Струйный переохладитель криогенной жидкости Советский патент 1989 года по МПК F25B19/02 

31511547

Изобретение относится к криогенной технике и является усовершенствованием технического решения по авт.св. № 1339363.5

Цепь изобретения - повышение экономичности в широком диапазоне изменения входных параметров рабочей жидкости.,

На фиг. 1 представлена схема f 10 струйной установкиi на фиг. 2- узел I на фиг. 1.

Установка содержит сепаратор 1, цилиндрическая часть которого является сепарирующей поверхностью. Тан- генциально к сепарирующей поверхности установлены конфузорно-диффузор- ное сопло 2 и патрубок 3 отвода пара. Внутри сепаратора 1 соосно расположены полый вал 4, к которому присое- динен диффузор 5 отбора ямдкости с входным торцом 6, образованным верхней и нижней кромками 7 и 8. Полость вала 4 сообщена с выходом диффузора 5, внутри которого установлена трубка 9 Пито-Прандтля с дифференциальным манометром 10, электрически связанным через блок управления 11с приводом 12 полого вала 4. Часть верхней кромки 7 жестко соединена с диском 13, установленным на оси 14 с возможностью вращения. На диске 13 размещен стержень 15, взаимодействующий с вилкой 16, жестко соединенной с полым валом 17, установленным ко- 35 аксиально валу 4. Вал 17 соединен через блок управления 11 с приводом 18. На внешней поверхности верхней кромки 7 установлена тонкостенная пластина 19, свободный конец которой 40 размещен на неподвижной части диффузора 5. На входе в установку установ- лены датчики температуры и давления 20 и 21, электрически связанные через блок управления 11 с приводами 45 12 и 18 полых валов 4 и 17.

Установка работает следующим образом.

Криогенную жидкость, например, после насоса подают на вход конфузор- 50 но-диффузорного сопла 2, в котором жидкость разгоняют до вскипания с последующим разгоном двух а:зного по тока до сверхкритической скорости. Жидкостная составляющая потока при 55 этом охлаждается. После сопла 2 по- , ток подают на сепаратор 1, где происходит разделение фаз. Пар отводят через .патрубок 3, а охлажденная жидкость поступает через входной торец 6 в диффузор 5 и через полый вал 4 на вход насоса.

При изменении значения входных параметров, что фиксируется датчиками 20 и 21, данные о которых поступают в л ок управления 11, в нем формируется команда на включение приводов 12 и 18 в том или ином направлении, что определяют по соотношению изменения параметров на входе:

Дпя перемещения диффузора 5 из соотношения

dG 1

)

(1)

для перемещения верхней кромки 7 диффузора 5 (изменение высоты щели) из соотношения

, «

где Т, G, dT и dG - текущие значения входных температуры и расхода криогенной жидкости и их приращения

- коэффициент пропорциональности, 1/г, где I - энтальпия криогенной жидкости, г - скрытая теплота парообразования.

Текущие значения температуры Т и расхода G могут уменьшаться или увеличиваться относительно их значений при оптимальном режиме и приращения G и Т могут быть как положительными, так и отрицательными. Знаки + и - в математических выражениях (1) и (2) обозначают операции сложения и вычитания. . При возрастании входной температуры (dt О при сохранении степени переохлаждения и G const) испаряе- .мость увеличивается и, следовательно слой жидкости на сепарирующей поверхности сепаратора 1 уменьшается, а длина потребной траектории для потока увеличивается (в связи с увеличением скорости и количества отводимых пузырей). При увеличении расхода (dG О при Т const) слой жидкости и длина потребной траектории увеличивается. В зависимости от знака выгражений (t) и (2) блок управления 11 вьщает сигнал приводам 12 и 18, которые вращают валы 4 и 17 на перемещение диффузора 5 относительно сепарирующей поверхности сепаратора t и изменение высоты щели входного торца

515

6 диффузора 5 путем перемещения верхней кромки 7 до достижения максимального значения сигнала от трубки 9 Пито-Прандтля. Выбор высоты захватной щели по максимальному сигналу от трубки Пито-Прандтля говорит о полном восстановлении давления в диффузоре. Когда высота щели больше толщины слоя жидкости на сепарируняцей поверхности сепаратора 1, происходит захват в диффузор 5 с жидкостью части потока пара, вследствие чего происходит снижение давления в диффузоре за счет того, что пар при восстановлении давледаня конденсируется, нагревая поток жидкости и уменьшая его плотность.

Когда высота щели меньше толщины слоя жидкости.на сепарирующей поверхности сепаратора 1, происходит недо- захват части потока жидкости и как следствие - уменьшение энергетики потока за счет недозахвата и-нарушения динамики течения на сепарирующей поверхности.

Приводы работают последовательно в следующем режиме: при фиксации уменьшения давления в диффузоре 5 (определяется по показаниям дифференциального манометра 10) включается привод 12 в направлении, определяемом знаком выражения (1), до достижения экстремума приращения давления в диффузоре 4, т.е. до изменения зна

7

ка приращения ДР с + на , затем включают привод 18 перемещения верхней кромки 7 диффузора 5, котог рое происходит из-за взаимодействия вилки со стержнем 15, приводящего во вращение диск 13. При этом тонкостенная пластина 19 перемещается по неподвижной поверхности диффузора 5 и изменяется -высота щели входного торца 6. Направление вращения вала

17определяется знаком выражения (2) до достижения экстремзгма по давлению.

Поскольку измерение параметров G, Т, Л G и & Т на входе в установку осуществляется постоянно, то при изменении знака выражений (1) и (2) происходит включение приводов 12 и

18и выключение - при достижении экстремумов.

Формула изобретения

Струйный переохладитель криоген- 25 ной жидкости по авт.св. 1339363, отличающийся тем, что, с целью повышения экономичности в широком диапазоне изменения входных параметров потока криогенной жидкости, диффузор отбора йоздкости дополнительно снабжен тонкостенной пластиной, повторяющей форму поверхности с верхней кромкой диффузора и установленной с возможностью перемещения по ней. 35

30

Изобретение позволяет повысить экономичность в широком диапазоне изменения входных параметров потока криогенной жидкости. Криогенная жидкость разгоняется в конфузорно-диффузорном сопле 2 до вскипания и направляется на криволинейную сепарирующую поверхность сепаратора 1. Охлажденная жидкость отводится в приемный диффузор (Д) 5, а пар - через патрубок 3. При изменении входных параметров потока жидкости (давления, температуры, расхода) блок управления 11 отрабатывает команды для перемещения сепаратора и диска 13 с соединенной с ним пластиной, скользящей по поверхности диффузора, и Д устанавливается в положение, в котором динамический напор потока жидкости будет наибольшим. Перемещением пластины устанавливается оптимальная ширина захватной щели Д, равной толщине слоя жидкости на сепарирующей поверхности. 2 ил.

U2