Вихревая труба



Вихревая труба
Вихревая труба

 


Владельцы патента RU 2486417:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) (RU)

Изобретение относится к холодильной технике. Вихревая труба содержит коническую камеру энергетического разделения с односопловым улиточным вводом сжатого газа, диафрагму с диффузорами для отвода холодного и горячего потоков, аэродинамическую сетку и дроссельный клапан на выходе холодного потока с внешним патрубком. На стенках улиточного ввода выполнены каналы, тангенциально направленные к внутренней профилированной поверхности камеры энергетического разделения. Аэродинамическая сетка установлена на торце конической камеры энергетического разделения. Односопловый улиточный ввод содержит направляющую саморегулирующуюся лопасть. Лопасть входным концом жестко, а выходным через гибкую связь соединена с внутренней поверхностью односоплового улиточного ввода. Гибкая связь выполнена в виде пружины с переменной жесткостью и установлена с возможностью перемещения лопасти относительно внутренней поверхности односоплового улиточного ввода сжатого газа. Изобретение направлено на обеспечение заданных параметров энергетического разделения сжатого газа вне зависимости от наличия и степени концентрации в нем загрязнений. 2 ил.

 

Изобретение относится к холодильной технике и предназначено для использования эффекта энергоразделения газа в вихревых трубах в процессах рационального дросселирования природного газа при его транспортировке по газопроводам.

Известна вихревая труба (см. патент РФ №2043584, МПК F25B 9/02, опубл. 10.09.1995), содержащая коническую камеру энергетического разделения с односопловым улиточным вводом сжатого газа, на стенках которого выполнены каналы, тангенциально направленные к внутренней профилированной поверхности камеры энергетического разделения, диафрагму с диффузорами для отвода холодного и горячего потоков, установленную на торце аэродинамическую сетку, дроссельный клапан на выходе холодного потока с внешним патрубком.

Недостатком вихревой трубы является невозможность обеспечения поступления сжатого газа нормированных параметров, т.е. идеального газа, когда отсутствует в нем влага, а также твердые частицы загрязнений (ржавчина и окалина), которые изменяют скорость закрутки газа и не позволяют получать заданные параметры холодного и горячего потоков как по температуре, так и по давлению.

Следовательно, известная вихревая труба не может эффективно работать на природном газе, который транспортируется с перечисленными загрязнениями.

Технической задачей предлагаемого изобретения является обеспечение заданных параметров энергетического разделения сжатого природного газа вне зависимости от наличия и степени концентрации в нем каплеобразных и твердых частиц загрязнений.

Технический результат достигается тем, что вихревая труба содержит коническую камеру энергетического разделения с односопловым улиточным вводом сжатого газа, на стенках которого выполнены каналы, тангенциально направленные к внутренней профилированной поверхности камеры энергетического разделения, диафрагму с диффузорами для отвода холодного и горячего потоков, установленную на торце конической камеры энергетического разделения аэродинамическую сетку, дроссельный клапан на выходе холодного потока с внешним патрубком, при этом односопловый улиточный ввод содержит направляющую саморегулирующуюся лопасть, которая входным концом жестко, а выходным через гибкую связь соединена с внутренней поверхностью односоплового улиточного ввода, причем гибкая связь выполнена в виде пружины с переменной жесткостью и установлена с возможностью перемещения лопасти относительно внутренней поверхности односоплового улиточного ввода сжатого газа.

На фиг.1 изображена принципиальная схема вихревой трубы, на фиг 2 - односопловый улиточный ввод с направляющей саморегулирующейся лопастью.

Вихревая труба содержит коническую камеру 1 энергетического разделения с односопловым улиточным вводом 2 сжатого природного газа. На внутренних стенах односоплового улиточного ввода 2 выполнены канавки 3, тангенционально направленные к внутренней профилированной поверхности 4 конической камеры 1 энергетического разделения. Диафрагма 5 соединена с диффузором 6 горячего потока и диффузором 7 холодного потока, который через дроссельный клапан 8 связан с выходным патрубком 9 холодного потока. Диффузор 6 связан с выходным патрубком 17 горячего потока.

На торце конической камеры 1 энергетического разделения установлена аэродинамическая сетка 10. На внутренней поверхности 11 односоплового улиточного ввода 2 укреплена лопасть 12. Причем лопасть 12 входным концом 13 укреплена, например, посредством кронштейна 14, укреплена жестко к поверхности внутренней 11, а выходным концом 15 соединена с внутренней поверхностью 11 посредством гибкой связи в виде пружины 16 с переменной жесткостью.

Следовательно, лопасть 12 установлена с возможностью перемещения выходным концом 15 относительно внутренней поверхности 11 односоплового улиточного ввода 2 сжатого природного газа.

Вихревая труба работает следующим образом.

Сжатый природный газ с нормированными параметрами, т.е. без наличия в нем каплеобразных и твердых частиц в виде ржавчины и окалины (идеализированный газ) поступает в односопловый улиточный ввод 2 где, тангенциально перемещаясь, воздействует на лопасть 12, расположение которой отрегулировано на сжатый газ без загрязнений и занимающую положение I (фиг.2) относительно внутренней поверхности 11 и, получив закрутку, далее перемещается по канавкам, направленным тангенциально к внутренней профилированной поверхности 4, и поступает в коническую камеру 1, где энергетически разделяется с образованием двух потоков.

Один поток после аэродинамической сетки 10, перемещающийся по периферии конической камеры 1 и имеющий более высокую температуру и давление, выходит через периферийные отверстия диафрагмы 5 и диффузор 6 горячего потока и далее через выходной патрубок 17 подается к потребителю.

Другой поток после аэродинамической сетки 10, имеющий более низкую температуру и несколько меньшее давление, движется в приосевой области конической камеры 1 и через осевое отверстие диафрагмы 5 и диффузор 7 холодного потока поступает в дроссельный клапан 8, который дозирует его перед подачей к потребителю через выходной патрубок 9. При этом поддерживаются заданные параметры энергетически разделенных потоков, как горячего, так и холодного, по температуре и давлению.

В реальных условиях эксплуатации сжатый природный газ насыщен как каплеобразной, так и твердыми частицами ржавчины и/или окалины (см., например, Ионин А.А. Газоснабжение. М.: Стройиздат, 1989, 410 с.), поэтому по мере перемещения этой смеси из односоплового улиточного ввода 2 по канавкам 3, тангенциально направленным к внутренней профилированной поверхности 4, перед поступлением в коническую камеру 1 энергетического разделения наблюдается возрастание центробежных сил потока за счет дополнительного ускорения частиц загрязнений (см., например, Седов Л.И. Механика сплошных сред. М.: Наука, 1987, 443 с.).

Это приводит к переходу в пульсирующий режим поступления потока в коническую камеру 1, что изменяет характер движения сжатого природного газа и вызывает перестройку полей скоростей, давлений и температур.

Для устранения данного явления внутри односоплового улиточного ввода 2 выполнена лопасть 12, жестко соединенная своим входным концом 13, например, посредством кронштейна 14. Тогда поток сжатого природного газа с загрязнениями в виде каплеобразных и твердых частиц ударяется о поверхность лопасти 12 и под действием центробежных сил воздействует на гибкую связь в виде пружины 16, поворачивая лопасть 12 на определенный угол вокруг кронштейна 14 (положение II на фиг.2). Причем угол поворота зависит от концентрации загрязнений, находящихся в потоке сжатого природного газа, т.е. суммарных центробежных сил, и автоматически регулируется переменной жесткостью пружины 16.

При этом в камере 1 энергетического разделения создается практически постоянное (не зависимое от концентрации частиц загрязнений) статическое давление как по радиусу, так и по всей ее длине, следовательно, наблюдается образование интенсивной турбулентности, способствующей повышению эффективности процесса энергоразделения (см., например, стр.13, Халатов А.А. Теория и практика закрученных потоков. Киев: Наук. думка, 1989, 192 с.).

Таким образом, эксплуатационный изменяющийся во времени режим работы предложенной вихревой трубы в условиях изменяющейся концентрации каплеобразных и твердых частиц загрязнений, сопутствующих транспортируемому газу, позволяет автоматически, т.е. за счет угла перемещения лопасти 12 в односопловом улиточном вводе 2, поддерживать необходимые давление и температуру как холодного, так и горячего энергетически разделенных потоков.

Оригинальность предлагаемого технического решения по расширению области применения вихревой трубы, работающей на сжатом природном газе с наличием загрязнений в виде каплеобразных и твердых частиц, заключается в том, что достигается обеспечение постоянных заданных параметров давления и температуры энергетически разделенных потоков путем размещения на внутренней поверхности односоплового улиточного ввода лопасти, входной конец которой выполнен жестко закрепленным, а выходной конец выполнен с гибкой связью в виде пружины с переменной жесткостью.

Вихревая труба, содержащая коническую камеру энергетического разделения с односопловым улиточным вводом сжатого газа, на стенках которого выполнены каналы, тангенциально направленные к внутренней профилированной поверхности камеры энергетического разделения, диафрагму с диффузорами для отвода холодного и горячего потоков, установленную на торце конической камеры энергетического разделения аэродинамическую сетку, дроссельный клапан на выходе холодного потока с внешним патрубком, отличающаяся тем, что односопловый улиточный ввод содержит направляющую саморегулирующуюся лопасть, которая входным концом жестко, а выходным через гибкую связь соединена с внутренней поверхностью односоплового улиточного ввода, причем гибкая связь выполнена в виде пружины с переменной жесткостью и установлена с возможностью перемещения лопасти относительно внутренней поверхности односоплового улиточного ввода сжатого газа.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к вихревым трубам для получения охлажденного и подогретого потоков газа. .

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 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