ЛОПАТКА СОПЛОВОГО АППАРАТА

ЛОПАТКА СОПЛОВОГО АППАРАТА
Полезная модель относится к конструкции соплового аппарата и может найти применение в аэродинамических дробилках, акустических дробилках и т.п. устройствах, где нужно создавать вихревые потоки материала или осуществить встречное движение потоков газа, несущего дисперсный материал.
Известно большое количество сопловых аппаратов и лопаток, применяемых, в основном, в турбостроении.
Известны, так называемые, саблевидные или банановые сопловые лопатки (Дейч М.Е., Трояновский Б.М. Исследования и расчеты ступеней осевых турбин. М.,1964, 628с.) Конструкция соплового аппарата содержит саблевидные сопловые лопатки, установленные перед рабочим колесом между внутренним и наружным ободами, участок каждой из которых у внутреннего обода лопатки наклонен относительно радиуса в сторону вращения рабочего колеса, а участок у наружного обода наклонен относительно радиуса в сторону, обратную вращению рабочего колеса.
Известна также Ступень осевой турбомашины по а.с. №1605001, F01D 9/02, у которой сопловые лопатки, с целью повышения КПД, наклонены у внутреннего обода по направлению вращения ротора.
Однако, наклон сопловых лопаток у внутреннего и наружного ободов в указанных конструкциях приводит к значительному отклонению в этих зонах углов потока за сопловой решеткой от эффективных. Эффективные зоны определяются геометрическими характеристиками решетки профилей. (Дейч М.Е., Трояновский Б.М. Исследования и расчеты ступеней осевых турбин. М.,1964, 628с.)
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемой лопатке соплового аппарата является Лопатка соплового аппарата по свидетельству на полезную модель .№5209, F01D 5/14, выбранная за прототип. Профиль лопатки имеет расширяюще - сужающуюся форму, входная кромка которого определена дугой окружности, выпуклая и вогнутая стороны профиля определены параболической дугой, выходная кромка
г GO 5 ,  -2-V-
МПКГОШ5/14
профиля определена дугой окружности, хорда профиля лопатки равна 1,7 - 2,4 его ширины, отношение максимальной толщины профиля к хорде составляет 0,13 0,17, а расстояние от входной кромки до центра максимальной толщины равно 0,05 - ОД хорды профиля.
Однако, указанная сопловая лопатка из-за обтекаемой формы сопла не может обеспечить возникновения встречного движения газовой струи, особенно при малых скоростях ламинарного потока, что особенно важно в конструкциях аэродинамических и акустических дробилок.
Техническая задача, на решение которой направлена данная полезная модель, - устранение указанного недостатка, т.е. создать условия для возникновения отрывного течения и, тем самым, осуществить встречное движение потоков газа, несущего дисперсный материал.
Эта задача рещена тем, что в лопатке соплового аппарата с выпуклой и вогнутой сторонами профиля, профиль представляет собой сектор кругового кольца с несимметричными торцами, один из которых представляет собой прямой тангенциальный срез, образованный пересечением кольца с хордой, причем общая длина хорды меньше внутреннего диаметра кольца, а другой торец выполнен в форме ломаной линии, образованной пересечением кольца, как минимум, с двумя хордами разной длины, при этом большая из хорд имеет длину меньще внутреннего диаметра кольца.
В соответствии с п.2 формулы, упомянутый торец с ломаной линией выполнен, с по меньшей мере, одной ступенькой.
В соответствии с п.З формулы, упомянутый торец с ломаной линией выполнен, с по меньшей мере, одной ступенчатой выемкой.
В результате, в предлагаемой конструкции лопатки соплового аппарата обеспечено ускорение потока дисперсионной среды, и созданы условия для возникновения обратного течения и возникновения пульсаций при периодическом изменении давления на входе в сопловую щель, образованную при расположении как минимум двух лопаток вслед одна за другой по окружности. Возникновение обратного течения происходит из-за значительного утолщения пограничного слоя и отрыва потока от стенки. Течение в этой области становится вихревым.
Ступеньки и выемки способствуют возникновению отрывного течения при дозвуковых скоростях истечения газа из сопла, а при достижении сверхзвуковых скоростей на этих элементах конструкции возникают ударные волны.
- 2,- 5Сущность полезной модели пояснена чертежом, где изображено:
Фиг. 1 - общий вид четырех лопаток в состоянии для сбора в рабочем органе;
Фиг,2 - то же в соответствии с п.2 формулы;
Фиг.З - то же в соответствии с п.З формулы;
Фиг.4 - условно изображен механизм возникновения отрывного течения на криволинейном участке сопла.
Лопатка соплового аппарата содержит (фиг.1) корпус 1, сопловую щель2, которая образована плоскостью 3 - прямой тангенциальный срез и торец 4 -ломаная линия.
На фиг.2 торец 4 показан с одной ступенькой 5, а на фиг.З - с двумя ступеньками, которые образуют выемку 6.
Работает лопатка следующим образом.
С внутренней стороны лопаток 1, расположенных вслед одна за другой по окружности, через сопловые щели 2 в радиальном направлении изнутри - наружу движется дисперсионная среда (газ), несущая дисперсный материал, предназначенный для размола. Форма соплового канала, образованного лопатками, расположенными одна за другой, способствует возникновению отрывного течения и пульсаций даже при малом периодическом изменении давления на входе в канал, в результате чего поток дисперсионной среды разделяется на две части, которые движутся навстречу. Известно (Лойтянский Л.Г., Механика жидкости и газа, 6 изд., М., 1987), что при обтекании тела криволинейной формы в пределах толщины 6 пограничного слоя по нормали к поверхности скорость течения убывает от значения v на внещней границе слоя до  на поверхности тела, а давление остается постоянным и равным давлению во внешнем потоке (Фиг.4). В непосредственной близости от поверхности, где скорость течения мала, кинетическая энергия потока оказывается недостаточной для преодоления давления, повышающегося в направлении течения. В результате скорость течения становится равной нулю, а затем меняет направление на обратное. Возникновение обратного течения приводит к значительному утолщению пограничного слоя и отрыву потока от стенки. Течение в области между границей отрывного течения и поверхностью твердого тела становится вихревым.
Уступы и выемки способствуют возникновению отрывного течения при дозвуковых скоростях истечения газа из сопла, а при достижении сверхзвуковых скоростей на этих элементах конструкции возникают ударные волны.
При высоких скоростях вращения воздушной мельницы возможно возникновение сверхзвукового течения в расширяющемся канале сопла с образованием отошедшей ударной волны. В месте пересечения отошедшей ударной волной пограничного слоя возникает область сильного встречного течения дисперсионной среды.
Течение в отрывной зоне нестационарное: даже при незначительном периодическом изменении давления на входе в сопловой канал, на выходе из него возникают пульсации давления большой интенсивности, которые способствуют разрушению диспергированного в газовом потоке материала.
(У (Zy i-(i -4ЛОПАТКА