Плоский диффузор Российский патент 2024 года по МПК F01D25/30 F15D1/06 

Изобретение относится пневмогидравлическим системам общего назначения, в частности к способам и средствам воздействия на пограничный слой потока текучей среды в каналах.

Известен диффузор выхлопного тракта газоперекачивающего агрегата с газотурбинной установкой, содержащий обечайку с фланцами, кожух, охватывающий обечайку и состоящий из боковых панелей, крыши и поддона, и звукоизоляцию, размещенную с зазором между обечайкой и кожухом и закрепленную на обечайке с помощью крепежных элементов, например штырей, установленных на обечайке и пропущенных через звукотеплоизоляцию, при этом концы крепежных элементов, например штырей, не имеют контакта со стенкой кожуха и соединены между собой гибкими элементами (RU, № 2313030, МПК F16L 59/00, F01D 25/30, опубл. 20.12.2007 г.).

Известное устройство относится к прямолинейному диффузору с малым углом расширения, из-за чего получается достаточно протяжённым по длине, что является недостатком, и используется в случаях отсутствия ограничений по габаритным размерам.

Известен плоский диффузор, выбранный заявителем в качестве прототипа, содержащий четыре внутренние поверхности, две из которых плоские и параллельны одна другой, две другие перпендикулярны первым двум и расходятся в направлении от входного сечения диффузора к выходному, причем расстояние между расходящимися увеличивается вдоль диффузора по закону, направленному на минимизацию потерь давления (SU, № 1695003, МПК F15D 1/04, опубл. 30.11.1991 г.). Известны и другие законы изменения кривизны образующей профиля диффузора (Повх И.Л. Аэродинамический эксперимент в машиностроении, Л., “Машиностроение”, 1974 г., с. 112-115).

Известный диффузор относится к изоградиентным, которые достаточно эффективны в отношении потерь полного давления, обеспечивают равномерное поле скоростей на выходе. Однако, несмотря на улучшение газодинамических характеристик, известный диффузор также имеет значительную длину, что является недостатком.

Предлагаемым изобретением решается задача уменьшения длины плоского диффузора при приемлемых потерях полного давления.

Для достижения такого технического результата плоский диффузор, содержащий четыре внутренние поверхности, образующие стенки, две из которых плоские и параллельны одна другой, две другие перпендикулярны первым двум и расходятся в направлении от входного поперечного сечения к выходному, дополнительно снабжен по меньшей мере одним полым, динамически сбалансированным цилиндром с закрытыми торцами, размещённым за входным прямым участком по касательной на уровне внутренней поверхности стенки и установленным между параллельными стенками на центральной оси в опорах, расположенных в параллельных стенках, с возможностью вращения и имеющий длину образующей, равной расстоянию между внутренними поверхностями параллельных стенок за вычетом технологического зазора и диаметром, равным не менее расстояния между внутренними поверхностями выходного и входного прямых участков на соответствующей из расходящихся стенок.

На выходе из входного участка на внутренней поверхности выполнена фаска под углом 7…10°.

При расположении на противоположных стенках, цилиндры взаимно разнесены по длине проточной части по потоку на расстояние не менее одной четверти диаметра.

Цилиндр изготовлен из композитных материалов.

По признакам предлагаемый плоский диффузор отличается от прототипа тем, что дополнительно снабжен по меньшей мере одним полым, динамически сбалансированным цилиндром с закрытыми торцами, размещённым за входным прямым участком по касательной на уровне внутренней поверхности стенки и установленным между параллельными стенками на центральной оси в опорах, расположенных в параллельных стенках, с возможностью вращения и имеющий длину образующей, равной расстоянию между внутренними поверхностями параллельных стенок за вычетом технологического зазора и диаметром, равным не менее расстояния между внутренними поверхностями выходного и входного прямых участков на соответствующей из расходящихся стенок.

На выходе из входного участка на внутренней поверхности выполнена фаска под углом 7…10°.

При расположении на противоположных стенках цилиндры взаимно разнесены по длине проточной части по потоку на расстояние не менее одной четверти диаметра.

Цилиндр изготовлен из композитных материалов.

Благодаря наличию этих признаков удается воздействовать на пограничный слой для безотрывного расширения потока на коротком расстоянии и уменьшить тем самым общую длину плоского диффузора.

На фиг. 1 представлен продольный разрез плоского диффузора с одним цилиндром; на фиг. 2 - продольный разрез плоского диффузора с двумя цилиндрами; на фиг. 3 - разрез по сечению А-А фиг. 2; на фиг. 4 представлен продольный разрез плоского диффузора с одним цилиндром увеличенного диаметра.

На фиг. приняты следующие обозначения:

d - диаметр цилиндра;

L - расстояние между внутренними поверхностями выходного и входного прямых участков на соответствующей из расходящихся стенок;

n - длина образующей цилиндра;

N - расстояние между внутренними поверхностями параллельных стенок;

s - технологический зазор;

k - расстояние взаимного размещения цилиндров по длине проточной части.

Плоский диффузор содержит четыре внутренние поверхности, образующие стенки, две из которых 1 и 2 плоские и параллельны одна другой, две другие 3 и 4 перпендикулярны первым двум и расходятся в направлении от входного 5 поперечного сечения к выходному 6, по меньшей мере, один полый, динамически сбалансированный цилиндр 7 с закрытыми торцами, размещённый за входным прямым участком 8 по касательной на уровне внутренней поверхности стенки и установленный между параллельными стенками на центральной оси в опорах 9 и 10, расположенных в параллельных стенках 1 и 2, с возможностью вращения и имеющий длину n образующей, равной расстоянию N между внутренними поверхностями параллельных стенок 1 и 2 за вычетом технологического зазора s и диаметром d, равным не менее расстояния L между внутренними поверхностями выходного и входного прямых участков на соответствующей из расходящихся стенок 3 или 4.

На выходе из входного участка 8 на внутренней поверхности выполнена фаска под углом 7…10°.

При расположении на противоположных стенках 3 и 4 цилиндры взаимно разнесены по длине проточной части по потоку на расстояние k, составляющем не менее одной четверти диаметра d.

Цилиндр 7 изготовлен из композитных материалов.

Плоский диффузор работает следующим образом.

Рабочее тело через входное сечение 5 поступает в проточную часть диффузора и по мере движения к выходному сечению 6 происходит преобразование кинетической энергии потока в потенциальную энергию давления. Обтекая цилиндр 7, из-за неразрывности активный поток увлекает («буксирует») пограничный слой, а также неподвижную относительно поверхности цилиндра плёнку рабочего тела придавая линейную скорость в точке касания, что приводит к угловой скорости вращения цилиндра. В свою очередь, вследствие действия эффекта Коанда, вращающийся цилиндр 7 притягивает поток к своей наружной поверхности обеспечивая безотрывное расширение рабочего тела. Выполнение цилиндра 7 полой облегчает конструкцию, что вместе с динамической балансировкой в дополнение к обычной статической балансировке обеспечивает легкость вращения и улучшает условия работы диффузора при изменении скорости потока в проточной части входного участка 8.

На выходе из входного участка на внутренней поверхности стенки 3 в зоне фаски под углом 7…10° происходит уменьшение скорости, соответственно, местное повышение давления, с последующим ускорением потока при обтекании цилиндра 7, что в совокупности улучшает условия раскрутки последнего.

Для улучшения условий расширения рабочего тела, цилиндры 7, расположенные на противоположных стенках, целесообразно взаимно разнести по длине проточной части по потоку на расстояние k, составляющем не менее одной четверти диаметра d.

Изготовление цилиндра 7 из композитных материалов также облегчает конструкцию и, как следствие, улучшаются условия реагирования на изменение скорости потока при переменных режимах работы системы, в состав которого входит плоский диффузор.

При отсутствии ограничений по ширине (высоте) диффузора возможно увеличение диаметра d (фиг. 4), что обеспечивает более равномерное истечение рабочего тела через выходное сечение 6.

Реализация совокупности признаков, описанных в предлагаемом устройстве, позволяет уменьшить длину плоского диффузора при приемлемых потерях полного давления. Изобретение может найти применение в плоских входных устройствах летательных аппаратов, в выхлопных трактах стационарных газотурбинных установок, в системах утилизации энергии выхлопных газов на испытательных станциях авиационных газотурбинных двигателей и в других системах, преобразующих кинетическую энергию газа в энергию давления.

Изобретение относится к пневмогидравлическим системам общего назначения, в частности к способам и средствам воздействия на пограничный слой потока текучей среды в каналах. Плоский диффузор содержит четыре внутренние поверхности, образующие стенки, две из которых 1 и 2 плоские и параллельны одна другой, две другие 3 и 4 перпендикулярны первым двум и расходятся в направлении от входного 5 поперечного сечения к выходному 6, по меньшей мере, один полый, динамически сбалансированный цилиндр 7 с закрытыми торцами, размещённый за входным прямым участком 8 по касательной на уровне внутренней поверхности стенки и установленный между параллельными стенками на центральной оси в опорах 9 и 10, расположенных в параллельных стенках 1 и 2, с возможностью вращения, и имеющий длину n образующей, равной расстоянию N между внутренними поверхностями параллельных стенок 1 и 2 за вычетом технологического зазора s и диаметром d, равным не менее расстояния L между внутренними поверхностями выходного и входного прямых участков на соответствующей из расходящихся стенок 3 или 4. Технический результат состоит в уменьшении длины плоского диффузора при приемлемых потерях полного давления. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Плоский диффузор, содержащий четыре внутренние поверхности, образующие стенки, две из которых плоские и параллельны одна другой, две другие перпендикулярны первым двум и расходятся в направлении от входного поперечного сечения к выходному, отличающийся тем, что дополнительно снабжен по меньшей мере одним полым, динамически сбалансированным цилиндром с закрытыми торцами, размещённым за входным прямым участком по касательной на уровне внутренней поверхности стенки и установленным между параллельными стенками на центральной оси в опорах, расположенных в параллельных стенках, с возможностью вращения, и имеющим длину образующей, равной расстоянию между внутренними поверхностями параллельных стенок за вычетом технологического зазора и диаметром, равным не менее расстояния между внутренними поверхностями выходного и входного прямых участков на соответствующей из расходящихся стенок.

2. Плоский диффузор по п. 1, отличающийся тем, что на выходе из входного участка на внутренней поверхности выполнена фаска под углом 7...10°.

3. Плоский диффузор по п. 1 или 2, отличающийся тем, что при расположении на противоположных стенках цилиндры взаимно разнесены по длине проточной части по потоку на расстояние не менее одной четверти диаметра.

4. Плоский диффузор по п. 1, отличающийся тем, что цилиндр изготовлен из композитных материалов.