Способ охлаждения газа и охладитель газа

 

1. Способ охлаждения газа путем поочередной подачи высокоскоростной газовой струи в теплоотводящие трубки , отвода тепла сжатия и вывода охлажденного потока к потребителю, отличающийся тем, что, с целью повышения холодрпроизводитёльности , высокоскоростную газовую струю отклоняют от оси истечения, а охлажденный поток закручивают вокруг этой оси и направляют навстречу газовой струе. 2. Охладитель газа, содержащий газораспределительную камеру с размещенным по ее оси соплом и подключенные к камере теплоотводящие трубки , отличающийся тем,что, с целью повышения хо;1оропроизводительности , камера имеет форму тела вращения и снабжена конусообразным насадком, обращенным вершиной в сторону сопла,- и лопатками, установленными наклонно на боковой поверхности , а центры теплоотводящих трубок расположены на окружности пересечения мнимого когнуса,вершина которого размещена на оси сопла, со стенками камеры. 3. Охладитель по п. 2, о т л и (Л чающийся тем, что он дополнительно содержит управляющий пневмоцилиндр с подвижным поршнем, на торце которого со стороны камеры расположен насадок, снабженный лопатками, s со о со 00 to

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

3(Я) Р 25 В 9/02 ег.-„

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H ABTOPCKOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

-f0

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21 ) 3401996/23-06 (22) 25.02.82 (46) 07.05.84. Бюл., Р 17 (72) E.Ã.Ìÿñêîâñêèé,. А ° М.Сиротин, Ю.A.Ëàóõèí, Д.М.Бобров, А.П.Астахов и Т.Т.Пахтусова (53) 621.574(088.8) (56) 1. Патент Англии Р 1239166, кл. F 25 В 9/00, 1971 (прототип). (54)СПОСОБ ОХЛАЖДЕНИЯ ГАЗА И ОХЛАДИТЕЛЬ ГАЗА. (57) 1. Способ охлаждения газа путем поочередной подачи высокоскоростной газовой струи в теплоотводящие трубки, отвода тепла сжатия и вывода охлажденного потока к потребителю, отличающийся тем, что, с целью повышения холодопроизводительности, высокоскоростную газовую струю, отклоняют от оси истечения, а охлажденный поток закручивают вокруг этой оси и направляют навстречу газовой струе.

„„SU„„1090982 А

2. Охладитель газа, содержащий газораспределительную камеру с размещенным по ее оси соплом и подключенные к камере теплоотводящие трубки, отличающийся тем,что, с целью повышения хоЛодопроизводительности, камера имеет форму тела вращения и снабжена конусообразным насадком, обращенным вершиной в сторону сопла, и лопатками, установленными наклонно на боковой поверхности, а центры теплоотводящих трубок расположены на окружности пересечения мнимого конуса, вершина которого размещена на оси сопла, со стенками камеры.

Ю

3. Охладитель по п. 2, о т л ич а ю шийся тем, что он дополнительно содержит управляющий пневмо- цилиндр с подвижным поршнем, на тор- С це которого со стороны камеры расположен насадок, снабженный лопатками.

1ПЯВйЯ2

Изобретение относится к способу и устройству для охлаждения газов и может быть, в частности,использовано в газовой промышленно.-,ти для генерации холода в установках низко» температурной сепарации прлродного и попутного газов на нефтегазопромыслах и нефтеперерабатывающих заводах, а так>хе в других областях» например в холодильной и криогенной 0 технике.

Известен способ охлаждения газа путем поочередной подачи высокоскоростной газовой струи в теплоотводящие трубки, отвода тепла сжатия и вывода охлажденного потока газа к 1. ) потребителю (11.;

Недостатком способа является срав-нительно малая холодопроизводитель-ность. Она связана с тем, что газовая струя совершает веерообразное 7(» качание в одной плоскости, причем угол этого качания ограничен из-за высокой скорости истечения газа из сопла и сравнительно малого расстояния от сопла до входных отверстий теплоотводящих трубок. В связи с этим: длина дуги, на которой размещаются центры входных отверстий теплоотводящих трубок, весьма мала, в результате чего количество трубок, которое моЗО жет быть использовано в конструкции, реализующей такой способ „ограничено.

Известен охладитель газа, содержащий газораспределительную камеру с

I размещенным по ее оси соплом и подключенные к камере теплоотводящие трубки (1/. В этом охладителе реализуется известный способ охлаждения газа, Недостатком охладителя газа является сравнительно низкая холодопро— изводительность, связанная с недос.- 4С татком способа, который реализуется в этом охладителе.

Пель изобретения — повышение холодопроизводительности.

Указанная цель достигается тем, 45 что согласно способу охлаждения газа путем поочередной подачи высокоско— ростной газовой струи в теплоотводящие трубки, отвода тепла сжатия и вывода охлажденного потока,к потреби- г телю высокоскоростную газовую струю отклоняют от осл истечения,, а охлажденный поток закручивают вокруг этой оси и Направляют навстречу газовой струе. як

В охладителе газа, содержащем газораспределительную камеру с размещенным по ее оси соплом и поцключенные к камере теплоотводящие трубки, камера имеет форму тела вращения и снабжена конусообразным насадком, обращенным вершиной в сторону сопла, и лопатками, установленными йаклонно на боковой поверхности, а центры теплоотвадящих трубок расположены на окружности пересечения мнимого о5 конуса, вершина которого размещена на оси сойла, со стенками камерь».

При этом охладитель дополнительно снабжен управляющим пневмоцилиндром с подвижньм поршнем, на торце которого со стороны камеры расположен насадок, снабженный лопатками.

Предлагаемый способ заключается в том, что струю газа, вытекающую из сопла, принудительно заставляют совершать планетарное вращательное движение вокруг оси истечения. В результате длина линии, на которой могут быть размещены входные отверстля теплоотводящих трубок, существенно увеличивается, а следовательно, увеличивается и возможное количество трубок, что приводит к значительному повышению холодопроизводительности..

Охладитель газа снабжают устройством откло -;ения газовой струи от оси истечения и устройством закрутки газового потока. Благодаря совмест— ному действию этих двух устройств струя получает возможность совершать вращательное движение вокруг оси

-.:cтечения в отклоненном от нее состоянии - о мнимому конусу, вершина которого расположена на оси сопла, На окружности пересечения этого мнимого ко-. уса со стенкой или днищем газораспреде>.итpJ .k-.íoé камеры располо>кены входные отверстия теплоотводящих трубок.

На фиг 1 представлен охладлтель газа, у которого отклоняющее устройство расположено на донной поверхности газораспределительной камеры, а

УСтРОйотВО ЗаКРУтКИ ГаЗОВОГO ПОтОКа размещено частично на донной и частично на боковой поверхности камеры; на фиг. 2 — разрез А-» на фиг. 1; на фиг. 3 — вид Б на фиг. 1: на фиг, 4 — охладитель газа, у которого отклоняющее. Устройство размещено на рабочей поверхности подвижного поршня а лопатки vcTpoAс Гва закрутки на боковой поверхности камеры; на фиг. 5 — вариант исполнения, в котором отклоняющее устройство совмещено с устройством закрутки и расположено на рабочей поверхности подвижного

-:оршня.

Охладитель газа содержит газорас.- ределительную камеру 1 с размещен— ным на ее оси соплом 2 и подключенные к камере 1 теплоотводящие трубки

3. Камера 1 имеет форму тела враще"ия-.и снабжена конусообразным насадкам 4, обращенным вершиной в сторону сопла 2, и лопатками 5, установленньтми наклонно на боковой поверхности 6,, а гентры теплоотводящих трубок

3 расположены на окружности пересечения мнимого конуса, вершлна которого размещена на оси сопла 2, со стенками камеры 1. Охладитсль может содер:кать управляющий пневмоцилиндр 7

1090982 с подвижным поршнем 8, на торце которого со стороны камеры 1 расположен насадок 4, снабженный лопатками

9. Охладитель содержит также газоподводящий 10 и газоотводящий 11 патрубки. Входные отверстия 12 теплоотводяших трубок 3 могут быть размещены как на донной 13 (фит. 1 и 5! так и на боковой 6 (фиг. 4 ) поверхностях камеры 1. Поршень 8 приводится при помощи выведенного наружу штока 14. Для дополнительной закрутки газового потока устройство может иметь лопатки 15, установленные на донной поверх -ости 13 камеры 1 (фиг. 1 и Фиг. 2). В охладителе роль 15 отклонителя струи играет конусообразный насадок 4, расголоженний на днище камеры 1 или на рабочей поверхности подвижного поршня 8. Роль закрутки охлажденного газового потока играют лопатки 5 на боковой поверхности камеры 1 и лопатки 15 на донной поверхности. Для усиления эффекта закрутки указанные лопатки могут быть вь1полнены на обеих поверхностях одновременно. Кроме того, охладитель может быть снабжен также и устройством предварительной закрутки струи, которое в начальный период работы охладителя используется как ускоритель вывода его на рабочий режим, а затем участвует в обеспечении закрутки охлажденного газового потока. Пример такого устройства с лопатками 9 представлен на фиг. 5. 35

Охладитель газа работает следующим образом.

Подлежащий охлаждению газ подают через газоподводящий патрубок 10 в сопло 2, из которого газовая струя истекает со скоростью, близкой или большей, чем скорость звука. В начальный момент запуска охладителя в работу высокоскоростная газовая струя попадает в газораспределитель- 45 ную камеру 1, ударяется в ее днище и растекается по камере,а затем отводится в обратном направлении (навстречу соплу 2) . Если вершина конусообразного насадка 4 смещена относи- 5р ,тельно оси истечения газовой струи (такое смещение может быть как результатом неточностей изготовления, так и предметом специального проектирования для ускорения вывода охлади- 55 теля на рабочий режим), то струя сразу же попадет на наклонную к направлению ее истечения поверхность и отклоняется ею от оси истечения.

В связи с динамической несимметричностью отводимого газового потока и в связи с действием устройства его закрутки он начинает вращаться, увлекая во вращение и обтекаемую им газовую струю. Поскольку воздействие конусообразной поверхности насадка 65

4 постоянно, отклонение струи постепенно увеличивается, что вместе с ее вращением создает эффект планетарного вращения струи по мнимой конической поверхности. Чс-..рез некоторое время после начала работы охладителя отклонение струи перестает увеличиваться, достигнув какого-то максимального значения. Поскольку входные отверстия 12 теплоотводяших трубок

3 расположены на окружности пересечения мнимого конуса со стенками камеры 1, газ в трубках 3, подвергаясь периодическому сжатию, вовлекается в циклический процесс, при котором он нагревается за счет диссипации энергии в ударных волнах и (трения о стенки трубок. При этом выделяющееся тепло отводится либо в окружающую среду естественным путем, либо принудительным охлаждением, Газ струи, затратив энергию на нагрев в трубках, охлаждается и отводится из камеры 1 по газоотводящему патрубку 11, причем температура отводимого газа существенно ниже, чем подводимого. увеличению скорости вращения газовой струи способствуют лопатки 5,15 и 9 (фиг. 1,4 и 5.).

Днище газораспределительной камеры

1 в той части, гце расположены входные отверстия теплоотводящих трубок

3, может быть плоским, коническим или иной близкой к конусу формы.

При этом желательно, чтобы плоскость входного отверстия была перпендикулярна к образующей мнимого конуса в месте ее прохода через поверхность днища. Тогда сама теплоотводяшая трубка будет как бы продолжением этой образующей, а трубки будут ершеобразно расходиться от камеры (как в случае расположения их входов на днище, так и в случае расположения на боковой поверхности ).

При выполнении теплоотводящих трубок 3 на боковой поверхности камеры 1 управляюший пнегмоцилиндр 7 может быть продолжением камеры 1, (фиг. 4) . Кроме этого, на вершине конусообразного насадка 4 может быть выполнен плоский срез, наклонный к оси насадка. В этом случае он в начальный момент запуска будет способствовать более быстрому выводу охладителя на рабочий режим, особенно, если при этом обеспечить некоторое вращение поршня 8 управляющего пневмоцилиндра 7.

Технико- экономическая эффективность применения изобретения при всех вариантах обеспечивается благодаря наличию отклоняющего струю устройства для принудительной закрутки газового потока. За счет них струя совершает планетарное вращение, а не плоское качание. Планетарное движение струи приводит к тому, что

1090982

10 при прочих равных условиях существенно увеличивается периметр окру>кности следа струи на внутренней поверхности газораспределительной камеры (окружности пересечения мнимого конуса с камерой ), В связи с этим в такой конструкции охладителя можно разместить большее число теплоотводящих трубок, количество которых существенно влияет на холодопроизводительнасть аппарата. Помймо этого, гредлагаемое техническое решение ":î сравнению с известным позволяет упростить конструкцию (отпадает необходимость B наличии резонаторов) и снизить при той же хладопроиэводительности вес аппарата в целом.

Технологичность предлагаемого устройства повышается за счет того, что изготовление гаэораспределительной камеры в виде тела вращения проще, чем с плоской формой.

1090982

Составитель Ю.Килимник

Редактор О.Бугир ТехредЛ.Мартяжова Корректор Г.Огар

Заказ 3050/36 Тираж 514 Пбдписное

BHHHPVi Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,4