ГАЗОВЫЙ ЭЖЕКТОР Российский патент 2018 года по МПК F04F5/18 F04F5/46 

Изобретение относится к струйной технике, преимущественно к газовым эжекторам, предназначенным для использования в области авиадвигателестроения.

Известны турбоэжекторные двигатели (патенты: RU 2190772, RU 2386829, RU 2392475), содержащие газовый эжектор с камерой смешения. Недостатком газодинамической схемы турбоэжекторного двигателя является большое удлинение камеры смешения (отношение длины к высоте).

Известен сотовый смеситель, состоящий из двух газовых каналов, разделенных гофрированной поверхностью, и камеры смешения (патент RU 2467791, 27.11.2012). Сотовый смеситель входит в состав турбоэжекторного двигателя.

Известен газовый эжектор, состоящий из двух кольцевых каналов, расположенных один внутри другого, на выходе из которых расположены сопловые аппараты, и камеры смешения (патент US 4014961 А, 29.03.1977).

Целью изобретения является уменьшение удлинения камеры смешения газового эжектора в составе турбоэжекторного двигателя.

Поставленная цель достигается тем, что в газовом эжекторе, состоящем из двух кольцевых каналов, расположенных один внутри другого, на выходе из которых расположены сопловые аппараты, и камеры смешения, на выходе из камеры смешения расположен сопловой аппарат.

Потери давления при смешении газовых потоков уменьшаются, если касательные к средней линии в задней кромке лопаток сопловых аппаратов, расположенных на выходе из кольцевых каналов, параллельны.

Активный газ предпочтительно подавать в камеру смешения по внутреннему каналу.

Сущность изобретения заключается в том, что смешиваемые газы движутся по спиралевидным траекториям, что уменьшает потребную длину камеры смешения: во-первых, при движении по спирали газы проходят меньшее осевое расстояние до их полного смешения, чем при осевом движении, во-вторых, появляются центробежные силы, которые заставляют один газ проникать внутрь другого, что ускоряет процесс их смешения.

На фиг. 1 изображена схема газового эжектора;

на фиг. 2 изображены решетки профилей сопловых аппаратов (цилиндрические сечения);

на фиг. 3 показано изменение относительной длины камеры смешения в зависимости от угла наклона α касательной к средней линии в задней кромке лопатки и скорости истечения активного газа W.

Газовый эжектор (фиг. 1) состоит из двух кольцевых каналов 1 и 2, расположенных один внутри другого. Кольцевые каналы заканчиваются сопловыми аппаратами 3 и 4, соответственно. Углы наклона α касательной к средней линии в задней кромке лопаток сопловых аппаратов 3 и 4 совпадают (фиг. 2). За сопловыми аппаратами расположена кольцевая камера смешения 5. На выходе из камеры смешения расположен сопловой аппарат 6. По каналу 1 движется активный газ; по каналу 2 - пассивный газ.

Эжектор работает следующим образом. Поток активного газа под действием разницы давлений в канале 1 и камере смешения 5 ускоряется и закручивается в сопловом аппарате 3. Статическое давление газа на выходе из соплового аппарата 3 понижается (становится меньше, чем давление газа в канале 2). Под действием перепада давлений пассивный газ ускоряется и закручивается в сопловом аппарате 4.

Потоки активного и пассивного газов истекают в камеру смешения 5 и далее движутся по спиралевидным траекториям. Скорость активного газа больше скорости пассивного газа. За счет центробежных сил активный газ увеличивает радиус своей траектории (стремится к верхней поверхности камеры 5), выдавливая пассивный газ к нижней поверхности камеры 5. За счет радиально-продольного движений активного и пассивного газов происходит выравнивание их энергий: температур и давлений.

Газовая смесь попадает в сопловой аппарат 6, где еще больше ускоряется и закручивается.

Техническим результатом является перераспределение энергии активного газа на большую массу газа с последующим ее преобразованием в кинетическую энергию высокотемпературной струи, предназначенной для привода турбины туроэжекторного двигателя. Удлинение камеры смешения при этом меньше, чем у эжекторов без закрутки газовых потоков.

На фиг. 3 показана относительная длина камеры смешения где L_α - длина камеры смешения с закруткой газовых потоков; L - длина камеры смешения без закрутки газовых потоков. Длина зависит от двух факторов: угла α(фиг. 2) и скорости истечения активного газа W. С уменьшением α и увеличением W длина уменьшается. Максимальная относительная длина камеры смешения определяется как (данная зависимость получена при условии отсутствия радиальных перемещений газов, что соответствует W<10 м/с). В реальных эжекторах W>100 м/с, поэтому будет меньше .

Газовый эжектор позволяет уменьшить длину камеры смешения турбоэжекторного двигателя до размеров, при которых двигатель становится работоспособным, а значит, открываются возможности для создания газотурбинных двигателей для сверх- и гиперзвуковых скоростей полета. Освоение гиперзвуковых скоростей полета является важной народнохозяйственной задачей.

Эжектор предназначен для использования в области авиадвигателестроения. Эжектор состоит из двух кольцевых каналов и кольцевой камеры смешения. На выходе из кольцевых каналов и на выходе из камеры смешения расположены сопловые аппараты. Направления выходных кромок лопаток сопловых аппаратов, расположенных на выходе из кольцевых каналов, совпадают. Технический результат – уменьшение длины камеры смешения. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Газовый эжектор, состоящий из двух кольцевых каналов, расположенных один внутри другого, на выходе из которых расположены сопловые аппараты, и камеры смешения, отличающийся тем, что на выходе из камеры смешения расположен сопловой аппарат.

2. Газовый эжектор по п. 1, отличающийся тем, что касательные к средней линии в задней кромке лопаток сопловых аппаратов, расположенных на выходе из кольцевых каналов, параллельны.

3. Газовый эжектор по п. 1, отличающийся тем, что активный газ движется по внутреннему каналу.