Вихревая труба

ОП ИСАН И ЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ р) 744196 Союо Советских Социалистических Республик(23) Приоритет заявкисударственный комит СССР- (088.8) 43) Опубликовано 30.06,80. Бюллетень2 45) Дата опубликования описания 30.05,80 по делам изобретений и открытииВ, И. Метенин и С, Н. Савелйбышевский политехнический институт им В, Куйбышев(54) ВИХРЕВАЯ ТРУБ Данные трубы явлкими по техническоймой я наиболее близ- ности к описываеИзобретение 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 потока, 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 21. Однако для таких вихревых труб повышение эксергетического КПД, обусловленное увеличением работоспособности горячего потока, невелико: т 1, для таких труб имеет величину 23 - 25%.Целью данного изобретения является повышение КПД.Поставленная цель достигается тем, что между камерой энергетического разделения и периферийным лопаточным диффузором установлен кольцевой диффузор, имеющий длину, равную 3 - 3,5 диаметра камеры в сечении соплового ввода, образованный конической трубкой с углом раствора 530 - б и центральным телом цилиндрической или конической формы с углом раствора не более 2, причем начальный диаметр центрального тела составляет 0,8 - 0,85 выходного диаметра камеры энергетического разделения,Вследствие установки осевого кольцевого диффузора происходит превращение части кинетической энергии горячего потока, обусловленной осевой составляющей скорости, в потенциальную энергию давления. Утилизация же части кинетической энергии, обуО 15 )О 25 30 35 40 45 50 55 60 словленной окружной составляющеи 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 и возрастает осевая составляющая скорости горячего потока.В области р=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 происходитперетечек горячего потока в приосевую область.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 газосборник 7.Для отвода холодного потока предназначена диафрагма 8 с коническим раструбом 9, оканчивающимся радиальным щелевым диффузором 10.При работе вихревой трубы сжатый газ, вытекая из соплового ввода 1 с большой скоростью, попадает в коническую камеру 2, где происходит процесс энергетического разделения с образованием двух потоков - холодного и горячего. Горячий поток, поступает сначала в осевой диффузор 3, образованный конической трубкой 4 и центральным 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 газо- сборник 7, откуда он может направляться для дальнейшего использования, например, в качестве сжатого газа.Холодный поток отбирается из трубы через диафрагму 8 с коническим раструбом 9, оканчивающимся щелевым диффузором 10.Установка на коническую вихревую трубу О 30 мм (И) и длиной 3 д с углом раствора 3"40 осевого диффузора со следующими параметрами:угол раствора диффузорной трубки 5"40,длина диффузорной трубки - 3,5 сХ;центральное тело - цилиндр;начальный диаметр центрального тела равен 0,84 выходного диаметра камеры;дагление горячего потока увеличивается иа 20 в ; 25/о, приводит к увеличению эксергетичсского КПД вихревой трубы на 1320 О/В случае использования холодного потока ири давлении, большем атмосферного, 1(Г 1 Д вихревои трубы еще больше увеличивается и достигает величины 55 - 65/о. Формула изобретенияВихревая 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, о т л и ч а ю щ а я с я 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 530 в ; 6 и центральным телом цилиндрической или конической формы с углом растьора не более 2, причем начальный диаметр центрального тела составляет 08 - -0,85 выходного диаметра камеры энергетического разделения.Источшки информации,принятые во внимание при экспертизе 1, Авторское свидетельство СССР Мо 253818, кл, 1. 25 В 9/02, 1967,2, Метенин В. И. Исследование противо- точных вихревых труб. - Инженерно-физический журнал, 1964, т. 7, М 2, с. 95 - 102,744196 оставнтель Ю. Мартинч ед В. Серякова Корректор Т. Трушкин льдин едактор Заказ 1010/15 Изд,347 Тираж 583 Подписное1 ПО Поиск Государственного комитета СССР по делам изобретений ц открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 ия, пр. Сапунова, 2