Вихревая труба

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К . АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ о>807000 (61) Доп олнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 07.05.79 {23) 2765643/23-06 с присоединением заявки ¹â€” (23) Приоритет—

F 25 В 9/02

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий (53) УДК 621 565 .3(088.8) Опубликовамо 230281. Бюллетень Н9 7

Дата опубликования описания 25 . 02. 81 (54) ВИХРЕВАЯ ТРУБА

Изобретение относится к устройствам для охлаждения и нагревания газов, в особенности в системах кондиционирования воздуха, иможет быть использовано для кондиционирования воздуха низкого давления.

Известны вихревые трубы для охлаждения и нагревания газа, содержащие установленный на выходе нагретого потока раскруточный диффузор с подвижной плоской задней стенкой.

В этих трубах раскруточный диффузор служит для увеличения термодинамической эффективности вихревой трубы за счет уменьшения давления на оси. вихря, а также для регулирования расходов и температур путем продольного перемещения задней стенки диффузора Щ .

Однако в известных вихревых трубах КПД раскрутбчного диффузора недостаточно высок из-за потерь энергии на образование вихревых зон в месте поворота потока при набега- нии последнего под прямым углом на заднюю плоскую стенку диффузора.

Это обстоятельство снижает термодинамическую эффективность вихревой трубы.

Известны также трубы, содержа- . щие тангенциальный сопловый ввод, диафрагму для выпуска холодного потока, камеру энергетического разде-, ления и соединенный с ней раскруточный кольцевой диффузор, образуемый внутренней поверхностью выходного конического участка камеры энергетического разделения и дроссельным

10 вентилем, выполненным в виде прямолинейного конического обтекателя задней подвижной стенки диффузора PJ.

Эти вихревые трубы работают сле15 дующим образом.

Сжатый газ поступает через сопловый ввод в камеру энергетическо-. го разделеия, где разделяется на охлажденный и нагретый потоки.

20 Охлажденный поток выходит через диафрагму, а нагретый поток проходит по каналу диффузора, омывая дроссельный вентиль.

g5 При продольном перемещении вентиля площади входного и выходного сечений диффуэора изменяются прямо пропорционально одна другой. Поэтому степень расширения диффузора, равная отношению площадей выходного

807000 и входного сечений, сохраняется постоянной при всех положениях вентиля.

:Скорость нагретого потока газа в диффузоре различна на разных режимах работы вихревой трубы. Эта скорость увеличивается с ростом давления сжатого газа и уменьшается с падением давления при фиксированном положении дросселя. Если давление сжатого газа постоянно, то скорость нагретого потока в диффузоре растет при перемещении дросселя в сто .рону соплового ввода I уменьшение площади сечения диффузора) и падает при перемещении дросселя в обратном направлении.

Известно, что увеличение скорости газа приводит к уменьшению оптимальной степени расширения диффузора. В описываемой вихревой трубе степень расширения диффузора сохраняется постоянной при переменной величине скорости газа, что снижает

КПД диффузора и,следовательно, уменьшает термодинамическую эффективность вихревой трубы на переменных режимах работы.

Цель изобретения — повышение термодинамической эффективности на переменных режимах работы при значениях (О = 0,1 — 0,3 и (U = 0,5-0,8

Указанная цель достигается тем, что обтекатель задней стенки .диффуэора имеет цилиндрический участок, длина которого составляет 0,1-0,3 диаметра камеры энергетического разделения в сечении соплового ввода.

На фиг. 1 изображена конструктивная схема описываемой вихревой трубы; на фиг. 2 — графики зависимостей полной и и промежуточной и степеней расширения раскруточного диффузора от величины зазора между подвижной и неподвижной стенками диффузора.

Вихревая труба содержит тангенциальный сопловой ввод 1 для подачи сжатого газа, диафрагму 2 для выпуска охлажденного потока, коническую камеру энергетического разделения

3 диаметром О в сечении соплового ввода, имеющую выходной цилиндрический патрубок 4 диаметром Оо, соединенный с осерадиальным .раскруточным диффуэором 5. Диффузор образован передней неподвижной стенкой б и задней подвижной стенкой 7, наружный диаметр которых О = 5D>. Между стенками б и 7 имеется осевой зазор

Я, величина которого зависит от режима работы вихревой трубы. Передняя стенка 6 диффузора сопряжена с внутренней поверхностью патрубка

4 радиусом 8 — 0,,3 О. На задней стенке 7 диффуэора установлен соосно с патрубком 4 обтекатель 8, сопряженный со стенкой радиусом

R =к,1. Обтекатель имеет цилиндрическйй участок 9, расположенный на

Поскольку диапазон оптимальный величин степени расширения диффузора составляет 2 пй4, рабочий диапазон величины зазора Р равен 0,1 1«сР,2 (фиг.2 )

Длина L цилиндрического участка обтекателя не должна быть меньше рабочего диапазона изменения величиЩ ны 0, и в то же время должна оставаться возможно более короткой, обеспечивая оптимальную длину камеры энергетического разделения при умеренной длине вихревой трубы. Под этому величина L находится в пре5

50 расстоянии К = R> от стенки 7. Длина цилиндрического участка составляет. L = (0,1-0,3)О, а его диаметр

D =P

Внутренняя поверхность патрубка.4 и наружная поверхность цилиндрического участка 9 обтекателя образуют кольцевой канал высотой

h, которая сохраняется постоянной при перемещении стенки 7 в рабочем диапазоне величин

Заднюю стенку 7 и обтекатель 8 можно перемещать в осевом направле нии штоком 10, проходящим через стенку ресивера 11, расположенного на выходе из диффузора 5. На ресивере 11 установлен дроссельный вентиль 12 для регулирования расхода нагретого и охлажденного потоков.

Канал осерадиального диффузора 5 имеет три характерные сечения:

1) входное сечение A-A площадью

FA, 2) промежуточное цилиндрическое сечение Б-Б площадью F> и диаметром

О, на котором расположены центры радиусов R, 3) выходное цилиндрическое сечейие В-В площадью Fs и диаметром ОВ.

Полная степень расширения диффузора составляет n = Fsl Fä, а промежуточная степень расширения n< =F>/ Гд .

Площадь при любых положениях задней стенки 7 сохраняется постоянной ввиду постоянства величин Оо, О и h. Уменьшение зазора уменьшает площади F и F и, следовательно степени расширения и и nq (кривые

13 и 14 на фиг. :). При значении

О, 1 DT площади FA и FE; становятся равными, поэтому в этом положении задней стенки n„ 1. Дальнейшее уменьшение зазора К приводит к тому, что площадь FБ становится меньше площади F, и участок между сечениями A-A и Б-Б превращается в конфузор с n 1. В этом случае начало диффузора перемещается из сечения A-A в сечение Б-Б и, ввиду пропорциональности изменения площадей Fs . F, степень расширения дйффузорнсго участка n = FS/ F> сохраняется постоянной при изменении величины зазора Р(участок 15 на фиг. 2).

807000 делах 0,1-0,3 диаметра 0 вихревой трубы в. сечении соплового ввода.

Вихревая труба работает следующим образом.

Сжатый газ поступает через сопловый ввод 1 в камеру энергетического разделения 3, где образуются охлажденный и нагретый потоки. Охлажденный поток выходит иэ вихревой трубы через диафрагму 2, а нагретый поток поступает через патрубок 4 и диффузор 5, омывая обтекатель 8 с цилиндрическим участком 9, переднюю 6 и заднюю 7 стенки, в ресивер 11, иэ которого выходит через дросселъный вентиль 12.

Требуемый расход нагретого и охлажденного потоков устанавливают вентилем 12, а оптимальную степень расширения диффузора получают перемещением с помощью штока 10 его задней подвижной стенки 7. При фиксированном положении вентиля 12 перемещение задней стенки 7 диффузора в рабочем диапазоне величин 0,16В0,„" не влияет на величину расхода газа через диффузор, так как минимальная по всему диффузорному каналу площадь входного сечения F сохраняА ется постоянной.

При открывании вентиля 12 или увеличении давления сжатого газа перед вихревой трубой увеличиваются расход и скорость газа в диффузоре.

В этом случае заднюю стенку диффузора перемещают в сторону соплового ввода, уменьшая, этим степень расширения диффузора в пределе до минимального значения h = 2 при 1 = 0,1 кривая

13 на фиг. 2).

Закрывая вентиль 12 или снижая давление сжатого газа перед вихревой трубой, уменьшают расход и скорость газа в диффузоре. В этом случае заднюю стенку диффузора перемещают в сторону от соплового ввода, увеличивая этим степень расширения диффузора в пределе до максимального значения n = 4 при 1 = 0,2.

В связи с тем, что каждой величине скорости газа в диффузоре соответствует оптимальная степень расширения его, повышается термодинамическая эффективность вихревой трубы на переменных режимах работы. Результаты экспериментального исследования показали, что в предлагаемой вихревой трубе разность температур исходного сжатого и охлажденного воздуха в диапазоне величин относительного расхода охлажденного потока

fU -" 0 3-0,1 на 6-303, а в диапа.зоне pr = 0,5-0,8 на 6-40Ъ больше, чем в известной вихревой трубе с коническим обтекателем. ла

Формула изобретения

Вихревая труба, содержащая камеру энергетического разделения с сопловым вводом, диафрагмой и цилиндрическим выходным патрубком, к которому подсоединен кольцевой диффузор, имеющий подвижную заднюю стен-. ку с обтекателем и дроссельный вентиль, отличающаяся тем, что, с целью повышения термодинамической эффективности на переменных режимах работы при значениях (0=0,1-0,3 и р =0,5-0,8, обтекатель имеет цилиндрический участок, длина которого составляет 0,1-0,3 диаметра камеры энергетического разделения в сечении соплового ввода.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

40 1. Меркулов А.П. Вихревой эффект и его применение в технике. М., "Машиностроение", 1969, с. 42-44,73.

2. Патент США. Р 1952281, кл. 625. опублик. 1934.

80700(Ю2

Фи@2

Составитель Ю. Мартинчик

А Ш Т х ед М. Лоя Ко екто В. Бутяга

577, Подписное

ВНИИПИ 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