Вихревая труба

 

щ 744196

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (б1) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 01.03.78 (21) 2585192/23-06

Соао Советских

Социалистических

Республик (51) M. Кл в

F 25B 9j02 с присоединением заявки №

Государственный комитет (23) Приоритет (43) Опубликовано 30.06.80. Бюллетень № 24 (45) Дата опубликования описания 30.06,80 (53) УДК 621.565.3 .

- (088.8) по делам изобретений и открытии (72) Авторы изобретения

В. И. Метенин и С. Н. Савельев (71) Заявитель Куйбышевский политехнический институт им. В. В. Куйбышева (54) ВИХРЕВАЯ ТРУБА

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

Известны вихревые трубы, содержащие коническую камеру энергетического разделения с тангенциальным сопловым вводом, диафрагму с газосборником холодного IIQтока, и расположенным на противоположном широком конце камеры регулировочным вентилем (1).

В таких вихревых трубах величина давления горячего потока обусловлена лишь самим процессом энергетического разделения. При этом кинетическая энергия горячего потока не используется.

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

Известны также вихревые трубы, содержащие закрытую с торцов коническую камеру энергетического разделения с тангенциальным сопловым вводом сжатого газа, диафрагму с коническим раструбом, оканчивающуюся радиальным щелевым диффузором для отвода холодного потока. На горячем (широком) конце вихревой камеры расположен периферийный лопаточный диффузор для преобразования кинетической энергии горячего потока в потенциальную энергию давления (2).

Данные трубы являются наиболее близкими по технической сущности к описываемой.

Однако для таких вихревых труб повы5 шение эксергетического КПД, обусловленное увеличением работоспособности горячего потока, невелико: т1, для таких труб имеет величину 23 — 25%.

Целью данного изобретения является по10 вышение КПД.

Поставленная цель достигается тем, что между камерой энергетического разделения и периферийным лопаточным диффузором установлен кольцевой диффузор, имеющий

15 длину, равную 3 — 3,5 диаметра камеры в сечении соплового ввода, образованный конической трубкой с углом раствора 5 30 — б и центральным телом цилиндрической или конической формы с углом раствора не

20 более 2, причем начальный диаметр центрального тела составляет 0,8 — 0,85 выходного диаметра камеры энергетического разделения.

Вследствие установки осевого кольцевого

25 диффузора происходит превращение части кинетической энергии горячего потока, обусловленной осевой составляющей скорости, в потенциальную энергию давления. Утилизация же части кинетической энергии, обу744196

4 з О

l5

\)0

2д

-!0

00 словленной окружной составляющей скорости, происходит в периферийном лопаточиом диффузоре.

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

В области у=0,25 — 0,4, где как известно, температурный эффект охлаждения максимален, преобладает осевая составляющая скорости, поэтому прирост 1(ПД вихревой трубы как генератора холода существенен.

Кроме того, установка осевого диффузора способствует всему процессу энергетического разделения газа, происходящему в вихревои трубе, так как через осевой диффузор отбирается только часть газа (горячий поток), имеющая наибольшую температуру, и не происходит перетечек горячего потока в пр иосевую обл а сть.

Выходящий из вихревой трубы горячий поток повышенного давления (т. е. обладающий повышенной работоспособностью) может использоваться в качестве сжатого газа, например, во второй или последующих ступенях в схеме двух- или многоступенчатых холодильных аппаратов.

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

Вихревая труба содержит сопловой ввод

1, расположенный в узком сечении конической камеры 2 энергетического разделения, за которой установлен кольцевой осевой диффузор 3, образованный конической трубкой 4 и центральным телом 5, и периферийный лопаточный диффузор 6. Для выравнивания давления выходящего горячего потока вихревая труба содержит газосбор н ик 7. Для отвода холодного потока предназначена диафрагма 8 с коническим раструбом

9, оканчивающимся радиальным щелевым ди ф фуз ор о м 10.

При работе вихревой трубы сжатый газ, вытекая из соплового ввода 1 с большой скоростью, попадает в коническую камеру

2, где происходит процесс энергетического р"азделения с образованием двух потоков— холодного и горячего. Горячий поток, поступает сначала в осевой диффузор 3, образованный конической трубкой 4 и централь ным телом 5, где часть его кинетической энергии; обусловленная осевой составляющей скорости, преобразуется в потенциальную энергию давления, а затем в периферийный лопаточиый диффузор 6, где в потенциальную эпергшо давления преобразуется часть кинетической энергии горячего потока, обусловленная окружной составляющей скорости.

Затем горячий поток поступает в газосборник 7, откуда он может направляться для дальнейшего использования, например, в ка естве сжатого газа.

Холодный поток отбирается из трубы через диафрагму 8 с коническим раструбом 9, оканчивающимся щелевым диффузором 10.

Установка на коническую вихревую трубу

Я 30 мм (d) и длиной 3 d с углом раствора

3- 40 осевого диффузора со следуюшими параметрами: угол раствора диффузорной трубки

5"40, длина диффузорной трубки — 3,5 d; центральное тело — цилиндр; начальный диаметр центрального тела равен 0,84 выходного диаметра камеры; дагление горячего потока увеличивается иа 20 —:25 /о, приводит к увеличению эксергетичсского КПД вихревой трубы на

13 —:20%.

В случае использования холодного потока ири давлении, большем атмосферного, 1(Г1Д вихревои трубы еще больше увеличивается и достигает величины 55 — 65 /о.

Формула изобретения

Вихревая труба, содержащая снабженную сопловым вводом коническую камеру энергетического разделения с периферийным лопаточным диффузором для отвода горячего потока и диафрагму с коническим раструбом и щелевым диффузором для отвода холодного потока, отличающаяся тем, что, с целью повышения КПД, между лоиаточным диффузором и камерой энергетического разделения установлен осевой кольцсвой диффузор, имеющий длину, равную 3 — 3,5 диаметра последней в сечении соплового ввода, и образованный конической трубкой с углом раствора 5 30 †: 6 и центральным телом цилиндрической или конической формы с углом растьора не более 2, причем начальный диаметр центрального тела составляет 0„8 — -0,85 выходного диаметра камеры энергетического разделения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

_#_o 253818, кл. F 25В 9/02, 1967.

2. Метенин В. И. Исследование противоточных вихревых труб.— Инженерно-физический журнал, 1964, т. 7, М 2, с. 95 — 102.

744196 фие. 1 фиг. 2

Ðèã. 3

1(орректор Т. Трушкина

Редактор Л. Гольдина

Заказ 1010/15 Изд. № 347 Тираж 583 Подписное

Н10 «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Типография, пр. Сапунова, 2

Составитель Ю. Мартинчик

Техред В. Серякова

Е

Е-b