УЛИТКА ДЛЯ ВИХРЕВОЙ ТРУБЫ
VOLUTE FOR VORTEX PIPE

Изобретение относится к области создания холодильной техники, работающей на использовании свойств расширяющегося газового потока, в частности на использовании свойств вращающегося газового потока в вихревых трубах.
Известна улитка, состоящая из несимметричного корпуса, внутри которого расположен спиральный канал, образованный направляющей спиральной стенкой и ограничивающей криволинейной стенкой. Спираль заканчивается заостренной конечной кромкой, расположенной на основном диаметре вихревой трубы. Кроме того, спиральный канал плавно переходит в сужающийся удлиненный слегка искривленный входной канал. Канал образован вогнутой направляющей стенкой и выпуклой (или плоской) ограничивающей стенкой. При этом радиус кривизны направляющей стенки канала значительно больше радиуса кривизны направляющей спиральной стенки. Левая часть корпуса улитки, в которой размещена спираль улитки, имеет меньшие размеры, чем правая часть, в которой размещен входной канал.
Работает предлагаемая конструкция следующим образом. При подаче сжатого газа в улитку в сужающемся удлиненном входном канале организуется поток, который благодаря сужению сечения канала вначале ускоряется, после чего плавно переходит в спиральный канал улитки. В спиральном канале улитки такой поток раскручивается и стекает в камеру энергообмена вихревой трубы.
(см. пат. №2244885, кл. F25B 9/04).
Недостатком такой улитки является то, что в ней невозможно регулировать расход газа, протекающего через нее, что ограничивает технические возможности устройств с ее применением.
Известна газораспределительная станция, содержащая технологический блок с газопроводами высокого и низкого давления, вихревую трубу с патрубками горячего и холодного потоков газа, емкость сбора конденсата, трубопроводы горячего и холодного потоков газа, регулятор давления и холодильник. Причем она снабжена узлом регулирования температурных и расходных параметров, установленным в вихревой трубе. Он состоит из мембранного механизма, штока и клиновидной заслонки, при этом один конец штока соединен с клиновидной заслонкой, перекрывающей сопловый ввод вихревой трубы, а другой его конец соединен с мембраной мембранного механизма, надмембранная полость которого через регулируемый клапан соединена с трубопроводом горячего потока газа.
Газораспределительная станция работает следующим образом. Газ по газопроводу высокого давления поступает в установленную в технологическом блоке вихревую трубу. В вихревой трубе, в силу ее конструктивных особенностей, газ разделяется на два потока - горячий и холодный. Вихревая труба является также и сепаратором жидких частиц и механических примесей. Отсепарированные в вихревой трубе жидкие частицы и механические примеси в виде конденсата из патрубка горячего потока сливаются по линии через запорный орган в емкость сбора конденсата. Затем очищенный и осушенный газ по трубопроводу горячего потока поступает в регулятор давления, где редуцируется до заданного давления и далее по газопроводу низкого давления поступает потребителю. Холодный поток газа из патрубка 6 по трубопроводу поступает в холодильную камеру, в которой производится отбор холода, и направляется в газопровод низкого давления на смешение с газом, поступившим после регулятора давления.
Изменения температурных и расходных параметров в патрубке горячего и холодного потоков газа вихревой трубы происходят с помощью узла регулирования температурных и расходных параметров следующим образом. Нагретый и очищенный газ из трубопровода горячего потока по линии через регулирующий клапан поступает в надмембранную полость мембранного механизма узла регулирования температурных и расходных параметров. При этом регулирующий клапан предварительно настроен на заданное выходное давление, достаточное для воздействия на мембрану мембранного механизма, и, следовательно, на необходимое перемещение штока с клиновидной заслонкой для соответствующего изменения размеров площади поперечного сечения соплового ввода вихревой трубы. Вихревая труба, снабженная узлом регулирования температурных и расходных параметров, обеспечивает работу газораспределительной станции, а части изменения температурных и расходных параметров газа в необходимых для эксплуатации пропорциях, причем регулирование размеров площади поперечного сечения соплового ввода происходит в автоматическом режиме (см. пат. №2154230, кл. F25B 9/04, F17D 1/04). Недостатками способа регулирования площади соплового ввода вихревой трубы, изменением высоты прямоугольного тангенциального сопла за счет перемещения подвижного клина является следующее. Во-первых, сложность изготовления узла редуцирования из-за наличия пар трения прямоугольного профиля, сопрягаемых с высокой точностью. Во-вторых, это чревато эрозией, в основном боковых деталей сопла по линиям вершин прямых углов, что приводит в процессе эксплуатации к негерметичности посадочных мест и, как следствие, перетечкам газа, искажению расчетной картины течения газа и в итоге - к снижению эксплуатационной надежности и эффективности процесса энергоразделения.
Наиболее близким решением по технической сущности, т.е. прототипом, является улитка, состоящая из цилиндрического корпуса, внутри которого расположен спиральный канал, образованный направляющей спиральной стенкой и ограничивающей криволинейной стенкой. Спираль заканчивается заостренной конечной кромкой, расположенной на основном диаметре вихревой трубы.
Спиральный канал, образованный криволинейными стенками, разделен на две части продольной криволинейной перегородкой, образованной спиралями. Перегородка имеет две острые кромки: конечную и переднюю. При этом конечная кромка перегородки, как и кромка канала, также расположена на основном диаметре вихревой трубы, но оппозитно конечной кромке спирали улитки. Конечные кромки лежат на вертикальной оси улитки, но расположены они диаметрально противоположно (оппозитно) и симметрично относительно центра.
Работает предлагаемая конструкция следующим образом.
При подаче на вход улитки газовый поток острой передней кромкой перегородки разделяется на два потока. Один поток движется по каналу, образованному спиралями, другой поток движется по каналу, образованному спиралью и ограничивающей криволинейной стенкой. В результате в камеру энергообмена вихревой трубы стекают два симметричных потока, что обеспечивает соосность оси вихря с осью камеры разделения в сопловом сечении. Это положительно влияет на процесс энергетического разделения и повышает эффективность работы вихревой трубы (см. пат. №2219444, кл. F25B 9/02).
Недостатком такой улитки является то, что в ней невозможно регулировать расход газа, протекающего через нее, что ограничивает технические возможности устройств с ее применением.
Задачей предлагаемого изобретения является расширение технологических возможностей применения вихревой трубы за счет возможности изменения расхода газа через улитку, так как, при повороте одной из втулок улитки относительно другой, изменяется проходное сечение спирального канала улитки и, следовательно, изменяется расход проходящего через него газа.
Указанная задача достигается тем, что корпус улитки состоит из двух, входящих друг в друга соосных втулок, имеющих возможность поворачиваться одна относительно другой, а спиральный канал, выполненный единым для двух втулок, разделен на две части, при этом входная часть спирального канала расположена на наружной втулке, а внутренняя, направляющая часть, на внутренней втулке.
Сопоставительный анализ устройства с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемая «Улитка для вихревой трубы» обеспечивает расширение технологических возможностей применения вихревой трубы за счет возможности изменения расхода газа через улитку, так как, при повороте одной из втулок улитки относительно другой, изменяется проходное сечение спирального канала улитки и, следовательно, изменяется расход проходящего через него газа.
Сущность предлагаемого устройства и его техническое решение подтверждается чертежами, на которых изображено:
- на Фиг.1 - улитка вихревой трубы, общий вид;
- на Фиг.2 - разрез А-А на Фиг.1;
- на Фиг.3 - улитка с повернутой внешней втулкой;
- на Фиг.4 - вариант с вращением внутренней втулки относительно наружной.
Улитка состоит из корпуса, выполненного в виде двух, входящих друг в друга соосных втулок наружной 1 (Фиг.2) и внутренней 2, имеющих возможность поворачиваться одна относительно другой. Спиральный канал 3 (Фиг.1), выполненный единым для двух втулок, образован направляющей спиральной стенкой 4 и ограничивающей криволинейной стенкой 5. Спираль заканчивается заостренной конечной кромкой 6, расположенной на основном диаметре D вихревой трубы. При этом спиральный канал разделен на две части. Входная часть спирального канала расположена на наружной втулке, а внутренняя, направляющая часть, на внутренней втулке. Уплотнительное кольцо 7 служит для уплотнения торца и для поджатия торца наружной втулки к торцу внутренней втулки. Штифт 8 для ограничения поворота одной втулки относительно другой. В варианте исполнения (Фиг.4) осуществляется поворот внутренней втулки относительно наружной.
Работает предлагаемая конструкция следующим образом.
При подаче сжатого газа на вход улитки газовый поток в спиральном канале 3 закручивается и стекает в камеру энергообмена (не показана) вихревой трубы. В начальный момент спиральный канал 3 представляет собой единый канал с проходным сечением размером L. При повороте наружной втулки 1 относительно неподвижной внутренней втулки 2 (привод не показан), происходит изменение проходного сечения спирального канала, за счет смещения наружной части канала относительно внутренней - размер L1, и в камеру энергообмена поступает меньший объем сжатого газа.
Благодаря тому, что корпус состоит из двух, входящих друг в друга соосных втулок, имеющих возможность поворачиваться одна относительно другой, а спиральный канал, выполненный единым для двух втулок, разделен на две части, при этом входная часть спирального канала расположена на наружной втулке, а внутренняя, направляющая часть, на внутренней втулке, возможно, при повороте наружной втулки относительно внутренней, изменять сечение соплового канала, что приводит к изменению пропускной способности улитки и, следовательно, к расширению технологических возможностей применения вихревой трубы.