УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАЗОВАНИЯ ИМПУЛЬСНОГО ПОТОКА

Изобретение относится к области энергетики и может найти применение в газоиспользующих агрегатах, работающих в импульсном режиме, для организации дискретного движения газообразной среды с целью интенсификации теплообмена.
Изобретение может найти применение в процессах очистки трубопроводных систем, нанесения покрытий из полидисперсных порошков, а также слоистых покрытий из различных материалов в строительстве, машиностроении, химических технологиях.
Известно устройство для организации импульсного потока, например, воздуха, с целью интенсификации технологического процесса путем упорядочения гидродинамического режима движения многофазных потоков в промышленных реакторах (например, уничтожение застойных зон). [1]
Устройство сложно в изготовлении и обладает крупными габаритами, что ограничивает его применение в ряде технологических процессов.
Наиболее близким к предложенному является устройство пульсирующего горения, содержащее камеру сгорания, сообщенную резонансной трубой и аэродинамическим клапаном с источником воздуха, снабженное выхлопным патрубком, установленным соосно с аэродинамическим клапаном с зазором относительно его входного торца, а входной участок резонансной трубы введен внутрь выхлопного патрубка по его оси. [2]
Серьезным препятствием к применению устройства являются высокие показатели аэродинамического шума.
Задача изобретения заключается в сокращении габаритов и снижении уровня шума в предлагаемом устройстве.
Поставленная задача решается следующим образом. В устройстве для создания импульсного потока газообразной среды, содержащем трубопровод, заканчивающийся соплом, снабженным перекрывающим блоком, на срезе сопла установлен прижимающий элемент, например, магнитное кольцо, а перекрывающий блок выполнен с возможностью перемещения посредством удерживающего механизма,
например, в виде соединенной с пружиной пластины, срабатывающей под действием аэродинамической силы по мере отклонения величины давления от стационарного.
С целью изменения частоты и амплитуды импульсного потока, устройство может быть снабжено установленной перед соплом стабилизационной камерой (при необходимости).
Параметры газового импульсного потока могут регулироваться изменением шага и жесткости пружины.
Изобретение представлено на чертеже.
Устройство содержит трубопровод 1, заканчивающийся соплом 2, на срезе которого установлен прижимающий элемент в виде магнитного кольца 3, перекрывающий сопло блок, выполненный с возможностью перемещения посредством удерживающего механизма в виде соединенной с пружиной 4 пластины 5, срабатывающей под действием аэродинамической силы по мере отклонения величины давления от стационарного.
Устройство с помощью магнитного кольца 3, установленного на срезе сопла 2, и соединенной с пружиной 4 пластинки 5, изготовленной из стали, работает следующим образом.
Скорость повышения давления перед соплом 2 зависит от соотношения сечений и объемов отдельных участков трубопровода 1. При наличии течения минимальное давление образуется непосредственно перед соплом 2, откуда исходит истечение среды в атмосферу или в другой объем. Это давление намного ниже, чем давление в трубопроводе 1 (уменьшается в направлении течения в результате дросселирования, т.е. создания искусственного сопротивления). Следовательно, периодический процесс «открытия - закрытия» осуществляется при условии:
m
k
0
PS>(F+F), т.е. сила отрыва пружины 4 должна быть больше суммы сил: кратковременно действующей и первоначального натяжения пружины. Для того, чтобы процесс был регулируемый, в конце трубопровода может быть установлена емкость, объем которой определяется максимальным временем заполнения. Время заполнения емкости (т.е. достижение в емкости определенного давления) можно регулировать с помощью установленной перед емкостью арматуры. Кроме того, время достижения определенного давления в емкости можно регулировать отбором (при необходимости
через байпас) части газообразной среды, поступающей в емкость (или прямо из емкости). Срыв (выброс) закрывающей пластины 5 (элемента) можно организовать с помощью различных регулируемых способов.
Как известно, течение газообразной среды по трубе происходит за счет падения давления по направлению потока газа. Минимальное давление газообразной среды образуется в конце трубопровода 1 перед соплом 2, откуда газообразная среда вытекает в окружающее пространство (или в любой объем, давление которого ниже, чем перед соплом). Изменение давления потока в направлении движения газа зависит от изменения сечения трубопровода (наличие шайбы, запорно-регулирующей арматуры и др.). Если к выходному соплу приложить, например, пластинку 5 с пружиной 4, прижимающей ее к соплу, то давление перед соплом 2 будет расти, и под действием силы пружина 4 отжимается, а через образующуюся щель пропускается определенный расход газообразной среды. Этот процесс определяется соотношением:
0
PS=F+kx
где Р - давление перед соплом;
S - площадь сечения сопла;
0
F - исходное (начальное) положение пружины;
х - размер щели, образованной сжатием пружины, обеспечивающей определенный расход газообразной среды;
к - жесткость пружины.
Если какой-нибудь кратковременно действующей силой «прилепить» пластинку к соплу, то давление перед соплом будет расти, и при определенной величине давления перед соплом, определяемой соотношением
к
где P - максимальное давление в системе;
k
F - величина кратковременно действующей силы, вызывающей срыв пластинки с сопла, энергия сжатого газа переходит в кинетическую энергию пластины или в энергию сжатия пружины, причем обратная сила, действующая на пластину, выше силы,
действующей при стационарном течении. Энергия пластины определяется соотношением:
где δ - максимальное сжатие пружины после срыва.
к
По мере опорожнения трубопровода 1 давление перед соплом 2 падает до первоначальной величины. Сжатая пружина 4 отжимается, энергия сжатия ее переходит в кинетическую энергию (пластина движется в обратном направлении), и закрывает сопло 2, прижимающий элемент в виде магнитного кольца 3 усиливает закрытие сопла, не оставляя щели. В зависимости от времени восстановления давления (до Р), процесс повторяется периодически (открытие - закрытие), и поток газа через сопло 2 протекает в импульсном режиме.
Частота импульсов потока зависит от времени «открытия - закрытия», т.е. от времени заполнения и опорожнения емкости. Амплитуда импульсного потока зависит от величины давления перед закрытым соплом 2, т.е. от исходного (начального) положения пружины 4 и удерживающей силы.
Импульсный поток может быть использован для транспортировки полидисперсного порошка при нанесении покрытия на различные поверхности газопламенным способом. При использовании импульсного потока для транспортировки порошка исключается осаждение его на транспортирующей трассе и обеспечивается его равномерная подача, в результате чего повышается качество нанесенного покрытия. Полидисперсный порошок представляет собой смесь частиц с различными линейными размерами, например, от 50 мкм до 500 мкм. Поэтому при нанесении покрытия газопламенным способом мелкие частицы достаточно быстро нагреваются и расплавляются, а крупные частицы только нагреваются и попадают на поверхность неоплавленными. При непрерывном росте толщины покрытия (непрерывная подача порошка) крупные частицы не успевают плавиться и остаются внутри покрытия «сырыми», что приводит к снижению качества покрытия. При импульсной подаче полидисперсного порошка последующий слой наносится на поверхность только после полного плавления предыдущего слоя. В зависимости от температуры плавления материала частиц порошка и линейного размера самой крупной частицы, амплитуда импульсов транспортирующей среды может регулироваться.
Источники информации, принятые во внимание:
1. Карпачева С.М., Рябчиков Б.Е., «Пульсационная аппаратура в химической технологии», М., Химия, 1983, с.13-20.
3. Авторское свидетельство СССР, №1025963, F 23 С 11/04, бюлл. №24, 1983 г. (прототип).