Изобретение относитс к теплотехнике и может быть использовано как в холодильных установках, так и в установках, где требуетс подогрев рабочего тела. Известны вихревые трубы, содержащие сопловой ввод сжатого газа, диафрагму вывода холодного потока и оребренный гор чий конец, изготовленный из теплопроводного материала, где оребрение. гор чего конца выполнено из его стенки в виде гофрированной ленты 1J. Однако такие вихревые трубы имеют низкую термодинамическую эффективность, вследствие того, что теплоотдающа поверхность гор чего конца недостаточно развита. По основному авт. св. № 578531 известна вихрева труба, содержаща сопловой ввод сжатого газа, диафрагму вывода холодного потока и оребренный гор чий конец , изготовленный из теплопроводного материала и выполненный из самой стенки гор чего конца в виде гофр, размещенных по винтовой линии, совпадающей с направлением закрутки сжатого газа, и имеющих различную высоту, увеличивающуюс в направлении выходного сечени гор чего конца , снабженного ручным регулировочным уст ройством, измен ющим щаг гофр 2. Недостатками такой вихревой трубы вл ютс низка эксплуатационна надежность , обусловленна ограниченной усталостной прочностью материала гофр гор чего конца, а также низка термодинамическа эффективность вследствие того, что вне щн теплоотдающа поверхность гор чего конца малоэффективна с точки зрени теплоизлучающей способности. На низком техническом уровне в такой вихревой трубе рещен вопрос регулировани щага гофр, т.е. изменени площади поверхности теплоотдачи , вследствие того, что предусмотрено ручное управление, а не дистанционное или автономное . Цель изобретени - повыщение эксплуатационной надежности и обеспечение саморегулировани . Основна цель достигаетс тем, что в известной вихревой трубе, содержащей сопловой ввод сжатого газа, диафрагму вывода холодного потока и оребренный гор чий конец, выполненный из теплопроводного материала, в которой оребрение выпоЛ нено из самой стенки гор чего конца в виде гофр, размещенных по винтовой линии, совпадающей с направлением закрутки сжатого газа, и имеющих различную высоту, увеличивающуюс в направлении выходного сечени гор чего конца, гор чий гофрированный конец выполнен из материала, обладающего «пам тью формы. Кроме того, гор чий конец выполнен секционированным из никелида титана, причем кажда секци имеет различное процентное содержание титана и никел . При этом повышение термодинамической эффективности обеспечиваетс как путем саморегулировани (поддержани расчетной температуры гор чего конца), так и вследствие того, что внещн поверхность гор чего конца покрыта слоем, например, ламповой сажи, интенсифицирующим теплоизлучение . На фиг. 1 представлена предлагаема вихрева труба исходное состо ние (все секции сжаты), общий вид; на фиг. 2 - гофрированный гор чий конец в одном из рабочих положений, например, когда сработали две секции; на фиг. 3 - поперечный разрез в зоне сопла. Вихрева труба содержит улитку 1 с сопловым вводом 2 сжатого газа, диафрагму 3 вывода холодного потока и покрытый снаружи ламповой сажей оребренный гор чий конец, который выполнен секционированным в виде гофрированных секций 4, 5 и 6. Кажда секци изготовлена из материала , обладающего «пам тью формы, например из никелида титана, с отличающимс от других процентным содержанием титана и никел . Это обеспечивает индивидуальные дл каждой секции интервалы температур мартенситных превращений, т.е. индивидуальные интервалы температур срабатывани Секции жестко соединены между собой. Кажда из них. перед соединением термомеханически нациклирована на две геометрические формы, из которых низкотемпературна представл ет собой секцию в раст нутом виде, а высокотемпературна - в сжатом. Гофры секций 4, 5 и 6 размещены по винтовои линии, совпадающей с направлением закрутки сжатого газа. Они начинаютс на рассто нии 2-3 калибров от соплового ввода 2 и имеют высоту, плавно увеличивающуюс в направлении выходного сечени гор чего конца, который вследствие изготовлени его секций из материала с «пам тью формы, например из никелида титана, имеет возможность саморегулировани (мен етс поверхность теплоотдачи) в зависимости от температуры. Вихрева труба работает следующим образом . В исходном состо нии, при котором все секции 4, 5 и 6 гор чего конца наход тс в сжатом положении, газ высокого давлени закручиваетс в улитке 1, поступает через сопловой ввод 2 и раздел етс на гор чий и холодный потоки. Гор чий поток отводитс через гофрированный гор чий конец , а холодный поток - через диафрагму 3 (така вихрева труба, вследствие разделени в ней гор чего и холодного потоков газа и организации целенаправленного их отвода, может быть применена как дл обогрева одних, так и дл охлаждени других потребителей одновременно). Тепло от гор чего потока газа отводитс главным образом (стенка гор чего конца тонка ) за счет излучени . Процесс теплоизлучени интенсифицируетс в результате того, что внешн поверхность гофрированного гор чего конца покрыта тонким слоем ламповой сажи .The invention relates to heat engineering and can be used both in refrigeration units and in installations where heating of the working fluid is required. Vortex tubes are known that contain a nozzle inlet of compressed gas, a cold flow outlet diaphragm, and a ribbed hot end made of a thermally conductive material, where there is a fin. the hot end is made of its wall in the form of a 1J corrugated tape. However, such vortex tubes have low thermodynamic efficiency, due to the fact that the heat transfer surface of the hot end is not sufficiently developed. According to the main author. St. No. 578531 is known to swirl a pipe containing a nozzle inlet of compressed gas, a cold flow outlet diaphragm and a ribbed hot end made of heat conducting material and made from the very end wall of the hot end in the form of a corrugation arranged in a helix that matches the direction of twist of the compressed gas and having different heights, increasing in the direction of the exit section of the hot end, equipped with a manual adjusting device that changes the corrugations 2. The disadvantages of such a vortex tube are low exploitation -translational reliability due to limitations of the material fatigue strength corrugations hot end, and the thermodynamic efficiency is low because the surface is schn teplootdayuscha hot end is ineffective from the viewpoint of the heat radiating ability. At a low technical level in such a vortex tube, the question of regulating the corrugation of the corrugations, i.e. changes in surface area of heat transfer, due to the fact that manual control is provided, and not remote or autonomous. The purpose of the invention is to increase operational reliability and ensure self-regulation. The main objective is achieved by the fact that in a known vortex tube containing a nozzle inlet of compressed gas, a cold flow outlet diaphragm and a ribbed hot end made of thermally conductive material in which the finning is made from the very end of the corrugated wall placed along the screw end. the line coinciding with the direction of twist of the compressed gas and having different heights, increasing in the direction of the exit section of the hot end, the hot corrugated end is made of a material having a shape memory. In addition, the hot end is made sectioned from titanium nickelide, each section having a different percentage of titanium and nickel. At the same time, an increase in thermodynamic efficiency is ensured both by self-regulation (maintaining the calculated temperature of the hot end) and due to the fact that the outer surface of the hot end is covered with a layer, for example, lamp soot, which intensifies heat radiation. FIG. Figure 1 shows the proposed vortex tube initial state (all sections are compressed), general view; in fig. 2 - corrugated hot end in one of the working positions, for example, when two sections worked; in fig. 3 is a cross-section in the area of the nozzle. The vortex tube contains a cochlea 1 with a nozzle inlet 2 of compressed gas, a diaphragm 3 of the cold flow outlet and a finned hot end covered with lamp soot outside, which is sectioned in the form of corrugated sections 4, 5 and 6. Each section is made of a material with forms, such as titanium nickelide, with a different percentage of titanium and nickel. This provides individual for each section temperature ranges of martensitic transformations, i.e. individual ranges of response temperatures Sections are rigidly interconnected. Each of them. Before joining, thermomechanically cycled into two geometric forms, of which low temperature is a section in a stretched form, and high temperature in a compressed form. The corrugations of sections 4, 5 and 6 are placed along a screw line that coincides with the direction of twist of the compressed gas. They start at a distance of 2-3 calibers from the nozzle inlet 2 and have a height that gradually increases in the direction of the exit section of the hot end, which, due to the manufacture of its sections from a material with a shape memory, such as titanium nickelide, has the ability to self-regulate heat transfer surface) depending on temperature. The vortex tube works as follows. In the initial state, in which all sections 4, 5 and 6 of the hot end are in the compressed position, the high pressure gas is twisted in the cochlea 1, flows through the nozzle inlet 2 and is divided into hot and cold flows. The hot stream is withdrawn through the corrugated hot end, and the cold stream through the diaphragm 3 (such a vortex tube, due to the separation of hot and cold gas flows in it and the organization of their targeted diversion, can be used both for heating one and cooling other consumers at the same time). The heat from the hot gas stream is mainly removed (the wall of the hot end is thin) due to radiation. The heat radiation process is intensified due to the fact that the outer surface of the corrugated hot end is covered with a thin layer of lamp soot.
В исходном положении (фиг. 1), при котором площадь поверхности теплоизлучени с гор чего конца минимальна (все секции сжаты), вихрева труба работает на расчетном режиме. Если в процессе эксплуатации начнет возрастать температура гор чего конца (температура гор чего потока) и превысит заданную величину, то теплоотдающа поверхность первоначально одной из секций, например секции 6, увеличитс . Произойдет это за счет обратного мартенситного превращени в ее материале. Секци 6 раст гиваетс , увеличиваетс эффективна поверхность теплоотдачи с гор чего конца, что ведет к снижению его температуры . Если же температура гор чего конца продолжает возрастать, то раст гиваетс дополнительно и секци 5 (фиг. 2). Процентное содержаниекомпонентов сплава, обладающего «пам тью формы в материале секций, задаетс таким образом, чтобы обеспечить их поочередное (ступенчатое) срабатывание , которое инициируетс возрастанием температуры гор чего потока газа. Увеличение поверхности теплоотдачи ведет к снижению температуры гор чего конца вихревой трубы и возвращению ее на расчетный режим работы. В том случае, когда дл стабилизации расчетного режима работы трубы достаточно срабатывани одной секции 6, и температура гор чего конца уменьщаетс до заданной, то в материале секции 6 происходит пр мое мартенситное превращение , под действием которого секци сжимаетс . Аналогичен механизм сжати и других секций, если в процессе эксплуатации трубы они в цел х стабилизации режима работы были «вынуждены раст нутьс При уменьщении температуры гор чего конца , за счет пр мого мартенситного превращени , секции (если они сработали все) поочередно вернутс (сожмутс ) в исходное состо ние. Таким путем осуществл етс ее саморегулирование и обеспечиваетс высока термодинамическа эффективность вихревой трубы.In the initial position (Fig. 1), in which the surface area of the radiation from the hot end is minimal (all sections are compressed), the vortex tube operates in the design mode. If, during operation, the temperature of the hot end (temperature of the hot flow) increases and exceeds a predetermined value, the heat transfer surface of initially one of the sections, for example, section 6, increases. This will occur due to the reverse martensitic transformation in its material. Section 6 is stretched, increasing the effective heat transfer surface from the hot end, which leads to a decrease in its temperature. If the temperature of the hot end continues to rise, then section 5 also expands (Fig. 2). The percentage of components of the alloy having the "shape memory in the material of the sections is set in such a way as to ensure their alternate (stepwise) operation, which is triggered by an increase in the temperature of the hot gas stream. An increase in the heat transfer surface leads to a decrease in the temperature of the hot end of the vortex tube and its return to the design mode of operation. In the case when the operation of one section 6 is enough to stabilize the design mode of the pipe, and the temperature of the hot end decreases to the desired one, then direct martensitic transformation occurs in the material of section 6, under the action of which the section is compressed. The mechanism of compression and other sections is similar, if during operation of the pipe they were “forced to stretch to stabilize the operating mode.” When the temperature of the hot end decreases, due to direct martensitic transformation, the section (if they all worked) will return (szhmuts) in the initial state. In this way, its self-regulation is carried out and the thermodynamic efficiency of the vortex tube is high.
Гор чий конец вихревой трубы подвергаетс во врем эксплуатации самым разнобразным физико-механическим воздействи м (испытывает циклическое знакопеременное силовое нагружение, эрозию, термическое нагружение, вибрацию, поэтому он определ ет эксплуатационную надежность всей трубы. В св зи с этим важно правильно подобрать материал секций гор чего конца с тем, чтобы выполнить поставленные цели и обеспечить максимальную надежность .The hot end of the vortex tube undergoes the most diverse physical and mechanical effects during operation (it undergoes alternating force loading, erosion, thermal loading, vibration, therefore it determines the operational reliability of the entire pipe. Therefore, it is important to choose the material of the mountain sections end in order to fulfill your goals and ensure maximum reliability.
Из всех известных сплавов, обладающих «пам тью формы, в качестве материалаOf all known alloys, possessing a “shape memory, as a material
0 секций гор чего конца вихревой трубы целесообразно использовать сплав никелид титана , поскольку он нар ду с уникальными свойствами «пам ти формы обладает исключительно удачно сочетающимс в одном0 sections of the hot end of the vortex tube, it is advisable to use an alloy of titanium nickelide, since it, along with the unique properties of the “shape memory, has extremely well combined in one
материале комплексом свойств: высокой усталостной прочностью (до 10 цикла без каких-либо изменений в структуре и свойствах материала); высокой демпфирующей способностью (коэффициент демпфировани в 300-400 раз выще, чем у стали); хорошей теплопроводностью; высокими прочностными качествами; высокой коррозионностойкостью , в зкостью, противодействием эрозионному износу. material complex properties: high fatigue strength (up to 10 cycles without any changes in the structure and material properties); high damping ability (damping coefficient 300-400 times higher than that of steel); good heat conductivity; high strength properties; high corrosion resistance, viscosity, resistance to erosive wear.
Использование предлагаемой вихревой трубы позвол ет в сравнении с прототипом значительно повысить ее эксплуатационную надежность, так как гор чий конец изготовлен из никелида титана, обладающего комплексом уникальных свойств, существенно повысить термодинамическую эффективность путем нанесени на внещнюю поверхность гор чего конца сло , интенсифицирующего теплоизлучение, например ламповой сажи, обеспечить саморегулирование (поддерживать высокую термодинамическую эффективность ) вихревой трубы, тем, что гор чий конец изготовлен составным в виде секций, кажда из которых имеет различное процентное содержание титана и никел и предварительно термомеханически нациклирована на две геометрические формы: низкотемпературную, представл ющую собой сжатую секцию, и высокотемпературную представл ющую собой раст нутую секцию. Раст жением и сжатием секций в зависимости от температуры гор чего газа обеспечиваетс автономное изменение площади теп лоизлучающей поверхности и поддерживаетс термодинамическа эффективность вихревой трубы.The use of the proposed vortex tube makes it possible to significantly increase its operational reliability in comparison with the prototype, since the hot end is made of titanium nickelide, which has a set of unique properties, to significantly increase the thermodynamic efficiency by applying a hot radiation-intensifying layer onto the outside surface. soot, to ensure self-regulation (to maintain a high thermodynamic efficiency) of the vortex tube, in that ene compound in the form of sections each having different percentages of titanium and nickel and pre thermomechanically natsiklirovana in two geometries: a low-temperature representing the section of a compressed, high temperature, and information representing a stretched section. By stretching and compressing the sections, depending on the temperature of the hot gas, an autonomous change in the area of the heat-radiating surface is maintained and the thermodynamic efficiency of the vortex tube is maintained.