Волновой обменник давления Советский патент 1993 года по МПК F04F11/02 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к волновым обменникам давления.

Цель изобретения - повышение КПД об- менника.-.

. Достигаемые с помощью изобретения преимущества заключаются в том,, что уплотнительные щели между ячейковым барабаном и прилегающими коробами выполнены таким образом, что они независимо от колебаний температуры остаются постоянными или приблизительно постоянными в широком диапазоне температур. Коэффициент полезного действия машины повышается при этом за счет того, что потери на утечку через уплотнительные щели на стадии запуска значительно меньше, чем в обычных машинах ударной волны.

На фиг.1 схематично изображен вариант выполнения волнового обменника давления; на фиг.2 - участок торцевых стенок коробов и барабана.

Ячейковый барабан 2 установлен с возможностью вращения вокруг продольной оси 3. Барабан 2 имеет торцовые стенки 4 и -5, расположенные радиально относительно оси 3. Торцовая стенка 4 вместе с расположенным напротив направляющим коробом 6 для горячего газа ограничивает в осевом, направлении радиально ориентированную уплотнительную щель 9. Направляющий короб 6 для горячего газа и направляющий газовый короб 8 показаны повернутыми относительно друг друга, чтобы улучшить наглядность фиг. Т. Они имеют два канала 10 и 11 для прохода газов, протекающих через обменник. Представляемый барабан 2 имеет венец из ячеек 12, одинаково возможно и многовенцовое исполнение; внутри барабана располагается ступица 13. На ступице предусмотрено место для опоры (не показана), которая с одной стороны жестко связана со ступицей 13, ас другой стороны опирается на направляющий коробЗ. Опора рассчитана таким образом, чтобы предотвратить люфт в осевом направлении. Ячейковый барабан 2 снаружи закрыт кожухом (не показан), который .механически соединяет направляющий короб 6 с направляющим коробом 8.

Уплотнительная щель 9 имеет первое 20 и второе 21 продолжения, расположенные с наклоном относительно оси 3, направленным внутрь барабана. Продолжение 20 щели ограничено двумя поверхностями 22 и 23. Поверхность 22 представляет собой обработанную поверхность утолщения, расположенного снаружи на вращающемся барабане 2. Поверхность 22 можно рассматривать как кольцеобразный сегмент боковой поверхности первого конуса. Продолжение этого первого конуса до. его вершины, находящейся в точке 24 на оси 3, обозначено пунктирной линией 25. Поверхность 23 завершает изнутри осесимметричный фланец 26, соединенный с направляющим коробом 8. Поверхность 23 можно рассматривать как кольцеобразный сегмент боковой поверхности второго конуса. Про

должение этого второго конуса до его вершины, также находящейся в точке 24, обозначено пунктирной линией 27, Продолжение 21 щели ограничено двумя поверхностями 28 и 29, причем поверхность 29

5 осесимметрично выполнена в направляющем коробе 8. Обе поверхности 28 и 29 можно рассматривать как кольцевые сегменты боковой поверхности соответствующего конуса. Конус, соответствующий

0 поверхности 2.8, обозначен пунктирной линией 30, проходящей до его вершины, расположенной в точке 24. Конус, соответствующий поверхности. 29, обозначен пунктирной линией 31, которая пррхо5 дит до его вершины, находящейся в точке 24.

Уплотнительная щель 7 на.левой стороне обменника. также имеет продолжения, выполненные аналогично продолжениям

0 20, 21, Завершение внешнего продолжения щели в радиальном направлении образует фланец 32, выполненный аналогично фланцу 26 и соединенный с направляющим коробом 6. Уплотнительные щели 7 и 9, а также

5 их продолжения в данном случае показаны не в масштабе, чтобы сделать чертеж более наглядным. По этой же причине не обозна- чены видимые кромки.

Обменник в данном случае выполнен

0 симметрично с точкой 24 в центре барабана 2. Однако, как правило, такая предпочтительная конструкция не может быть реализована, так как ступица 13 должна быть смещена в осевом направлении вправо или

5 влево. Такое смещение приводит к смещению точки 24 на оси 3. Точка 24 всегда располагается так, чтобы она находилась в центре опоры барабана 2. Возможно также, чтобы на левой стороне барабана 2 была

0 предусмотрена уплотнительная щель, отличающаяся по производственным соображениям от правой стороны. Кроме того, можно предусмотреть только наружное продолжение 29 щели, а внутреннее продолжение 21

5 не делать.

В направляющий короб может быть вставлено кольцо 33 (фиг.2). Это кольцо 33 предотвращает непосредственный контакт торцовой стенки 4 барабана 2 с направляющим коробом 6 для горячего газа, если расирение барабана 2 превысит ширину уп- отнительной щели 7, Вместо кольца 33, роходящего по всей окружности, могут ыть предусмотрены элементы скольжения, равномерно распределенные по окружнот ти. Эти элементы скольжения или кольцо 3 могут быть выполнены из металлического плава, из материала, содержащего графит, или из керамики, например из окиси циркония. Можно также торцевую стенку 4 или противолежащий участок короба 6 снабдить скользящим покрытием. Соответствующие меры против контакта могут быть приняты и у уплотнительной щели 9v

Принцип действия обменника поясняется фиг.1, причем собственно наддув газов с помощью процессов образования ударной волны в ячейках 12 барабана 2 больше не нуждается в описании. Чем меньше рабочей среды под давлением теряется при входе и выходе газа в ячейки или из ячеек 12, тем выше коэффициент полезного действия. Снижение давления неизбежно происходит через радиально ориентированные уплот- нительные щели. В холодном обменнике эти щели относительно велики, при нагрева- нии машины они уменьшаются и после достижения рабочей температуры их величина становится оптимальной. В предлагаемом обменнике собственно уплотнительная функция обеспечивается не только радиальными уплотнительными щелями 7 и 9, зонами уплотнения являются также продолжения 20, 21 щелей.

Ячейковый барабан 2 расширяется при нагревании, если представлять упрощенно, в направлении лучей, исходящих из центральной точки 24, которую можно рассматривать как неподвижную точку. Пунктирные линии 25, 30 означают такие лучи в плоско сти чертежа, продолжение этих лучей является поверхностями 22 и 28, которые, следовательно, смещаются в направлении соответствующих пунктирных линий 25, 30. Одновременно нагревается и пространство, окружающее барабан 2, поэтому направляющий газовый короб 8 вместе с фланцем 26 также расширяется. Поверхность 23 фланца 26 и поверхность 29 короба 8 расширяются в направлении расположенных внутри пунктирных линий 23 и 31. Соотношение расширения можно регулировать путем согласованного с материалом барабана 2, то есть с коэффициентом его расширения, выбора материала для направляющего газового короба 8, фланца 26, кожуха и направляющего короба 6 для горячего газа с. фланцем 32,

Промежуток между поверхностями 22, 23 продолжения 20 щели и промежуток между поверхностями 28, 29 продолжения 21 щели остается, таким образом, постоянным независимо от температуры. Эти промежутки могут -быть выбраны сравнительно ма- 5 лым, так как нет опасности касания, благодаря чему обеспечивается хорошее уп-. лртнение, и следовательно, равномерная производительность машины 1 во всем температурном диапазоне до достижения рабо0 чей температуры. Переход в виде колена между радиальными уплотнительными щелями и продолжениями щелей дополнительно улучшает герметичность, так как действующее как лабиринт колено затруд5 няет выход сжатого газа. Ширина радиальных уплотнительных щелей 7 и 9 имеет при такой конструкции обменника второстепенное значение поэтому здесь могут быть сравнительно большие допуски при изго0 товлении, что удешевляет производство.

Кольца 33 предотвращают повреждения при возможном контакте между барабаном 2 и направляющими коробами б или 8. Кольца 33 могут быть встроены по обе сто5 роны барабана 2. Они выполнены из материала с высокой стойкостью к истиранию. Формула изобретения 1. Волновой обменник давления, содержащий корпус, размещенный в нем ячейко0 вый барабан со ступицей, опертой на вал, и направляющие короба для сжимающего и сжимаемого газов, обращенные своими/торцевыми стенками к торцевым стенкам барабана с образованием уплотнительных

5 щелей, каждая из которых имеет торцевой участок и по. меньшей мере один сообщенный с ним боковой участок, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД обменника, по меньшей мере один из боко0 вых участков образован по меньшей мере поверхностями барабана и короба, описанными участками поверхностей двух конусов, имеющих вершины, расположенные на про- . дольной оси внутри барабана.

5 2. Обменник по п.1, отличающийся тем, что поверхности барабана и коробов, образующие боковые участки, выполнены в виде кольцеобразных сегментов боковой поверхности соответствующего ко0 нуса.

3.Обменник по п.1, о т л и ч а ю щ и и - с я тем, что вершины конусов расположены в одной точке на продольной оси барабана.

4.Обменник поп.1,отличающий- 5 с я тем, что вершины конусов расположены

на продольной оси барабана в центре его опоры.

5.Обменник по п.1, о т л и ч а ю щ и и - с я тем, что на торцевых стенках по меньшей мере одного из коробов, обращенных к

торцевым стенкам барабана, закреплены элементы скольжения.

6. Обменник по п.5, отличающий- с я тем, что элементы скольжения выполнесодержащего графит, или из керамики, например окиси циркония.

7. Обменник по п.6, отличающ и и - с я тем, что элемент скольжения выполнен

Использование: в энергомашиностроении, а именно в волновых обменниках дав32 1 12 7fJ7f/////f7////y////////////////////Л : Ч У//. Л - V //V - „ж«,и 13 ления. Сущность изобретения: обменных содержит барабан 2 с ячейками 12, направляющие коробы 6, 8 для сжимающего и сжимаемого газов, обращенные к барабану 2 своими торцевыми стенками 4,5 с образованием уплотнительных щелей 7, 9. Профиль боковых участков последних описан участками поверхностей 22, 23, 28, 29 двух конусов с вершинами 24, расположенными на продольной оси 3 внутри барабана 2. На торцевых стенках 4, 5 могут быть закреплены элементы скольжения в виде колец 33 из антифрикционного материала. 6 з.п. ф-лы, 2 ил. 26 г te 00 со 4 ю о о со 27253031

ны из металлического сплава, из материала, 5 в виде кольца.

Фаг2