RU2056600C1

RU2056600C1 - Vortex tube

Info

Publication number: RU2056600C1
Application number: RU92009810A
Authority: RU
Inventors: Александр Иванович Абраменко; Владислав Дмитриевич Поддубный; Сергей Викторович Семенов; Александр Семенович Туболов; Виктор Прокопьевич Тынаев; Владимир Михайлович Яроменко
Original assignee: Александр Иванович Абраменко; Владислав Дмитриевич Поддубный; Сергей Викторович Семенов; Александр Семенович Туболов; Виктор Прокопьевич Тынаев; Владимир Михайлович Яроменко
Priority date: 1992-12-07
Filing date: 1992-12-07
Publication date: 1996-03-20

Abstract

FIELD: thermal engineering. SUBSTANCE: vortex tube has gas admission assembly incorporating case 4, gas admission pipe union 1, nozzle scroll 2, diaphragm 3, and washer 6 placed between power separation chamber 8 and gas admission assembly. Scroll 2 and diaphragm 5 are built integral with case 4; at mating point of round-section admission pipe union 1 and rectangular scroll channel on its inlet part and, respectively, on washet 6, there is void in the form of truncated body of revolution arranged coaxially with the latter and having its larger base corresponding to inner diameter of admission pipe union; void depth equals at least 0.5 of admission pipe uniin diameter and that of smaller base equals height of scroll channel. EFFECT: improved design. 2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к теплотехнике, в частности к вихревым трубам, использующим вихревой эффект энергетического, фазового и компонентного разделения газовых потоков. The invention relates to heat engineering, in particular to vortex tubes using the vortex effect of energy, phase and component separation of gas flows.

Известны вихревые трубы, использующие эффект энергетического разделения газовых потоков [1, 2] состоящие из узла ввода газа, камеры энергетического разделения, узлов выхода горячего и холодного потоков газа. Особую значимость для эффективной работы вихревой трубы имеет узел ввода газа, который включает изготовленные в виде отдельных деталей корпус, штуцер для ввода газа в сопловую улитку, улитку, и диафрагму. Газ вводится в вихревую трубу через штуцер круглого сечения, затем поступает в улитку с плавно сужающимся спиральным каналом прямоугольного сечения и далее в камеру энергетического разделения. Vortex tubes are known that use the effect of energy separation of gas flows [1, 2] consisting of a gas inlet unit, an energy separation chamber, and outlet units for hot and cold gas flows. Of particular importance for the effective operation of the vortex tube is the gas inlet assembly, which includes a housing made as separate parts, a nozzle for introducing gas into the nozzle coil, the scroll, and the diaphragm. Gas is introduced into the vortex tube through a circular fitting, then it enters the cochlea with a smoothly narrowing spiral channel of rectangular cross section and then into the energy separation chamber.

Однако, конструктивное несовершенство узла ввода газа в вихревую трубу снижает эффективность ее работы, а раздельное изготовление деталей, входящих в узел ввода газа, требует больших материальных затрат. However, the structural imperfection of the gas inlet into the vortex tube reduces the efficiency of its operation, and the separate production of parts included in the gas inlet is expensive.

Известна вихревая труба [3] содержащая узел ввода газа, камеру энергетического разделения, узлы выхода горячего и холодного потоков. Узел ввода газа состоит из входного штуцера круглого сечения, корпуса, улитки с прямоугольным каналом и диафрагмы, причем в месте сопряжения улитки с входным штуцером на корпусе имеется участок в форме конуса, большее основание которого равно внутреннему диаметру входного штуцера, а диаметр меньшего основания равен высоте улиточного канала. Known vortex tube [3] comprising a gas inlet unit, an energy separation chamber, hot and cold flow exit units. The gas inlet assembly consists of an inlet fitting of circular cross section, a housing, a cochlea with a rectangular channel and a diaphragm; moreover, in the place where the cochlea and the inlet are connected to the casing, there is a section in the shape of a cone, the larger base of which is equal to the inner diameter of the inlet fitting, and the diameter of the smaller base is equal to the height snail channel.

Однако и в этой вихревой трубе место сопряжения прямоугольного улиточного канала с входным штуцером не имеет плавного перехода, достаточного для безотрывного течения газа, здесь имеются изломы поверхности, на которых образуется зона завихрения, а значит увеличивается аэродинамическое сопротивление (потери давления газа на входе в вихревую трубу) и шум при работе вихревой трубы. However, even in this vortex tube, the junction of the rectangular snail channel with the inlet fitting does not have a smooth transition sufficient for a continuous gas flow; here there are kinks of the surface on which a swirl zone forms, which means that the aerodynamic resistance increases (gas pressure loss at the inlet of the vortex tube ) and noise during the work of the vortex tube.

Кроме того, улитка не зафиксирована в корпусе узла ввода газа и может проворачиваться вокруг оси трубы как в процессе сборки, так и во время эксплуатации, что, в конечном итоге, снижает термодинамическую эффективность вихревой трубы. Изготовление узла ввода этой вихревой трубы не технологично, так как детали узла ввода газа корпус, улитка и диафрагма требуют отдельных заготовок и технологических операций, а фиксация улитки внутри корпуса требует дополнительных мер (установки контрирующего винта, приклеивания улитки к корпусу и т.д.). In addition, the cochlea is not fixed in the body of the gas inlet assembly and can rotate around the axis of the pipe both during assembly and during operation, which ultimately reduces the thermodynamic efficiency of the vortex tube. The manufacture of the input unit of this vortex tube is not technologically advanced, since the details of the gas input unit are the housing, the cochlea and the diaphragm require separate workpieces and technological operations, and the fixation of the cochlea inside the housing requires additional measures (installation of a locking screw, gluing the cochlea to the housing, etc.) .

Задача изобретения создание вихревой трубы с таким узлом ввода газа, конструкция которого позволила бы устранить образование зоны завихрения при входе газа в улиточный канал, тем самым снизить потери давления на входе и повысить термодинамическую эффективность вихревой трубы, кроме того, уменьшить шум при ее работе, количество деталей, технологических операций и расход материала при ее изготовлении и сборке. The objective of the invention is the creation of a vortex tube with such a gas inlet assembly, the design of which would eliminate the formation of a vortex zone when gas enters the snail channel, thereby reducing inlet pressure losses and increasing the thermodynamic efficiency of the vortex tube, in addition, reducing noise during its operation, quantity parts, technological operations and material consumption during its manufacture and assembly.

Это решается тем, что в вихревой трубе, содержащей узел ввода газа, состоящий из входного штуцера круглого сечения, корпуса, улитки с прямоугольным каналом и диафрагмы, камеру энергетического разделения, узлы выхода горячего и холодного газовых потоков, согласно изобретению в корпусе узла ввода газа между камерой энергетического разделения и улиткой дополнительно установлена шайба, в месте сопряжения входного штуцера с каналом улитки на его входной части и соответственно на поверхности шайбы, обращенной к штуцеру, выполнена соосно со штуцером выточка в виде усеченного тела вращения с выпуклыми стенками, большее основание которого соответствует внутреннему диаметру входного штуцера, а диаметр меньшего основания равен высоте канала улитки, образуя плавный переход от штуцера к улиточному каналу, что обеспечивает безотрывный вход газа в канал улитки и исключает возникновение зоны завихрения, вследствие чего повышается термодинамическая эффективность вихревой трубы, а именно удельная и полная холодопроизводительность, при этом экспериментально установлено, что высота выточки согласно изобретению составляет 0,5 внутреннего диаметра входного штуцера. This is solved by the fact that in a vortex tube containing a gas inlet assembly, consisting of an inlet fitting of circular cross-section, a housing, a cochlea with a rectangular channel and a diaphragm, an energy separation chamber, hot and cold gas flow exit units, according to the invention, in a gas inlet assembly between The energy separation chamber and the cochlea additionally have a washer installed, in the place where the inlet fitting is connected to the cochlear channel on its inlet part and, accordingly, on the surface of the washer facing the nozzle, made coaxially with the piece Uter is a recess in the form of a truncated body of revolution with convex walls, the larger base of which corresponds to the inner diameter of the inlet fitting, and the diameter of the smaller base is equal to the height of the channel of the cochlea, forming a smooth transition from the fitting to the snail channel, which ensures an uninterrupted gas entry into the channel of the cochlea and eliminates the occurrence of a zone turbulence, as a result of which the thermodynamic efficiency of the vortex tube increases, namely, specific and total cooling capacity, while experimentally it was established that the height recesses according to the invention is 0.5 of the inner diameter of the inlet fitting.

Поставленная задача решается также тем, что корпус узла ввода газа с улиткой и диафрагмой выполнены одной деталью из материала с малыми значениями коэффициентов температурного линейного расширения и трения скольжения, что осуществляется, например, посредством литья под давлением из термостойкого и износостойкого материала в специальную пресс-форму. Такое выполнение узла ввода газа исключает проворачивание улитки в корпусе узла ввода вихревой трубы, что определяет стабильность ее работы и в конечном итоге ее эффективность. The problem is also solved by the fact that the body of the gas inlet unit with the cochlea and the diaphragm is made of one piece of material with small values of the coefficients of linear thermal expansion and sliding friction, which is carried out, for example, by injection molding from heat-resistant and wear-resistant material into a special mold . This embodiment of the gas inlet assembly eliminates the rotation of the cochlea in the casing of the vortex tube inlet assembly, which determines the stability of its operation and, ultimately, its effectiveness.

Поставленная задача решается также тем, что корпус узла ввода газа с улиткой и диафрагмой выполнены из полиамида или керамики. The problem is also solved by the fact that the casing of the gas inlet assembly with the cochlea and diaphragm is made of polyamide or ceramic.

На фиг. 1 представлена вихревая труба, общий вид, продольный разрез; на фиг. 2 узел ввода газа, разрезы и сечения; на фиг. 3 профилированная шайба. In FIG. 1 shows a vortex tube, a general view, a longitudinal section; in FIG. 2 gas injection unit, sections and sections; in FIG. 3 profiled washer.

Вихревая труба содержит узел ввода газа, состоящий из входного штуцера 1 круглого сечения, улитки 2 с диафрагмой 3, выполенной заодно с корпусом 4, имеющем контрирующий паз 5 для фиксации профилированной шайбы 6, на которой имеется соответствующий шип 7, камеру 8 энергетического разделения, узел 9 выхода горячего газа и штуцеры для выхода холодного 10 и горячего 11 газовых потоков. The vortex tube contains a gas inlet assembly, consisting of an inlet fitting 1 of circular cross section, a cochlea 2 with a diaphragm 3 integral with the housing 4 having a locking groove 5 for fixing a profiled washer 6, on which there is a corresponding spike 7, an energy separation chamber 8, a unit 9 hot gas outlet and fittings for the exit of cold 10 and hot 11 gas flows.

Вихревая труба работает следующим образом. Газ подается в трубу через входной штуцер 1. Далее он, имея околозвуковую скорость, плавно поступает в спиральный канал 2 улитки и затем в камеру 8 энергетического разделения. По мере прохождения газа от соплового сечения к узлу 9 выхода горячего потока, происходит перестройка профиля окружной скорости, приводящая к возникновению продольного перепада давления, обуславливающего движение приосевой части потока в направлении диафрагмы 3. Vortex tube works as follows. Gas is supplied to the pipe through the inlet fitting 1. Then, having a transonic speed, it smoothly enters the spiral channel 2 of the cochlea and then into the chamber 8 of the energy separation. As the gas passes from the nozzle section to the hot flow exit unit 9, the peripheral velocity profile is rearranged, resulting in the appearance of a longitudinal pressure drop, which causes the axial part of the flow to move in the direction of the diaphragm 3.

В результате взаимодействия периферийной и приосевой частей газа, имеющих различные законы вращения и направления продольного движения, приосевые слои газа отдают свою энергию периферийным слоям и охлажденные выходят к потребителю через диафрагму 3 и штуцер 10. Нагретые периферийные слои выходят через штуцер 11. Соотношение между долями холодного и горячего газа, их температурой, а также концентрацией химических компонент и фаз регулируются вентилем-дросселем 11, расположенным в узле выхода горячего газа. As a result of the interaction of the peripheral and axial parts of the gas having different laws of rotation and the direction of longitudinal motion, the axial layers of gas give their energy to the peripheral layers and the cooled ones go to the consumer through the diaphragm 3 and the nozzle 10. The heated peripheral layers exit through the nozzle 11. The ratio between the shares of cold and hot gas, their temperature, as well as the concentration of chemical components and phases are regulated by a throttle valve 11 located in the hot gas outlet.

Сравнение энергетической эффективности вихревой трубы с описанным узлом ввода газа и трубы, не имеющем плавного, безотрывного входа газа в канал улитки, показало, что при одинаковом давлении газа перед входным штуцером (Р 2-6 кгс/см²), расход газа G через трубу увеличивается на 25-30% удельная холодопроизводительность q на 10-20% и, в итоге, полная холодопроизводительность W-qG на 35-60%
Таким образом, использование изобретения позволяет повысить термодинамическую эффективность вихревой трубы, уменьшить шум при ее работе, количество технологических операций, сборочных единиц и расход материала при ее изготовлении.Comparison of the energy efficiency of the vortex tube with the described gas and gas supply unit, which does not have a smooth, continuous gas inlet to the cochlear channel, showed that at the same gas pressure in front of the inlet fitting (P 2-6 kgf / cm ² ), the gas flow rate G through the pipe specific cooling capacity q increases by 25-30% by 10-20% and, as a result, W-qG total cooling capacity by 35-60%
Thus, the use of the invention allows to increase the thermodynamic efficiency of the vortex tube, to reduce the noise during its operation, the number of technological operations, assembly units and material consumption in its manufacture.

Claims

1. Vortex tube containing a gas inlet assembly, consisting of a circular inlet inlet fitting, a housing, a cochlea with a rectangular channel and a diaphragm, an energy separation chamber and hot and cold flow exit units, characterized in that in the housing between the energy separation chamber and the cochlea a washer is installed, moreover, a groove made in the form of a truncated body of revolution with convex walls is made coaxially with the nozzle on the input part of the channel of the cochlea and, accordingly, on the surface of the washer facing the nozzle, which corresponds to the inner diameter of the inlet fitting, and the diameter of the smaller base is equal to the height of the channel of the cochlea, while the groove height is 0.5 of the inner diameter of the inlet nozzle, and the body with the cochlea and diaphragm are made of one piece of material with small values of the coefficients of linear thermal expansion and friction slip.

2. The pipe according to claim 1, characterized in that the housing with a cochlea and a diaphragm are made of polyamide or ceramic.