СПОСОБ РАБОТЫ ВИХРЕВОЙ ТРУБЫ И ВИХРЕВАЯ ТРУБА Российский патент 2005 года по МПК F25B9/04 

Изобретение относится к области устройства и работы вихревых труб, предназначенных для получения холодных и/или горячих потоков газа.

Известен способ работы вихревой трубы, включающий тангенциальную подачу газа на поверхность камеры энергоразделения, формирование осевого потока и создание разрежения в диафрагме холодного конца.

Такой способ реализуется в вихревой трубе, содержащей раскручивающее устройство, выполненное, например, в виде тангенциального сопла с улиткой, камеру разделения, дроссель и диафрагму холодного конца [1, рис.1. с.6; 2, рис.1.1, с.7].

С целью увеличения эффективности процесса охлаждения (ΔT) диафрагму выполняют конусной с углом конусности 10...15°. За счет этого создается увеличение перепада давления на выходе холодного конца вихревой трубы и в результате ΔT увеличивается, но не более 5К [1, с.56-57]. Это является недостатком.

С этой же целью холодный конец вакуумируют в струйном эжекторе [2, с.94, рис.6.1.], при этом эффект охлаждения, т.е. ΔТ увеличивается иногда несколько более 5К. Но эжектор очень чувствителен к смене режима эжектирования, что также является недостатком.

Задачей изобретения является уменьшение указанного недостатка за счет повышения эффективности процесса выхолаживания осевого потока вихревой трубы.

Поставленная задача в части способа решается тем, что разрежение в диафрагме холодного конца создают за счет сил (осевых и/или центробежных), возникающих при ее вращении.

Поставленная задача в части устройства решается тем, что диафрагма устанавливается на подшипниках с возможностью вращения. При этом за счет раскручивания диафрагмы удается повысить в ней перепад давления (разрежение), что, в свою очередь, позволяет повысить и ΔT.

Для обеспечения возникновения требуемого увеличения перепада давления в полости диафрагмы располагают или шнек или спиральные выступы, и/или канавки (фиг.1). Кроме того, диафрагма может содержать центробежный пневмонасос, всасывающей стороной связанный с полостью диафрагмы (фиг.2).

Фиг.1 показывает устройство предлагаемой вихревой трубы. Вихревая труба содержит тангенциальное сопло (не показано) с улиткой 1, коническую камеру энергоразделения разделения 2, дроссель 3 и диафрагму 4. Диафрагма выполнена из установленной на подшипниках 5 цилиндрической трубы 6. Внутри полости диафрагмы расположен спиральный шнек (не показан) или на внутренней поверхности диафрагмы размещены спиральные выступы 7 (и/или канавки). Сочленение подвижной трубы 6 и неподвижного корпуса улитки герметизировано сальником 8. На наружной поверхности цилиндрической трубы 6 размещен приводной шкив 9. Конусная камера энергоразделения 2 закрыта плоским отражателем 10. Зазор между отражателем 10 и конусом 2 образует дроссельное отверстие 3.

Работает такая вихревая труба следующим образом.

При подаче потока сжатого газа на улитку 1 он раскручивается, поступает в камеру разделения 2 и, прижимаясь под действием центробежных сил к ее конусной поверхности, продвигается в сторону дросселя 3. При подходе к дросселю вращающийся поток газа разделяется, при этом периферийный (горячий) слой уходит в зазор, образованный дросселем 3 и корпусом камеры разделения 2, после чего сбрасывается, например, в атмосферу. Оставшаяся часть на поверхности отражателя 10 формирует обратный осевой поток, направляющийся обратно в сторону улитки 1. При возврате потока газа от отражателя 10 до улитки по оси камеры 2 происходит интенсивный энергообмен между двумя потоками, в результате чего осевой поток выхолаживается и поступает в полость диафрагмы 4. При раскручивании диафрагмы имеющийся внутри спиральный шнек или имеющиеся на внутренней поверхности трубы 6 спиральные выступы и/или канавки интенсивно прокачивают газ и создают в такой полости дополнительное разрежение, способствующее увеличению эффективности процесса охлаждения (ΔT) более чем на 5К.

Благодаря наличию дополнительного разрежения представляется возможным изготавливать диафрагму не конусной, а более простой цилиндрической.

Интенсивность разрежения (перепада давления) на выходе холодного потока можно увеличить за счет центробежного пневмонасоса 11, установленного на вращающейся диафрагме (см. фиг.2). При этом всасывающая сторона такого насоса должна связывается с полостью диафрагмы.

Труба 6 диафрагмы 3 выполняется без сквозного осевого сверления (фиг.2), но с отверстиями 12 на периферийной поверхности трубы 6. С помощью таких отверстий межлопаточное пространство насоса 11 своей всасывающей стороной связывается с полостью диафрагмы, и, через нее - с осевым потоком в камере энергообмена.

Применение центробежного насоса 11 (взамен спиральных выступов 7 или шнека) приводит к значительному повышению разрежения в диафрагме и за счет этого к повышению эффективности охлаждения (ΔT).

Для придания вращения диафрагме (пневмонасосу 11) можно использовать или электродвигатель с приводом через муфту (не показана) или через шкив 9, или использовать пневмотурбину 13, подключенную к тому же источнику сжатого газа, что и вихревая труба (рис.3).

Таким образом сущность изобретения состоит в использовании сил (центробежных или осевых), возникающих при вращении диафрагмы, для дополнительного прокачивания осевого потока.

Источники информации

1. А.Д.Суслов, С.В.Иванов, А.В.Мурашкин, Ю.В.Чижиков. Вихревые аппараты. М.: - Машиностроение, 1985.

2. Меркулов А.П. Вихревой эффект и его применение в технике. М.: - Машиностроение, 1969.

Способ работы вихревой трубы включает тангенциальную подачу газа на поверхность камеры энергоразделения, формирование осевого потока и создание разрежения в диафрагме холодного конца за счет сил, возникающих при ее вращении. Вихревая труба содержит раскручивающее устройство, выполненное, например, в виде тангенциального сопла с улиткой, камеру разделения, дроссель и диафрагму холодного конца. Диафрагма установлена на подшипниках с возможностью вращения. Использование изобретения позволит повысить эффективность работы вихревой трубы. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ работы вихревой трубы, включающий тангенциальную подачу газа на поверхность камеры энергоразделения, формирование осевого потока и создание разрежения в диафрагме холодного конца, отличающийся тем, что разрежение в диафрагме холодного конца создают за счет сил, возникающих при ее вращении.2. Вихревая труба, содержащая раскручивающее устройство, выполненное, например, в виде тангенциального сопла с улиткой, камеру разделения, дроссель и диафрагму холодного конца, отличающаяся тем, что диафрагма установлена на подшипниках с возможностью вращения.3. Вихревая труба по п.2, отличающаяся тем, что содержит привод для вращения диафрагмы.4. Вихревая труба по п.2, отличающаяся тем, что в полости диафрагмы расположена спиральная направляющая, выполненная, например, или в виде шнека, или спиральных выступов, и/или канавок.5. Вихревая труба по п.2, отличающаяся тем, что полость диафрагмы связана с всасывающей стороной пневмонасоса.6. Вихревая труба по п.5, отличающаяся тем, что центробежный пневмонасос расположен на диафрагме.7. Вихревая труба по п.2, отличающаяся тем, что на диафрагме размещена пневмотурбина.