Вихревая труба



Вихревая труба

 


Владельцы патента RU 2476785:

Ченцов Андрей Владимирович (RU)

Изобретение относится к вихревым трубам для получения охлажденного и подогретого потоков газа. Вихревая труба содержит входную улитку, рабочую камеру, вентиль для регулирования расхода горячего потока и диафрагму для отвода охлажденного потока газа. Внутренняя поверхность рабочей камеры энергетического разделения вихревой трубы выполнена по форме усеченного гиперболоида. Диафрагма для отвода охлажденного потока газа снабжена патрубком, внутренняя поверхность которого выполнена по форме усеченного гиперболоида. Изобретение направлено на повышение термодинамической эффективности. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к вихревому эффекту Ранка, в частности к форме внутренней поверхности рабочей камеры вихревой трубы и к форме внутренней поверхности диафрагмы для отвода охлажденного потока от вихревой трубы.

Известна вихревая труба, у которой внутренняя поверхность рабочей камеры имеет конусообразную форму (а.с. №237176, M. кл. F25B 9/02).

Известен также вихревой холодильник, у которого внутренняя поверхность рабочей камеры имеет цилиндрическую форму (а.с. №257519, M. кл. F25B 9/02).

Недостатком данных устройств является то, что форма внутренней поверхности рабочей камеры была найдена при проведении экспериментальных исследований для конкретного газа в узком диапазоне температур, расходов и давлений газа. Поэтому в одном случае было получено, что оптимальной формой внутренней поверхности рабочей камеры вихревой трубы должна быть коническая, в другом - цилиндрическая.

Задачей заявляемого изобретения является повышение термодинамической эффективности вихревого эффекта путем оптимизации формы внутренней поверхности рабочей камеры вихревой трубы и формы внутренней поверхности патрубка для отвода охлажденного потока.

Технический результат достигается изготовлением внутренних поверхностей рабочей камеры вихревой трубы и патрубка для отвода охлажденного потока по форме свободно вращающегося потока жидкости (сжимаемой или несжимаемой).

В вихревой трубе на газовый поток идет воздействие геометрическое, механическое, теплообмен, массообмен и трение. Все эти пять видов воздействий на поток идут одновременно и вызывают определенное распределение скоростей и давлений.

Расчеты показали, что образующая линия вращающегося потока газа описывается уравнением кривой второго порядка

где

G1 - расход газа на входе в вихревую трубу;

ρ1 - плотность газа на входе в вихревую трубу;

τ1 - радиус вихревой трубы в плоскости соединения входного тангенциального сопла с рабочей камерой вихревой трубы;

Vr - радиальная составляющая абсолютной скорости при движении газа вдоль оси рабочей камеры вихревой трубы;

x - расстояние вдоль оси вихревой трубы от плоскости соединения входного тангенциального сопла с рабочей камерой вихревой трубы до плоскости нахождения радиальной составляющей абсолютной скорости движения газа (0≤x≤lT);

lT - длина вихревой трубы.

Кривые второго порядка описываются эллиптическими, гиперболическими и параболическими уравнениями. Тип уравнения кривой определяется значением инвариантов. Инварианты линий второго порядка, образующих внутреннюю поверхность рабочей камеры вихревой трубы и патрубка для отвода охлажденного потока, определяются величинами J2≤0 и J3≠0.

При значениях инвариантов J2≤0 и J3≠0 уравнение второго порядка является гиперболой.

Таким образом, уравнением образующей второго порядка вращающегося потока газа в рабочей камере вихревой трубы и на выходе из диафрагмы, отводящей через патрубок охлажденный поток, является гипербола. Следовательно, для снижения гидравлических сопротивлений движущемуся потоку газа по внутренней поверхности рабочей камеры вихревой трубы и на выходе охлажденного потока газа из диафрагмы через патрубок и повышения ее термодинамической эффективности образующая внутренней поверхности рабочей камеры и патрубка для отвода охлажденного потока должна быть гиперболой, а сама внутренняя поверхность рабочей камеры и патрубка для отвода охлажденного потока должна быть усеченным гиперболоидом.

На фиг.1 представлена схема вихревой трубы.

Вихревая труба содержит входную улитку 1, рабочую камеру 2, внутренняя поверхность которой выполнена по форме усеченного гиперболоида, вентиль 3 для регулирования расхода горячего потока, диафрагму 4 для отвода охлажденного потока газа через патрубок 5, внутренняя поверхность которого также выполнена по форме усеченного гиперболоида.

Работа вихревой трубы осуществляется следующим образом.

Сжатый газ через входную улитку 1 поступает во внутреннюю поверхность рабочей камеры энергетического разделения 2 вихревой трубы, выполненную по форме усеченного гиперболоида. На выходе из камеры энергетического разделения 2 стоит вентиль 3, с помощью которого регулируется расход подогретого потока газа. Если сечение вентиля 3 отрегулировано на расход газа меньше того, что поступает во входную улитку 1, то часть газа будет переходить на меньший радиус и двигаться в сторону диафрагмы 4 и через патрубок для охлажденного потока газа 5, внутренняя поверхность которого имеет форму усеченного гиперболоида, отводиться на технологические нужды. Охлаждение осевого потока газа и подогрев периферийного потока газа являются результатом их взаимодействия.

Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, состоит в повышении термодинамической эффективности вихревой трубы за счет снижения гидравлических сопротивлений на трение и местные сопротивления, так как внутренняя поверхность рабочей камеры энергетического разделения 2 и патрубка 5 для охлажденного потока газа выполнена по форме свободно вращающегося потока, образующей которого является гипербола. Технико-экономический эффект от реализации данного изобретения заключается в повышении термодинамической эффективности вихревой трубы.

1. Вихревая труба, содержащая входную улитку, рабочую камеру, вентиль для регулирования расхода горячего потока и диафрагму для отвода охлажденного потока газа, отличающаяся тем, что внутренняя поверхность рабочей камеры энергетического разделения вихревой трубы выполнена по форме усеченного гиперболоида.

2. Вихревая труба по п.1, отличающаяся тем, что диафрагма для отвода охлажденного потока газа снабжена патрубком, внутренняя поверхность которого выполнена по форме усеченного гиперболоида.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к вихревым установкам для газоразделения. .

Изобретение относится к вентиляционным устройствам и может быть использовано для создания перемещающихся воздушных потоков с одновременным охлаждением в технических объектах и помещениях.

Изобретение относится к системам охлаждения воздуха с применением вихревых труб и может быть использовано в системах кондиционирования воздуха в производственных помещений и салонах транспортных средств, в холодильных установках, эксплуатируемых в производственных помещениях и в транспортных средствах, в системах охлаждения режущего инструмента и других устройствах, для функционирования которых необходимо или желательно охлаждение воздуха, а условия их эксплуатации некритичны к повышенным уровням шума.

Изобретение относится к акустическим способам тепломассоэнергообмена жидких, газовых, газожидкостных смесей, взвесей и дисперсий. .

Изобретение относится к вихревым аппаратам и может применяться для получения холода и тепла и очистки газовых смесей от конденсирующихся примесей. .

Изобретение относится к холодильной технике

Изобретение относится к технологии подготовки и переработки попутного газа в товарную продукцию. Способ заключается в том, что попутный нефтяной газ после охлаждения в рекуперативном теплообменнике сепарируют в многоступенчатом центробежном сепараторе от нефтебензиновых жидких фракций, водного конденсата и механических примесей, которые выводят для дальнейшей переработки на газофракционирующую установку, а газообразную фракцию направляют на двухступенчатое компремирование. На первую ступень совместно с отсепарированной газообразной фракцией подают паровую фазу из наземного изотермического хранилища для повторного сжижения, а сжатый после первой ступени газ направляют на сжижение в трехпоточную вихревую трубу с образованием холодного, горячего газообразных и жидкого потоков. На вторую ступень компремирования направляют смесь горячего потока из вихревой трубы и холодного потока после рекуперативных теплообменников. Сжатый на второй ступени поток газа после рекуперативного охлаждения направляют в сепаратор, после чего газообразную фракцию направляют в магистральный газопровод или топливную сеть, а сжиженный газ совместно с отсепарированной из горячего потока вихревой трубы жидкой фазой в наземное изотермическое хранилище. Использование изобретения позволит повысить эффективность технологических процессов для выделения целевых углеводородных фракций. 1 ил.

Изобретение относится к технологии подготовки и переработки попутного газа в товарную продукцию. Попутный газ, после отделения от него конденсата (нефтяных и бензиновых фракций), представляющий легкие фракции газа, охлаждают в теплообменнике, подвергают сепарации в центробежном сепараторе, в результате которой выделенный конденсат вместе с конденсатом после первичной сепарации поступает на разделение ректификацией на нефть и бензин, а легкие фракции подвергают двухступенчатому компремированию. После первой ступени газ разделяют на два потока. Первый поток направляют в трехпоточную вихревую трубу для энергетического разделения с образованием холодного, горячего газообразных и жидкого потоков. Второй поток охлаждают в рекуперативном теплообменнике холодным потоком вихревой трубы и разделяют сепарацией на газ и жидкость. Газ поступает на вторую ступень компремирования, а жидкость, представляющая собой газовый бензин, затем поступает на дальнейшую переработку. Компремированный во второй ступени газ охлаждается в рекуперативном теплообменнике дросселируемой жидкой фазой, отсепарированной из горячего потока вихревой трубы, и поступает в расходный сепаратор для разделения на сухой и сжиженный газ, которые выводятся с установки в качестве товарных. Использование изобретения позволит повысить эффективность сепарации газовой смеси. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к технологии подготовки и переработки природного или попутного нефтяного газов в сжиженный газ, представляющий собой пропан-бутановую фракцию. Исходный поток охлаждают, сепарируют и выделяют легкую часть низкомолекулярного углеводородного сырья с последующим его сжижением с выделением жидкой пропан-бутановой фракции в вихревом энергетическом разделителе. Вихревой энергетический разделитель представляет собой трехсекционную емкость, в которой вертикально размещена вихревая труба таким образом, что разделена на три секции горизонтальными перегородками - верхнюю, среднюю и нижнюю. При этом в верхней секции размещен холодный конец с теплообменником-змеевиком вихревой трубы, в средней - горячий конец, а в нижней - регулирующее устройство расхода горячего потока и сепарационное устройство по отделению из горячего потока жидкой фазы, содержащее клапан. Изобретение направлено на повышение ресурсов чистого углеводородного сырья, используемого во многих отраслях промышленности, когда исходное сырье содержит много нежелательных примесей. 2 ил.

Изобретение относится к энергетике. Вихревая труба состоит из соплового ввода, камеры энергоразделения, дросселя для торможения горячего потока и диффузора. Сопловой ввод содержит направляющие лопатки каплевидной формы, симметричные относительно оси, проходящей через кромку лопатки. Проточная часть соплового ввода, расположенная за направляющими лопатками, выполнена в виде поворота, ограниченного двумя поверхностями вращения, образующие которых представляют собой дуги. Направляющие лопатки соплового ввода выполнены с возможностью поворота относительно оси, перпендикулярной к плоскостям прилегания лопаток. Изобретение направлено на увеличение энергетической эффективности вихревой трубы, работающей как в дозвуковом, так и в сверхзвуковом режимах. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к газовой промышленности, в частности к вихревым преобразователям энергии перепада давлений на газораспределительных и газоперекачивающих станциях магистральных трубопроводов. Сущность изобретения состоит в том, что в способе вихревого редуцирования давления газа отбор части горячего потока осуществляется за конусной поверхностью регулирующего конуса, при этом смешивание оставшейся части горячего потока и холодного осевого потока осуществляется через отверстие в центральной части регулирующего конуса, а подача части горячего потока в осевую зону через центральное отверстие может осуществляться как напрямую, так и через дополнительный тангенциальный сопловый ввод для этого потока, при этом центральное отверстие выполнено конусным, а ввод газа в камеру разделения осуществляется наклонным к оси ввода. Изобретение позволяет обеспечить понижение давления газа без понижения его температуры. Происходит значительная экономия газа при его транспортировании и распределении на магистральных трубопроводах и газораспределительных и газоперекачивающих станциях. 2 ил.

Изобретение относится к газовой промышленности, в частности к вихревым преобразователям энергии перепада давлений на газораспределительных и газоперекачивающих станциях магистральных трубопроводов. В способе вихревого редуцирования газа часть "горячего" потока из камеры разделения эжектируется основным входным потоком и смешанный подогретый поток направляется в тангенциальное сопло ввода газа в камеру разделения. Изобретение позволяет обеспечить понижение давления газа без понижения его температуры. Происходит значительная экономия газа при его транспортировании и распределении на магистральных трубопроводах и газораспределительных и газоперекачивающих станциях. 2 ил.
Наверх