close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY2752

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(19)
BY (11) 2752
(13)
C1
6
(51) F 04F 5/16
(12)
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ
КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
(54)
(21) Номер заявки: 960246
(22) 1996.05.20
(46) 1999.03.30
ГАЗОВЫЙ ПУЛЬСИРУЮЩИЙ ЭЖЕКТОР
(71) Заявитель: Белорусский государственный технологический университет (BY)
(72) Авторы: Жлобич А.В., Санкович Е.С. (BY)
(73) Патентообладатель: Белорусский
государственный технологический университет (BY)
(57)
1. Газовый пульсирующий эжектор, содержащий активное сопло, сообщенное с генератором импульсов
газа, пассивное сопло с приемной камерой, камеру смешения и диффузор, отличающийся тем, что диффузор снабжен установленным соосно с ним полым обтекателем, выполненным с открытым со стороны выхода
диффузора торцом и перфорацией стенки.
2. Эжектор по п. 1, отличающийся тем, что часть отверстий перфорации выполнена с наклоном в сторону выхода диффузора, а стенка обтекателя выполнена с острой кромкой на его выходе и плавным переходом
от нее в полость обтекателя.
3. Эжектор по п. 1, отличающийся тем, что диффузор снабжен на выходе конфузорной секцией.
(56)
1.Погодин Ф.С. Шумоглушащие устройства. - М.: Машиностроение, 1973. - С. 133.
2.Патент США 4030289, МПК F23R 1/00, 1977 (прототип).
Фиг. 1
BY 2752 C1
Изобретение относится к области машиностроения, теплоэнергетики, химической техники, газовой промышленности, а конкретно, к струйным аппаратам с газовыми средами.
Широко известны газоструйные компрессоры, применяемые с двигателями внутреннего сгорания на
транспортных средствах, с газотурбинными установками в авиации. Одним из применений газоструйного
аппарата служит эжектор как увеличитель реактивной тяги, работающий с пульсирующим истечением активного потока газа [1].
Одним из существенных недостатков пульсирующего эжектора служат обратные токи газов, возникающие при низкочастотном прерывистом истечении активной струи в камеру смешения.
Другим существенным недостатком газового пульсирующего эжектора является повышенная шумность
работы по сравнению с эжектором установившегося движения, который широко используется как шумоглушащее устройство.
В качестве прототипа предлагаемого газового пульсирующего эжектора выбран эжекторный насадок по
патенту США [2], работающий с пульсирующим движением сред. Эжектор снабжен установленными на
стенках диффузора клапанами для подсоса и струйного управления вектором тяги, а на выходе из диффузора
- цилиндрической секцией, повышающей устойчивость потока в насадке и препятствующей образованию
обратных токов. Применение упомянутой секции увеличивает длину эжекторного насадка, что нежелательно, однако не ведет к повышению эффективности, особенно, как шумоглушащего устройства.
Задачей предполагаемого изобретения является - повышение эффективности пульсирующего эжектора по
напору и производительности (коэффициенту эжекции), снижение шума выходящего потока газовой смеси.
Для решения поставленной задачи в газовом пульсирующем эжекторе, содержащем приемную камеру,
активное сопло, сообщенное с генератором импульсов газа, пассивное сопло, камеру смешения и диффузор,
последний снабжен установленным соосно с ним полым обтекателем, выполненным открытым со стороны
выхода диффузора торцом и перфорацией стенки.
Также часть отверстий перфорации выполнена с наклоном в сторону выхода диффузора, а стенка обтекателя выполнена с острой кромкой на его выходе и плавным переходом от нее в полость обтекателя. Кроме
того, диффузор снабжен на выходе конфузорной секцией.
Существенное отличие предлагаемой разработки в том, что диффузор, снабженный обтекателем, выполняет дополнительно новую функцию тормозного устройства относительно обратных токов газа из окружающей среды в полость эжектора. Тормозящее действие обеспечивается созданием, в течение каждого импульса, переменного донного давления и движением токов в полость обтекателя, поперечным истечением
газов через отверстия перфорации и образованием струйной завесы в кольцевом канале диффузора. Важно,
что при прямом движении массы импульса газов совершается отсос пограничного слоя с внутренней стенки
диффузора, т.е. стенки обтекателя, через перфорацию. Таким образом, за период импульса совершается
струйное реверсивное движение с отсосом и сдувом пограничного слоя на стенке, стабилизирующим работу
диффузора.
Направленное движение обратных токов в полость обтекателя поддерживается также благодаря плавному
входу, начиная с острой кромки, имеющей повышенное гидросопротивление. Нестационарность процессов
втекания и торможения обратных токов сопровождается волновым эффектом с резким мгновенным повышением давления газов в полости обтекателя.
Если в установившемся потоке связь между изменением скорости (u) и давления (р) имеет вид:
dp = - ρudu, (l )
то при неустановившемся дозвуковом течении:
dp = - ρadu, (2)
где ρ - плотность газа, а - местная скорость звука. Формулы (1) и (2) указывают на относительно большее
повышение давления при резком торможении дозвукового газового потока.
Другое существенное отличие газового пульсирующего эжектора с обтекателем в диффузоре заключается
в снижении уровня шума, создаваемого в полости камеры смешения эжектора и уходящего на выхлоп в потоке газовой смеси. Струя, периодически истекая из активного сопла, излучает шум за счет турбулентности,
т.е. вихреобразования и смешения, пульсаций давления; причем шум струи негладкий, поскольку содержит
интенсивные дискретные составляющие. Частичное заглушение в потоке газовой смеси достигается, благодаря обтекателю, который поглощает, отражает и рассеивает звук высокой частоты. Вместе с тем обтекатель диффузора выполняет роль реактивного глушителя, полость которого служит расширительной камерой и частично поглощает низкочастотный основной шум.
На фиг. 1 показан общий вид газового пульсирующего эжектора; на фиг. 2 - вариант диффузора с обтекателем; на фиг. 3 - вариант диффузора с конфузорной секцией.
Газовый пульсирующий эжектор, осесимметричный (или плоский), состоит из приемной камеры 1, в которой расположены: активное суживающееся сопло 2 - центрально, пассивное кольцевое сопло 3 - на пери2
BY 2752 C1
ферии. Активное сопло 2 сообщено трубопроводами с пульсатором 4 и генератором газа 5, которые могут
представлять единую конструкцию в виде пульсирующей камеры сгорания. Эжектор снабжен каналом пассивной среды 6, жалюзи 7, камерой смешения 8 постоянного поперечного сечения, дозвуковым диффузором
9 с полым обтекателем 10.
Обтекатель размещен центрально, закреплен на внешних стенках диффузора 9, имеет полую конструкцию с удобообтекаемым профилем на входе, например, параболическим. Выходной участок обтекателя постоянного поперечного сечения открыт с торца в полость и снабжен перфорацией 12, отверстия которой
расположены по нормали к оси обтекателя.
Вариант пульсирующего эжектора (фиг. 2) содержит диффузор 9 с обтекателем 10, снабженным законцовкой с острой кромкой 13 и конфузорно-диффузорным переходом от нее в полость 11, причем, кроме отверстий 11, перфорацию стенок образуют отверстия 14, наклоненные в сторону острой кромки 13.
Газовый пульсирующий эжектор работает следующим образом.
Газ высокого давления поступает из генератора 5 в пульсатор 4, где получает нестационарное периодическое движение с разрывами между импульсами (активный поток). Каждый импульс газа, проходя активное
сопло 2, истекает с переменной скоростью, которая на срезе сопла может достигать местной скорости звука.
При мгновенном сверхкритическом перепаде давлений газовый импульс расширяется окончательно за активным соплом 2 на участке струи, достигающей стенок камеры смешения 8. Упомянутый свободный участок активной струи эжектирует пассивный поток путем турбулентного перемешивания газовых сред.
Пассивный поток приобретает пульсирующий вид и движется по каналу 6 через жалюзи 7 в приемную
камеру 1, пассивное сопло 3, навстречу с активным потоком, причем инерционное движение пассивного потока, затухая, продолжается и в разрывах между импульсами активного потока. Каждый новый импульс сопровождается кратковременным повышением давления в камере смешения 8, распространением волн, прямых и отраженных, вдоль эжектора, включая канал 6 пассивного потока.
Пульсирующий поток газовой смеси поступает в кольцевой диффузор 9 с обтекателем 10, где притормаживается с постепенным повышением давления до давления окружающей среды (например, атмосферного),
перераспределением полей скорости в кольцевых сечениях, формированием пограничного слоя на стенках.
На выходном участке обтекателя 10 возникает кратковременный отсос газовой смеси через отверстия перфорации 12 в полость обтекателя 11, имеющей пониженное давлением, равное донному давлению, создаваемому эжекцией потока газовой смеси за выходным сечением обтекателя. Отсос пограничного слоя с внешней поверхности обтекателя 10 препятствует отрыву потока от стенок.
Следующая фаза характеризуется быстрым уменьшением скорости истечения газа через активное сопло
2, прекращением истечения и развитием волнового процесса присоединения пассивной среды. Снижение
скорости газовой смеси в диффузоре 9 и на выходе из него ведет к отрыву пограничного слоя на стенках,
формированию обратных токов, в том числе, из окружающей среды, к повышению донного давления. Благодаря импульсу донного давления, образуется кратковременно обратный ток газа в обтекатель 10, а из него через отверстия перфорации 12, в диффузор 9 нормально стенкам обтекателя 10. Истечение газа через упомянутые отверстия сопровождается сдувом пограничного слоя на стенках, а главное, образованием струйной
завесы, препятствующей обратному току из окружающей среды непосредственно в полость диффузора 9.
Интенсивность процессов отсоса и сдува пограничного слоя, действие струйной завесы определяется режимом работы эжектора, конструкцией диффузора 9 и обтекателя 10. Вариант изобретения (фиг. 2) позволяет притормаживать обратные токи острой кромки 13 обтекателя, используя плавный вход обтекателя и волны сжатия из донной области, создавать встречное струйное движение из наклонных отверстий 14. При этом
дальнобойность струй из отверстий перфорации может быть достаточной, чтобы достигать внешней стенки
диффузора 9.
Работа газового пульсирующего эжектора сопровождается шумом, исходящим от пульсатора 4 и порождаемым неоднородностями турбулентной струи активного потока, пульсациями давления в камере смешения
8 и диффузоре 9, а также благодаря автоколебаниям (дискретным составляющим). Глушение шума в полости
эжектора и уходящем потоке газовой смеси достигается за счет поглощения, отражения и рассеяния звука
высокой частоты на стенках входного участка обтекателя 10. В свою очередь, на выходном участке диффузора 9 ослабляется низкочастотный основной шум, где перфорированный обтекатель 10 выполняет роль
расширительной камеры, т.е. действует как реактивный глушитель. Повышение шумоглушащих свойств обтекателя 10 достигается подбором объема и формы полости 11, числа и размеров отверстий 12 и 14.
Шум, создаваемый обратными токами газов, сравнительно невысокий и перекрывается основным шумом
потока газовой смеси на выходе диффузора 9, в том числе, благодаря частичной интерференции при равенстве частот колебаний сдвинутых по фазе. За счет применения конфузорной секции 15 (фиг. 3) достигается
увеличение амплитуд донного давления и притормаживание обратных токов.
Газовый пульсирующий эжектор обладает свойством авторегулирования, и чем выше нестационарность
активного потока в нем (больше разрывность и амплитуды пульсаций), тем эффективнее протекает торможение обратных токов как непосредственно обтекателем диффузора, так и струйной завесой. При переходе к
3
BY 2752 C1
неразрывному пульсирующему потоку, а тем более - установившемуся, эжектор сохраняет свою работоспособность, и в связи с пониженным донным давлением поддерживает отсос пограничного слоя с поверхности
обтекателя.
За счет уменьшения обратных токов и стабилизации пограничного слоя улучшается характеристика пульсирующего эжектора по напору и производительности, особенно при низких частотах пульсаций (5-15 Гц).
Во всех случаях, а в первую очередь, при высокой околозвуковой или звуковой скорости активной струи,
эжектор предлагаемой конструкции снижает шум потока уходящей газовой смеси. В случае высокой температуры активного потока обтекатель диффузора не перегревается, поскольку его омывают прямой поток газовой смеси и обратные токи с пониженной температурой. Также обтекатель прикрывает пламя, которое
может выбрасываться через активное сопло, имеющее центральное расположение.
Предлагаемый пульсирующий эжектор отличается простотой конструкции и кроме обтекателя не содержит дополнительных элементов для управления газодинамическими процессами. Будучи универсальным,
пульсирующий эжектор может применяться автономно, например как вентиляционное устройство, или же в
составе машин и аппаратов, имеющих источники пульсирующих газовых потоков (транспортные средства,
авиация, газовая промышленность и др.).
Фиг. 2
Фиг. 3
Государственный патентный комитет Республики Беларусь.
220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.
4
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
137 Кб
Теги
by2752, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа