Надзвуковий насадок і.м. федоткіна для рідин або газів

Реферат: UA 68210 U UA 68210 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Корисна модель належить до енергетики і може бути використаний в енергетичних установках як сопловий насадок в газових і водяних турбінах, літальних апаратах для збільшення реактивної тяги за рахунок охолодження вихлопних газів, холодильній техніці для повітряно-струминних холодильників, кавітаційній техніці і технології, для водного транспорту як реактивний водометний двигун, як генератор для одержання енергії з повітряного і водяного середовища за рахунок використання ентальпії текучої рідини або газу, для розгону газових і водяних потоків за рахунок їх тепла з використанням підсосу пари або повітря (чи газу), з використанням гідродинамічної кавітації і скипания рідини в соплах для прискорення парорідинного потоку. Відомі конструкції надзвукових сопел Лаваля [3], Шестеренко [6-8], вакуумної техніки [11]. Найбільш близьким до корисної моделі є насадок Н.А.Шестеренко [6-8], в якому використано послідовне співосьове розміщення набору сопел, які утворюють глухі камери між собою. У прототипі - насадку Шестеренка - кожне попереднє сопло заходить в середину наступного і діаметри вихідних отворів кожного наступного сопла стрибкоподібно збільшуються з врахуванням критичних перерізів, обов'язкова наявність сопел Лаваля. У насадку, що заявляється, відмінні від прототипу є наступні ознаки: конусні тверді лінії внутрішніх поверхонь всіх послідовно встановлених сопел розміщені на одній лінії, яка утворює кут від 1° до 5° з загальною осьовою лінією всіх сопел, сопла Лаваля відсутні, набір сопел може нараховувати від 2-х до 10-ти послідовно розміщених сопел, сопла розміщено співвісно, твірні зовнішніх і внутрішніх поверхонь сопел виконано плавними лекальними кривими, наприклад параболами, причому внутрішні поверхні у виходу сопла мають конічну форму з кутом конусності від 1° до 6° (оптимально 2°), кожне попереднє сопло заходить своєю зовнішньою поверхнею у виточку внутрішньої поверхні наступного сопла, між соплами утворюється глуха герметична камера або камера з отворами, які виходять назовні і збільшуються від камери до камери по ходу потоку, а поперечні перерізи камери в напрямку потоку звужуються. Насадок, що заявляється, працює наступним чином, при протіканні потоку через насадок в глухих камерах між соплами створюється розрідження (вакуум), створений вакуум збільшує перепад тиску на соплі, що призводить до пришвидшення потоку газу, пришвидшений потік збільшує вакуум в порожнинах між соплами, а це викликає подальше збільшення перепаду тиску на соплі і подальше пришвидшення потоку газу і так до досягнення надзвукової швидкості. Задача корисної моделі є досягнення кінцевого результату прискорення потоку як газу, так і рідини, таким чином, щоб прискорення потоку відбувалося не за рахунок залучення енергії фізичного вакууму і супроводжувалось нагріванням газу або рідини в насадку, а досягти прискорення газу або рідини за рахунок використання ентальпії потоку і його охолодження. Поставлена задача вирішується тим, що конусні твірні внутрішніх поверхонь на виході всіх послідовно встановлених сопел розміщено на одній спільній лінії, яка утворює кут від 1° до 5° з загальною осьовою лінією всіх сопел, набір сопел від 2-х до 10-ти розміщено співвісно, твірні зовнішніх і внутрішніх поверхонь сопел за межами вихідних конічних ділянок виконано прямими лініями або плавними лекальними кривими, наприклад, параболами чи гіперболами так, що вони утворюють параболоїд, кожне попереднє сопло заходить своєю зовнішньою поверхнею у виточку внутрішньої поверхні наступного сопла, між внутрішньою поверхнею наступного сопла і зовнішньою поверхнею попереднього сопла, утворюється глуха герметична або з отворами назовні камера, поперечні перерізи якої в напрямку потоку звужуються; твірні зовнішніх поверхонь попередніх сопел і внутрішніх поверхонь наступних утворюються за формулою: y  ax 2 , при цьому параметр a визначається, як відношення: a ly l2 , x l  D  d y 2 2 де отвору сопла; 50 55  R r - різниці радіусів периферійного перерізу міжсоплової камери і вихідного l x - віддаль по осі сопла, яка визначає його довжину по осьовій лінії. Параметр a у зовнішній поверхні попереднього сопла буде завжди більший за параметр a внутрішньої поверхні наступного сопла. Сопло, яке має отвори в бічній поверхні, що обмежує міжсоплові камери, розміщується всередині трубчатої порожнини з закритим попереднім торцем, а площі і кількість отворів збільшується від передньої камери до задньої по ходу потоку в арифметичній прогресії, сопла з отворами в міжсоплових камерах застосовуються для підсосу пари, повітря або газу з навколишнього середовища і розміщуються на останніх ступенях сопел 1 UA 68210 U 5 10 15 насадка, а сопла без отворів в міжсоплових камерах установлюються перед ними і розміщуються на перших ступенях сопел насадка по ходу потоку, насадок розраховується по рівняннях газодинаміки з використанням газодинамічних функцій для газу [3], повітря і пари [1], в систему рівнянь включаються: рівняння кількості руху - імпульсів сили, енергії, витрат (нерозривності), стану - адіабату Пуасона при чотирьох невідомих (тиск, швидкість, температура, густина) [1, 3], рідинні потоки розраховуються з врахуванням кавітаційних процесів. Корисна модель пояснюється кресленням, де зображено секційний багатоступеневий надзвуковий насадок з глухими камерами (пазухами). Насадок складається з набору сопел, що звужуються 1, 2, 3, 4, розміщених в корпусі 5. Сопла з корпусом утворюють глухі камери 6, 7, 8 (пазухи). Корпус 5 загвинчується на різьбі 9 із вхідним патрубком 10. Необхідною умовою конструювання насадка є те, щоб діаметр виходу з кожного окремого сопла був менший за діаметр входу в наступне сопло. Кут звуження насадка при вершині конуса становить від 1,5° до 6-8°. Виступ зовнішньої стінки виходу з насадку відносно до зовнішньої стінки входу в наступне сопло визначається за формулою: d1  d2  з в 2 1 де dз - діаметр входу сопла 1;  dв2  - внутрішній діаметр виходу наступного сопла 2. 20 При цьому в кожному соплі між діаметром виходу з сопла dвих і діаметром входу dвх утримується співвідношення  dвих  dвх  2  L  tg ,   158 , 2 , де L - довжина каналу сопла. Внутрішній об'єм каналу сопла розраховується як об'єм зрізаного конуса: 25 Vc    1   L  R2  r  R  r 2 3 , де L - довжина каналу; R і r - радіуси каналу на вході та виході відповідно. Об'єм пазух розраховується, як різниця об'ємів зовнішньої поверхні зрізаного конуса і внутрішньої. 30 Між об'ємом пазух VП і об'ємом сопел VС витримується співвідношення: VП  m  VC , 35 40 45 50 , , де m  12  15 до 2,0 і наростає по ходу потоку. Набірний надзвуковий насадок, працює наступним чином. Конус зовнішньої поверхні насадка фіг.1 утворює з конусом внутрішньої поверхні насадка 2 порожнину 6. Потік рідини втікає в патрубок 10 і утворює струмінь, який виходить з сопла 1. Під дією струменя в порожнині 6 утворюється вакуум. Тиск перед соплом 1 падає, збільшується перепад тиску між входом в патрубок 10 і виходом з сопла 1. Збільшення цього перепаду тиску призводить до прискорення руху струменя. Прискорення руху струменя обумовлює зростання вакууму в порожнині 6, що збільшує перепад тиску між входом 10 і виходом з сопла 1. Це викликає подальше прискорення струменя, вихідного з сопла 1. Внаслідок цього утворюється процес з позитивним прогресуючим зворотним зв'язком. Аналогічні процеси протікають в конусах сопел 2, 3 і пазухах 7, 8. Перепади тиску, які при цьому виникають, спричиняють скипання перегрітої рідини. Пара, яка при цьому утворюється, надзвичайно прискорює рух струменів, оскільки об'єм пари від 15 до 150 разів більший за об'єм рідини. Процес прискорення руху струменів закінчується після досягнення ними надзвукової швидкості, яка для парорідинної суміші наближається до 1500м/с. Джерела інформації: 1. Соколов Е.Я., Зингер Н.М. Струйные аппараты. М.: Энергия, 1970-286с. 2. Семінська Н. В. Вдосконалення гідроструминних технологій з врахуванням особливостей формування струменів високого тиску. Автореф. канд. диссерт. НТУУ "КПІ", Київ - 2008. 2 UA 68210 U 5 10 15 20 3. Чарный И.А. Основы газовой динамики. М.: Государственное научно-техническое издательство нефтяной и горнотопливной литературы, 1961.-198с. 4. Федоткин И.М. Гулый И.С. Кавитация, кавитационная техника и технология, их использование в промышленности (теория, расчеты и конструкции кавитационных аппаратов). Часть I. Киев: "Полиграфкнига", 1997,-838с. 5. Федоткин И.М. Гулый И.С. Кавитация, кавитационная техника и технология, их использование в промышленности (теоретические основы производства избыточной энергии, расчет и конструирование кавитационных теплогенераторов). Часть II. К.: АО "ОКО", 2000.-898с. 6. Шестеренко Н. А. "НОУ-ХАУ" Извлечение энергии из физического вакуума. - Христос творящий. М.: Дружбы народов, 2005-136с. 7. Международная заявка на изобретение PCT/RV02/00391; № публикации WO 03/025379 7 AL МПК F02K7/00 от 27.03.2003г. "Способ и устройство Шестеренко эжекторного разгона газа с получением энергии из вакуума»/ Н.А.Шестеренко. 8. Международная заявка на изобретение PCT/RV №2004/000210; "Насадок Шестеренко" WO 2004/112968 AL/ H.А.Шестеренко. 9. Патент 70854А України МКИ Е21В1/26 Спосіб одержання пульсуючого струменя ударної дії та пристрій для його реалізації/ Савченко (Семінська) Н.В., Яхно О.М./ Заявлено 30.12.2003, опубліковано 15.10.2004, бюл. №10-2с. 10. Брилинг Н. Р. Двигатели внутреннего сгорания. НКТП СССР. Объединенное научнотехническое издательство. Гл. ред. эн. лит. м.-л., 1935,-408с. 11. Vacuum Technique. Catalogue 7, PJAB. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 25 30 35 40 1. Надзвуковий насадок для рідин або газів (далі насадок), що складається з послідовно розміщених сопел з порожнинами між ними, який відрізняється тим, що конусні твірні лінії внутрішніх поверхонь на виході всіх послідовно встановлених сопел розміщено на одній спільній лінії, яка утворює кут від 1° до 5° з загальною осьовою лінією всіх сопел, набір сопел в кількості від 2-х до 10-ти розміщено співвісно, твірні зовнішніх і внутрішніх поверхонь сопел за межами вхідних кінцевих конічних ділянок виконано плавними лекальними кривими, наприклад, параболами так, що вони утворюють параболоїди, кожне попереднє сопло заходить своєю зовнішньою поверхнею у виточку внутрішньої поверхні наступного сопла, між внутрішньою поверхнею наступного сопла і зовнішньою поверхнею попереднього сопла утворюється глуха герметична або з отворами назовні камера, поперечні перерізи якої в напрямі потоку звужуються. 2. Насадок за п. 1, який відрізняється тим, що твірні зовнішніх поверхонь попередніх сопел і внутрішніх поверхонь наступних, утворюються за формулою: y  ax2 , при цьому параметр a визначається, як відношення: a ly l2 x , де ly  45 50 отвору сопла; lx - віддаль по осі сопла, яка визначає його довжину по осьовій лінії. Параметр a у зовнішній поверхні попереднього сопла буде завжди більший за параметр a внутрішньої поверхні наступного сопла. 3. Насадок за пп. 1 і 2, який відрізняється тим, що сопла, які мають отвори в бічній поверхні, що обмежує міжсоплові камери, розміщуються всередині трубчатої порожнини з закритим торцем, а площі і кількість отворів збільшуються від передньої камери до наступної по ходу потоку в арифметичній прогресії. 4. Насадок за пп. 1-3, який відрізняється тим, що сопла з отворами в міжсоплових камерах застосовуються для підсосу пари, повітря або газу. 5. Насадок за пп. 1-4, який відрізняється тим, що розрахунок насадка ведеться з використанням рівнянь: 1) i1  55 D d   R  r - різниці радіусів периферійного перерізу міжсоплової камери і вихідного 2 2 2 1  w1   w2  i2  2 2  w 2  2g 2g 2 i1  i2  2g  w1  , де i1 та i2 - ентальпія на вході та виході відповідно; 3 UA 68210 U 5 1 та  2 - густина на вході та виході відповідно; w1 та w2 - швидкість потоку на вході та виході відповідно; g - прискорення вільного падіння; 2) стану; 3) енергії; 4) нерозривності. Комп’ютерна верстка Н. Лисенко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4