Вихревая труба

СОЮЗ СОВЕТСКИСОЦИАЛИСТИЧРЕСПУБЛИН 11960 39) 8 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ Н ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕН ИЙ ЕТУ ИЕ ИЗ П КОМУ Н АВТ 75)3-0614и Ю. М. Сим нологический и ленности лича 2. Труба по п.алы выполненыоженных по каметру ш " щаяся тем, что, лублений, раск внутреннему к сательны видетельство СССРВ 9(02, 1973.ВАЯ ТРУБА по автщаяся тем, что, с це 3 ч ью е СР(54) (57) 1, В456118, от Азаров ий тех промыш (088.8 ское сР 25 ИХРЕ личаю повышения холодопроизводительности, кольцевые шайбы выполнены со сквозными каналами. аиб.по п, 1, отличающаяся тем, выполнены из эластичного ма 1011Изобретение относится к холодильной технике, а более конкретно к вихревым охладителям, основанным на использовании эффекта Ранка и предназначенным для кондиционирования кабин транспортных объектов,электромостовых кранов в горячих цехахи т. п,По основному авт. св.456118 известна вихревая труба с сопловым вводом и спараллельно установленными кольцевымидиафрагмами на охлаждаемом горячем конце, в которой между диафрагмами помещены кольцевые шайбы с внутренним диаметром, большим диаметра отверстия диафрагм,образующих внутреннее оребрение горячего конца 1.Важной эксплуатационной особенностьютаких вихревых труб является возможностьих эффективной работы не только при водяном охлаждении горячего конца, но и привоздушном. Например, при работе на неосушенном воздухе вихревые трубы этого типаобеспечивают на внедренных в промышленность объектах достижение коэффициентаэнергетической эффективности 34% приводяном охлаждении и 30% - при воздушном (в случае принудительной циркуляциитепловоспринимающей среды с помощьюнасоса, вентилятора).Еще более существенное их достинство -возможность работы при отсутствии принудительного протока тепловоспринимающейсреды, т. е. например, непосредственно ватмосфере. Такая возможность особеннопривлекательна для компактных и долговременно эксплуатируемых без обслуживания устройств, так как позволяет создаватьсистемы и средства, в полной мере использующие главные достоинства вихревой трубы - ее простоту, компактность и обусловленную отсутствием подвижных частей долговечность. Например, в транспортных икрановых кондиционерах-воздухоохладителях, в технологических устройствах с вихревыми трубами, эксплуатируемыми в условиях повышенных температур и вибраций ит, п. Перспективным представляется использование именно оребренных вихревых труб,позволяющих совместить в себе простотуи статичность адиабатных вихревых труби экономичность неадиабатных.К сожалению, последнее достоинство(экономичность) в названных жестких условиях реализуется лишь частично. Так,в реальных конструкциях, уже воплощенных в опытно-промышленных образцах, присвободноконвективном охлаждении диафрагм горячего конца, коэффициент энергетической эффективности не превышает27 (при неосушенном сжатом воздухе),т. е. экономичность по крайнеймере на 1(10хуже, чем экономичность вихревых труб спринудительным охлаждением.Причина этого заключается в том, чтодля эффективного. отвода тепла от периферии вихревого потока к диафрагмам ши 960рину каналов между ними (определяемуютолщиной шайб-дистанцеров) приходитсяделать небольшой 0,5 - 3 мм в зависимостиот масштаба вихревой трубы. Такая ширина приемлема при теплосъеме от перифериивихревого потока к диафрагмам, но маладля развития интенсивных свободноконвективных токов при отводе тепла от наружных участков диафрагм к окружающемувоздуху. Расширение же каналов (т. е.10 увеличение шага оребрения, снижения располагаемой поверхности) нецелесообразно,поскольку приводит к разрушительному воздействию на вихревой поток, т. е, к ухудшению процесса энергоразделения в вихревой трубе.15Цель изобретения - повышение холодопроизводительности.Поставленная цель достигается тем, чтов вихревой трубе кольцевые шайбы выполнены со сквозными каналами. При этом этиканалы могут быть выполнены в виде углублений, расположенных по касательным квнутреннему диаметру шайб, а шайбы могут быть выполнены из эластичного материала,Каналы могут быть выполнены и радиаль 25 ными, а также в виде сквозных в осевомнаправлении прорезей.На фиг. 1 представлена предлагаемаявихревая труба, продольный разрез; нафиг, 2 - ее поперечный разрез в случаерадиальных каналов; на фиг. 3 - поперечный разрез Б - Б на фиг. 1 в случае каналов, расположенных по касательным к внутреннему диаметру шайб.Вихревая труба содержит сопловой ввод1 и параллельно установленные кольцевыедиафрагмы 2 на охлаждаемом горячем конце. Между диафрагмами 2 помещены кольцевые шайбы 3 с внутренним диаметром,большим диаметра отверстия диафрагм,образующих внутреннее оребрение горячего конца. Кольцевые шайбы 3 выполнены сосквозными каналами 4. Каналы могут бытьвыполнены в виде углублений, расположенных по касательным к внутреннему диаметру шайб 3. Шайбы 3 могут быть выполненыиз эластичного материала. Устройство также содержит вихревую камеру 5 с выпуском45 6 холодного потока. Отверстия диафрагм 2образуют полость 7 горячего конца, замыкаемого днищем 8. Между диафрагмами образованы зазоры 9. Диафрагмы снабженыстяжками 10.Вихревая труба работает следующим об, разом,Высокоскоростной поток расширяющегося газа через сопловой ввод 1 устремляется в вихревую камеру 5, где приобретаетвихревой характер движения. Охладившиеся при этом околоосевые слои вихря выводятся через выпуск 6 к охлаждаемому объекту, а нагревшиеся периферийные слоиустремляются навстречу холодным в полость 7 и, омывая диафрагмы 2, отдают101 тепло окружающей среде, циркулирующей в периферийных зазорах 9, образованных кольцевыми шайбами 3.Через каналы 4 в кольцевых шайбах 3 выпускается небольшая доля потока (10 - 15% общего расхода) из полости 7 горячего конца. Регулирование количества выпускаемого потока производится посредством стяжек 10, изменяющих силу сжатия кольцевых шайб 3 и сечения каналов 4, Так как давление в полости 7 (при оптимальном отношении давлений в вихревой трубе) составляет примерно 1,4 - 1,6 ата, выходящий через каналы 4 газ, эжектируя окружающий воздух, приводит к образованию организованного интенсивного течения воздуха в межреберных зазорах. 9. Особенно предпочтительной является конструкция, представленная на фиг. 3, поскольку тангенциальное расположение каналов позволяет использовать полное давление вращающегося потока в полости 7. Таким образом, за счет интенсификации движения потока, омывающего периферийные участки диафрагм, улучшается теплосъем от вихревого потока и, как следствие, повышается холодопроизводительность вихревой трубы.Значения коэффициентов энергетической эффективности, равные 31% на неосушенном воздухе, получены при оптимальной относительной у(оле холодного потока, равной около 85 - 90%. Выпуск примерно 15% пото- тока из полости горячего конца является вынужденной (с точки зрения получения максимальной эффективности) мерой. Ис 1960 пользование в качестве мест выпуска определенным образом ориентированных каналов в кольцевых шайбах позволяет, не прибегая к использованию вентиляторов (насосов), реализовать интенсивное течение окружающей среды и дает возможность повысить экономичность вихревых охладителей. Помимо снижения эксплуатационных затрат, обусловленного отсутствием вентилятора, важным достоинством .предлагаемой вихревой трубы является упрощение конструкции, повышение долговечности, Например, использование вихревой трубы с принудительным воздушным охлаждением.в некоторых случаях затруднено из-за отсутствия необходимого источника электри ческого тока (вагоны метро) или по технике безопасности (шахты). Применение в первом случае вентиляторов потребовало бы дополнительной установки блока питания стоимостью 2000 р., т. е. по крайней мере, в 10 раз превышающего стоимость и габариты вихревой трубы. Использование же вихревых .труб с электровентиляторным охлаждением в шахтах также сопровождается необходимостью принятия дополнительных мер по обеспечению безопасности, а применение пневмовентиляторов снижает долговечность установки в целом.Использование предлагаемой вихревойтрубы позволяет при отсутствии дополнительных устройств и энергозатрат реализо- ЗО вать приемлемый уровень энергетическойэффективности.1011960 и ВНИИПпо113035, Милиал ППП Редактор Н. Горват Заказ 2735/45Состави Техред ТиражГосударстве елам изобрет сква, Ж - 35 Патент, г. тель Ю. КилимИ. Верес 28 никКорректор В.Подннсноеа СССРытийб., д, 4/5Проектная, 4 ного комитет ний и открРаушская н Ужгород, ул.