Рабочий элемент аэродинамического нагревателя

 

Назначение: изобретение относится к устройствам для превращения механической энергии в тепловую и позволяет повысить экономичность. Сущность изобретения: рабочий элемент аэродинамического нагревателя состоит из вала 1 и закрепленного на нем вентилятора, выполненного в виде двух соел с 2 О Ј N1 сриг.1

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s F 24 F 7 /06

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ф

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4768953/06 (22) 18.10.89 (46) 07.07.92. Бюл. N 25 (71) Жуковский центр научно-технического творчества молодежи "Икар" (72) Ю. А. Арутюнов и А, Т. Белобаба (53) 621;57(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 792037, кл, F 24 F 7/06, 1980, „„5U„„1746147 А1 (54) РАБОЧИЙ ЭЛЕМЕНТ АЭРОДИНАМИЧЕСКОГО НАГРЕВАТЕЛЯ (57) Назначение; изобретение относится к устройствам для превращения механической энергии в тепловую и позволяет повысить экономичность, Сущность изобретения: рабочий элемент аэродинамического нагревателя состоит из вала 1 и закрепленного на нем вентилятора, выполненного в виде двух со1746147 члененных односторонних поверхностей 2 и

3 по типу листа Мебиуса, Поверхность 2 расположена выше поверхности 3, В верхнем месте крепления поверхности 2 и в ни>кнем месте крепления поверхности 3 к валу

1 сечения поверхностей перпендикулярны оси вала 1. В нижнем месте крепления поверхности 2 и в верхнем месте коепления поверхности 3 к валу 1 сечения поверхностей параллельны оси вала 1, В меридиональном сечении профили сечений с

Изобретение относится к конструкциям для производства тепла и может быть использовано в печах аэродинамического нагрева, в частности оно мо>кет использоваться для создания потока подогретых газов или жидкостей, в том числе и для бытовой техники, Известен вихревой термостат, рабочим элементом которого является вихревая труба. Осушенный сжатый воздух из внешней магистрали через патрубок поступает в ме ..трубное пространство противоточного спирально-трубчатого теплообменника и проходит в вихревую трубу, Для работы на подогрев краны переключаются так, что горячий поток через один из кранов идет по патрубку в межстенное пространство термостатической камеры, смывает ее, а затем через донный патрубок поступает в трубки теплообменника и через второй кран подается s регулируемое сопло эжектора. (Маркулов А. П. Вихревой эффект и его применение в технике, M,: Машиностроение, 1969, c, 123, рис. 7,4).

Однако описанный рабочий элемент обладает весьма низкой энергетической эффективностью, При термодинамическом анализе тепловых аппаратов основным критерием является степень термодинамического совершенства положенных в их основу циклов. В большинстве случаев этот критерий оказывается единственно правильным, так как затраты на осуществление цикла чаще всего оказываются доминирующими в общей сумме затрат, Цикл вихревой трубы с этой точки зрения приводит к выводу о его крайнем несовершенстве. КПД цикла составляет несколько процентов.

Вторым недостатком вихревой трубы является потребность иметь внешний источник сжатого воздуха. Если учесть, что КПД компрессора всегда ниже 100. Д, то можно представить насколько ниже эффективность превращения в тепловую энергию механической энергии привода компрессора. векторами окружной скорости составляют углы, равные примерно 45О, Передние кромки винта закругленные, а задние острые, Развертки поверхностей 2 и 3 нэ плоскость представляют собой S-образные фигуры, насаженные своими серединами на вал. Внешние точки фигур соединены в одном месте на валу 1. Передние кромки поверхности 2 образованы выпуклыми ребрами фигуры. Передние кромки поверхности 3 образованы вогнутыми ребрами фигуры. 16 ил, Известен рабочий элемент аэродинамического нагревателя, содержащий вал с насаженным на него вентилятором (1).

Недостатком такого рабочего элемента

5 является повышенный расход энергии при создании теплонесущего потока.

Целью изобретения является увеличение энергетической эффективности за счет разделения вихревого потока за вентилято10 рами на две части с различным энергетическим уровнем, Укаэанная цель достигается тем, что вентилятор рабочего элемента аэродинамического нагревателя выполнен в виде двух

15 сочлененных односторонних поверхностей по типу листов Мебиуса, причем развертки поверхностей на плоскость выполнены в виде S-образных фигур, насаженных своими серединами на вал и соединенных каждая

2О внешними точками ее в одном месте на валу между участками крепления поверхностей к валу, при этом поверхности зеркально отображены относительно плоскости, проходящей через ось вала перпендикулярно ей, а

25 передние кромки вентилятора образованы выпуклыми ребрами одной фигуры и вогнутыми ребрами другои фигуры, На фиг, 1 показан рабочий элемент аэродинамического нагревателя; на фиг. 2—

30 сечение А — А на фиг. 1; на фиг, 3 — сечение

Б — Б на фиг. 1; на фиг. 4 — сечение  — B на фиг, 1; на фиг. 5 изображено сечение à — Г на фиг, 1; на фиг. 6 — сечение Д вЂ” Д на фиг, 1; на фиг, 7 — сечение Š— Е на фиг. 1; на фиг. 8—

35 сечение Ж вЂ” Ж на фиг, 1; на фиг. 9 — сечение

К вЂ” К на фиг, 1; на фиг. 10 — развертка верхней поверхности рабочего элемента аэродинамического нагревателя на плоскость; на фиг.

11 — сечение Л-Л на фиг. 10; на фиг, 12—

40 сечение М вЂ” М на фиг. 10; на фиг. 13 — развертка нижней поверхности рабочего элемента аэродинамического нагревателя на плоскость; на фиг. 14 — сечение Н вЂ” Н на фиг, 13; на фиг. 15 показано сечение П вЂ” П на фиг, 13; на

45 фиг. 16 — схема работы аэродинамического нагревателя, 1746147

20

30

50

Рабочий элемент аэродинамического нагревателя (фиг, 1) состоит из вала 1. вертикально расположенного и закрепленного на нем вентилятора, выполненного в виде двух сочлененных односторонних поверх. ностей 2 и 3 по типу листа Мебиуса. При этом поверхность 2 расположена выше поверхности 3.

B верхнем месте (фиг. 2) крепления поверхности 2 и в нижнем месте крепления поверхности 3 к валу 1 сечения 4 поверхностей перпендикулярны оси вала 1.

В нижнем месте (фиг. 3) крепления поверхности 2 и в верхнем месте крепления 1 поверхности 3 к валу 1 сечения 5 поверхностей параллельны оси вала 1, В меридиональном сечении (фиг. 4) профили 6 и 7 сечений с векторами окружной скорости V составляют углы а, равные примерно 45О. При этом вал 1 имеет направление вращения Н,В. Передние кромки 8 и

9 винта закругленные, а задние 10 и 11 острые.

В промежуточных сечениях (фиг. 5 и 6) профили 1,2 и 13 сечений с векторами скорости V> составляют углы а, заведомо значительно меньше углов в меридиональных сечениях, В меридиональном сечении (фиг. 7) профили 14 и 15 сечений с векторами окружной скорости V составляют углы Р, равные примерно 45 . При этом вал 1 имеет направление вращения Н.В. Передние кромки 16 и 17 3 винта закругленные, а задние 18 и l9 острые.

В промежуточных сечениях (фиг, 8 и 9) профили 20 и 21 сечений с векторами скорости Ч1 составляют углы P <, заведомо значительно меньше углов в меридиональных сечениях. В частном случае углы а и Р а также а и P < равны между собой. . Развертка поверхности 2 (фиг. 10) на плоскость представляет собой S-образную фигуру 22, насаженную своей серединой 23 на вал. Внешние точки 24 и 25 фигуры соединены в одном месте на валу 1. Поверхность может быть выполнена из пластины или спрофилирована в своих сечениях, Передние кромки 8 и 9 сечений (фиг. 11 и 12) поверхности 2 образованы выпуклыми ребрами фигуры.

Развертка поверхности 3 (фиг. 13) на плоскость представляет собой S-образную фигуру 26, насаженную своей серединой 27 на вал. Внешние точки 28 и 29 фигуры соединены в одном месте на валу 1. Места 23 и

27 на валу 1 расположены на внешних сторонах по отношению к валу, а.точки 24, 25 и

28, 29 посередине. между ними.

Передние кромки 16 и 17 (фиг. 14 и 15) поверхности 3 образованы вогнутыми ребрами фигуры.

Рабочий элемент аэродинамического нагревателя 30 (фиг. 16) помещен в емкость

31, в которой находится газообразная или жидкая среда 32,. которая является рабочим телом для нагревателя, т, е. теплоносителем. Рабочий элемент вращается в направ-. лении Н.В, При этом с поверхностей рабочего элемента сходят мощные вихри 33 и 34, которые перемещаются в плоскостях, перпендикулярных оси вала, т, е, эти вихри отжимаются к стенкам емкости 31, Эти вихри у меридиональной плоскости вентилятора создают потоки 35 и 36, обладающие самой высокой кинетической энергией всего одиночного вихря. Так как потоки направлены навстречу, то скорость их взаимно гасится, превращая кинетическую энергию в тепловую. С небольшой скоростью 37 эта масса теплоносителя выносится наружу от вала к стенкам емкости 31. Поток вдоль оси вала от одной поверхности перемещается на другую поверхность и наружу не выносится. Ядра вихрей 38 и 39, имеющие значительно меньший запас кинетической энергии, чем периферийные их области при разрушении вихрей перемещаются вновь на вход поверхностей в направлении 40 и

41, Забор теплоносителя поверхностями происходит примерно до их миделевых плоскостей в направлениях 42 и 43.

Рабочий элемент аэродинамического нагревателя работает следующим образом.

При вращении его в среде теплоносителя имеет место образование вихрей и их разрушение у миделевой плоскости элемента и стенок емкости, С поверхностей сходят вихри в виде шнуров. образующих дорожки, отбрасывающие массы в разных направлениях у миделевой плоскости элемента. Периферийные участки, обладающие наибольшей кинетической энергией верх-. них и нижних вихревых шнуров, сталкиваясь, гасят свои скорости, превращая тем самым кинетическую энергию в тепловую.

Ядра же вихрей вновь поступают на вход поверхностей вентилятора, Таким образом, имеет место разделение вихревого потока на два. Такое разделение позволяет осуществить именно вихри. Вихри могут быть и дискретными, в виде отдельных торов (бубликов), но картина разделения потока на два потока от этого не изменится.

Как следует из описания рабочего элемента аэродинамического нагревателя и его работы, имеется возможность разделить поток на два с различным энергетическим запасом и поток с более низким запасом

1746147 энергии направить вновь на вход, а кинетическую энергию второго потока превратить в тепловую, Так как на образование вихрей практически уходит вся энергия, подводимая к вентилятору, то орган обладает высокой экономичностью, Кроме того, рабочий элемент позволяет вырабатывать тепло простым устройством.

Формула изобретения

Рабочий элемент аэродинамического нагревателя, содержащий вал и насаженный на него вентилятор, отличающийся тем, что, с целью повышения экономичности, вентилятор выполнен в виде двух сочлененных односторонних поверхностей по типу лис®

Мебиуса, причем развертки поверхностей на плоскость выполнены в виде S-образных фй5 гур, насаженных своими серединами на вал и соединенных каждая внешними точками ее а одном месте на валу, расположенном между местами крепления поверхностей к валу, при этом поверхности зеркально отображены от10 носительно плоскости, проходящей через ось вала перпендикулярно ей, а передние кромки вентилятора образованы выпуклыми ребрами одной фигуры и вогнутыми ребрами другой фигуры.

1746147

174б147

Составитель Ю.Арутюнов

Техред M,Ìîðãåíòàë Корректор П.Гереши

Редактор Л,Волкова

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 2384 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5