РЕВЕРСИВНАЯ РАБОЧАЯ КАМЕРА ЭЖЕКТОРА "ВОРОНКА"
REVERSING WORKING CHAMBER OF EJECTOR "FUNNEL"

Изобретение относится к классу струйных насосов, его целью является улучшение энергетических характеристик указанных устройств, подробно описанных в источнике Соколов Е.Я., Зингер Н.М. Струйные аппараты, Энергоатомиздат, 1989, с. 266-274.
Известен относящийся к струйной технике ВИХРЕВОЙ ЭЖЕКТОР (авторское свидетельство SU №1333866 А1, класс F04F 5/42 от 03.01.86), содержащий камеру завихрения с центральным пассивным и кольцевым активным соплами, камеру смешения и диффузор. В активном сопле расположены закручивающие элементы. С целью повышения коэффициента эжекции на наружной поверхности пассивного сопла выполнена винтовая нарезка, выполняющая функции закручивающих элементов.
Известен предназначенный к использованию в химической, нефтехимической и других отраслях ВИХРЕВОЙ СТРУЙНЫЙ АППАРАТ (патент RU №2076250 С1, класс 6 F04F 5/42 от 29.04.94), состоящий из нескольких разъемных и/или неразъемных цилиндрических секций, содержащих приемную камеру, кольцевое профилированное активное сопло и тангенциальный вводной штуцер. Активные сопла могут быть снабжены направляющими или проточками, или профилированными лопатками, например лопатками типа паровых и газовых лопаток.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Предлагаемое изобретение относится к наиболее важному рабочему органу струйного насоса, создающему поток активной текучей среды, от параметров которого (величина и направление вектора скорости, температура активной среды и др.) зависит эффективность воздействия на пассивную текучую среду. Предлагается воздействовать на величину и направление вектора скорости потока активной текучей среды с помощью рабочей камеры, состоящей из тороидального сосуда, имеющего два соосных ему профилированных патрубка, выполненных с возможностью создания осевого зазора между ними.
Наружная поверхность патрубка, предназначенного для подвода к рабочей камере потока пассивной текучей среды, имеет цилиндрическую проточку, обеспечивающую соосность патрубка с тороидальным сосудом, а также участок плавного сопряжения с внутренней поверхностью тороидального сосуда. Внутренняя поверхность указанного патрубка представляет собой конфузор в виде боковой поверхности усеченного прямого кругового конуса, меньшее основание которого расположено ближе к плоскости симметрии тороидальной поверхности. Плоскость симметрии тороидальной поверхности перпендикулярна оси сосуда.
Наружная поверхность патрубка, предназначенного для отвода от рабочей камеры суммарного потока пассивной и активной текучих сред, имеет цилиндрическую проточку, обеспечивающую соосность патрубка с тороидальным сосудом, а также участок плавного сопряжения с внутренней поверхностью тороидального сосуда. Внутренняя поверхность указанного патрубка представляет собой диффузор в виде боковой поверхности усеченного прямого кругового конуса, меньшее основание которого расположено ближе к плоскости симметрии тороидальной поверхности.
Тороидальный сосуд предназначен для формирования потока активной текучей среды, поступающей в него при помощи двух независимых устройств подачи, которые не включаются одновременно, поскольку подают в тороидальный сосуд встречные потоки активной текучей среды. Каждое из двух независимых устройств подачи имеет в своем составе штуцеры подвода активной текучей среды, расположенные равномерно по окружности. Каждый штуцер подвода снабжен профилированным активным соплом, создающим струю активной текучей среды.
Ось профилированного активного сопла располагается в меридианной плоскости так, что вектор скорости струи активной текучей среды направлен по касательной к внутреннему контуру сечения тороидального сосуда меридианной плоскостью. В этом случае в осевом зазоре между патрубками тороидального сосуда создается осесимметричный двумерный поток активной среды, вектор скорости которого имеет осевую и радиальную составляющие.
Для получения трехмерного потока в осевом зазоре между патрубками тороидального сосуда профилированное активное сопло необходимо расположить в наклонной плоскости, образующей с меридианной плоскостью сосуда острый двугранный угол, ребром которого является линия пересечения плоскости симметрии тороидальной поверхности с меридианной плоскостью сосуда. При этом вектор скорости струи активной текучей среды следует направить по касательной к внутреннему контуру сечения тороидального сосуда указанной наклонной плоскостью.
Суммарное приращение кинетической энергии потока пассивной текучей среды можно увеличить путем использования многоступенчатой реверсивной рабочей камеры, тороидальные сосуды которой собраны в единую конструкцию при помощи профилированных соосных патрубков, предназначенных для подвода и отвода текучей среды на каждой ступени воздействия активной текучей среды на пассивный поток. Соосность тороидальных сосудов обеспечивается соответствующими цилиндрическими проточками на наружных поверхностях патрубков, безотрывность обтекания обеспечивается наличием участков плавного сопряжения наружных поверхностей патрубков с внутренними поверхностями соответствующих тороидальных сосудов. Рабочий режим каждого из устройств подачи активной текучей среды в любой из тороидальных сосудов может быть подобран отдельно для каждой ступени в зависимости от потребности.
КОНСТРУКЦИЯ РЕВЕРСИВНОЙ РАБОЧЕЙ КАМЕРЫ ЭЖЕКТОРА «ВОРОНКА»
Конструкция рабочей камеры схематически изображена на чертеже фиг. 1. Тороидальный сосуд собран из симметричных частей 1, имеет два соосных ему профилированных патрубка 4 и 7, выполненных с возможностью создания осевого зазора между торцевыми сечениями указанных патрубков.
Патрубок 7 предназначен для подвода к рабочей камере потока пассивной текучей среды. Его наружная поверхность имеет цилиндрическую проточку, обеспечивающую соосность патрубка с тороидальным сосудом, а также участок плавного сопряжения с внутренней поверхностью тороидального сосуда. Внутренняя поверхность указанного патрубка представляет собой конфузор в виде боковой поверхности усеченного прямого кругового конуса, меньшее основание которого расположено ближе к плоскости симметрии тороидальной поверхности. Плоскость симметрии тороидальной поверхности перпендикулярна оси сосуда.
Патрубок 4 предназначен для отвода от рабочей камеры суммарного потока пассивной и активной текучих сред. Его наружная поверхность имеет цилиндрическую проточку, обеспечивающую соосность патрубка с тороидальным сосудом, а также участок плавного сопряжения с внутренней поверхностью тороидального сосуда. Внутренняя поверхность указанного патрубка представляет собой диффузор в виде боковой поверхности усеченного прямого кругового конуса, меньшее основание которого расположено ближе к плоскости симметрии тороидальной поверхности.
Активная текучая среда поступает в сосуд 1 с помощью двух независимых устройств подачи, в состав одного из них входят расположенные равномерно по окружности штуцеры подачи 3, каждый штуцер снабжен профилированным активным соплом 2. В состав второго устройства подачи входят расположенные равномерно по окружности штуцеры подачи 5, каждый штуцер снабжен профилированным активным соплом 6.
В установившемся режиме работы реверсивной камеры включено только одно из устройств подачи активной текучей среды, второе устройство подачи активной текучей среды выключено. То есть, для перемещения текучей среды от наружного сечения конфузорной поверхности патрубка 7 к осевому зазору между патрубками 7 и 4, а затем к наружному сечению диффузорной поверхности патрубка 4 следует подать в тороидальный сосуд 1 активную текучую среду с помощью штуцера 3 и сопла 2. При этом активная текучая среда с помощью штуцера 5 и сопла 6 в тороидальный сосуд 1 не подается. А для перемещения текучей среды от наружного сечения конфузорной поверхности патрубка 4 к осевому зазору между патрубками 4 и 7, а затем к наружному сечению диффузорной поверхности патрубка 7 (реверс), следует подать в тороидальный сосуд 1 активную текучую среду с помощью штуцера 5 и сопла 6. При этом активная текучая среда с помощью штуцера 3 и сопла 2 в тороидальный сосуд 1 не подается.
Осевая симметрия равномерно расположенных штуцеров 3 с активными соплами 2 (как и штуцеров 5 с активными соплами 6), а также тороидальная внутренняя поверхность создают условия для возникновения внутри сосуда 1 осесимметричного вихревого потока активной текучей среды. Периферийная часть этого потока попадает в осевой зазор между патрубками 7 и 4, воздействуя на пассивную текучую среду.
Для создания в осевом зазоре между патрубками 7 и 4 осесимметричного двумерного потока активной среды, вектор скорости которого имеет осевую и радиальную составляющие, ось активного сопла 2 располагается в меридианной плоскости камеры по касательной к внутреннему контуру сечения тороидального сосуда 1 этой плоскостью. Ось активного сопла 6 также располагается в меридианной плоскости камеры по касательной к внутреннему контуру сечения тороидального сосуда 1 этой плоскостью. Оси активных сопел 2 и 6 располагаются в разных меридианных плоскостях рабочей камеры.
Рассматриваемая конструкция рабочей камеры дает также возможность получить в осевом зазоре между патрубками 7 и 4 трехмерный поток активной среды, вектор скорости которого имеет составляющую, перпендикулярную к меридианной плоскости рабочей камеры, то есть тангенциальную составляющую. С этой целью ось активного сопла 2 (либо сопла 6) следует расположить в плоскости, образующей с меридианной плоскостью сосуда 1 острый двугранный угол, ребром которого является линия пересечения плоскости симметрии тороидальной поверхности с меридианной плоскостью сосуда. Как и в случае создания двумерного потока активной среды в осевом зазоре между патрубками 7 и 4, струя активной текучей среды поступает из сопла 2 (либо сопла 6) по касательной к внутреннему контуру сечения тороидального сосуда 1 указанной наклонной плоскостью.
Таким образом, в осевом зазоре между патрубками 7 и 4 в установившемся режиме возникает либо двумерный осесимметричный, либо закрученный пространственный поток активной текучей среды, который передает часть своей кинетической энергии пассивному потоку в процессе смешения в осевом зазоре и во время движения в патрубке 4.
Суммарное приращение кинетической энергии потока пассивной текучей среды можно увеличить путем использования многоступенчатой реверсивной рабочей камеры, представленной на чертеже фиг.2. Тороидальные сосуды, состоящие из узлов 1, 8, 9, собраны в единую конструкцию при помощи профилированных соосных патрубков 4, 7, 10. Соосность тороидальных сосудов обеспечивается соответствующими цилиндрическими проточками на наружных поверхностях патрубков, безотрывность обтекания обеспечивается наличием участков плавного сопряжения наружных поверхностей патрубков с внутренними поверхностями соответствующих тороидальных сосудов. Углы между осью вращения камеры и образующими конических поверхностей для каждой ступени камеры выбираются так, чтобы обеспечить минимальные потери энергии на реверсивных режимах работы, т.е. в проточной части многоступенчатой рабочей камеры создается оптимальная ступенчатая воронка. Рабочий режим каждого из устройств подачи активной текучей среды в любой из тороидальных сосудов может быть подобран отдельно для каждой ступени в зависимости от потребности.
ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ ПРЕДЛАГАЕМОГО ИЗОБРЕТЕНИЯ
Как видно из приведенного выше текста описания изобретения и чертежей, основные детали камеры (1, 4, 7, 8, 9, 10) являются телами вращения, легко могут быть получены путем механической обработки на металлорежущих станках либо при помощи других технологий (литье, штамповка, 3D-печать и т.д.). Кроме того, современные технологии предоставляют широкий спектр возможностей обработки отверстий с целью такого размещения осей сопел 2 и 6, которое требуется для получения нужного направления вектора скорости активного потока. Одной из возможных областей применения многоступенчатой реверсивной рабочей камеры является создание водометных движителей для маломерных судов.