Вихревая труба Советский патент 1983 года по МПК F25B9/02 

(5) ВИХРЕВАЯ ТРУБА

1

Изобретение относится к вихревому Эффекту, в частности к вихревым трубам, предназначенным для разделения сжатого газа на охлажденный и нагретый потоки, и может быть испольаовано в системах-кондиционирования воздуха.

Известны вихревые трубы, содержац е цилиндрический корпус с сопловым вводом, диафрагмой вывода ох- )0 лажденного потока и дросселем, установленным на выходе из корпуса, снабженного рубашкой для его охлаждения холодным воздухом с помощью эжектора. Дроссель связан с регулятором темпе- 15 ратуры для изменения расходов нагретого и охлажденного потокой при повышении или понижении их температурь. til.

Такие вихревые трубы не могут20

обеспечить постоянного расхода потоков при иаменении их температуры.

Известна также вихревая труба,которёя.имеет камеру энергетического

разделения с сопловым вводом, диафрагмой вывода охлажденного потока и дросселем, установленным на выяоде нагретого потока. Дроссель выполнен в виде поворотной заслонки и неподвижного диска с окнами и снабжён механизмом возвратно-поступательного переме(цения в виде зубчатой рейки, укрепленной на дросселе, и зубчатого колеса со штурвалом. Рейка имеет опо. ру и снабжена рукояткой для поворота заслонки.

Эта вихревая труба работает следующим образом. Сжатый воздух поступает через сопловой ввод в камеру энергетического разделения, где происходит его температурное разделениег охлажденный поток выход т через отверстие диафрагмы, а нагретый поток - через окна дросселя. Дроссель перемещают вдоль камеры, вращая штурвал зубчатого колеса. При установке дросселя в правое крайнее положение охлажденный поток имеет нинимально 39 возможную для данной вихревой трубы темперутуру. Для по.вышения температу ры охлажденного потока (и соответственно для понижения температуры нагр того потока) необходимо перемещать дроссель а сторону диафрагмы. В случае необходимости можно изменять рас ход охлажденного потока, поворачивая рукояткой заслонку, которая частично перекрывает окна подвижного диска. В данной вихревой трубе дпя получения больших величин относительного расхода yu. охлажденного потока близких или равных единице, необходимо обеспечивать соответственно почти ил совершенно полное перекрытие окон неподвижного диска радиальными перемычками поворотной заслонки. В этом случае площадь радиальных перемычек .должна .быть равна площади окон, из-за чего повышает-.я гидравли ческое сопротивление дросселя. Такой дроссель не пропускает большой расход нагретого потока и обеспечивает работу вихревой трубы при величинах дл. 0-0 ,5 . Это ограничивает также температурный диапазон работы, не позволяя получать минимально возможные для вихревой трубы температуры охлажденного потока С2 J. Уменьшение гшощади радиальных перемычек поворотной заслЬнки снижает гидравлическое сопротивление дросселя и обеспечивает работу с малыми величинами и.. Однако в этом случае невозможно достаточно полно или по/1ностью перекрыть окна даже при предельном закрытии дросселя, что исключает работу вихревой трубы с большими значениями ytc, равными или близкими единице. Последнее обстоятельство не позволяет получать максимально возможные для вихревой трубы температуры нагретого потока. Известная вихревая труба работает, таким образом, в узком диапазоне относительных расходов охлажденного потока, составляющем или 0, или Of fjL 0,з. Соответственно сужен и диапазон изменения температур охлажденного и нагретого потоков. Так для адиабатной вихревой трубы при давлении сжатого воздуха бар в диапазоне 0,.l величина снижения температуры охлажденного пото ка не превышает л , а для диапазона ,i) повышение темпеатуры нагретого потока при тех же словиях не более /jtr «0-50 С. Наиболее близким к предлагаемому вляется вихревая труба, содержащая екционированную камеру энергетического разделения с сопловым вводом и екциями разного сечения, увеличиващегося последовательно от секции к секции в направлении от диафрагмы к дросселю. При этом в местах соченения секции снабжены соплами, сообщенными с атмосферой,а камера энергетического разделения заключена в обечайку, открытую со стороны соплового ввода f3 . Известная труба имеет повышенную ермодинамическую эффективность, однао из-за неподвижности секций, задача регулирования соотношения охлажденного и нагретого потоков решается лишь «Частично. Цель изобретения - расширэние диапазона относительных расходов и температур охлажденного и нагретого потоков . Поставленная цель достигается тем, что секции имеют между собой телескопическое соединение, подвижное в осевом направлении, и длину, равную 2,5-3,0 диаметра секции наименьшего сечения. Кроме того, соединение между секциями может быть выполнено резьбовым. На фиг. 1 схематически изображена вихревая труба с резьбовым соединением секций, продольный разрез; на фиг. 2 - вихревая труба с гладким цилиндрическим соединением секций. . Вихревая труба содержит камеру энергетического разделения 1, состоящую из передней 2., средних 3 и 4 и задней 5 цилиндрических секций. Секция 2 имеет сопловой ввод 6 для подачи сжатого газа, диафрагму 7 для выпуска охлажденного потока, упорный бурт 8 и наружную резьбу 9 (фиг. 1). Секция 3 снабжена упорным буртом 10, наружной резьбой 11, внутренней резьбой 12 и навинчена на переднюю секцию 2. Секция k снабжена упорным буртом 13, наружной резьбой И, внутренней резьбой 15 и навинчена на секцию 3. Секция 5 имеет внутреннюю резьбу 1б, соединена с кожухом 17 и выходным патрубком 18 и навинчена Jda секцию 4. Внутри кожуха Г7 расположен развихритель 19 нагретого потока, закрепленный на оси 20 дросселя 21 .регулирующего величину площади выходного сечения патрубка 18. Длина R, , р2. ъ соответственно каждой из секций 2-f), равна 2,5-3,0 d, где d- диаметр секции 2 вихревой трубы. Полная .длина I камеры 1 энергетического разделения зави сит от взаимного положение секций и составляет 2,5-3,0 d при предельном сближении и 10-12 d при предельном раздвижении секций 2-5. Резьбовое соединение обеспечивает достаточно надежное уплотнение меаду секциями. Однако при таком соединении секций /дртя изменения длины камеры вместе с секциями необходимо вращать дроссель, что в некоторых случаях может быть неудобно или невыпол нимо.. Необходимост ь вращения дросселя при осевом перемещении секций исключена, если подвижное соединение се ций выполнено гладким цилиндрическим. В этом слуМае (фиг. 2) применяю скользящую посадку или посадку сис пользованием уплотнительного устройства 22, например, в виде поршнев го кольца, манжеты или сальника. Подвижное соединение секций может быть выполнено также шпоночным, шли цевым или гладким профильным. Секции 2-5 снабжены также механизмом осевого перемещения и (ксато рами осевого положения (не показаны). Вихревая труба работает следующим образом.. Сжатый воздух поступает через сопловой ввод 6 в камеру. 1 энергетического раз1деления, где происходит его температурное разделение - охлажденны поток выходит из трубы через отверстие диафрагмы 7« а нагретый поток через расположенный в кожухе Т7 развихритель 19 и патрубок 18. Дроссель 21 перемещают вдоль оси 20, изменяя . этим величину площади выходного отверстия патрубка 18. При установке дросселя 21 в правое крайнее Иоложение относительный расход охлажденного потока . В левом крайнем положе 1и дросселя 21 величина . Промежуточное положение дросселя 21 соответствует диапазону .1. Температуру охлажденного и нагретого потоков изменяют путем изменения полной длины { камеры 1 при осевом перемещении секций 2-5. Для получения максимальных величин понижения температуры охлажденного и повышения температуры нагретого потоков при фиксированном положении дросселя 21, т.е. при постоянных относительных расходах,потоков, секции 2-5 выдвигают до предела, обеспечивающего их надежнее соединение ,вращением по резьбам 9 и 12, 11 и 15 I и 16 (фиг. 1) или г« одольным перемещением по гладким поверхностям соприкосновения (фиг. 2). ГЦ}и этом полная длина камеры 1 составляет Э-12 d, т.е. равна оптимальной длине цилиндрической е и{ревой трубы с развихрителем нагретого потока. Для повышения температуры охлажден ного и по1 1жения температуры нагретого потоков при постоянных относительных расходах этих потоков секций ,с установленным в огределенном положении дросселем 21, задвигают одну в другую, уменьшая полную длину 0 камеры 1 до необходимой величины. При гредеяьном сближении корпусов секций до соответственно в бурты 8, 10 и 13 -длина Ё камеры 1 сокращается до 2,5-3iO d, что обеспечивает минимальную величину понижения температуры охлажденного и повышения температуры нагретого.потоков. В связи с-тем, что длину F камеры1 энергетического разделения можно плавно изменять в заданных пределах от оптимальной до минимальной в результате подвижного соединения секций 2-5, оказывается возможным использование для изменения расходов ох4 лажденного и нагретого потоков дросселя 21 такой конструкции,которая позволяет полностью открывать или закрывать выходное отверстие патрубка 18 и,;следовательно, работать в полном диапазоне изменения величины Oiju.1 . Для адиабатнс вихревой трубы давление сжатого воздуха Р « 6 бар дает возможность получать максимальные величины снимания температуры ок лажденного потока Atj,55-60 C для относительного расхода уи. 11,2-0,3 и повышения температуры нагретого по тока 4 t l00-110°С для расхода |L(,0,8-b,9. предлагаемая вихревая труба обесечивает расширение в два раза диапазона относительных расходов и уве-а 1 личение на 70-90 диапазона темпе ратур охлажденного и нагретого пот ков по сравнению с известными, име щими дроссель в виде поворотной заслонки с дросселем. Формула изображения. 1. Вихревая труба, содержащая секционированную камеру энергетического разделения с сопловым вводом и секциями разного сечения, увеличивающегося последовательно от секций к секции в направлении от диафрагмы к дросселю, отличающая ся тем, что, с целью расширения диапазона относительных 9 расходов и- температур охлажденного и нагретого потоков , секции имеют меж.ду собой телескопическое соединение, подвижное 8 осевом направлеНИИ, и длину, равную 2,5-3,0 диаметра секции наименьшего сечения. 2. Труба по п. 1, отличающаяся тем, что соединение между секциями выполнено резьбовым. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент США № 2644315, кл. 62-5, опублик. 1954. 2.Авторское свидетельство СССР № 620760, кл. F 25 В 9/02, 1976. 3.Авторское свидетелцство СССР № 573682, кл. F 25 В 9/02, 1976.