Вихревая машина Советский патент 1991 года по МПК F01D1/08 F04D17/06 

Изобретение относится к турбостроению и может быть использовано в качестве турбопривода- различных исполнительных устройств.

Целью изобретения является повышение КПД вихревой машины за счет интенсификации энергообмена между рабочим телом и лопатками колеса.

На фиг. 1 показана предлагаемая машина; на фиг. 2 - разрез по Б-Б на фиг. 1; на фиг. 3 - вид по стрелке А на фиг. 1; на фиг. 4 - схема образования многозаходного вихревого потока на входном участке рабочего канала.

Вихревая машина содержит корпус 1 с рабочим кольцевым каналом 2 круглого сечения, рабочее колесо 3 с наклонными лопатками 4, выходной патрубок 5, ориентированный относительно лопаток 4 колеса 3,

входной патрубок 6 со смещенной относительно нормальной к оси колеса 3 плоскости симметрии а-а кольцевого канала 2 осью и установленный в канале 2 между входным и выходным патрубками 6, 5 отсекатель 7. Входной патрубок б выполнен с проходным сечением в виде щели 8 с параллельными плоскости а-а симметрии канала 2 стенками 9, 10, а длина щели 8 в окружном направлении канала 2 на радиусе R колеса 3 выбрана из соотношения

г2 0,2 Г 25 - ,

. г

где 1-щ длина щели 8;

г - радиус сечения рабочего кольцевого канала 2;

R - радиус рабочего колеса 3.

Вихревая машина может дополнительно содержать пластинчатые направляющие

О

VI

ю о о

11, установленные во входном патрубке б с аналогичной ему ориентацией относительно лопаток 4 колеса 3 равномерно вдоль щели 8 по ее длине Цц.

Поверхность 12 отсекателя 7, обращен- ная к кольцевому каналу 2 со стороны входного патрубка 6, может быть выполнена наклонной под углом tp к плоскости а-а симметрии кольцевого канала 2 в сторону, противоположную смещению оси в-в вход- ного патрубка 6.

При работе вихревой машины рабочее тело подается под давлением во входной патрубок б, который придает ему определенное направление, обеспечивающее за счет ориентации патрубка 6 и направляющих 11 безударный вход на лопатки 4 колеса 3. Проходя по проточной части, состоящей из канала 2 и межлопаточного пространства колеса 3, рабочее тело воздействует на ло- патки 4 и выходит из машины через выходной патрубок 5. При этом струйки потока рабочего тела совершают продольно-вихревое движение - базовое движение при обмене энергией между ними и лопатками 4 колеса 3. При прохождении отдельной струйки потока, входящей на участке EF на лопатки 4 колеса 3, она совершив один виток в вихревом движении, в очередной раз входит на лопатки 4 колеса 3 уже на участке КМ, а расстояние FK в окружном направлении канала 2 остается свободным для входа рабочего тела. На этом расстоянии и располагаются дополнительные струйки потока, формируемые вытянутой на длину Цц щелью 8 входного патрубка 6, что приводит к мно- гозаходности спирали линий тока рабочего тела. Многозаходность обеспечивает малый шаг спирали, т.е. увеличивает число взаимодействий потока рабочего тела с лопатками 4 колеса 3. Предельная длина щели 8 увеличивается по мере увеличения давления рабочего тела на входе. Коэффициент 25 в соотношении соответствует запиранию щели 8, т.е. критическому режиму истече- ния, когда повышение давления рабочего тела не увеличивает его расхода. Уменьшение длины Цц щели 8 до значения ниже 0,2 г приводит к снижению расхода рабочего тела до значений, при которых скорости по- тока в канале 2 не обеспечивают эффективного взаимодействия рабочего тела с лопатками 4 колеса 3.

Установка пластинчатых направляющих 11 во входном патрубке 6 способствует стабилизации потока на входе, особенно при большой длине щели 8.

Выполнение поверхности 12 отсекателя 7 наклонной позволяет улучшить уплотнение между входным и выходным участками канала 2.

Формула изобретения

1. Вихревая машина, содержащая корпус с рабочим кольцевым каналом круглого сечения, рабочее колесо с наклонными лопатками, выходной патрубок, ориентированный относительно лопаток колеса, входной патрубок со смещенной относительно нормальной к оси колеса плоскости симметрии кольцевого канала осью и установленный в канале между входным и выходным патрубками отсекатель, отличающаяся, тем, что, с целью повышения КПД вихревой машины за счет интенсификации энергообмена между рабочим телом и лопатками колеса при ее работе в диапазоне входных давлений РВх. 0,14 - 0,55 МПа, входной патрубок выполнен с проходным сечением в виде щели с параллельным плоскости симметрии канала стенками, а длина щели в окружном направлении канала на радиусе колеса выбрана из соотношения

,1

0,2 г

25 W

где Цц - длина щели;

г - радиус сечения рабочего кольцевого канала:

R - радиус рабочего колеса.

2.Машина поп, 1,отличающаяся тем, что дополнительно содержит пластинчатые направляющие, установленные во входном патрубке с аналогичной ему ориентацией относительно лопаток колеса равномерно вдоль щели по ее длине.

3.Машина по п. 1 и 2, о т л и ч а ю щ а я- с я тем. что поверхность отсекателя, обращенная к кольцевому каналу со стороны входного патрубка, выполнена наклонной к плоскости симметрии кольцевого канала в сторону, противоположную смещению оси входного патрубка.

Изобретение может быть использовано в качестве турбопривода различных исполнительных устройств и позволяет повысить КПД вихревой машины за счет интенсификации энергообмена между рабочим телом и лопатками колеса. Выполнение входного патрубка 6 с проходным сечением в форме щели 8 позволяет получить многозаходность спирали линий тока рабочего тела, что увеличивает число взаимодействий потока рабочего тела с лопатками 4 колеса 3. Коэффициент 25 в соотношении соответствует запиранию щели 8, а уменьшение длины L_щ щели 8 до значения ниже 0,2^.R приводит к снижению скорости потока в канале 2 до величины, не обеспечивающей эффективного взаимодействия рабочего тела с лопатками 4 колеса 3. Установка направляющих 11 во входном патрубке 6 способствует стабилизации потока на входе, а выполнение поверхности 12 отсекателя 7 наклонной позволяет улучшить уплотнение между входным и выходным участками канала 2. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Фиг. I

Фие.1

ВидА

lAViiiL W

Фиг А