Рабочий орган тепловой машины

(56) Авторское свидетельство СССРМ 777259, кл, Г 04 О 25/00, 1980.(54) РАБОЧИЙ ОРГАН ТЕПЛОВОЙ МАШИНЫ относится к холода или номичность, й орган теп-.1 и закрепполненного оронних пота Мебиуса. тение одства ить эко рабочи из вала ора, вы одност пу лис ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР(57) Назначение: изобре устройствам для произв тепла и позвОляет повыс Сущность изобретения: ловой машины состоит ленного на нем вентилят в виде двух сочлененных верхностей 2 и 3 по ти 2Поверхность 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 3-образную фигуру, внешние точки которой,соединены в одном месте на валу 1. Развертка поверхности 3 на плоскость представляет собой точно такую же 3-образную фигуру. Передние кромки поверхностей 2 и 3 образованы вогнутыми ребрами фигур. 11 ил.Изобретение относится к устройствам для производства холода и может использоваться в холодильных камерах, в частности в бытовых холодильниках.Известна холодильная амера, 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 ох 10 лаждает загруженные в нее образцы или изделия. Из камеры холода через кольцевую полость и второй контур теплообменни 15 ка отработанный холодный. поток отсасывается эжектором в атмосферу (Меркулов А,П. Вихревой эффект и его применение в технике. М.: Машиностроение, 1969, с, 120, рис 7.2).Недостаток описанного рабочего органа холодильника заключается в исключи 20 тельно низкой его 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 ис 40 точник сжатого воздуха, Если учесть, что КПД компрессора не равен 100, то ясна исключительно низкая эффективность вихревой трубы и в комплексе с компрессором. 45 Известен рабочий орган тепловой машины, содержащий вал с насаженным.нанем вентилятором (11,Недостатком известного рабочего орга.на является повышенный расход энергии на создание потока.. Целью изобретения является повышение экономичности,50 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 Я-образных фигур, насаженных своими серединами на вал и соединенных каждая внешними точками ее единственно правильным, так как энергетические затраты на осуществление цикла чав одном месте на валу, расположенном между участками крепления поверхностей к валу, передние кромки вентилятораобразованы выпуклыми и вогнутыми ребрами фигур,На фиг. 1 показана конструктивная схема рабочего органа тепловой машины; нафиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 -сечение Б-Б на фиг.1: на фиг. 4 - сечениеВ - В на фиг, 1; на фиг. 5 - сечение Г-Г нафиг. 1; на фиг. 6 - сечение Д-Д на фиг, 1;на фиг, 7 - развертка верхней поверхностирабочего органа; на фиг, 8 - развертканижней поверхности рабочего органа тепловой машины; на фиг. 9 - сечение Е - Е нафиг, 7 и 8; на фиг. 10 - сечение Ж-Ж на фиг.7 и 8; на фиг. 11 - схема работы тепловоймашины.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 типулиста Мебиуса. При этом поверхность 2 расположена выше поверхности 3.В верхнем месте (фиг, 2) крепления поверхности 2 и в нижнем месте крепленияповерхности 3 к валу 1 сечения 4 поверхностей параллельны оси вала 1.В нижнем месте (фиг. 3) крепления поверхности 2 и в верхнем месте крепленияповерхности 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, равныепримерно 45 О. При этом вал 1 имеет направление вращения Н;В, Передние кромки 8 и9 винта закругленные, а задние 10 и 11 острые.В и ромежуточн ых сечениях (фиг, 5 и6) профили 12 и 13 с векторами скоростиН 1 составляют углы а 1, заведомо значительно меньшие углов в меридиональныхсечениях.Развертка поверхности 2 на плоскость(фиг, 7) представляет собой Я-образную фигуру 14, внешние точки 15 и 16 которой соединены с одном месте на валу 1. При этомфигура 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 собойточно такую жеЯ-образную фигуру 18, внешние точки 15 и16 которой соединены водном месте на валу1, Причемфигура 14 надета на вал своейсерединой 17. Места 17 на валу 1 расположены на внешних сторонах, а точки 15 и 16 посередине между ними.Передние кромки 8 и 9 (фиг, 9 и 10) поверхностей 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 миде- левого 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 его45 50 55 Рабочий орган тепловой машины, содержащий вал и насаженный на него вентилятор, о тл и ч а ю щи й 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 5- образных 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 запасомнаправить на охлаждение объектов или ве 5 щества, предметов и пр. Так как на образование вихрей практически уходит всяэнергия, подводимая к вентилятору, то орган.обладает высокой экономичностью, Кроме того, рабочий орган позволяет10 вырабатывать холод простым устройствомбез радиаторов,Рабочий орган в качестве нагревателяработает следующим образом.При вращении рабочего органа в среде15 21 имеет место образование вихрей и сильная циркуляция среды, Это обусловленотем, что с каждой поверхности сходят двавихря в виде шнуров, образующих дорожку,Дорожки поверхностей, сталкиваясь на20 меридиональной плоскости, поворачивают в стороны, к стенкам емкости 21, Приразрушении вихрей происходит разделение потока на два, Один из них, высокоэнергетический, направлен от поверхностей25 рабочего органа, нагревая объекты, а второй, низкоэнергетический, поступает вновьна вход поверхностей рабочего органа.Как следует из описания рабочего органа аэродинамического нагревателя и его ра 30 боты, имеется возможность значительноупростить его конструкцию и повысить экономичность нагрева, т,е, снизить затратыэнергии на производство одной килокалории тепла, При равных производительно 35 стях тепла это позволяет выполнитьаэродинамический нагреватель более ком-.пактным, значительно меньшей материалоемкости и с более высокими удельнымипоказателями экономичности.40Формула изобретения1746067Составитель Ю.Арутюновдактор Л,Волкова Техред М.Моргентал Корректор Н.Ревская Заказ 2380 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ С113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101