Вихревая труба Советский патент 1987 года по МПК F25B9/02 

Изобретение относится к холодильной технике, а конкретно к машинам, использующим вихревой эффект энергетического разделения газов.

Цель изобретения - повышение надежности регулирования температуры холодного или горячего потоков.

На чертеже схематически представлена вихревая труба.

Вихревая труба содержит энергообменную камеру 1, сопловой аппарат 2, клапан 3 в виде пробкового крана, кресто- вину-турбулизатор 4, диафрагму 5 холодного потока, патрубок 6 подвода сжатого газа и патрубок 7 отвода холодного потока. Клапан 3 дросселя горячего йЪтока соединен штоком 8 с подвижной тарелью 9, которая нагружена с одной стороны усилием пружины 10 предварительного нагружения, выполненной, например, из углеродистой стали, и разгружена с другой стороны усилием, которое создается упругим элементом 11, изготовленным из сплава, обладаю- ш,его «памятью предварительно заданной формы. Пружина 10 предварительного нагружения поджимается винтовой парой регулировочным винтом 12 через пневмоцилиндр 13, внутри которого размещены порщень 14, жестко связанный с крышкой 15, опирающейся на пружину 10 предварительного нагружения, и дистанционная пружина 16,оп- ределяюшая исходное положение поршня 14, соответствующее минимальному нагружению пружины 10 предварительного нагружения винтом 12.

Упругая система, состоящая из упругого элемента 11, подвижной тарели 9, пружины 10 предварительного нагружения, пнев- моцилиндра 13 с поршнем 14, крышкой 15 и пружиной 16, размещена в корпусе 17, имеющем окно 18 для выхода горячего потока вихревой трубы. Для постоянного обдува упругого элемента 11 горячим потоком вихревой трубы при любом положении клапана 3 последний имеет сквозные отверстия 19. Для пневматической связи полости пневмоцилиндра 13 с зоной горячего потока энергообменной камеры последняя соединена в сечении непосредственно перед клапаном 3 с пневмоцилиндром 13 при помощи гибкой трубки 20. Металлический сплав, из которого изготовлен упругий элемент 11, подобран по составу с таким расчетом, чтобы его межкристаллитные превращения, обеспечивающие восстановление упругих свойств, проявлялись бы при температуре, несколько превышающей температуру воздуха, поступающего в вихревую трубу (например, при 40°С и выше). Размеры площади поршня 14 приняты равными площади сечения максимального диаметра клапана 3 горячего дросселя вихревой трубы.

Работа вихревой трубы происходит следующим образом.

Пусть пружина 10 предварительного нагружения имеет минимальную затяжку, дос

таточную только для того, чтобы при температуре окружающей среды сдвинуть витки упругого элемента 11 и полностью закрыть клапан 3. При подаче сжатого газа в вихревую трубу по патрубку 6 сжатый газ приобретает круговое (вихревое) вращение, в результате чего происходит его температурное разделение, при котором температура горячего потока увеличивается. Благодаря наличию в клапане 3 сквозных от0 верстий 19, площадь сечения которых не превышает 15% площади отверстия диафрагмы 5 холодного потока, горячий поток вихревой трубы начинает интенсивно обдувать спираль упругого элемента 11, в результате чего в последнем возникают межкристаллитные превращения, которые вызывают восстановление в нем упругих свойств, интенсивность которых растет с ростом температуры самого элемента. Возникающее упругое усилие элемента 1I приводит к переQ мещению подвижной тарели 9 и сжатию пружин 10 и 16. При этом клапан 3 приоткрывается, открывая основной выход горячему потоку вихревой трубы в образовавшееся отверстие между телом клапана и его седлом. Благодаря особенностям рабочего

5 процесса вихревой трубы температура горячего потока при этом несколько понижается, что приводит к понижению упругих свойств упругого элемента 11, следовательно, и к уменьшению степени сжатия пружин 10 и 16. Это приводит к противоположному

0 перемещению клапана 3, а следовательно, и к некоторому увеличению температуры горячего потока, поскольку его доля расхода при этом несколько уменьшается. Таким образом, через некоторый промежуток времени в упругой системе, включающей в

5 себя пружины 10 и 16, а также и упругий элемент 11, устанавливается динамическое равновесие, в результате которого общий расход воздуха через вихревую трубу делится в некотором соотношении, определяе0 мом размером щели, образованной клапаном 3 и внутренней поверхностью его седла. Согласно рабочим характеристикам вихревой трубы на выходе ее холодного потока устанавливается вполне определенная температура, которая автоматически поддерживается

5 на установившеся уровне.

Поскольку при изменении расхода горячего потока, определяемого положением клапана 3, давление горячего потока также меняется (меньшему расходу соответствует большая величина давления горячего пото0 ка), то во избежание влияния переменной величины давления на динамическое равновесие описанной упругой системы область давления горячего потока вихревой трубы сообщается с внутренней полостью пневмоцилиндра 13. При этом благодаря равенству эффективных значений площадей поперечного сечения клапана 3 и поршня 14, усилия, создаваемые давлением горячего потока на клапан 3 и поршень 14, взаим5

но уравновешиваются при любом положении клапана 3.

Изменяя затяжку пружин 10 и 16 при помощи маховичка винта 12, можно сдвинуть положение равновесия клапана 3 в ту или другую сторону, что определяет то или иное значение температуры горячего потока, а следовательно, и значение температуры холодного потока вихревой трубы.

Формула изобретения

1. Вихревая труба, содержащая камеру энергетического разделения и дроссельное устройство на горячем потоке, выполненное в виде клапана с отверстиями, установленного с возможностью продольного перемещения, отличающаяся тем, что, с

0

целью повыщения надежности регулирования температуры холодного или горячего потоков, клапан снабжен жестко соединенной с ним тарелью, подпружиненной со стороны клапана посредством упругого элемента, обладающего памятью формы, а с другой стороны - посредством пружины предварительного нагружения.

2. Вихревая труба по п. I, отличающаяся тем, что, с целью повыщения точности регулирования, она дополнительно содержит цилиндр с подпружиненным поршнем, соединенным с пружиной предварительного нагружения, причем полость цилиндра сообщена с полостью камеры энергетического разделения перед дроссельным устройством, а цилиндр снабжен регулировочной винтовой парой.

Изобретение относится к холодильной технике и м.б. использовано в машинах, использующих вихревой эффект энергетического разделения газов. Цель изобретения - повышение надежности регулирования т-ры холодного или горячего потоков. Для этого клапан (К) 3 снабжен жестко соединенной с ним тарелью 9, подпружиненной со стороны К посредством упругого элемента 11, обладающего памятью формы, а с другой стороны - посредством пружины 10 предварительного нагружения. Подпружиненный порщень (П) 14 цилиндра (Ц) 13 соединен с пружиной 10. Полость Ц 13 сообщена с полостью камеры энергетического разделения перед дроссельным устройством. При изменении расхода горячего топлива, определяемого положением К 3, давление горячего потока также меняется. Во избежание влияния переменной величины давления на динамическое равновесие упругой системы область давления горячего потока вихревой трубы сообщена с внутренней полостью Ц 13. Благодаря равенству площадей поперечного сечения К 3 и П 14, усилия взаимно уравновешиваются, при любом положении К 3. Изменяя затяжку пружины 10 при помощи винта 12, можно сдвинуть положение равновесия К 3, что позволяет изменить значение т-ры горячего и холодного потоков. 1 з.п. ф-лы, 1 ил. 5S (Л ГчЭ 05 00 4 со /ff