Осевой тоннельный вентилятор-движитель
Изобретение относится к вентиляторостроению. Осевой тоннельный вентилятор-движитель содержит привод, устройство (3), осуществляющее реверсирование соосных валов, центральный вал (10), на входе размещенный внутри полого коаксиального вала (8) с входным лопастным реверс-винтом (12). Центральный вал снабжен рядом центральных лопастных винтов с интервалами, в которых установлены лопастные реверс-винты (13) без опоры на центральный вал, соединенные между собой, с входным лопастным реверс-винтом и выходным лопастным реверс-винтом (16), установленным на подшипнике (17) центрального вала, тоннельной трубой (18), к которой крепятся изогнутые в сторону вращения тоннельной трубы все лопасти (21) лопастных реверс-винтов в зоне подсосных окон (19). Изобретение обеспечивает расширение функциональных возможностей с одновременным уменьшением габаритов. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к вентиляторостроению, преимущественно к вентиляторам, создающим тягу, например к аэродвижителям.
Известны осевые вентиляторы, содержащие лопастные винты в качестве нагнетающих или всасывающих элементов, - М.П.Калинушкин, "Насосы и вентиляторы", М., 1987 г., осевой вентилятор по патенту России №2295653, кл. F04D 19/00 и др. Известны вентиляторы, нагнетающие встречные потоки воздуха, - патент России №2002117, кл. F04D 17/16, 2001 г. Известны лопастные винты, применяемые в различных комбинациях в качестве движителей транспортных средств, при этом определено, что однонаправленные лопастные винты, установленные соосно, не дают положительного эффекта, в то же время разнонаправленные лопастные винты в тех же условиях вращаемые в противоположные стороны значительно увеличивают тягу. А.М.Мхитарян, "Аэродинамика", М., Машиностроение, 1980 г.Известно, например, что одновинтовые вертолеты типа "Ми-1", "Ми-2" при тех же нагрузках имеют плановую площадь несущих винтов значительно большую, чем двухвинтовые вертолеты типа "Ка-18" или "Ка-26", выполненные по соосной схеме с несущими винтами, вращающимися в противоположном направлении, А.Ф.Крайнев "Словарь-справочник по механизмам", М., 1987 г., стр.428, механизм соосных винтов.
Так как у заявляемого осевого тоннельного вентилятора-движителя смежные винты вращаются в противоположных направлениях, наиболее близким аналогом его, принятым за прототип, является тяговый движитель широко применяемый в авиации. Б.К.Гусев, В.Ф.Докин, "Основы авиации". Транспорт, М., 1982 г. Такой тяговый соосный движитель с лопастными винтами снабжен механизмом, позволяющим вращаться в противоположных направлениях соосно установленным винтам., которые в этом случае имеют меньший диаметр. Однако в любых известных конструкциях осевых вентиляторов конструктивно может быть использована только одна пара противоположно вращающихся соосных винтов, что ограничивает уменьшение габаритов.
Целью настоящего изобретения является создание осевого тоннельного вентилятора-движителя с неограниченным числом пар соосных лопастных винтов, вращающихся в противоположных направлениях в тоннельной трубе, что многократно увеличивает напор при малых габаритах и дает возможность использовать его в качестве движителя транспортных средств.
Для достижении указанной цели центральный вал, на входе размещенный внутри полого коаксиального вала, опирающегося на подшипники корпуса и несущего входной лопастной реверс-винт, снабжен рядом центральных лопастных винтов с интервалами, в которых установлены лопастные реверс-винты противоположного направления без опоры на центральный вал, соединенные между собой входным лопастным реверс-винтом и выходным лопастным реверс-винтом, установленным на подшипнике центрального вала, тоннельной трубой, которая в местах крепления законцовок лопастей всех лопастных реверс-винтов, в виде изгибов по контуру тоннельной трубы в сторону ее вращения, имеет подсосные окна.
Устройство, осуществляющее реверсирование соосных валов, может быть выполнено с цилиндрической передачей в виде параллельных приводного и коаксиального валов, связанных зубчатой или гибкой передачей, а центральный вал со стороны выхода может опираться на подшипник выходного реверс-винта или на подшипник решетки ограждения. Для повышения жесткости вдоль оси подсосные окна могут быть смещены относительно друг друга, а тоннельная труба может иметь коническую поверхность.
На фиг.1 осевой тоннельный вентилятор-движитель изображен в осевом разрезе.
На фиг.2 показан вариант применения осевого тоннельного вентилятора-движителя на автомобиле. Здесь использовано устройство, осуществляющее реверсирование соосных валов с цилиндрической передачей
На фиг.3 изображен разрез по "А-А" на фиг.2.
Осевой тоннельный вентилятор-движитель состоит из привода, которым может быть или сам двигатель 1 или его промежуточный механизм 2, устройства, осуществляющего реверсирование соосных валов 3 с ведущей шестерней 4, реверсирующими шестернями 5 на подшипниках сдвоенной цапфы 6, реверсируемой шестерней 7, снабженной коаксиальным валом 8, который опирается на подшипники 9. Внутри полого коаксиального вала проходит центральный вал 10 с подшипниками 11. На коаксиальном валу жестко установлен входной лопастной реверс-винт 12. На центральном валу с интервалами жестко установлены центральные лопастные винты 13. В интервалах между центральными лопастными винтами без опоры на центральный вал размещены лопастные реверс-винты 14, лопасти которых соединены кольцами 15 и объединены с входным лопастным реверс-винтом и выходным лопастным реверс-винтом 16, опирающимся на подшипник 17 центрального вала, в ротор тоннельной трубой 18, к которой в зоне подсосных окон 19 прилегают и фиксируются крепежом 20 изогнутые в сторону вращения законцовки 21 лопастей.
Лопасти винтов развернуты так, чтобы создавался однонаправленный воздушный поток. Как известно, любой лопастной винт при вращении создает воздушный поток, закрученный в сторону вращения. Таким образом, скорость лопастей соосного винта, вращающегося в противоположном направлении, складывается со скоростью смежного лопастного винта, и этот процесс продолжается по всему ряду лопастных винтов. Скорость воздуха на выходе определяется формулой:
V=α(0,12πDn)βk,
где α - аэродинамический коэффициент, зависящий от угла установки лопастей, качества обработки их поверхностей и т.п.
β - конструктивный коэффициент, определяемый расстоянием между винтами, количеством пар лопастных винтов "k" и т.п. πDn - окружная скорость тоннельной трубы.
Следует добавить, что наличие тоннельной трубы по законам аэродинамики увеличивает эффективность работы лопастных винтов. Устройство, осуществляющее реверсирование соосных валов c конической зубчатой передачей, конструктивно не позволяет изменять передаточное число центрального вала и коаксиального вала, что не желательно при манипулировании параметрами движителя. В таком случае осевой тоннельный вентилятор-движитель может работать с цилиндрической передачей, что иногда удобнее и конструктивно. На фиг.2 показано применение осевого тоннельного вентилятора-движителя на автомобиле. Вообще, применение тоннельного вентилятора-движителя на автомобиле расширяет его функциональность, так как он остро необходим при потере сцепления с дорогой, а при установке его на надувной (для хранения в багажнике) понтон автомобиль превращается в управляемое плавучее средство.
Здесь 22 - устройство, осуществляющее реверсирование соосных валов с цилиндрической передачей, 23 - приводной вал, 24 - коаксиальный вал, 25 - зубчатая передача, 26 - гибкая передача, 27 - механизм сцепления (или электромагнитная муфта), 28 - решетка с направляющими жалюзи, 29 - опорный подшипник центрального вала, который необходим для повышения жесткости на изгиб при большой длине тоннельной трубы.
При включении двигателя и сцепления вращается приводной вал с зубчатой передачей 25 и гибкой передачей 26. Зубчатая передача изменяет направление вращения центрального вала, в то время как гибкая передача сохраняет направление вращения коаксиального вала
Осевой вентилятор-движитель может быть использован как в виде отдельного модуля, так и в виде комплекта подобных модулей, образующих компаунд-движитель транспортного средства. Поликлиноременная передача может быть заменена цепной передачей или зубчатой передачей с промежуточной шестерней.
Осевой тоннельный вентилятор-движитель работает, то есть создает тягу, по общеизвестному принципу работы пропеллерных движителей. Использование большей мощности при меньшей сметаемой площади винта достигается за счет работы лопастей во встречных воздушных потоках. При включении ведущего вала вращается ведущая шестерня 4 и ее центральный вал 10 с центральными лопастными винтами 13, реверсирующие шестерни 5 и реверсируемая шестерня 7 с коаксиальным валом 8 и входным лопастным реверс-винтом 12. Таким образом, вращается весь ротор из лопастных реверс-винтов. Центральные лопастные винты 13 в зоне ротора имеют меньшие диаметры, то есть встречное вращение осуществляется. Как известно, вращение лопастного винта приводит к попутному вращению воздушного жгута. То есть соосно установленный лопастной винт того же направления будет вращаться в попутной струе, не создавая тяги. Но если соосный винт вращается в противоположную сторону, он как бы удваивает обороты и соответственно тягу. Перемещаясь далее вдоль оси осевого тоннельного вентилятора-движителя, воздушный поток разгоняется многократно. Законцовки 21 лопастных реверс-винтов загребают воздух в подсосные окна 19, облегчая подсос.
Осевой тоннельный вентилятор-движитель может быть использован как в качестве индивидуального движителя для привода саней, лодки, воздушного шара, параплана, дельтаплана, велосипеда и т.п., так и в виде компаунд-машины, то есть комплекса движителей. Установленные по бортам транспортного средства, они дают возможность водителю, манипулируя сцепными муфтами, широкоманевренно перемещаться по воздуху, снегу, льду, воде и т.п.
1. Осевой тоннельный вентилятор-движитель, содержащий привод, устройство, осуществляющее реверсирование соосных валов, центральный вал, на входе размещенный внутри полого коаксиального вала с входным лопастным реверс-винтом, отличающийся тем, что центральный вал снабжен рядом центральных лопастных винтов с интервалами, в которых установлены лопастные реверс-винты без опоры на центральный вал, соединенные между собой, с входным лопастным реверс-винтом и выходным лопастным реверс-винтом, установленным на подшипнике центрального вала, тоннельной трубой, к которой крепятся изогнутые в сторону вращения тоннельной трубы все лопасти лопастных реверс-винтов в зоне подсосных окон.
2. Осевой тоннельный вентилятор-движитель по п.1, отличающийся тем, что устройство, осуществляющее реверсирование соосных валов, выполнено в виде параллельных приводного и коаксиального валов, связанных зубчатой или гибкой передачей.
3. Осевой тоннельный вентилятор-движитель по п.1, отличающийся тем, что центральный вал со стороны выхода опирается на подшипник выходного лопастного реверс-винта или на подшипник решетки ограждения.
4. Осевой тоннельный вентилятор-движитель по п.1, отличающийся тем, что подсосные окна вдоль оси смещены относительно друг друга, а тоннельная труба имеет коническую поверхность.
