Многопоточный волновой обменник давления Советский патент 1981 года по МПК F04F11/02 F02B33/42 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к машинам, исполь зующим ударные волны для сжатия одно го газообразного рабочего тока други Известны многопоточные волновые обменники давления, содержащие ротор с периферийным бандажом, центральной втулкой и по меньшей мере одной промейсуточной трубой, отделяющей в роторе охватывающий и охватываемый концентричные потоки, разделенный на-ячейки при помощи боковых стенок, которые смещены в каждом потоке по отношению к боковым стенкам соседнего потока на полшага, корпус, охватывающий бандаж, и расположенные По торцам ротора, снабженные карманами воздушный и газовый кожухи с каналами подвода и отвода воздуха и газа к ячейкам ротора через окна с управляющими боковыми кромками 1 Смещение боковых стенок ячеек в каждом потоке позволяет снизить уровень аэродинамического шума, однако шум у таких обменников давления оста ется достаточно высоким. Кроме того кольцевая форма поперечного сечения промежуточных труб не способствует компенсации тепловых напряжений, . а масса труб вызывает дополнительные центробежные нагрузки. Предлагаемое изобретение позволяет устранить эти недостатки. Цель изобретения - снижение шума. Для достижения поставленной цели ячейки охватывающего потока в сечении, перпендикулярном оси ротора, выполнены со смещением точек пересечения средних линий боковых стенок со средней линией промежуточной трубы в сторону бандажа по сравнению с точками пересечения с той же линией боковых стенок ячеек охватываемого потока. Промежуточная труба в сечении, перпендикулярном оси-, может быть выполнена зигзагообразной ил и; волнистой. Каналы газового кожуха могут быть разделены при помощи- перегородок на потоки в соответствии с потоками ротора. Потоки в роторе могут быть равными или по площади, или по высоте. |Карманы в газовом и воздушном кожухе могут быть разделены перегородками в радиальном направлении. Окна в воздушном и/или газовом кожухе могут быть выполнены с расположением по меньшей мере одной из управляющих кромок на касательной к воображаемой вспомогательной окруж ности, концентричной ротору. Управляющие боковые кромки окон в пределах каждого потока могут быть выполнены S-образными. Боковые стенки ячеек могут быть выполнены расширяющимися по направле нию к их пересечению с бандажом, втулкой и промежуточной трубой. На фиг.1 показан двухпоточный обменник давления, продольный разрез; на фиг. 2 - вид на окна для газ и воздуха в кожухах; на фиг. 3 - сеч ние по ротору, показанному на фиг.1 на фиг. 4 - выполнение управляющих кромок окон по предпочтительному варианту реализации; на фиг. 5 - предпочтительный вариант выполнения окон на фиг. б - предпочтительный вариант выполнения стенок и их сопряжения с бандажом, втулкой и промежуточной трубой.; на фиг. 7 - один из вариантов выполнения промежуточной трубы;на фиг. 8 - вариант выполнения ротора с неодинаковыми ячейками; на фиг. 9 - трехпоточный ротор. Корпус 1 охватывает ротор 2, который жестко связан о валом 3, установленным в подшипниках с возможностью вращения в двух опора 4 и 5, соединен с приводом при помощи шкива б и клиноременной переда чи. Газовый кожух 7 выполнен с каналами 8 и перегородками 9, отделяющи ми в каждом канале потоки в соответ ствии с потоками ротора. Между втул кой Ю и бандажом 11 в роторе размещена промежуточная труба 12, отде ляющая в роторе охватываемый 13 и охватывающий 14 потоки. Из представ ленного на фиг.З сечения видно, что втулка 10 и бандаж 11 выполнены цилиндрическими, а промежуточная труба 12 в сечении, перпендикулярно оси, выполнена зигзагообразной. Оба потока 13 и 14 разделены на ячейки при помощи боковых стенок 15 и 16 на внутренние и наружные ячейки 17 и 18, которые в каждом потоке смещены по отношению к боковым стенкам соседнего потока, преимущественно на полшага. При этом площади, заним мые всеми ячейками, включая стенки, в -каждом потока, могут быть равны. Потоки могут быть выполнены равными по высоте. Точки пересечения средни линий боковых стенок 16 ячеек 18 охватывающего потока 14 со средней линией промежуточной трубы 12 смещены в сторону бандажа 11 по сравнению с точками пересечения с той же линией боковых стенок 15 охватываемого потока 13, и примыкают к вершинам зигзагообразной промежуточной трубы 12. На фиг. 2 показан вид на фланец газового корпуса 8 по сечению 11-11 приведенному на фиг. 1. Позицией 19 отмечены два входных потока впускных каналов для напорного газа, позицией 20 - карманы, расширяющие область эксплуатации обменника давления, а озицией 21 - окна для выпуска отраотавшего газа. й налогичный вид имеет фланец возушного кожуха 22. Управляющая кромка 23 окна выпуска отработавшего газа выполнена прямолинейной. Она пересекается с радиальной прямой 24, проходящей через ось ротора, образует с ней угол 25 и расположена на касательной к воображаемой вспомогательной окружности 26, концентричной ротору. Вторая, по направлению вращения задняя, управляющая кромка 27 также расположена под углом к соответствующей радиальной прямой. Другой вариант выполнения управляющих кромок приведен на фиг. 5 для окон выпуска сжатого воздуха. Управляющие кромки 28 и 29 выполнены S-образными. При этом открывающая управляющая кромка 28 обеспечивает большой прирост сечения в пе:рвой фазе открытия. Промежуточная труба показана кольцевой и не имеет преимуществ по сравнению с зигзагообразной или волнистой, частично показанной на фиг. 7. Зигзагообразная конструкция промежуточной трубы 12 (фиг. 3) имеет преимущества с точки зрения прочности по сравнению с обычной кольцевой трубой. В последней при эксплуатации возникают значительные изгибающие напряжения, у которых максимальное растягивающее напряжение достигает предела текучести при растяжении для материала ротора, имеющего относительно невысокое значение из-за высокой эксплуатационной температуры. Зигзагообразная промежуточная труба 30 (фиг. 6) и волнистая 31(фиг. 7) работают с меньшими наппряжениями из-за отсутствия изгибающих моментов у перехода к стенкам 32и 33. Смещение точки 34 пересечения обеспечивает меньшее расширение бандажа, но при этом нагружается втулка. Отсюда следует более равномерное распределение напряжений и тем самым лучшее использование материала, что позволяет уменьшить толщину стенки в середине по сравнению с толщиной у пересечения с бандажом, втулкой и промежуточной трубой. Результатом является дополнительное преимущество - снижение момента инерции масс ротора и меньшая мощность на ускорение. Перегородки 35 делят карманы в радиальном направлении в соответствии с потоками ротора. Так как выполнение обменника давления многопоточным уменьшает длину ротора, то знакопеременные нагрузки. действующие на стенки из-за разност давлений, также уменьшаются, что способствует уменьшению толщины сте нок. Местное увеличение этой толщин способствует уменьшению напряжений в местах заделки. В ротора (фиг. 8) промежуточная труба выполнена волнистой, а ячейки каждого из потоков выполнены различ ной ширины для получения более разномерного и физиологически лучше переносимого спектра шумов. При это по определенной расчитываемой схеме ,чередуется некоторое количество узких ячеек с некоторым количеством широких ячеек. Стенки в потоках при этом также смещены примерно на полшага. Ротор по фиг. 9 выполнен трехпоточным с зигзагообразными промежуточными трубами и смещением боковы стенок в каждом потоке приблизитель но на полшага по сравнению со стенками соседнего потока так., что стен ки охватывающего внешнего потока и охватываемого внутреннего потока лежат на одной радиальной линии. В процессе работы в ячейках про исходит обмен давления между газом и воздухом в результате распространения прямых и отраженных волн давления. При этом за счет деления ячеек на два потока повышается вдвое число импульсов давления, генерирую щих шум. Смещение ячеек на полшага обеспечивает смещение импульсов дав ления ровно на половину периода. Благодаря возникающей таким образом интерференции уменьшается амплитуда основной частоты. Действенность этого мероприятия в значительной мере зависит от спектра шума, созда ваемого ротором. Доля высших гармоник при генерации шума сравнитель но мала; уже вторая гармоническая составляющая на 20 децибелл тише, чем шум создаваемый основной частотой. Но фактически не удается достичь полного гашения основной часто ты. Теоретически это было бы возмож но при бесконечно малой высоте ячее так как колебания давления могут взаимно влиять друг на друга только в непосредственной близости от промежуточной трубы. Смещение радиально внутрь ячеек концевых стенок 16 ячеек охватывающего Потока 14 и соответствующее смещение стенок охватываемого поток расширяет полосу действия смещения стенок на полшага. Так как наряду с основной частотой имеются и другие гармонические частоты, а благодаря смещению стенок уменьшается только амплитуда основной частоты и нечетные гармоники, то в оставшемся шумовом спектре доминируют только четные гармоник основной частоты. Деление потоков при равенстве высот более благоприя но с точки зрения.термодинамики, в то время как деление при равенстве площадей обеспечивает более эффективное уменьшение шума. То есть, если уменьшение уровня шума является первоочередной задачей, то осуществляется деление на равные площади. Наклонное положение управляющих кромок 23 и 27 по отношению к стенкам ячеек обеспечивает безударный вход потока воздуха или газа и постепенное нарастание сечения, что снижает связанный с этим шум. S-образная форма управляющей кромки обеспечивает аналогичный акустический эффект. При этом каждая ячейка сообщается с двумя смещенными на половину шага кромками с соответствующей интерференцией звуковых волн и уменьшением шума. Таким образом шум, создаваемый предлагаемым обменником. давления, существенно снижается. Формула изобретения 1. Многопоточный волновой обменник давления, содержащий ротор с периферийным бандажом, центральной втулкой и по меньшей мере одной промежуточной трубой, отделяющей в роторе охватывающий и охватываемый концентричные потоки, разделенный на ячейки при помощи боковых стенок, которые смещены в каждом потоке по отношению к боковым стенкам соседнего потока на полшага, корпус, охватывающий бандаж, и расположенные по торцам ротора, снабженные карманами воздушный и газовый кожухи с каналами подвода и отвода воздуха и газа к ячейкам ротора через окна с управляющими боковыми кромками, о т л и ч а ющ и и с я тем, что, с целью снижения шума, ячейки охватывающего потока в сеч:ении, перпендикулярном оси ротора, выполнены со смещением точек пересечения средних линий боковьзх стенок со средней линией промежуточной трубы в сторону бандажа по сравнению с точками пересечения с той же линией боковых стенок ячеек охватываемого потока. 2.Обменник давления по п. 1, отичающийся тем, что проежуточная труба в сечении, перпеникулярном оси, выполнена зигзагобразной. 3.Обменник давленияПО п. 1,о тичающийся тем, что промеуточная труба в сечении, перпендиулярном оси, выполнена волнистой. 4.Обменник давления по п. 1, отичающийся тем, что каналы азового кожуха разделены .три помощи перегородок на потоки, в соответствии с потоками ротора. 5.Обменник давления по п, 1, отличающийся тем, что потоки в роторе выполнены равными по площади. 6.Обменник давления по п. 1, отличающийся тем, что потоки в роторе выполнены равными по высоте . 7.-Обменник давления по п. 1, 5, 6, отличающийся тем, что карманы в газовом и воздушном кожухе разделены перегородками в радиальном направлении. 8.Обменник давления по п. 1, о тличающийся тем, что окна в воздушном и/или газовом кожухе выполнены с расположением по меньшей 3 13 1 0 2 86732 5 to 15 8 мере одной из управляющих кромок на касательной к воображаемой вспомогательной окружности, концентричной ротору. 9,Обменник давления по п,1, отличающийся тем, что управляющие боковые кромки окон в пределах каждого потока выполнены S-образными.. 10.Обменник давления по п. 1, отличающийся тем, что боковые стенки ячеек выполнены расширяющимися по. напрар -эчию к их пересечению с бандажом, втулкой и промежуточной трубой. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент США № 3109580,кл.417-64, опублик. 1963. J2 11

867325