СТРУЙНАЯ УСТАНОВКА

Полезная модель относится к области насосной и компрессорной техники и предназначена для перекачки жидкостей, газов и их смесей, а также может быть использована при создании тепловых машин.
Известна струйная установка, содержащая корпус, оснащенный выходным каналом, входным каналом рабочей среды и входным каналом перекачиваемой среды, выполненную в корпусе камеру смешения и размещенное в ней лопастное колесо с валом, подвижный сопловой аппарат, выполненный в лопатках лопастного колеса (US 3496725, 1967 г.).
В известном техническом решении используется один из вариантов турбины Сегнера, для которой характерен недостаток, заключающийся в относительно малой эффективности рабочего процесса. Кроме того, проточные каналы и полые лопатки турбины подвержены воздействию высоких температур, что накладывает ограничения на температуру рабочей среды.
Из известных решений наиболее близким известным решением по технической сущности и достигаемому результату является струйная установка, содержащая корпус, оснащенный выходным каналом с диффузором, входным каналом рабочей среды, входным каналом перекачиваемой среды, выполненную в корпусе камеру смешения и размещенное в ней лопастное колесо с валом, сопловой аппарат, гидравлически связывающий входной канал рабочей среды с камерой смешения, при этом каналы сопла и диффузора выполнены по касательной к образующей цилиндрической поверхности камеры смешения. (RU 10803, 1998 г.).
Недостатком известного технического решения является относительно низкая эффективность рабочего процесса из-за рассеивания энергии при взаимодействии струи с лопатками лопастного колеса, что обусловлено спецификой геометрических форм сопла и камеры смешения, когда каналы сопла и диффузора выполнены по касательной к образующей цилиндрической поверхности камеры смешения.
Технической проблемой, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является повышение эффективности турбомашины.
Указанная проблема решается тем, что струйная установка содержит корпус с входными каналами рабочей и перекачиваемой среды и выходным каналом, выполненную в корпусе камеру смешения с размещенным в ней лопастным колесом с валом и сопловой аппарат, гидравлически связывающий входной канал рабочей среды с камерой смешения, согласно полезной модели, в лопастном колесе концентрично с валом выполнен кольцевой канал, гидравлически связывающий сопловой аппарат с камерой смешения, а лопастное колесо оснащено системой турбинных лопаток с проточными каналами, гидравлически связывающими кольцевой канал с выходным каналом.
Достигаемый технический результат заключается в обеспечении оптимальных условий охлаждения турбинных лопаток с одновременной возможностью увеличения температуры рабочей среды, следствием чего является повышение эффективности преобразования энергии в проточной части струйной установки.
На фигуре 1 представлена схема струйной установки, на фигуре 2 схема лопастного колеса, на фигуре 3 схематично показана развертка лопаточной решетки лопастного колеса, на фигуре 4 показано рабочее колесо с сопловым аппаратом в сборке.
Струйная установка содержит корпус 1, оснащенный выходным каналом 2, входным каналом рабочей среды 3 и входным каналом перекачиваемой среды 4. В корпусе 1 выполнена камера смешения 5, в которой размещено лопастное колесо 6, установленное на валу 7. Сопловой аппарат 8 гидравлически связывает входной канал рабочей среды 3 с камерой смешения 5. В лопастном колесе 6 концентрично с валом 7 выполнен кольцевой канал 9, гидравлически связывающий сопловой аппарат 8 с камерой смешения 5. Лопастное колесо 6 оснащено системой турбинных лопаток 10 с проточными каналами 11, гидравлически связывающими кольцевой канал 9 с выходным каналом 2. Выходной канал 2 может быть выполнен в виде диффузора или в виде конфузора, в зависимости от решаемой технической задачи. Проточные каналы в лопастном колесе бив системе турбинных лопаток 10 могут иметь сетчатую структуру. В общепринятом понимании, сетка - это представление более крупной геометрической области меньшими дискретными ячейками. В турбомашине лопатки больших размеров заменяются на набор более мелких лопаток, которые связаны между собой с образованием проточных каналов в виде сетчатой структуры. Сетчатая структура обеспечивает более высокую жесткость и прочность конструкции при ее малой массе.
Режим течения рабочей среды через сопловой аппарат 8 может быть стационарным или импульсным в зависимости от решаемой технической задачи. Сопловой аппарат 8 может иметь несколько выходных отверстий, направленных на турбинные лопатки 10 в зависимости от решаемой технической задачи.
Для подвода дополнительной мощности вал 7 может быть соединен с дополнительным двигателем (с двигателем внутреннего сгорания или с электрическим двигателем), в зависимости от решаемой технической задачи. Дополнительный двигатель на фигурах не показан.
Для отвода избыточной мощности вал 7 может быть соединен с дополнительной машиной (с электрическим генератором, с дополнительным компрессором или насосом), в зависимости от решаемой технической задачи. Дополнительная машина на фигурах не показана.
Струйная установка работает следующим образом.
Через входной канал 3 рабочая среда (жидкость, газ или газожидкостная смесь, с высокой температурой) под давлением подается в сопловой аппарат 8. Высокотемпературная струя рабочей среды, выходящая из соплового аппарата 8, оказывает силовое воздействие на турбинные лопатки 10, заставляя вращаться лопастное колесо 6. Лопастное колесо 6 оказывает силовое воздействие на перекачиваемую среду. При вращении лопастное колесо 6 создает поток перекачиваемой среды (жидкость, газ или газожидкостная смесь), при этом температура перекачиваемой среды может быть значительно ниже температуры рабочей среды. Перекачиваемая среда поступает через входной канал 4, далее проходит через каналы лопастного колеса 6, проточные каналы 11 и отводится через выходной канал 2. Рабочая среда, пройдя через проточные каналы 11, смешивается с перекачиваемой средой и отводится через выходной канал 2.
Таким образом, передача энергии от рабочей среды к перекачиваемой среде осуществляется посредством вращающегося лопастного колеса 6, оснащенного системой турбинных лопаток 10. При вращении лопастного колеса 6 и турбинных лопаток 10 через проточные каналы 11 периодически проходит либо поток рабочей среды, либо поток перекачиваемой среды. Высокотемпературный поток рабочей среды нагревает турбинные лопатки 10, а более холодный поток перекачиваемой среды отводит тепло и охлаждает турбинные лопатки 10.
В заявляемом техническом решении обеспечивается повышение эффективности рабочего процесса турбомашины. Турбинные лопатки 10 профилируются под параметры потока рабочей среды, а лопастное колесо 6 профилируется под параметры потока перекачиваемой среды. При этом за счет кольцевого канала 9 скоростной поток рабочей среды направлен только на турбинные лопатки 10 и не направлен на лопатки лопастного колеса 6, что способствует повышению эффективности преобразования энергии в проточной части турбомашины. Кроме того, за счет более благоприятных условий охлаждения турбинных лопаток 10 появляется возможность для повышения температуры рабочей среды (газа), что, как известно, способствует росту эффективности рабочего процесса в турбомашине. К примеру, для тепловой машины, когда перекачиваемой средой является холодный воздух, а рабочей средой является горячий газ из газового генератора.
Таким образом, достигается технический результат по улучшению условий охлаждения турбинных лопаток с возможностью повышения температуры рабочего газа и с обеспечением повышения эффективности преобразования энергии в проточной части турбомашины.