Вихревая труба и способ стабилизации режима работы вихревой трубы Советский патент 1986 года по МПК F25B9/02 

1

Изобретение относится к хо;1оди.льной технике, в частности к охлаждаемым вихревым трубам, предназначенным д;1я охлаждения газа.

Цель изобретения - - повьииение термодинамической эффективности к диапазоне ,3-1,0, а также Г1овыше1 ие нроизводи- тельности и экснлуатационной надежности.

На фиг. 1 показана вихревая труба д:1и работы в режиме максимальной холодонро- изводительности (|., продольный разрез; на фиг. 2 - то же, для работы в 1)ежиме максимальной те.мнературной эффективности ((д,0,3-0,4), продольный разрез; на фиг. 3- то же, с кольцевыми выступами в виде конических отбортовок, в которой реа;1и- зуется предлагаемый способ стабилизапии режима ее (або ия.

Вихревая труба содержит сонловой 11вод 1, патрубок 2 в)1пуска хо;1одио1 о потока, камеру 3 энергоразде.юния с паборо.ч те11лопровод 1ых ребер 4, епабжен1п,1х neirr- ральными сооспыми отверстиями 5 и симметричными кольцевыми выступами 6 по периметру пептральпых отверстий, и кольцевых прок.падок 7 из ynpyroi c; материала. В кольцевом каиале патрубка 2 выпуска холодного потока размещена диафрагма 8, вынолненная из упругого материала. Ребра 4 снабжены етяжками 9, а сопловой ввод 1, натрубок 2 и диафрагма 8 фиксируются стяжками К). Между ребрами 4 образованы внутренние 11 и периферийные 12 зазо ры, разделенные кольцевой прокладкой 7. Совокупноеть внутренних зазоров 11 и центральных отверстий 5 в ребрах образует внутреннюю полость 13 камеры энергоразделения. Во фланце 14 камеры эперго- разделения предусмотрена нолость 15, снабженная крестовиной 16 и регу,лиру1О;цим веп- тилем 17 горячего потока. Выступы 6 могут быть также выполнены в виде конических отбортовок, образующих с продо пяюй осью камеры энергоразделения угол 5- --45 , а сама вихревая труба снабжена нневмати- ческой камерой 18. При этом . iHaijipar- ма 8 вынолнепа с нолостью 19 в виде тора, которая связана с патрубка. и пегулируемо- го сечения через капал 20 по фланце 14 и генератор 21 колебаний (нанример, свисток Гартмана) е камерой энергоразделения и атмосферой. Для регу;1ирования служат вентили 22 и 23. Полость 15 соединена с пневматической камерой 18 посредством калибровочного отверстия 24.

Вихревая труба в режиме максимальной холодопроизводите,;1ьности работаеп с.ледую- nuiM образом.

Поток сжатого газа поступает в сопловой ввод 1, где приобретает вихревой характер движения. Охладившиеся при этом осевые с.лои вихря вьпюдятся через пат|)убок 2 BiiHiycKa холодного потока, а нагревп1иеся

20

55825

2

периферийные слои устрем.ляются навстречу холодным во внутреннюю полость 13 и, омывая теплопроводные ребра 4, отдают тепло окружающей среде, циркулирующей в периферийных зазорах 12. Охладивщиеся 5 периферийные слои газа под действием градиента давлений двигаютея в нанравлении, противоположном сопловому вводу 1, и, достигая фланца 14, формируют осевой вихрь и в противотоке через патрубок 2 выпуска 10 холодного потока выводятся к потребителю. При работе вихревой трубы в этом режиме вентиль 17 горячего потока закрыт.

Вихревая труба в режиме максимальной температурной эффективности работает сле15 дующим образом.

Высокоскоростной ноток сжатого газа посту 1ает в сопловой ввод 1, где приобретает вихревой характер движения. Ох- :1адивп иеся приосевые слои вихря выводятся через патрубок 2, а нагревшиеея периферийные слои протекают через г,ладкостен- ный цилиндрический участок, образованный сопряже11ными кольцевыми выступа.ми 6 па ребрах, 4, и выводятся через вентиль 17. Ре1 улировка 1ежима работы осуществляется

25 вентилем 17, а также попутно величиной отверстия в диафрагме 8, зажатой между натрубком 2 и вводом 1.

Пневматическая камера 18 1ред11азначе- на для управляемого изменения толщины упругих кольцевых прокладок 7 и диафраг30 мь1 8. Фланец 14 выполняет функцию стенки пневматической камеры 18, установленной с возможностью расширения или сжатия. Регулирование толщины прокладок 7 осуществляется следующим образом. Давление в камере 18 задается соотнощение.м сонро35 тивлений калибровочного отверстия 24 и регулирующего вентиля 17. Так как давление на фланец 14 со стороны камеры 3 энергоразделения в уста1ювивп1емся режиме практически постоянно, то в зависи.мости от давления в но.лости пневматической ка меры 18 возникает разность давлений на фланец 14, выполняюншй роль подвижной стенки пневмокамеры. Тем самы.м, меняя положение фланца 14, изменяют толщину прокладок 7 и размеры зазоров между ребрами в диапазоне величин 5 -- 15% от диа- .метра вихревой трубы до нуля, т.е. до смыкания ребер и формирования гладкостен- ной камеры энергоразделения.

Предлагаемый способ стабилизации режима работы вихревой трубы реализуется

50 следуюпц .м образом.

В случае нестабильной работы вихревой трубы, т.е. появления за|-рязнений на диа- фраг.ме 8, например при появлении нризна- ков обмерзания диафрагмы, что возникает практически всегда при работе на влаж55 ном воздухе, открывают вентиль 23. Газ проходит через генератор 21 колебаний и попадает в полость 19 диафрагмы 8. в кото45

рой возбуждаются колебания давления путем изменения расхода нагретого потока, отводимого в атмосферу через регулирующий

вентиль 22. Таким образом, иней с поверхности диафрагмы удаляется при ее вибрации вследствие колебания давления в нолости 19.

1. Вихревая труба, содержащая камеру энергетического разделения с сопловым вводом и диафрагмой, выполненную в виде набора теплопроводных ребер, чередующихся с упругими кольцевыми прокладками, стянутого в пакет посредством стяжки, снабженной регулятором, отличающаяся тем, что, с целью повышения термодинамической эффективности в диапазоне 0,3-1,0, ребра .по периметру отверстий имеют кольцевые выступы, контактирующие один с другим в одном из крайних положений пакета с образованием гладкой поверхности камеры энергетического разделения. 2.Труба по п. 1, отличающаяся тем, что выступы выполнены в виде конических отбортовок, образующих с продольной осью камеры энергетического разделения угол 5-45°. 3.Труба по п. 1, отличающаяся тем, что диафрагма выполнена из упругого материала и связана кинематически с регулятором стяжек. 4.Способ стабилизации режима работы вихревой трубы, содержащей камеру энергетического разделения с сопловым вводом и диафрагмой из упругого материала, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности и эксплуатационной надежности, в процессе работы трубы на диафрагму воздействуют вибрациями для очистки ее от загрязнений. 5.Способ по п. 4, отличающийся тем, что вибрацию диафрагмы осуществляют путем подвода к ней газа с переменным давлением, отбираемым из камеры энергетического разделения. J Ф (Л N9 СЛ О1 00 tc 01

f6

W 2

Фиг. 2

3

22

фигЗ