Рабочий элемент аэродинамического нагревателя

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ 119) (11) СПУБЛИК 4 Р 7/ 15 САНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ СВИДЕТЕЛЬСТВ АВТОРСК АБОЧИЙ ЭЛЕМ ОГО НАГРЕВАТЕ значение; изобр вам для превра и в тепловую и мичность, Сущнос емент аэродинам т из вала 1 и з ятора, выполнен О ИНА ЕНТ АЭЛЯетение ощенияпаз волть изобическогакрепленого в учно-техническогокар"Т. Белобаба тво С 1980 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(71) Жуковский центр нтворчества молодежи "И(54) Р ЧЕСК (5 Л На тройст энерги эконо чий эл состои вентил тносится к усмеханической яет повысить ретения:рабоо нагревателя нного на нем виде двух со1746147 члененных односторонних поверхностей 2 и 3 по типу листа Мебиуса, Поверхность 2 расположена выше поверхности 3, В верхнем месте крепления поверхности 2 и в никнем месте крепления поверхности 3 к валу 1 сечения поверхностей перпендикулярны оси вала 1, В нижнем месте крепления поверхности 2 и в верхнем месте коепления поверхности 3 к валу 1 сечения поверхностей параллельны оси вала 1, В меридиональном сечении профили сечений с Изобретение относится к конструкциям для производства тепла и может быть использовано в печах аэродинамического нагрева, в частности оно мокет использоваться для создания потока подогретых газов или жидкостей, в том числе и для бытовой техники,Известен вихревой термостат, рабочим элементом которого является вихревая труба. Осушенный сжатый воздух из внешней магистрали через патрубок поступает в ме.,трубное пространство противоточного спирально-трубчатого теплообменника и проходит в вихревую трубу, Для работы на подогрев краны переключаются так, что горячий поток через один из кранов идет по патрубку в межстенное пространство термостатической камеры, смывает ее, а затем через донный патрубок поступает в трубки теплообменника и через второй кран подается в регулируемое сопло эжектора. (Уаркулов А. П. Вихревой эффект и его применение в технике, У,: Машиностроение, 1969,с, 123, рис, 7,4),Однако описанный рабочий элемент обладает весьма низкой энергетической эффективностью, При термодинамическом анализе тепловых аппаратов основным критерием является степень термодинамического совершенства положенных в их основу циклов. В большинстве случаев этот критерий оказывается единственно правильным, так как затраты на осуществление цикла чаще всего оказываются доминирующими в общей сумме затрат, Цикл вихревой трубы с этой точки зрения приводит к выводу о его крайнем несовершенстве. КПД цикла составляет несколько процентов, Вторым недостатком вихревой трубы является потребность иметь внешний источник сжатого воздуха. Если учесть, что КПД компрессора всегда ниже 100.Д, то можно представить насколько ниже эффективность превращения в тепловую энергию механической энергии привода компрессора. векторами окружной скорости составляют углы, равные примерно 45 О, Передние кромки винта закругленные, а задние острые, Развертки поверхностей 2 и 3 на плоскость представляют собой 5-образные фигуры, насаженные своими серединами на вал. Внешние точки фигур соединены в одном месте на валу 1, Передние кромки поверхности 2 образованы выпуклыми ребрами фигуры. Передние кромки поверхности 3 образованы вогнутыми ребрами фигуры. 16 ил,Известен рабочий элемент аэродинамического нагревателя, содержащий вал с насаженным на него вентилятором 11.Недостатком такого рабочего элемента5 является повышенный расход энергии присоздании теплонесущего потока,Целью изобретения является увеличение энергетической эффективности за счетразделения вихревого потока за вентилято 10 рами на две части с различным энергетическим уровнем,Укаэанная цель достигается тем, чтовентилятор рабочего элемента аэродинамического нагревателя выполнен в виде двух15 сочлененных односторонних поверхностейпо типу листов Мебиуса, причем разверткиповерхностей на плоскость выполнены в виде Б-образных фигур, насаженных своимисерединами на вал и соединенных каждая20 внешними точками ее в одном месте на валумежду участками крепления поверхностей квалу, при этом поверхности зеркально отображены относительно плоскости, проходящей через ось вала перпендикулярно ей, а25 передние кромки вентилятора образованывыпуклыми ребрами одной фигуры и вогнутыми ребрами другои фигуры,На фиг, 1 показан рабочий элементаэродинамического нагревателя; на фиг, 2 -30 сечение А - А на фиг. 1; на фиг, 3 - сечениеБ - Б на фиг. 1; на фиг, 4 - сечение В - В нафиг, 1; на фиг. 5 изображено сечение Г - Г нафиг, 1; на фиг, 6 - сечение Д - Д на фиг, 1; нафиг, 7 - сечение Е - Е на фиг. 1; на фиг. 8 -35 сечение Ж - Ж на фиг, 1; на фиг, 9 - сечениеК - К на фиг, 1; на фиг. 10 - развертка верхнейповерхности рабочего элемента аэродинамического нагревателя на плоскость; на фиг.11 - сечение Л-Л на фиг. 10; на фиг, 12 -40 сечение М - М на фиг, 10; на фиг. 13 - развертка нижней поверхности рабочего элементааэродинамического нагревателя на плоскость; на фиг. 14 - сечение Н - Н на фиг, 13; нафиг. 15 показано сечение П - П на фиг, 13; на45 фиг, 16 - схема работы аэродинамическогонагревателя,10 20 25 30 40 50 Рабочий элемент аэродинамическогонагревателя (фиг, 1) состоит из вала 1, вертикально расположенного и закрепленногона нем вентилятора, выполненного в видедвух сочлененных односторонних поверх. ностей 2 и 3 по типу листа Мебиуса. Приэтом 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 перпендикулярны оси вала 1.В нижнем месте (фиг. 3) крепления поверхности 2 и в верхнем месте крепления 1поверхности 3 к валу 1 сечения 5 поверхностей параллельны оси вала 1,В меридиональном сечении (фиг, 4) профили 6 и 7 сечений с векторами окружнойскорости Ч 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 промежуточных сечениях (фиг. 5 и 6)профили 1,2 и 13 сечений с векторами скорости Ч 1 составляют углы а 1, заведомо значительно меньше углов в меридиональныхсечениях,В меридиональном сечении(фиг, 7) профили 14 и 15 сечений с векторами окружнойскорости Ч составляют углы /3, равные примерно 45 О, При этом вал 1 имеет направление вращения Н.В, Передние кромки 16 и 17 3винта закругленные, а задние 18 и 19 острые.В промежуточных сечениях (фиг, 8 и 9)профили 20 и 21 сечений с векторами скорости Ч 1 составляют углы 3 1, заведомо значительно меньше углов в меридиональныхсечениях. В частном случае углы а и Р, атакже а 1 и Р 1 равны между собой.. Развертка поверхности 2 (фиг. 10) наплоскость представляет собой 5-образнуюфигуру 22, насаженную своей серединой 23на вал. Внешние точки 24 и 25 фигуры соединены в одном месте на валу 1. Поверхность может быть выполнена из пластиныили спрофилирована в своих сечениях,Передние кромки 8 и 9 сечений (фиг. 11и 12) поверхности 2 образованы выпуклымиребрами фигуры.Развертка поверхности 3 (фиг, 13) наплоскость представляет собой Я-образнуюфигуру 26, насаженную своей серединой 27на вал. Внешние точки 28 и 29 фигуры соединены в одном месте на валу 1. Места 23 и27 на валу 1 расположены на внешних сторонах по отношению к валу, а.точки 24, 25 и28, 29 посереди н е, между н ими. Передние кромки 16 и 17 (фиг. 14 и 15)поверхности 3 образованы вогнутыми ребрами фигуры.Рабочий элемент аэродинамическогонагревателя 30(фиг. 16) помещен в емкость 31, в которой находится газообразная или жидкая среда 32,. которая является рабочим телом для нагревателя, т, е. теплоносителем, Рабочий элемент вращается в направ-.лении Н.В, При этом с поверхностей рабочего элемента сходят мощные вихри 33 и 34, которые перемещаются в плоскостях, пергендикулярных оси вала, т, е, эти вихри отжидаются к стенкам емкости 31, Эти вихри у меридиональной плоскости вентилятора создают потоки 35 и 36, обладающие самой высокой кинетической энергией всего одиночного вихря. Так как потоки направлены навстречу, то скорость их взаимно гасится, превращая кинетическую энергию в тепловую. С небольшой скоростью 37 эта масса теплоносителя выносится наружу от вала к стенкам емкости 31. Поток вдоль оси вала от одной поверхности перемещается на другую поверхность и наружу не выносится, Ядра вихрей 38 и 39, имеющие значительно меньший запас кинетической энергии, чем периферийные их области при разрушении вихрей перемещаются вновь на вход поверхностей в направлении 40 и 41, Забор теплоносителя поверхностями происходит примерно до их миделевых плоскостей в направлениях 42 и 43.Рабочий элемент аэродинамического нагревателя работает следующим образом.При вращении его в среде теплоносителя имеет место образование вихрей и их разрушение у миделевой плоскости элемента и стенок емкости, С поверхностей сходят вихри в виде шнуров. образующих дорожки, отбрасывающие массы в разных направлениях у миделевой плоскости элемента. Периферийные участки, обладающие наибольшей кинетической энергией верх-. них и нижних вихревых шнуров, сталкиваясь, гасят свои скорости, превращая тем самым кинетическую энергию в тепловую. Ядра же вихрей вновь поступают на вход поверхностей вентилятора, Таким образом, имеет место разделение вихревого потока на два, 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 элемента аэродинамического нагревателя и его работы, имеется возможность разделить поток на два с различным энергетическим запасом и поток с более низким запасомэнергии направить вновь на вход, а кинетическую энергию второго потока превратить в тепловую, Так как на образование вихрей практически уходит вся энергия, подводимая к вентилятору, то орган обладает высокой экономичностью, Кроме того, рабочий элемент позволяет вырабатывать тепло простым устройством,формула изобретенияРабочий элемент аэродинамического нагревателя, содержащий вал и насаженный на него вентилятор, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения экономичности, вентилятор выполнен в виде двух сочлененных односторонних поверхностей по типу лися Мебиуса, причем развертки поверхностей на плоскость выполнены в виде 5-образных фй 5 гур, насаженных своими серединами на вал исоединенных каждая внешними точками ее а одном месте на валу, расположенном между местами крепления поверхностей к валу, при этом поверхности зеркально отображены от.10 носительно плоскости, проходящей через осьвала перпендикулярно ей, а передние кромки вентилятора образованы выпуклыми ребрами одной фигуры и вогнутыми ребрами другой фигуры,174 б 147 Составитель Ю,АрутюновТехред М,Моргентал Редактор Л,Волкова Корректор П.Гереши Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 Заказ 2384 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5