ЗАВИХРИТЕЛЬ ГАЗОВОГО ПОТОКА
GAS FLOW SWIRLER

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для организации завихрения рабочего потока с целью обеспечения главным образом эффективного теплообмена между различными средами, и может быть использовано в различных отраслях техники для интенсификации процессов теплообмена.
Из существующего уровня техники известен завихритель потока, включающий установленные в трубе с круглым поперечным сечением под углом к потоку текучей среды две одинаковые плоские лопатки, каждая лопатка имеет профиль половинки эллипса, разрезанного вдоль большой его оси на две лопатки и полученного наклонным сечением трубы, выполненным под углом к оси трубы, равным углу наклона края лопатки, образованного большой осью эллипса к оси трубы при установке лопаток в трубе (патент РФ №2323386 С1, дата приоритета 03.08.2006, дата публикации 27.04.2008, авторы: Маркова Т.В. и Тишин А.П., RU).
Главным недостатком известного аналога является отсутствие возможности регулирования угла наклона лопаток, а для различных рабочих сред требуется своя настройка угла работы лопаток, которую невозможно изменить в ходе эксплуатации.
Известен завихритель потока текучей среды, содержащий цилиндрический корпус, внутри которого концентрично установлены три лопатки треугольной формы, которые закреплены по большему катету на стержне, расположенном на оси корпуса, и также закреплены в основании, которое выполнено в виде кольца с перемычками и установлено на выходе корпуса, кроме того, на стержне закреплен обтекатель с ребрами, а сам корпус со стороны обтекателя выполнен конусным (патент РФ №2562352 С1, дата приоритета: 16.10.2014, дата публикации: 10.09.2015, авторы: Исаев А.А. и др., RU).
Недостатками данного изобретения являются сложность конструкция и технологии изготовления завихрителя, а также специфичность конструкции, огранивающая возможность сферы его применения.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является принятый в качестве прототипа завихритель газового потока, содержащий полый цилиндрический корпус с входным и отводящим патрубками, установленный по оси корпуса завихряющий элемент в виде шнека с полыми лопастями и центральным перфорированным каналом с отверстиями, соединяющими центральный канал с полостью корпуса, завихритель также снабжен выступами на стенках лопастей с направляющими каналами из лопастей в полость корпуса, а первая по ходу газового потока лопасть выполнена с заходным срезом (патент РФ №2181632 С2, дата приоритета 23.03.2000, дата публикации 27.04.2002, автор Демин А.В., RU, прототип).
Недостатками прототипа являются сложность и дороговизна изготовления конструкции, а также значительное гидравлическое сопротивление, обусловленное конструкцией завихрителя.
Технической проблемой, решаемой предлагаемым изобретением, является создание простого, эффективного и функционального завихрителя газового потока, обеспечивающего эффективный теплообмен за счет управляемого завихрения рабочей среды.
Для решения технической проблемы и достижения технического результата предложен завихритель газового потока, содержащий цилиндрический корпус с центральным каналом, имеющим входное и выходное отверстия. Новым является то, что центральный канал выполнен ступенчатым с возможностью создания регулируемого завихренного потока. При этом на входном участке корпуса с помощью резьбового соединения установлена с возможностью осевого перемещения в нем полая цилиндрическая вставка, имеющая входной цилиндрический канал, сообщающийся с уширенным в корпусе каналом, образующим с торцом полой цилиндрической вставки резонирующую камеру, сообщающуюся с выполненным по оси корпуса конфузорным каналом. Причем полая цилиндрическая вставка установлена в корпусе с возможностью изменения объема резонирующей камеры при перемещении торца вставки и с возможностью его фиксации с помощью контргайки, установленной на выступающей из корпуса резьбовой поверхности вставки. А в торце выходного участка корпуса на резьбовом соединении установлена насадка с центральным выходным отверстием, имеющим конфигуральную поверхность для обеспечения функциональной настройки завихрителя. При этом ступенчатый центральный канал в завихрителе выполнен с возможностью преобразования постоянного давления потока из цилиндрического канала вставки в переменное давление в уширенной по отношению к цилиндрическому каналу резонирующей камере, а также с возможностью дальнейшего увеличения скорости в конфузорном канале корпуса и приобретения соответствующей формы потока на выходе через отверстие насадки с конфигуральной поверхностью.
Согласно изобретению, выходное отверстие в насадке, в частности, может быть или цилиндрическим, или иметь формы сферических поверхностей.
Согласно изобретению, насадка выполнена с фаской и снабжена технологическими отверстиями для осуществления съема.
Согласно изобретению, полая цилиндрическая вставка выполнена с возможностью подключения к автоматическому управляющему устройству.
На фиг. 1 изображена конструкция завихрителя газового потока, общий вид; на фиг. 2 - то же, вид со стороны выходного торца; на фиг. 3 представлена насадка с выпуклой сферической формой выходного отверстия, продольный разрез; на фиг. 4 - насадка с вогнутой сферической формой выходного отверстия, продольный разрез.
Завихритель газового потока содержит полый цилиндрический корпус 1, выполненный из нержавеющей стали со ступенчатым центральным каналом, обеспечивающим возможность создания регулируемого завихренного потока. На входном участке корпуса с помощью резьбового соединения установлена с возможностью осевого перемещения в нем полая цилиндрическая вставка 2, имеющая входной цилиндрический канал 3, сообщающийся с уширенным в корпусе каналом, образующим с торцом полой цилиндрической вставки резонирующую камеру 4, сообщающуюся, в свою очередь, с выполненным по оси корпуса конфузорным каналом 5. При этом полая цилиндрическая вставка 2 установлена в корпусе 1 с возможностью изменения объема резонирующей камеры 4 при перемещении торца вставки 2 и зафиксирована с помощью контргайки 6, установленной на выступающей из корпуса резьбовой поверхности вставки 2. В торце выходного участка корпуса на резьбовом соединении установлена насадка 7, снабженная центральным выходным отверстием 8, имеющим конфигуральную поверхность для обеспечения функциональной настройки завихрителя. Указанное выходное отверстие может быть или цилиндрическим, как показано на фиг. 1, или иметь формы сферических поверхностей, соответственно выпуклой сферической формы (фиг. 3) или вогнутой сферической формы (фиг. 4). Насадка 7, в частности, выполнена с фаской 9 и снабжена технологическим отверстиями 10 для ее съема.
При этом ступенчатый центральный канал в завихрителе выполнен с возможностью преобразования постоянного давления потока из цилиндрического канала вставки в переменное давление в уширенной по отношению к цилиндрическому каналу резонирующей камере, а также с возможностью дальнейшего увеличения скорости в конфузорном канале корпуса и приобретения соответствующей формы потока на выходе через отверстие насадки с конфигуральной поверхностью.
Предлагаемый завихритель газового потока работает следующим образом. В отверстие полой цилиндрической вставки 2, установленной в корпусе 1, под постоянным давлением поступает поток газа, заполняя ее входной цилиндрический канал 3. Далее газ поступает в уширенную по отношению к входному каналу 3 и сообщающуюся с ним резонирующую камеру 4, где происходит преобразование постоянного давления в переменное. Затем рабочий поток заполняет конфузорный канал 5, расположенный в корпусе 1, где приобретает необходимую скорость. После этого поток проходит через насадку 7, где приобретает нужную форму завихрения и выходит через выходное отверстие 8 насадки с конфигуральной формой поверхности.
При необходимости регулирования качества распыления полую цилиндрическую вставку 2 перемещают относительно корпуса 1, тем самым, изменяя объем уширенной резонирующей камеры 4. Для исключения возможности саморазвинчивания и фиксации полой цилиндрической вставки 2 предусмотрена контргайка 6. Для придания рабочему потоку определенной формы завихрения предусмотрена также насадка 7 с внутренней конфигуральной поверхностью, исполнение данной поверхности зависит от свойств и требуемого эффекта завихрения рабочей среды (фиг. 3, 4), также насадка завихрителя оснащена отверстиями 10 для съема, что позволяет производить быструю настройку завихрителя под требуемую рабочую среду.
Таким образом, предлагаемая конструкция завихрителя газового потока обеспечивают высокую надежность, за счет упрощения конструкции, а также повышенную эффективность и функциональность за счет управления скоростью, формой потока и возможностью подбора насадки под определенную рабочую среду.
Технический результат, достигаемый при реализации изобретения, заключается в повышении надежности завихрителя газового потока при упрощении его конструкции, в повышении эффективности и функциональности за счет возможности регулировки параметров завихряемого потока и улучшения качества распыления.
Настоящее изобретение может быть использовано для создания циркуляционных потоков не только газов, но и жидкостей в различных тепловых аппаратах химической и нефтегазовой технологии и других отраслях техники.