RU17796U1

RU17796U1 - SHOULDER BLADE

Info

Publication number: RU17796U1
Application number: RU2000124211/20U
Authority: RU
Inventors: С.М. Василенко
Original assignee: Андвари Ой Лтд.
Priority date: 2000-09-25
Filing date: 2000-09-25
Publication date: 2001-04-27

Abstract

1. Лопатка соплового аппарата с выпуклой и вогнутой сторонами профиля, отличающаяся тем, что профиль представляет собой сектор кругового кольца с несимметричными торцами, один из которых представляет собой прямой тангенциальный срез, образованный пересечением кольца с хордой, причем общая длина хорды меньше внутреннего диаметра кольца, а другой торец выполнен в форме ломаной линии, образованной пересечением кольца, как минимум, с двумя хордами разной длины, при этом большая из хорд имеет длину меньше внутреннего диаметра кольца.2. Лопатка по п.1, отличающаяся тем, что упомянутый торец с ломаной линией выполнен с, по меньшей мере, одной ступенькой.3. Лопатка по п.1, отличающаяся тем, что упомянутый торец с ломаной линией выполнен с, по меньшей мере, одной ступенчатой выемкой.1. The blade of the nozzle apparatus with convex and concave sides of the profile, characterized in that the profile is a sector of a circular ring with asymmetric ends, one of which is a straight tangential section formed by the intersection of the ring with the chord, and the total length of the chord is less than the inner diameter of the ring, and the other end face is made in the form of a broken line formed by the intersection of the ring with at least two chords of different lengths, while the largest of the chords has a length less than the inner diameter of the ring. 2. The blade according to claim 1, characterized in that the said end face with a broken line is made with at least one step. The blade according to claim 1, characterized in that the said end face with a broken line is made with at least one stepped recess.

Description

ЛОПАТКА СОПЛОВОГО АППАРАТАSHOULDER BLADE

Полезная модель относится к конструкции соплового аппарата и может найти применение в аэродинамических дробилках, акустических дробилках и т.п. устройствах, где нужно создавать вихревые потоки материала или осуществить встречное движение потоков газа, несущего дисперсный материал.The utility model relates to the design of a nozzle apparatus and may find application in aerodynamic crushers, acoustic crushers, etc. devices where it is necessary to create vortex flows of material or to counter-move gas flows carrying dispersed material.

Известно большое количество сопловых аппаратов и лопаток, применяемых, в основном, в турбостроении.A large number of nozzle apparatuses and blades are known, which are used mainly in turbine construction.

Известны, так называемые, саблевидные или банановые сопловые лопатки (Дейч М.Е., Трояновский Б.М. Исследования и расчеты ступеней осевых турбин. М.,1964, 628с.) Конструкция соплового аппарата содержит саблевидные сопловые лопатки, установленные перед рабочим колесом между внутренним и наружным ободами, участок каждой из которых у внутреннего обода лопатки наклонен относительно радиуса в сторону вращения рабочего колеса, а участок у наружного обода наклонен относительно радиуса в сторону, обратную вращению рабочего колеса.The so-called saber-shaped or banana nozzle blades are known (Deich M.E., Troyanovsky B.M. Research and calculation of axial turbine stages. M., 1964, 628s.) The nozzle apparatus design contains saber-shaped nozzle blades mounted in front of the impeller between inner and outer rims, a section of each of which at the inner rim of the blade is inclined relative to the radius in the direction of rotation of the impeller, and a section at the outer rim is inclined relative to the radius in the direction opposite to the rotation of the impeller.

Известна также Ступень осевой турбомашины по а.с. №1605001, F01D 9/02, у которой сопловые лопатки, с целью повышения КПД, наклонены у внутреннего обода по направлению вращения ротора.The Axial turbomachine stage is also known as No. 1605001, F01D 9/02, in which nozzle vanes, in order to increase efficiency, are inclined at the inner rim in the direction of rotation of the rotor.

Однако, наклон сопловых лопаток у внутреннего и наружного ободов в указанных конструкциях приводит к значительному отклонению в этих зонах углов потока за сопловой решеткой от эффективных. Эффективные зоны определяются геометрическими характеристиками решетки профилей. (Дейч М.Е., Трояновский Б.М. Исследования и расчеты ступеней осевых турбин. М.,1964, 628с.)However, the inclination of the nozzle blades at the inner and outer rims in these structures leads to a significant deviation in these zones of flow angles behind the nozzle lattice from the effective ones. Effective zones are determined by the geometric characteristics of the lattice profiles. (Deich M.E., Troyanovsky B.M. Research and calculation of stages of axial turbines. M., 1964, 628 p.)

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемой лопатке соплового аппарата является Лопатка соплового аппарата по свидетельству на полезную модель .№5209, F01D 5/14, выбранная за прототип. Профиль лопатки имеет расширяюще - сужающуюся форму, входная кромка которого определена дугой окружности, выпуклая и вогнутая стороны профиля определены параболической дугой, выходная кромкаThe closest in technical essence and the achieved result to the proposed blade of the nozzle apparatus is the blade of the nozzle apparatus according to the utility model certificate. No. 5209, F01D 5/14, selected for the prototype. The blade profile has an expanding - tapering shape, the input edge of which is defined by an arc of a circle, the convex and concave sides of the profile are determined by a parabolic arc, the output edge

г GO 5 , -2-V- g GO 5, -2-V-

МПКГОШ5/14MPKGOSH5 / 14

профиля определена дугой окружности, хорда профиля лопатки равна 1,7 - 2,4 его ширины, отношение максимальной толщины профиля к хорде составляет 0,13 0,17, а расстояние от входной кромки до центра максимальной толщины равно 0,05 - ОД хорды профиля.of the profile is defined by an arc of a circle, the chord of the profile of the blade is 1.7 - 2.4 of its width, the ratio of the maximum thickness of the profile to the chord is 0.13 0.17, and the distance from the input edge to the center of the maximum thickness is 0.05 - OD of the profile chord .

Однако, указанная сопловая лопатка из-за обтекаемой формы сопла не может обеспечить возникновения встречного движения газовой струи, особенно при малых скоростях ламинарного потока, что особенно важно в конструкциях аэродинамических и акустических дробилок.However, this nozzle blade due to the streamlined shape of the nozzle cannot ensure the onset movement of the gas stream, especially at low speeds of the laminar flow, which is especially important in the design of aerodynamic and acoustic crushers.

Техническая задача, на решение которой направлена данная полезная модель, - устранение указанного недостатка, т.е. создать условия для возникновения отрывного течения и, тем самым, осуществить встречное движение потоков газа, несущего дисперсный материал.The technical problem, which this utility model is aimed at, is the elimination of this drawback, i.e. to create conditions for the occurrence of a separated flow and, thereby, to carry out the oncoming movement of gas flows carrying dispersed material.

Эта задача рещена тем, что в лопатке соплового аппарата с выпуклой и вогнутой сторонами профиля, профиль представляет собой сектор кругового кольца с несимметричными торцами, один из которых представляет собой прямой тангенциальный срез, образованный пересечением кольца с хордой, причем общая длина хорды меньше внутреннего диаметра кольца, а другой торец выполнен в форме ломаной линии, образованной пересечением кольца, как минимум, с двумя хордами разной длины, при этом большая из хорд имеет длину меньще внутреннего диаметра кольца.This problem is solved in that in the blade of the nozzle apparatus with convex and concave sides of the profile, the profile is a sector of a circular ring with asymmetric ends, one of which is a straight tangential section formed by the intersection of the ring with the chord, and the total length of the chord is less than the inner diameter of the ring and the other end face is made in the form of a broken line formed by the intersection of the ring with at least two chords of different lengths, while the largest of the chords has a length less than the inner diameter of the ring.

В соответствии с п.2 формулы, упомянутый торец с ломаной линией выполнен, с по меньшей мере, одной ступенькой.In accordance with claim 2 of the formula, said end face with a broken line is made with at least one step.

В соответствии с п.З формулы, упомянутый торец с ломаной линией выполнен, с по меньшей мере, одной ступенчатой выемкой.In accordance with paragraph 3 of the formula, said end face with a broken line is made with at least one step recess.

В результате, в предлагаемой конструкции лопатки соплового аппарата обеспечено ускорение потока дисперсионной среды, и созданы условия для возникновения обратного течения и возникновения пульсаций при периодическом изменении давления на входе в сопловую щель, образованную при расположении как минимум двух лопаток вслед одна за другой по окружности. Возникновение обратного течения происходит из-за значительного утолщения пограничного слоя и отрыва потока от стенки. Течение в этой области становится вихревым.As a result, in the proposed design of the blades of the nozzle apparatus, acceleration of the flow of the dispersion medium is ensured, and conditions are created for the occurrence of a reverse flow and the appearance of pulsations with a periodic change in pressure at the inlet to the nozzle gap formed when at least two blades are located one after the other around the circumference. The occurrence of a reverse flow occurs due to a significant thickening of the boundary layer and flow separation from the wall. The flow in this region becomes a vortex.

Ступеньки и выемки способствуют возникновению отрывного течения при дозвуковых скоростях истечения газа из сопла, а при достижении сверхзвуковых скоростей на этих элементах конструкции возникают ударные волны.Steps and grooves contribute to the appearance of a tear-off flow at subsonic velocities of gas outflow from the nozzle, and when supersonic velocities are reached, shock waves appear on these structural elements.

- 2,- 5Сущность полезной модели пояснена чертежом, где изображено:- 2, - 5 The essence of the utility model is illustrated in the drawing, which shows:

Фиг. 1 - общий вид четырех лопаток в состоянии для сбора в рабочем органе;FIG. 1 is a general view of four blades in a state for collection in a working body;

Фиг,2 - то же в соответствии с п.2 формулы;Fig, 2 - the same in accordance with claim 2 of the formula;

Фиг.З - то же в соответствии с п.З формулы;Fig.Z - the same in accordance with paragraph 3 of the formula;

Фиг.4 - условно изображен механизм возникновения отрывного течения на криволинейном участке сопла.Figure 4 - conventionally depicted the mechanism of occurrence of tear-off flow in a curved section of the nozzle.

Лопатка соплового аппарата содержит (фиг.1) корпус 1, сопловую щель2, которая образована плоскостью 3 - прямой тангенциальный срез и торец 4 -ломаная линия.The blade of the nozzle apparatus contains (Fig. 1) a housing 1, a nozzle slit 2, which is formed by a plane 3 — a straight tangential section and an end 4 — a broken line.

На фиг.2 торец 4 показан с одной ступенькой 5, а на фиг.З - с двумя ступеньками, которые образуют выемку 6.In Fig. 2, end 4 is shown with one step 5, and in Fig. 3, with two steps that form a recess 6.

Работает лопатка следующим образом.The blade works as follows.

С внутренней стороны лопаток 1, расположенных вслед одна за другой по окружности, через сопловые щели 2 в радиальном направлении изнутри - наружу движется дисперсионная среда (газ), несущая дисперсный материал, предназначенный для размола. Форма соплового канала, образованного лопатками, расположенными одна за другой, способствует возникновению отрывного течения и пульсаций даже при малом периодическом изменении давления на входе в канал, в результате чего поток дисперсионной среды разделяется на две части, которые движутся навстречу. Известно (Лойтянский Л.Г., Механика жидкости и газа, 6 изд., М., 1987), что при обтекании тела криволинейной формы в пределах толщины 6 пограничного слоя по нормали к поверхности скорость течения убывает от значения v на внещней границе слоя до на поверхности тела, а давление остается постоянным и равным давлению во внешнем потоке (Фиг.4). В непосредственной близости от поверхности, где скорость течения мала, кинетическая энергия потока оказывается недостаточной для преодоления давления, повышающегося в направлении течения. В результате скорость течения становится равной нулю, а затем меняет направление на обратное. Возникновение обратного течения приводит к значительному утолщению пограничного слоя и отрыву потока от стенки. Течение в области между границей отрывного течения и поверхностью твердого тела становится вихревым.On the inner side of the blades 1, located one after the other around the circumference, through the nozzle slots 2 in the radial direction from the inside - the dispersion medium (gas) moves outward, carrying the dispersed material intended for grinding. The shape of the nozzle channel formed by the blades located one after the other contributes to the appearance of a separated flow and pulsations even with a small periodic change in pressure at the inlet of the channel, as a result of which the flow of the dispersion medium is divided into two parts that move towards one another. It is known (Loytyansky LG, Mechanics of liquid and gas, 6th ed., M., 1987) that when a curvilinear body flows around within a thickness of 6 of the boundary layer along the normal to the surface, the flow velocity decreases from the value of v at the external boundary of the layer to on the surface of the body, and the pressure remains constant and equal to the pressure in the external flow (Figure 4). In the immediate vicinity of the surface, where the flow velocity is small, the kinetic energy of the flow is insufficient to overcome the pressure increasing in the direction of the flow. As a result, the flow velocity becomes zero, and then reverses direction. The occurrence of a reverse flow leads to a significant thickening of the boundary layer and separation of the flow from the wall. The flow in the region between the boundary of the separated flow and the surface of a solid becomes a vortex.

Уступы и выемки способствуют возникновению отрывного течения при дозвуковых скоростях истечения газа из сопла, а при достижении сверхзвуковых скоростей на этих элементах конструкции возникают ударные волны.The steps and recesses contribute to the appearance of a tear-off flow at subsonic velocities of gas outflow from the nozzle, and when supersonic velocities are reached, shock waves appear on these structural elements.

При высоких скоростях вращения воздушной мельницы возможно возникновение сверхзвукового течения в расширяющемся канале сопла с образованием отошедшей ударной волны. В месте пересечения отошедшей ударной волной пограничного слоя возникает область сильного встречного течения дисперсионной среды.At high rotational speeds of the air mill, a supersonic flow may occur in the expanding channel of the nozzle with the formation of a departing shock wave. At the point of intersection of the boundary layer that has departed by the shock wave, a region of strong countercurrent flow of the dispersion medium arises.

Течение в отрывной зоне нестационарное: даже при незначительном периодическом изменении давления на входе в сопловой канал, на выходе из него возникают пульсации давления большой интенсивности, которые способствуют разрушению диспергированного в газовом потоке материала.The flow in the separation zone is unsteady: even with an insignificant periodic change in pressure at the inlet to the nozzle channel, pressure pulsations of high intensity arise at the outlet of it, which contribute to the destruction of the material dispersed in the gas stream.

(У (Zy i-(i -4ЛОПАТКА(Y (Zy i- (i -4

Claims

1. The blade of the nozzle apparatus with convex and concave sides of the profile, characterized in that the profile is a sector of a circular ring with asymmetric ends, one of which is a straight tangential section formed by the intersection of the ring with the chord, and the total length of the chord is less than the inner diameter of the ring, and the other end face is made in the form of a broken line formed by the intersection of the ring with at least two chords of different lengths, while the larger of the chords has a length less than the inner diameter of the ring.

2. The blade according to claim 1, characterized in that the said end face with a broken line is made with at least one step.

3. The blade according to claim 1, characterized in that the said end face with a broken line is made with at least one step recess.