанавливается сверхзвуковая (гиперзвуковая) скорость. Как только в насадке установился сверхзвуковой поток, при помощи пружин 20 и регулирующих болтов 18 расстояние между критическими сечениями 4 и 5 увеличивается, давая возможность газу максимально расшириться и развить максимальную или заданную скорость. Это способствует увеличению скорости газа уже между критическими сечениями 4 и 5. Таким образом, устойчивость работы на оптимальном режиме улучшается, а вывод на него возможен при минимальном перепаде давления. Следует отметить, что критическое сечение 4 является звуковым барьером, а внутри насадка в камере 21 создан вакуум. На рабочем режиме воздух засасывается в насадок через сопло 1 и критическое сечение 4 внутренним вакуумом и источник перепада давления не играет роли. На выходе из насадка на рабочем режиме газ имеет гиперзвуковую скорость, которая блокирует последнее по ходу движения критическое сечение 6, не давая воздействию элементарных волн проникнуть во внутреннюю часть насадка. Количество сопел, установленных друг за другом с герметичным соединением между собою, определяется задачами и физическими параметрами газа.

Аналогичное происходит в варианте, изображенном на фиг.2. Только вместо сопла Лаваля 1 уставлено сужающееся сопло 28. Его критическое сечение 29 удается во время запуска еще больше приблизить к критическому сечению 48, а это в свою очередь позволяет создать эффект эжекции еще при более меньшем перепаде давления, чем это было в предыдущем варианте. В насадке, изображенном на фиг. 2, все сопла сужающиеся. Когда между критическими сечениями 29, 48, 50, 51 и 49 расстояние минимальное, насадок наилучшим образом при наименьшем перепаде давления за счет эжекции выходит на сверхзвуковой режим. Когда между критическими сечениями 29, 48, 50, 51 и 49 расстояние наибольшее, обеспечивается максимальный эффект как эжекции, так и вакуумирования полостей, при этом, если насадок выполняет роль аэрозольного концентратора, происходит наилучший выброс частиц аэрозоля в результате ударных косых скачков в центральную часть потока, при этом частицы за насадком отводятся в отсекатель 25 при помощи вакуумного насоса на фильтр (не показано). Очищенный воздух отражателем 27 отводится в сторону. Предлагаемый насадок Шестеренко может выполнять роль устройства, разгоняющего поток газа, в различных отраслях промышленности. Он может быть использован в качестве альтернативного источника энергии, например, в районах, где ветры имеют значительные скорости, а также быть сопловым аппаратом для турбины.

Технический эффект предлагаемого насадка заключается в том, что за счет регулировки расстояния между критическими сечениями удается при минимальных перепадах давления выводить насадок на сверхзвуковой режим работы.

Изобретение относится к технике концентрирования аэрозольных частиц и напыления на изделия и может быть применено в качестве пробоотборника для контроля цехов различных отраслей промышленности, а также там, где необходимо разогнать газ до больших скоростей. Техническая задача - улучшить устойчивость выхода на рабочий режим при наименьших первоначальных перепадах давления в насадке. Для достижения этого насадок содержит соосно установленные с герметичным соединением между собой сопла, критические сечения каждого из которых не меньше критического сечения первого по ходу движения газа сопла. Не менее чем одно сопло имеет свободу осевого перемещения, регулирующего расстояние (расстояния) между критическими сечениями сопел во время работы насадка. За счет изменения расстояния между критическими сечениями сопел эффект эжекции возникнет при меньшем перепаде давления, что обеспечивает возникновение сверхзвукового потока при меньших энергозатратах и более устойчивый вывод на рабочий режим, а за счет увеличения расстояния между критическими сечениями насадок выводится на лучший режим работы насадка. Технический эффект насадка заключается в том, что за счет регулировки расстояния между критическими сечениями удается при минимальных перепадах давления выводить насадок на сверхзвуковой режим работы. 2 ил.

Насадок, содержащий соосно установленные с герметичным соединением между собой сопла, критическое сечение каждого из которых не меньше критического сечения первого по ходу движения газа сопла, отличающийся тем, что не менее чем одно сопло имеет свободу осевого перемещения, регулирующего расстояние между критическими сечениями сопел во время работы насадка.