Волновой обменник давления

и 1985466 ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскикСоциалистическихРеспублик(23) ПриоритетР 04 Г 11/02 Р 02 В 33/42 Государственный комитет СССР но делам изобретений и открытий(54) ВОЛНОВОЙ ОВМЕННИК ДАВЛЕНИЯ Изобретение относится к машиностроению, а именно к устройствам длясжатия газов с использованием волновых явлений в рабочих средах, а кон.кретно к волновым обменникам давле"ния,Известны волновые обменники давления, содержащие, по меньшей мере,один ротор, снабженный расположенными по его периферии и открытыми сторцов ячейками, и статор, снабженный окнами для подвода и отвода сжимающей и сжимаемой сред.от торцовячеек и отделенными один от другогои от окон при помощи перемычек перепускными каналами,сообщенными сторцами ячеек 1).Наличие перепускных каналов создает в роторе две ступени секторы)сжатия - расширения: сектор низкогои сектор высокого давления. Еслиобменник давления выполнен с однимротором, то его перепускные каналыочень длинны. Выполнение обменникадавления с двумя роторами позволяетсократить длину каналов,Эффективность таких обменниковдавления во многом зависит от соотношения геометрических размеров,так как требуется согласовать момент перекрытия торца ячейки перемычкойс моментом достижения этого торцапрямой или отраженной волной давления. В известных обменниках оптимальные соотношения не оговорены и возможности повышения их эффективностииспол зуются недостаточно,Цель изобретения - повышение эф"фективности волнового обменника давления,Для достижения поставленной целиширина каждой ячейки выполнена равной 0,07-0,1 ее длины, ширина каждойперемычки выполнена равной ширине15 ячейки, выходное сечение канала вы"полнено равным ширине 4-5 ячеек, а.входное - ширине 3-4 ячеек. На фиг,1 изображен обменник дав ления с одним ротором, разрез пооси; на фиг.2 - то же, поперечныйразрез; на фиг,3 - развертка по ячейкам ротора; на фиг,4 - диаграммадавлений в ячейках в торцовом исреднем сечениях ячеек; на Фиг.5 5 диаграмма изменения давления вдольячейки; на фиг.6 -.график волновыхпроцессов в ячейках в секторах сжа"тия и расширения; на фиг.7 - обменник давления с двумя роторами, разрез по оси; на фиг. 8 - разверткаобменника давления с двумя роторами; на фиг,9 - обменник давления с радиально-осевыми ячейками (выше оси показан вариант с одним ротором, а ниже оси - с двумя); на фиг.10 обменник давления с ячейками, переходящими из осевого в радиальное направление поперечный (один из роторов дан пунктиром); на фиг.11 обменник, вид по стрелке А на фиг,10.Обменник давления состоит из одного (фиг.1 - 6) или двух (фиг.7-11)роторов 1 с расположенными по егопериферии ячейками 2, которые образованы перегородками (стенками) 3.Ячейки могут располагаться в несколько ярусов, для чего по высотеони делятся перегородками 4. В статоре выполнены перепускные каналы 5и 6,отделенные один от другого перегородками (стенками) 7, и обращен"ные к торцам ячеек окна 8 и 9 дляподвода и отвода сред низкого давления, окна 10 и 11 для подвода иотвода сред высокого давления, Траектория точки пересечения волны сосью ячейки изображена штриховой линией 12 (фиг.3,6 и 8), которая приб"лиженно.показывает границу междуподвижными и неподвижными рабочимисредами, Границы между струями газов - линия 13, стенка 14 статора, 30Обменник делится на секторы(участки) продувки низкого давленияА (фиг,3) или Аи А (фиг,8), сжатия Б или Б и Б, продувки высокогодавления В йли В и В, расширения 35Г или Г и Г 1, Ротор вращается внаправлении Ф .В секторе А (А и А) через окна8 ячейки заполняются воздухом, который сменяет в ячейках продукты сго-рания, уходящие через окна 9, диффузор (не показан) наружу, Потери всекторе А (и в секторе В) компенсируются эа счет остаточного давленияпродуктов сгорания, центробежных силв радиально-осевых или радиальныхячейках, или эа счет внешнего нагре"вателя,После полной замены продуктовсгорания ячейки поочередно выходятиз сообщения с окном 9 и закрываются вблизи расположенным торцом перегородки 6. В каждой ячейке при этомобразуется волна давления, котораядвижется по ячейке в сторону окна 8,оставляя после себя неподвижный воздух повышенного давления, Абсолютноедвижение середины волны происходитпо линии 12, При подходе волны кторцу ячейки последняя прекращаетсообщаться с окном и закрывается ц)вблизи расположенной стенкой 14статора, Но еще до подхода волны к.концу ячейки со стороны окна 8,ячейка может быть сообщена с каналом5. При этом более высокое давление 5 в канале 5 создает в ячейке волнудавления, которая движется по ячейке в сторону стенки 14 со скоростьюУрр, оставляя после себя движущийсягаэ более высокого давления, чемдо себя (сечение Д"Д на фиг.6), Приодновременном сообщении несколькихячеек с одним каналом скорость идавление газа после волны в ячейкеравны скорости и давлению в канале,Волны, которые образуются в обменнике, не могут быть крутыми, так какячейка сообщается с каналом или окнами не мгновенно. Принято, что началоволны приходится на половину ее высоты, или давления. Такая высота образуется при сообщении ячейки с каналом на 20,Волна, дойдя до закрытого торцаячейки, отражается и движется обратно со скоростью У , оставляя послесебя неподвижный г%з еще более высокого давления (сечение Е-Е на фиг.б)Величина волнового давления (разность давлений до и после волны) вволнах до и после отражения неодинакова. При подходе волны к концу ячейки последняя выходит из сообщения сканалом 5 и закрывается торцом сле-,дующей перегородки. В результате давление в ячейке выше, чем в канале,на величину волнового давления. Далее ячейка сообщается с каналом 6,в котором давление выше,чем в ячейке, и в результате возникает волна,которая проходит ячейку в оба конца.Происходит новое повышение давления(фиг 4) .Схематически распределение давления вдоль ячейки приведено на фиг.5,где кривая 1 относится к положениюячейки в сечении Д-Д, приведенном нафиг.6, кривая 11 - сечению Б-Б, кривая 111 - сечению Ж-Ж и 1 У - сечению И-И. Стрелками на фигуре обозначено движение прямой и отраженнойволн,На фигурах изображено по два кана.ла. Их количество может быть иным,больше или меньше, чем показано, взависимости от мощности и давленияобменника,В секторе В (В и В) роторные4ячейки сообщаются с окном 10, Давление в окне выше и в ячейке образуется волна, которая доходит до противоположного конца ячейки, когда та сообщается с окном 11, Когда ячейка прекращает сообщаться с окном, возникает волна разрежения, Эта волна оставляет после себя неподвижный гаэ пониженного давления, Процессы в обменнике взаимосвязаны так, что для поддержания давления в окне 11 и на выходе из диффуэора необходимо, чтобы через окно 10 поступало газа больше, чем выходило через окно 11. Поэтому входное окно 10 шире, чем985466 выходное окно 1 и струя более высокого давления, ограниченная траекториями волн давления и разрежения, вокно 12 полностью не попадает, а откраев окна отделяются узкие струйки, которые несут разность энергии,насадки и диффузора, Струйки распадаются.в общей массе газа и давлениена участке после волны разрежениябудет выше, чем до волны давления.Это повышение давлений служит дляпокрытия потерь при перетекании газапо каналам из сектора расширения всектор сжатия,При вьцоде на участок Г (Г и Г, )давление в роторных ячейках вью,чем в канале б, на величину волновогодавления и при сообщении с канатом вячейке возникает волна разрежения,которая оставляет после себя газ пониженного давления, который движетсясо скоростью газа,в канале (сечениеЖ-Ж на фиг.б).Волна доходит до стенки 14, отражается и возвращается обратно. Приэтом после волны остается неподвиж"ный газ давлением ниже, чем в канале,на величину волнового разрежения(сеченне И-И на фиг,б). При подходеволны к торцу ячейки последняя выходит из сообщения с каналом и закрывается торцом. При этом давление вячейке ниже, чем в канале б, и выше,чем в канале 5, на величину волновогоразрежения,Процессы, протекающие в ячейкепри сообщении с каналом 5 аналогичны,. На выходе из сектора.Г в ячейкахизбыточное (остаточное) давление,равное перепаду давления при течениипо каналам газа из сектора расширения в сектор сжатия плюс давление.в волне, которая образуется в секторе А при выходе ячейки из сообщенияс диффузором. Источники информации,60 принятые во внимание при экспертизе На участках В и Г одну часть не- . подвижного канала занимает газ с большим удельным весом (воздух), а . другую часть - с меньшим удельным весом (продукты сгорания). Скорость волны в этих газах разная и на границе раздела. возникают вторичные волны (фигб, штрих-пунктирная линия),На развертках (фиг,З и 8) можно проследить струю воздуха ограниченной линией 13. Середина струи - линия со стрелками, Струя, попадая в ячейки, в секторе Б сжимается, е секторе В не выталкивается из ячеек в окно 11, а попадает в сектор Г, расширяется,. переходит через непод-. вижные каналы в сектор Б, вновь делает кругооборот и после этого по" падает в окно 11. Число кругооборо. атов равно степени сжатия и не обяза-.тельно равно целому числу,Для получения максимальной эффективности при минимальных габаритах следует выдерживать соотношение 5о +фяр цобр/ где а . - ширина канала;8 р - длина ячейки 1Ж - скорость прямой волны в3 Дячейке;Ь - скорость отраженной волны вячейке;ЮЬ - окружная скорость ротора.15 В секторе Г из-за наличия высокотемпературных продуктов сгоранияскорость И волн выше, чем в сектореБ, и поэтому ширина входа в каналменьше,.чем ширина выхода из канала,20 Этому соотношению наилучшим обра- .зом удовлетворяет условие выполненияширины каждой перемычки, равнойширине ячейки, а ширину ячейки, равной 0,07-0,1 ее длины,Такое сочетание размеров в совокупности с оптимальным отношением,ширины перепущенного канала к ширинеячейки позволяет уменьшить расстояния между соседними окнами и каналаЗ 0 ми, в результате чего сокращаются габариты обменника давления и уменьшаются аэродинамические потери и теплав стенке ячеек. Оптимизация числаячеек одновременно с уменьшением по 35 терь энергии позволяет упростить конструкцию статора,формула изобретения40Волновой обменник давления, содержащий, по меньшей мере, один ротор,снабженный расположенными по егопериферии и открытыми с торцов ячей 45 ками, и статор, снабженный окнамидля подвода и отвода сжимающей исжимаемой сред от торцов ячеек и отделенными один от другого и от оконпри помощи перемычек перепускнымиканалами, сообщенными с торцамиячеек, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью повьзаения эффективности,ширина каждой ячейки выполнена равной 0,07-0,1 ее длины, ширина каждой перемычки выполнена равной шири"не ячейки, выходное сечение каналавыполнено равным Йирине 4- 5 ячеек,а входное - ширине 3-4 ячеек,1. Патент США 92780405,кл. 417-64, опублик. 1957.9854668 г Фиг,ПИ Заказ 10128/5ж 678 Подписное лиал ППП "Патентф.,Ужгород, ул.Проектная,