RU224742U1 - Струйная установка - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области производства и конструирования струйной техники в различных отраслях промышленности. В частности заявляемое техническое решение может быть использовано при создании струйных систем управления для транспортных систем и объектов энергетики. Указанная техническая проблема решается тем, что в струйной установке, содержащей каналы рабочей среды и перекачиваемой среды, сопловой аппарат, рабочую камеру в виде системы разнонаправленных патрубков и узел регулирования направления потока смеси рабочей и перекачиваемой сред в рабочую камеру, согласно полезной модели, узел регулирования направления потока смеси рабочей и перекачиваемой сред в рабочую камеру выполнен в виде ротора, установленного на опорном узле, и сервопривода, при этом ротор выполнен в виде профилированного патрубка, размещенного между сопловым аппаратом и рабочей камерой с возможностью углового перемещения и вращения, а вход профилированного патрубка сообщается с каналом рабочей среды и через запорное регулирующее устройство с каналом перекачиваемой среды, причем запорное регулирующее устройство и сервопривод подключены к блоку регулирования. Достигаемый технический результат заключается в обеспечении управления маневрирования потоками смеси рабочей и перекачиваемой среды при равномерном или при неравномерном распределении ее по выходным каналам и при различных значениях параметров количества движения в каждом из этих каналов за счет управления вектором тяги. 3 з.п. ф-лы, 7 ил.

Description

Полезная модель относится к области производства и конструирования струйной техники в различных отраслях промышленности. В частности, заявляемое техническое решение может быть использовано при создании струйных систем управления для транспортных систем и объектов энергетики.

Известна струйная насосная установка, содержащая источник рабочей среды, сопловой аппарат, источник перекачиваемой среды, рабочую камеру с кольцевым каналом, в котором размещены направляющие лопатки с образованием между лопатками проточных каналов, изолированных друг от друга (RU 116190, 2012 г.).

Недостатком известного технического решения является ограниченная область применения, обусловленная узким диапазоном регулирования для каждого потока таких рабочих параметров, как давление и массовый расход.

По технической сущности и достигаемому результату наиболее близкой к заявляемому техническому решению является струйная установка, содержащая источники рабочей среды и перекачиваемой среды, сопловой аппарат, рабочую камеру, узел регулирования поворота соплового аппарата для изменения направления потока смеси рабочей и перекачиваемой среды, при этом на выходе рабочей камеры установлена система разнонаправленных патрубков, образующих многоканальную систему проточных каналов для подачи смеси рабочей и перекачиваемой среды (RU 214452, 2022 г.).

Недостатком известного технического решения является относительно узкий диапазон регулирования рабочих параметров потоков, что обусловлено конструктивным исполнением узла регулирования, и, соответственно, ограничивает область применения известной струйной установки.

Технической проблемой, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является расширение диапазона регулирования рабочих параметров системы переменных потоков смеси рабочей и перекачиваемой среды, направляемых в разнонаправленные патрубки.

Указанная техническая проблема решается тем, что в струйной установке, содержащей каналы рабочей среды и перекачиваемой среды, сопловой аппарат, рабочую камеру в виде системы разнонаправленных патрубков и узел регулирования направления потока смеси рабочей и перекачиваемой сред в рабочую камеру, согласно полезной модели, узел регулирования направления потока смеси рабочей и перекачиваемой сред в рабочую камеру выполнен в виде ротора, установленного на опорном узле, и сервопривода, при этом ротор выполнен в виде профилированного патрубка, размещенного между сопловым аппаратом и рабочей камерой с возможностью углового перемещения и вращения, а вход профилированного патрубка сообщается с каналом рабочей среды и через запорное регулирующее устройство с каналом перекачиваемой среды, причем запорное регулирующее устройство и сервопривод подключены к блоку регулирования.

В частных конкретных случаях выполнения установки:

входное сечение канала профилированного патрубка имеет форму круга, а выходное сечение форму прямоугольника;

входное и выходное сечения профилированного патрубка смещены относительно оси патрубка;

внутренняя стенка профилированного патрубка имеет разветвленную поверхность.

Достигаемый технический результат заключается в обеспечении управления маневрирования потоками смеси рабочей и перекачиваемой среды при равномерном или при неравномерном распределении ее по выходным каналам и при различных значениях параметров количества движения в каждом из этих каналов за счет управления вектором тяги.

На фиг.1-7 для удобства описания заявляемого технического решения представлены графические материалы и фотографии.

На фиг.1 представлена принципиальная схема струйной установки.

На фиг.2 представлена схема струйной установки с системой управления (профилированный патрубок 7 в вертикальном положении; рабочая камера 5 не показана).

На фиг.3 представлена схема струйной установки с системой управления (профилированный патрубок 7 в повернутом положении; рабочая камера 5 не показана).

На фиг.4 представлена трехмерная компьютерная модель профилированного патрубка 7.

На фиг.5 представлены физические модели профилированного патрубка 7 и опорного узла 8, которые были отпечатаны на 3D-принтере с использованием разработанной компьютерной модели (на переднем плане показан вход профилированного патрубка 7).

На фиг.6 представлены физические модели профилированного патрубка 7 и опорного узла 8, которые были отпечатаны на 3D-принтере с использованием разработанной компьютерной модели (на переднем плане показан выход профилированного патрубка 7).

На фиг.7 представлены физические модели профилированного патрубка 7 и опорного узла 8 в сборке (показан выход профилированного патрубка 7).

Струйная установка содержит каналы рабочей среды 1 и перекачиваемой среды 2 и 3, сопловой аппарат 4, рабочую камеру 5 в виде системы разнонаправленных патрубков 6 и узел регулирования направления потока смеси рабочей и перекачиваемой сред в рабочую камеру 5.

Узел регулирования направления потока смеси рабочей и перекачиваемой сред в рабочую камеру 5 выполнен в виде ротора 7, установленного на опорном узле 8, и сервопривода 9, при этом ротор 7 выполнен в виде профилированного патрубка, размещенного между сопловым аппаратом 4 и рабочей камерой 5 с возможностью углового перемещения и вращения, а вход профилированного патрубка 7 сообщается с каналом рабочей среды 1 и через запорное регулирующее устройство 10 с каналом перекачиваемой среды 2. Сервопривод 9 и запорное регулирующее устройство 10 подключены к блоку регулирования 11, через управляющие каналы 12 и 13 соответственно.

Разнонаправленные выходные патрубки 6 в рабочей камере 5 могут быть выполнены различной формы (например, в виде прямолинейных или криволинейных труб). При этом обеспечивается возможность для подачи смеси рабочей и перекачиваемой среды (текучей среды) в различных направлениях в рамках геометрической сферы.

Для примера на фигурах показан вариант известного опорного узла 8, выполненного на основе сферического шарнира, позволяющего отклонять ротор - профилированный патрубок 7 на заданный угол. В представленном примере сервопривод 9 обеспечивает изменение и фиксацию положения ротора 7, выполненного в виде профилированного патрубка, при этом ротор 7 (в общей системе с сервоприводом 9) выполняет функцию рабочего органа. В данном примере термин сервопривод используется для обозначения электрического привода с обратной связью по положению, обычно применяемого в автоматических системах для привода управляющих элементов и рабочих органов. Известно, что сервопривод выделяется своей высокой скоростью срабатывания и широкими возможностями для компьютеризации систем управления.

В общем случае форма и размеры входного сечения 14, у ротора, выполненного в виде профилированного патрубка 7, могут отличаться от формы и размеров выходного сечения 15. В представленном примере входное сечение 14 у профилированного патрубка 7 имеет форму круга, а выходное сечение 15 имеет форму прямоугольника, что удобно для формирования плоских струй. Известно, что плоские струи широко используются при создании струйных систем управления, в том числе в области пневмоники и в авиационной технике, при рассмотрении эффекта Коанда. Входное и выходное сечения профилированного патрубка могут быть смещены относительно оси патрубка. Внутренняя стенка профилированного патрубка может иметь разветвленную поверхность.

Для примера, сопловой аппарат 4 может являться составной частью для известного воздушно-реактивного двигателя или ракетного двигателя (например, твердотопливного или гибридного ракетного двигателя), при этом заявляемый струйный аппарат позволит расширить технические возможности известных двигателей и систем управления вектором тяги.

Струйная установка работает следующим образом.

Канал рабочей среды 1 обеспечивает подачу рабочей среды в сопловой аппарат 4. Сформированная в сопловом аппарате 4 рабочая струя попадает в профилированный патрубок 7. Перекачиваемая среда через канал 2 подводится к струе рабочей среды, проходя через запорное регулирующее устройство 10. Опорный узел 8 обеспечивает отклонение ротора, выполненного в виде профилированного патрубка 7, и соответствующее изменение направление потока с учетом решаемой технологической задачи. Поток из профилированного патрубка 7 направлен в рабочую камеру 5, выполненную в виде системы разнонаправленных выходных патрубков 6. В рабочей камере 5 реализуется дополнительный подвод перекачиваемой среды через канал 3. При этом поток из профилированного патрубка 7 распределяется равномерно или неравномерно в системе разнонаправленных патрубков 6 в рабочей камере 5.

Рабочей и перекачиваемой средами могут быть жидкости или газы, или газожидкостные смеси, с различными соотношениями компонентов. Режим течения рабочей среды через сопловой аппарат 4 может быть установившимся или неустановившимся (например, импульсный режим, согласно определенному заданному закону изменения газодинамических параметров, с учетом условий решаемой технологической задачи).

Из разнонаправленных патрубков 6 смесь рабочей среды и перекачиваемой среды поступает далее в технологическую линию на прием потребителя или нескольких потребителей в энергетической системе (на фигурах такая технологическая линия и потребители не показаны).

При создании струйных систем управления для транспортных систем, и при управлении вектором тяги сопловой аппарат 4 и рабочая камера 5 обеспечивают возможность для подачи смеси рабочей и перекачиваемой среды в окружающей среде (например, в воздушном пространстве или под водой). При этом такие потоки могут быть ориентированы в различных направлениях в рамках геометрической сферы в зависимости от формы и количества патрубков 6 в рабочей камере 5. В зависимости от положения в пространстве соплового аппарата 4, профилированного патрубка 7 и рабочей камеры 5 (с учетом их геометрических размеров), меняются условия течения рабочей среды и условия перемешивания потоков рабочей и перекачиваемых сред. При этом в указанных каналах изменяются значения массовых расходов, давлений, температур, коэффициентов Кориолиса и Буссинеска, и других газодинамических (гидродинамических) параметров. Соответственно, изменяются параметры количества движения (импульса сил) рабочего и смешанного потоков и эпюры скоростей в поперечном сечении каждого канала. Рабочая среда может распределяться равномерно или неравномерно по каналам рабочей камеры 5. Весь поток рабочей среды может быть направлен в какой-то один канал в рабочей камере 5, при этом соответственно меняются координаты начальной точки для вектора тяги. Совокупность описанных процессов позволяет решать различные задачи по управлению вектором тяги для транспортных систем, работающих на суше, под водой или в воздушном пространстве. Запорное регулирующее устройство 10 позволяет регулировать расход перекачиваемой среды через канал 2, при этом обеспечивается регулирование вектора тяги по модулю (что также согласуется с теорией струйных аппаратов, включая струйные насосы, струйные усилители тяги). Форма и размеры разнонаправленных патрубков 6 в рабочей камере 5 позволяют управлять положением в пространстве результирующего вектора тяги и позволяют менять координаты начальной точки для вектора тяги (в пределах полной геометрической сферы). Таким образом, обеспечиваются возможности для управления вектором тяги по модулю, по направлению и по координатам начальной точки.

Возможны различные варианты исполнения опорного узла 8. Для примера на фигурах показан вариант опорного узла 8, выполненного на основе известного сферического шарнира, позволяющего отклонять профилированный патрубок 7 на заданный угол. В представленном примере профилированный патрубок 7 в опорном узле 8выполняет функции ротора (рабочего органа) в сервоприводе 9.

При подаче управляющего сигнала через управляющий канал 12 сервопривод 9 за счет электромагнитных сил поворачивает (или заставляет вращаться) ротор 7, выполненный в виде профилированного патрубка.

При подаче управляющего сигнала через управляющий канал 13, запорное регулирующее устройство 10 обеспечивает увеличение или уменьшение массового расхода перекачиваемой среды через канал 2, что позволяет увеличить или соответственно уменьшить значение количества движения (что в итоге позволяет регулировать (изменять) вектор тяги по модулю).

Сервопривод 9 и запорное регулирующее устройство 10 через управляющие каналы 12 и 13 подключены к блоку регулирования 11, что открывает возможности для создания быстродействующих систем управления различного назначения с перспективой практического использования искусственного интеллекта в транспортных системах и в энергетике.

Таким образом, предлагаемая струйная установка обеспечивает возможности для создания гибкой и быстродействующей системы регулирования, позволяющей в широком диапазоне изменять параметры потоков текучих сред. При этом расширяется область применения предлагаемой струйной установки, поскольку обеспечиваются возможности для управления вектором тяги по модулю, по направлению и по координатам начальной точки в пределах геометрической сферы.

Claims (4)

1. Струйная установка, содержащая каналы рабочей среды и перекачиваемой среды, сопловой аппарат, рабочую камеру в виде системы разнонаправленных патрубков и узел регулирования направления потока смеси рабочей и перекачиваемой сред в рабочую камеру, отличающаяся тем, что узел регулирования направления потока смеси рабочей и перекачиваемой сред в рабочую камеру выполнен в виде ротора, установленного на опорном узле, и сервопривода, при этом ротор выполнен в виде профилированного патрубка, размещенного между сопловым аппаратом и рабочей камерой с возможностью углового перемещения и вращения, а вход профилированного патрубка сообщается с каналом рабочей среды и через запорное регулирующее устройство с каналом перекачиваемой среды, причем запорное регулирующее устройство и сервопривод подключены к блоку регулирования.

2. Струйная установка по п. 1, отличающаяся тем, что входное сечение канала профилированного патрубка имеет форму круга, а выходное сечение форму прямоугольника.

3. Струйная установка по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что входное и выходное сечения профилированного патрубка смещены относительно оси патрубка.

4. Струйная установка по п. 1, отличающаяся тем, что внутренняя стенка профилированного патрубка имеет разветвленную поверхность.