Вихревая труба Советский патент 1980 года по МПК F25B9/02 

1

Изобретение относится к области генерации холода и, в частности, к вихревым трубам.

Известны вихревые трубы, содержащие коническую камеру энергетического разде- 5 ления с тангенциальным сонловым вводом, диафрагму с газосборником холодного нотока, и расположенным на противоположном широком конце камеры регулировочным вентилем 1.10

В такнх вихревых трубах величина давления горячего потока обусловлена лишь самим нроцессом энергетнческого разделения. При этом кинетическая энергия горячего потока не используется.15

Поэтому эксергетический КПД таких вихревых труб не превышает 17-20%.

Известны также вихревые трубы, содержащие закрытую с торцов коническую камеру энергетического разделения с танген- 20 циальным сонловым вводом сжатого газа, диафрагму с коническим раструбом, оканчивающуюся радиальным щелевым диффузором для отвода холодиого потока. На горячем (широком) конце вихревой камеры 25 расположен периферийный лопаточный диффузор для преобразования кинетической энергии горячего потока в нотенциальную энергию давления 2.

Данные трубы являются наиболее близкими но технической сущности к описываемой.

Однако для таких вихревых труб новышенне эксергетического КПД, обусловленное увеличением работоспособности горячего потока, невелико: для таких труб имеет величину 23-25%.

Целью данного изобретения является повышение КПД.

Поставленная цель достигается тем, что между камерой энергетического разделения и периферийным лонаточным диффузором устаиовлен кольцевой диффузор, имеющий длину, равную 3-3,5 диаметра камеры в сечении соплового ввода, образованный конической трубкой с углом раствора 5°30- 6° и нейтральным телом цилиндрической илн конической формы с углом раствора не более 2°, нрнчем начальный диаметр центрального тела составляет 0,8-0,85 выходного диаметра камеры энергетического разделення.

Вследствие установки осевого кольцевого диффузора происходит нревращенне части кинетической энергии горячего нотока, обусловленной осевой составляющей скорости, в нотеициальную энергию давления. Утилизация же части кинетической энергии, обусловленной окружной составляющей скорости, происходит в периферийном лопаточном диффузоре.

Таким образом, исиользование последовательно расположенных осевого (кольцевого) и периферийного лопаточного диффузоров позволяет утилизировать кинетическую энергию горячего потока во всем диапазоне расходов холодного иртока, так как с увеличением . возрастает окружиая составляющая скорости горячего потока, а с уменьшением j.i возрастает осевая составляющая скорости горячего потока.

В области |1 0,25-0,4, где как известно, температурный эффект охлаледения максимален, преобладает осевая составляющая скорости, поэтому прирост КПД вихревой трубы как генератора холода существенен.

К,роме того, установка осевого диффузора способствует всему процессу энергетического разделения газа, происходящему в вихревой трубе, так как через осевой диффузор отбирается только часть газа (горячий поток), имеющая наибольщую температуру, и не происходитиеретечек горячего потока в приосевую область.

Выходящий из вихревой трубы горячий поток повыщеппого давления (т. е. обладающий повыщениой работоспособностью) может использоваться в качестве сжатого газа, папример, во второй пли последующпх ступенях в схСлМе двух- или миогостуиенчатых холодильных аииаратов.

На фиг. 1 схематически изображена описываемая вихревая труба; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б иа фиг. 1..

Вихревая труба содержит сопловой ввод 1, расположеииый в узком сечении коиической камеры 2 энергетического разделения, за которой зстаиовлеи кольцевой осевой диффузор 3, образоваиный конической труб кбй 4 и центральным телом 5, и периферийпый лопаточный диффузор 6. Для выравнив-аййя давления выходящего, горячего потока вихревая труба содержит газосбор;ник 7.

;Для отвода холодного потока иредиазиачепа диафрагма 8 с коническим раструбом 9, оканчивающимся радиальным щелевым диффузором 10.

При работе вихревой трубы сжатый газ, вытекая из соплового ввода 1 с большой скоростью, попадает в коиическую камеру 2, где происходит процесс эпергетического раздёления с образованием двух потоков - хблбдногЬ и горячего. Горячий поток, поступает сначала в осевой диффузор 3, образоваиный конической трубкой 4 и центральHbiM телом 5, где часть его кииетической энергии:; обусловленная осевой составляющей скорости, иреобразуется в потенциальную энергию давления, а затем в периферийный лопаточный диффузор 6, где в потенциальную эпергию давления преобразуется часть кинетнческой энергии горячего потока, обусловленная окружной составляюн;ей скорости.

Затем горячий поток поступает в газосборлик 7, откуда он направляться для дальпейшего исиользовапия, например, в качестве сжатого газа.

Холодный поток отбирается из трубы через диафрагму 8 с коиическнм раструбом 9, окаичивающимся щелевым диффузором 10. Установка иа коиическую вихревую трубу 0 30 мм (d) и длиной 3 li с углом раствора осевого диффузора со следующими параметрами;

угол раствора диффузориой трубки - 540;-

длина диффузорной трубки - 3,5 d;

центральное тело - цилиндр;

начальный диаметр нейтрального тела равен 0,84 выходного диаметра камеры; давление горячего иотока звеличивается на , приводит к увеличеиию эксергетического КПД вихревой трубы на .

В случае использовапня холодного иотока нри давлении, большем атмосферного, КПД вихревой трубы еще больще увеличнвается и достигает величины 55-65%Формула изобретения

Внхревая труба, содержащая снабженную сопловым вводом коиическую камеру энергетического разделения с периферийпым лопаточным диффузором для отвода горячего потока и диафрагму с копическим

раструбом и щелевым диффузором для отвода холодиого потока, отличающаяся тем, что, с целью повыщепия КПД, между лоиаточиым диффузором и камерой энергетического разделения установлен осевой

кольцевой диффузор, имеющий длину, равную 3-3,5 диаметра иоследией в сеченни сонлового ввода, и образованный конической трубкой с углом раствора 5°30Ч-6 и центральным телом цилиндрической илп

коипческой формы с углом раствора не более 2°, причем пачальный диаметр центрального тела составляет 0,8-0,85 выходного диаметра камеры энергетического разделения.

Источиики ииформацпи,

принятые во внимание ири экспертпзе

1.Авторское свидетельство СССР № 253818, кл. F 25В 9/02, 1967.

2.Метении В. И. Исследоваиие противоточных вихревых труб. - Иижеиерио-физичеекий журнал, 1964, т. 7, Л- 2, с. 95-102.