Рабочий орган тепловой машины

 

Назначение: изобретение относится к устройствам для производства холода или тепла и позволяет повысить экономичность. Сущность изобретения: рабочий орган тепловой машины состоит из вала 1 и закрепленного на нем вентилятора, выполненного в виде двух сочлененных односторонних поверхностей 2 и 3 по типу листа Мебиуса. Г /V Поверхность 2 расположена выше поверхности 3. В верхнем месте крепленая поверхности 2 и в нижнем месте крепления поверхности 3 к валу 1 сечения поверхностей перпендикулярны оси вала 1. В нижнем месте крепления поверхности 2 и в верхнем месте крепления поверхности 3 к валу 1 сечения поверхностей параллельны оси вала 1. В меридиональных сечениях профили сечений с векторами окружной скорости составляют углы, равные примерно 45°. Передние кромки винта загругленные, а задние острые. Развертка поверхности 2 на плоскость представляет собой S-образную фигуру, внешние точки которой соединены в одном месте на валу 1. Развертка поверхности 3 на плоскость представляет собой точно такую же S-образную фигуру. Передние кромки поверхностей 2 и 3 образованы вогнутыми ребрами фигур. 11 ил. w w Ё 2 О о о 1 JL 8 V/ Шиг.1

союз соВетских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si>s F 04 0 25/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Ы,фь 3

О

Я ь

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ6СТВУ (21) 4768952 !06 (22) 10. 10.89 (46) 0/.07.92, Бюл. ¹ 25 (71) Жуковский центр научно-технического творчества молодежи "Икар" (72) Ю.А, Арутюнов и А.Т. Белобаба (53) 621.57 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 777259, кл, F 04 0 25/00, 1980. (54) РАБОЧИЙ ОРГАН ТЕПЛОВОЙ МАШИНЫ (57) Назначение: изобретение относится к устройствам для производства холода или тепла и позвОляет повысить экономичность.

Сущность изобретения: рабочий орган теп-. ловой машины состоит из вала 1 и закрепленного на нем вентилятора, выполненного в виде двух сочлененных односторонних поверхностей 2 и 3 по типу листа Мебиуса.

„„5U „„1746067 А1

Поверхность 2 расположена выше поверхности 3. В верхнем месте крепления поверхности 2 и в нижнем месте крепления поверхности 3 к валу 1 сечения поверхностей перпендикулярны оси вала 1. В нижнем месте крепления поверхности 2 и в верхнем месте крепления поверхности 3 к валу 1 сечения поверхностей параллельны оси вала 1. В меридиональных сечениях профили сечений с векторами окружной скорости составляют углы, равные примерно 45, Передние кромки винта загругленные, а задние острые. Развертка поверхности 2 на плоскость представляет собой $-образную фигуру, внешние точки которой.соединены в одном месте на валу 1. Развертка поверхности 3 на плоскость представляет собой точно такую же S-образную фигуру.

Передние кромки поверхностей 2 и 3 образованы вогнутыми ребрами фигур. 11 ил.

1746067

Изобретение относится к устройствам для производства холода и может использоваться вхолодильных камерах,,в частности в бытовых холодильниках.

Известна холодильная камера, содержащая рабочий орган в виде вихревой трубы, Сжатый воздух из внешней магистрали через патрубок подается в силикагелевый осушитель и теплообменник, откуда через вход поступает в вихревую трубу. После разделения в вихревой трубе холодный поток через отверстие диафрагмы и щелевой диффузор поступает в камеру холода, где ох10 лаждает загруженные в нее образцы или изделия. Из камеры холода через кольцевую полость и второй контур теплообменни15 ка отработанный . холодный. поток отсасывается эжектором в атмосферу (Меркулов А,П. Вихревой эффект и его применение в технике. M.: Машиностроение, 1969, с, 120, рис 7.2).

Недостаток описанного рабочего органа холодильника. заключается в исключи20 тельно низкой era эффективности. При

25 термодинамическом анализе холодильных аппаратов основным критерием является степень термодинамического совершенства положенных в их Основу циклов. В.большинстве случаев этот критерий оказывается ще всего оказываются доминирующими в общей сумме затрат. Цикл вихревой трубы с этой точки зрения приводит к выводу.о его

35 крайнем несовершенстве. По сравнению с обратным циклом Карно КПД вихревой трубки без регистрации составляет 2 — 3;, Вторым недостатком такого холодильника, а следовательно, и его рабочего органа является необходимость иметь внешний ис40 точник сжатого воздуха, Если учесть, что

КПД компрессора не равен 100 ), то ясна исключительно низкая эффективность вихревой трубы и в комплексе с компрессором.

Известен рабочий орган тепловой машины, содержащий вал с насаженным.на нем вентилятором (1j, Недостатком известного рабочего орга.на является повышенный расход энергии на создание потока. . Целью изобретения является повышение экономичности.

Укаэанная цель достигается тем, что вентилятор рабочего органа выполнен в виде двух сочлененных односторонних поверхностей по типу листов Мебиуса, причем развертки поверхностей на плоскость выполнены в виде S-образных фигур, насаженных своими серединами на вал и соединенных каждая внешними точками ее единственно правильным, так как энергети- 30 ческие затраты на осуществление цикла чав одном месте на валу, расположенном между участками крепления поверхностей к валу, передние кромки вентилятора образованы выпуклыми и вогнутыми ребрами фигур.

На фиг. 1 показана конструктивная схема рабочего органа тепловой машины; на фиг. 2 — сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3— сечение Б-Б на фиг.1: на фиг. 4 — сечение

 — В на фиг. 1; на фиг. 5 — сечение Г-Г на фиг. 1; на фиг. 6 — сечение Д-Д на фиг, 1; на фиг. 7 — развертка верхней поверхности рабочего органа; на фиг. 8 — развертка нижней поверхности рабочего органа тепловой машины; на фиг. 9 — сечение Š— Е на фиг, 7 и 8; на фиг. 10 — сечение Ж-Ж на фиг.

7 и 8; на фиг. 11 — схема работы тепловой машины.

Рабочий орган тепловой машины (фиг. 1) состоит из вала 1, вертикально расположен.ного и закрепленного на нем вентилятора, выполненного в виде двух сочлененных односторонних поверхностей 2 и 3 по типу листа Мебиуса. При этом поверхность 2 расположена выше поверхности 3.

В верхнем месте (фиг, 2) крепления поверхности 2 и в нижнем месте крепления поверхности 3 к валу 1 сечения 4 поверхностей параллельны оси вала 1.

В нижнем месте (фиг. 3) крепления поверхности 2 и в верхнем месте крепления поверхности 3 к валу 1 сечения 5 поверхностей параллельны оси вала 1.

В меридиональных сечениях (фиг. 4) профили 6 и 7 сечений с векторами окружной скорости Н составляют углы а, равные примерно 45О. При этом вал 1 имеет направление вращения Н;В, Передние кромки 8 и

9 винта закругленные, а задние 10 и 11 острые.

В промежуточных сечениях (фиг. 5 и

6) профили 12 и 13 с векторами скорости

V< составляют углы а1, заведомо значительно меньшие углов в меридиональных сечениях.

Развертка поверхности 2 на плоскость (фиг. 7) представляет собой S-образную фигуру 14, внешние точки 15 и 16 которой соединены с одном месте на валу 1. При этом фигура 14 надета на вал своей серединой 17.

Поверхность может быть выполнена из пластины или спрофилирована в своих сечениях, Развертка поверхности 3 на плоскость (фиг, 8) представляет собой точно такую же

S-образную фигуру 18, внешние точки 15 и

16 которой соединены в одном месте на валу

1, Причем фигура 14 надета на вал своей серединой 17. Места 17 на валу 1 располо1746067 жены на внешних сторонах, а точки 15 и 16 посередине между ними.

Передние кромки 8 и 9 (фиг. 9 и 10) поверхноотей 2 и 3 образованы вогнутыми ребрами фигур.

Рабочий орган тепловой машины (фиг, 11) помещен в емкость 20, в которой находится газообразная или жидкая среда 21, которая является рабочим телом для холодильника, т.е, хладоносителем. Рабочий орган вращается в направлении Н.В, При этом с поверхностей рабочего органа сходят мощные вихри 22 и 23, которые перемещаются в плоскостях, перпендикулярных оси вала, т.е. эти вихри отжимаются к стенкам емкости 20, Эти вихри сопровождаются потоком 24, направленным вдоль оси вала в разные стороны от миделевой плоскости рабочего органа 19, У стенок происходит разрушение вихрей 22 и 23; Ядра вихрей 25, имеют пониженный запас энергии, более низкую температуру с окружающей средой, Периферийные участки вихрей имеют существенно большую скорость и значительно больший запас кинетической энергии. Разрушение вихрей происходит у стенок емкости 20. При этом ядра их движутся в направлении 26, а периферийные участки— в направлении 27 и 28, Двигаясь в направлении 27, периферийные участки вихрей 22 и 23 вновь поступают на вход поверхностей вентилятора. Забор среды поверхностями вентилятора происходит примерно до миделевого сечения каждой поверхности в направлении 29.

Рабочий орган тепловой машины в качестве холодильника работает следующим образом, При вращении его в среде хладоносителя имеет место образование вихрей и их разрушение у стенок емкости. С поверхностей сходят вихри в виде шнуров, образующих дорожки, отбрасывающие массу назад к поверхностям по оси вала, Периферийные участки, уносящие с собой основную часть энергии вихрей, поступают каждый раз на вход поверхностей вентилятора. Таким образом имеет место разделение потока хладоносителя на поток с высоким запасом кинетической энергии и поток с весьма низким запасом. кинетической энергии, Такое разделение позволяет осуществить именно вихри. Вихри могут быть и дискретными, в виде отдельных торов (бубликов), но картина разделения потока на два потока от этого . не изменится.

Как следует из описания рабочего органа аэродинамического холодильника и его

Рабочий орган тепловой машины, содержащий вал и насаженный на него-вентилятор, о тл и ч а ю щи и с я тем, что, с целью повышения экономичности, вентилятор выполнен в виде двух сочлененных односторонних поверхностей по типу листов

Мебиуса, причем развертки поверхностей на плоскость выполнены в виде Sобразных фигур, насаженных своими серединами на вал и соединенных каждая внешними точками ее в одном месте на валу, расположенном между местами крепления поверхностей к валу, при этом передние кромки вентилятора образованы выпуклыми и вогнутыми ребрами фигур, работы, имеется возможность разделить поток на два с различным энергетическим запасом и поток с более низким запасом направить на охлаждение объектов или ве5 щества, предметов и пр. Так как на образование вихрей практически уходит вся энергия, подводимая к вентилятору, то орган.обладает высокой экономичностью, Кроме того, рабочий орган позволяет

10 вырабатывать холод простым устройством без радиаторов, Рабочий орган в качестве нагревателя работает следующим образом.

При вращении рабочего органа в среде

15 21 имеет место образование вихрей и сильная циркуляция среды. Это обусловлено тем, что с каждой поверхности сходят два вихря в виде шнуров, образующих дорожку, Дорожки поверхностей, сталкиваясь на

20 меридиональной плоскости, поворачивают в стороны, к стенкам емкости 21. При разрушении вихрей происходит разделение потока на два. Один из них, высокоэнер. гетический, направлен от поверхностей

25 рабочего органа, нагревая объекты, а второй, низкоэнергетический, поступает вновь на вход поверхностей рабочего органа.

Как следует из описания рабочего органа аэродинамического нагревателя и его ра30 боты, имеется возможность значительно упростить его конструкцию и повысить экономичность нагрева, т.е, снизить затраты энергии на производство одной килокалории тепла, При равных производительно35 стях тепла это позволяет выполнить аэродинамический нагреватель более ком-. пактным, значительно меньшей материалоемкости и с более высокими удельными показателями экономичности.

Формула изобретения

1746067

1746067

Р2.

ЮЫ, Составитель Ю.Арутюнов

Техред М.Моргентал - Корректор Н. Ревская

Редактор Л,Волкова

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 2380 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5