Способ вихревого энергоразделения потока и устройство, его реализующее

 

Изобретение относится к газовой промышленности. Сжатый газ через пульсатор и тангенциальный многосопловой ввод подают в разделительную камеру вихревой трубы, где он разделяется на приосевой и периферийный потоки и выводится через диафрагму и диффузор с развихрителем соответственно. Дополнительный поток сжатого газа подают через второй пульсатор в околоосевую зону разделительной камеры с частотой колебаний 0,2-2 кГц. Посредством пульсирующего потока в разделительной камере эжектиуют рециркулируемую часть периферийного потока. В пульсаторе основного потока газа создают объемные колебания давления с частотой 4-20 кГц и настраивают заданную частоту объемных колебаний с частотой колебаний дополнительного потока. Частоту вращения дополнительного потока задают не совпадающей с частотой вращения приосевого основного потока, а направление вращения дополнительного потока задают не совпадающим с направлением вращения основного потока. Соотношение расходов дополнительного и основного потоков может быть 0,1-0,05. Соотношение расходов приосевого и периферийного потоков газа в вихревом энергоразделителе может быть 0,4-0,7. Использование изобретения позволит повысить термодинамическую эффективность вихревого энергоразделителя потока газа. 2 с. и 16 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к газовой промышленности, в частности к вихревым преобразователям энергии перепада давлений на газораспределительных станциях магистральных трубопроводов.

Известен способ вихревого энергоразделения потока с помощью акустического воздействия, излучаемого звуковыми генераторами, установленными в горячем потоке газа, выходящем из вихревых труб и превращающих потенциальную энергию рециркулирующего периферийного потока газа в энергию звуковых и ультразвуковых колебаний или в непрерывно действующие механические импульсы, распространяющиеся по газовым потокам и генерирующие дополнительные вихри по всему объему энергоразделителя, повышая тем самым эффективность процесса перемешивания газа и КПД вихревой трубы /1/.

Недостатком известного способа является требование настройки самой автоколебательной системы, что существенно ограничивает область его рационального применения, т.к. система является автоколебательной и ее настройка зависит от конструкции конкретной вихревой трубы.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности является способ вихревого энергоразделения, заключающийся в установке коаксиально, одной в другую, двух камер энергоразделения, направлении сжатого газа в тангенциальный сопловой ввод наружной камеры, разделения его на приосевой и периферийный потоки, подачи периферийного потока газа в тангенциальный сопловой ввод внутренней камеры, разделении его на приосевой и периферийный потоки газа, подачи закрученного периферийного потока в качестве дополнительного в приосевую зону наружной трубы, а приосевой поток направляют потребителю.

Для осуществления указанного способа служит устройство, содержащее коаксиально размещенные на общей оси две вихревые трубы с раздельными тангенциальными сопловыми вводами противоположного вращения, причем внутренняя из них частично введена открытым горячим концом в наружную со стороны ее горячего конца, а в кольце между ними в месте установки развихрителя, на холодном конце внутренней трубы установлена дроссельная заслонка /2/.

Недостатком данного способа и устройства, его реализующего, является относительно низкая термодинамическая эффективность происходящего в ней процесса энергоразделения, вызванная нештатными условиями эксплуатации одной из двух (внутренней) вихревой трубы, что снижает ее КПД и ограничивает возможности по регулированию процесса взаимодействия свободного и вынужденного вихрей. Кроме того, фиксированное задание направления тангенциального ввода сжатого газа ограничивает диапазон применения таких энергоразделителей.

Процесс энергоразделения в вихревых трубах согласно современным представлениям осуществляется некоторыми турбулентными частицами газа, сохраняющими в течение определенного промежутка времени свою индивидуальность, которые претерпевают турбулентное радиальное смещение. При этом, адиабатно сжимаясь и расширяясь (в зависимости от направления движения), они переносят энергию в форме тепла из приосевой зоны низкого давления в периферийную зону более высокого статического давления. Свойство закрученного потока - способность к самопроизвольному возбуждению интенсивных регулярных пульсаций скоростей и давлений. Экспериментальные исследования показали, что эти автоколебания тесно связаны с процессами переноса. На режимах с максимальной амплитудой пульсаций наблюдается наибольшая скорость энергообмена и значительное снижение пропускной способности вихревых труб.

Также показано /5/, что процессы динамического взаимодействия вынужденных колебаний внешнего источника энергии с такой автоколебательной системой находятся в числе важнейших факторов, определяющих ускорение тепломассообмена в вихревых трубах. Поэтому разработка способов интенсифицирующих колебательные процессы в вихревых энергоразделительных камерах весьма актуальна.

Техническая задача, решаемая заявляемым изобретением - повышение термодинамической эффективности вихревого энергоразделителя потока газа путем организации рациональной схемы взаимодействия вихрей в энергоразделительной камере и использования свойств крупномасштабных вихревых структур, имеющих место в вихревых трубах.

Для решения технической задачи в способе вихревого энергоразделителя потока, включающем тангенциальный сопловой ввод газа, разделение его на приосевой и периферийные потоки, введение дополнительного закрученного потока газа в околоосевую зону, согласно изобретению запитывают дополнительный поток газа от автономного внешнего источника энергии, выполняют его пульсирующим с частотой колебаний f=0,2-2 кГц, эжектируют им рециркулируемую часть периферийного потока, создают объемные колебания давления с частотой f= 4-20 кГц в потоке газа, подводимому к тангенциальному сопловому вводу и настраивают заданную частоту объемных колебаний с частотой колебаний дополнительного потока. Причем частоту вращения дополнительного закрученного потока w задают не совпадающей с частотой вращения w приосевого течения основного потока, а внешнюю энергию дополнительного потока последовательно срабатывают в одной или более ступенях эжектора, путем регулярного подмешивания газа от дополнительного источника внешней энергии с частью периферийного потока газа, рециркулируемой в вихревой разделительной камере. При этом направление вращения дополнительного потока задают не совпадающей с направлением вращения основного потока в энергоразделительной камере, а соотношение расходов направляемых в дополнительный и основной потоки равно Q/Q= 0,1-0,05, при соотношении расходов приосевого и периферийного потоков газа в вихревом энергоразделители, равном m=0,4-0,7.

Устройство, реализующее способ, содержащее разделительную камеру с многосопловым тангенциальным вводом газа, диафрагму вывода приосевого потока, диффузор вывода периферийного потока, трубку дополнительного ввода завихренного потока газа, развихритель отличающееся тем, что оно снабжено эжектором, блоком согласования, пульсатором расхода дополнительного потока газа, механизмом объемных колебаний потока перед многосопловым тангенциальным вводом газа, причем эжектор установлен на оси разделительной камеры со стороны диффузора, пульсатор расхода закреплен на входе трубы дополнительного ввода потока газа, которая является рабочим соплом эжектора, камера смешения которого выполнена в виде трубы, установленной коаксиально перед развихрителем, а блок согласования функционально связан с механизмом объемных колебаний потока перед многосопловым тангенциальным вводом и с пульсатором расхода дополнительного ввода завихренного потока газа.

Кроме того, эжектор выполнен многоступенчатым, причем количество ступеней определяется геометрическими размерами камеры вихревого разделения и составляет от 2 до 4, снабжен сменными рабочими соплами и многоструйными насадками с количеством сопел от 6 до 15, причем оси сопел расположены параллельно продольной оси камеры энергоразделения, и многоствольной системой подвода активного газа, и многопозиционным переключателем введения в работу стволов подвода активного газа, а камера смешения установлена на расстоянии, равном пяти диаметрам рабочих сопел. Причем на входе в вихревой энергоразделитель установлен либо многопозиционный переключатель последовательности включения в работу сопел тангенциального ввода газа, либо механизм изменения площади проходного сечения многосоплового тангенциального ввода газа, включающий заслонку и приводной узел, а трубка дополнительного ввода газа выполнена в виде приемной камеры эжектора. Введен блок согласования, переключающий стволы подвода активного газа эжектора и сопла тангенциального ввода газа.

Ведение подпитки дополнительного потока от автономного источника внешней энергии, придание ему согласованного пульсирующего режима с частотой колебаний, равной f=0,2-2 кГц, эжектирование рециркулирующей части периферийного потока и организация во входном потоке газа согласованных объемных колебаний давления, с частотой f=4-20 кГц, обеспечивает повышение термодинамической эффективности вихревого энергоразделителя газа.

Введение автономного источника внешней энергии для дополнительного закрученного потока газа позволяет существенно расширить диапазон работы предлагаемого энергоразделителя.

Исследования, проведенные авторами показали, что наибольший вклад в энергетическое разделение вносит турбулентная теплопередача, а процесс энергетического разделения вызывается главным образом адиабатическим сжатием и расширением турбулентных вихрей в поле течения с центробежными силами при наличии неадиабатического распределения температуры и радиального изменения осевой скорости. Причем наибольшей эффективностью, с точки зрения температурного разделения потоков, обладают вихревые энергоразделители с соотношением расходов, направляемых в дополнительный и основной потоки, равным Q/Q= 0,1-0,05, при соотношении расходов приосевого и периферийного потоков, равного m=0,4-0,7.

Исследования течений в вихревых энергоразделителях /8/ показали, что вращающиеся потоки склонны к различного рода неустойчивости течения, а образующиеся при этом регулярные колебания давления оказывают решающее влияние на процессы переноса и, следовательно, на эффективность энергетического разделения газа. Анализ спектров пульсаций давлений показал, что для вихревых труб характерно наличие двух основных видов колебаний: низкочастотных периодических пульсаций давления с частотой f=1-2 кГц и высокочастоных периодических пульсаций давления с f=12-20 кГц, причем основной вклад в энергетический спектр пульсаций давлений вносят низкочастотные колебания. Низкочастотные пульсации давления в вихревых трубах являются следствием прецессионной гидродинамической неустойчивости трехмерного закрученного потока газа. Суть механизма такой гидродинамической неустойчивости течения состоит в том, что в процессе передачи момента количества движения от периферийного свободного вихря к проосевому противотоку последний отклоняется от оси трубы и начинает прецессировать вокруг нее, периодически деформируя границу периферийного вихря и вызывая тем самым регулярные пульсации скорости и давления в нем.

Частота этих пульсаций равна частоте прецессии вынужденного вихря и определяется объемным расходом рабочего тела через вихревой энергоразделитель и степенью закрутки потока (отношением момента количества движения периферийного вихря к моменту количества движения подпитывающего потока). Резкое увеличение амплитуды низкочастотных колебаний при больших значениях m объясняется достижением оптимального для развития колебательного процесса соотношением масс свободного и вынужденного вихрей. Кинетическая энергия периферийного потока является источником энергии, поддерживающей прецессионные автоколебания /9/.

Введение пульсирующего режима течения дополнительного потока с частотой f= 4-20 кГц позволяет за счет интенсификации низкочастотных колебаний околоосевого (вынужденного) вихря на 10-20% увеличить КПД вихревого знергоразделителя и на 40-50^oС поднять температуру периферийного потока газа.

Введение режима объемных колебаний давления во входном потоке газа позволяет за счет интенсификации высокочастотных колебаний периферийного (свободного) вихря на 8-10% увеличить КПД вихревого энергоразделителя и на 20-30^oС поднять температуру периферийного потока газа. Введение режима смешанных колебаний позволит за счет приведения автоколебательной системы, в данном случае вихревой трубы в режим параметрического резонанса на 20-40% повысить КПД вихревого энергоразделителя и на 50-80^oС поднять температуру периферийного потока газа. Рост КПД объясняется влиянием радиальных пульсаций частиц газа в радиальном направлении на процесс энергетического разделения, то есть на интенсивность энергообмена между приосевым и периферийными потоками.

Введение эжектирования путем регулярного подмешивания газа от дополнительного источника энергии с частью периферийного потока, рециркулируемой в энегоразделительной камере, позволит интенсифицировать массотеплообмен в вихревом энергоразделителе.

Введение многоступенчатого эжектора с многоствольной системой подвода активного газа в виде дополнительного потока позволит упорядочить энергообмен между свободным и вынужденным вихрями в разделительной камере.

Введение пульсатора расхода в трубку дополнительного ввода газа позволяет существенно улучшить процесс турбулизации потоков в разделительной камере.

Введение многопозиционного переключателей введения в работу стволов подвода активного газа от дополнительного подвода и сопел тангенциального ввода газа позволяет менять частотный режим работы разделительной камеры.

Введение сменного завихрителя потока в камеру смешения эжектора позволит придать потоку вращательное движение с заданной частотой колебаний и, тем самым, реализовать схему с противоточным по направлению вращения подвода момента количества движения тангенциальных потоков и существенно расширить диапазон регулирования вихревого энергоразделителя.

Введение сменных, многоструйных насадков рабочих сопел позволяет придать дополнительному потоку мелкодисперсность и, тем самым, улучшить перемешивание потоков в камерах разделительной и смешения.

Введение блока согласования последовательности переключения стволов подвода активного газа эжектора с очередностью введения в работу сопел тангенциального ввода газа или площади его проходного сечения позволяет реализовать оптимальные частотные режимы работы разделительной камеры.

Сопоставительный анализ с прототипом /2/ показал, что заявляемый способ вихревого энергоразделения потока и устройства, его реализующего, существенно отличается от известного способа и устройства, его реализующего, интегрированым введением заданных режимов динамического взаимодействия вынужденных колебаний внешнего источника энергии с автоколебательной системой, какой является вихревая труба, путем подбора степени и направлением вращения дополнительного потока (вынужденного вихря) и степени эжектирования дополнительного потока, позволяющего интенсифицировать массотемпературного обмена рециркулирующих в энергоразделительной камере.

Таким образом, заявляемый способ и устройство, его реализующее соответствуют критерию "новизна".

Известен способ вихревого энергоразделения потока, использующий влияние акустического поля на турбулентную струю /4/. Генерацию турбулентности принято объяснять наличием в исходном потоке периодических структур и взаимодействия звука со струей, имеющей характер резонансного взаимодействия со структурами соответствующей частоты. Так как в вихревых трубах присутствие таких структур ярко выражено, то подобные эффекты наблюдаются. Следует отметить /7/, что акустическое воздействие является вторичным явлением по отношению к гидродинамической картине течения. Хотя исследования и показывают на тот факт, что при установке в вихревую трубу акустического демпфера определенной частоты абсолютный эффект температурного разделения можно увеличить на 30%, но основное направление улучшения термодинамической эффективности вихревых труб в правильной организации самой гидродинамической картины течения.

Повышение термодинамической эффективности в известных вихревых трубах /10/ в основном осуществляется с помощью регенерации циклов и утилизации энергии нагретого потока. Однако все это решается в рамках одной конкретной автоколебательной системы (вихревой трубы) и не затрагивает самого главного - вихревого механизма перераспределения энергии внутри трубы. В предлагаемом способе реализован совершенно иной подход к повышению термодинамической эффективности, а именно организация оптимальной вихревой структуры внутри разделительной камеры.

Известен способ вихревого энергоразделения потока, использующий влияние внешнего воздействия на вихревую систему энергоразделительной камеры /4/. Формирование приосевого (вынужденного) вихря происходит по всей длине камеры энергоразделения путем перетока элементов периферийного (свободного) вихря в радиальном направлении. Однако закрутка основного потока создает положительный градиент момента количества движения, который приводит к подавлению пульсаций и к стабилизации течения в приосевой области. Введение же внешнего воздействия от дополнительного закрученного потока обеспечивает подпитку энергией вынужденный вихрь, что компенсирует влияние основного (периферийного) потока и ведет к интенсификации пульсаций и дестабилизации течений в приосевой зоне.

Недостатком этого способа вихревого энергоразделения потока являются ограниченные возможности по энергии внешнего воздействия на вихревую систему, так как это воздействии носит узконаправленный характер, выражающийся в заранее заданном направлении вращения вынужденного вихря.

Другой разновидностью этого способа является введение в камеру разделения дополнительного потока сжатого газа от постороннего источника /11/, что увеличивает кинетическую энергию приосевого потока и ведет к перераспределению соотношения расходов горячего и холодного потоков газа, но при этом прирост энергии составляет незначительную часть первоначальной энергии основного потока, вытекающего из сопел газа, и поэтому слабо влияет на процессы энергообмена между вихрями в разделительной камере.

Вообще вихревая труба является антиподом эжектора, так как все процессы в ней идут наоборот. В эжекторе два газовых потока смешиваются в один со средней энергией, тогда как в вихревой трубе один газовый поток разделяется на два потока с различной энергией (полная температура одного потока выше полной температуры первоначального, а другого - ниже) /12/.

В эжекторе энергия передается от высокоэнергетического тела к низкоэнергетическому силами вязкости за счет разности линейных скоростей, в вихревой трубе энергия передается от низкоэнергетического газа к высокоэнергетическому газу силами вязкости за счет разных угловых скоростей. В связи с этим вихревую трубу можно назвать антиэжектором, работающим на разности угловых скоростей. Исследования показали, что энергообмен между внутриосевыми и периферийными слоями газа в вихревой трубе может осуществляться при наличии у них разных угловых скоростей под действием сил вязкости. Энергия, передаваемая между слоями газа, равна L=M(w₁-w₂), где М - момент количества движения потока; w₁ - угловая скорость приосевых слоев газа; w₂ - угловая скорость периферийных слоев газа, то есть, если w₁>w₂, то передача энергии идет от оси к периферии (L>0), при этом осевые слои охлаждаются, периферийные подогреваются. При w₁<w - энергия передается от периферии к оси и L<0 - реверс вихревого эффекта Ранка /9/.

Все вихревые энергоразделители относятся к классу автоколебательных систем, так как подводимая сжатым газом энергия преобразуется в тепло и холод при турбулентном взаимодействии потоков внутрикамеры разделения. Турбулентность в вихревых трубах носит ярко выраженный анизотропный характер, проявляющийся, во-первых, в преобладании пульсаций скорости в радиальном направлении и, во-вторых, аномально высоким ее уровнем в области разделения вихрей и значительно более низким в центральной части вихревой трубы.

Известно, что при воздействии на автоколебательную систему периодической возбуждающей силы возникают различные колебательные процессы /5/. В зависимости от разности частот автоколебаний и периодической силы в системе возбуждаются либо периодические (захватываемые), либо почти периодические колебания, что ведет либо к интенсификации температурного разделения, либо к улучшению процесса сепарации газа. Данный подход и лежит в основе предлагаемого способа энергоразделения потока газа.

Таким образом, заявляемый способ вихревого энергоразделения потока и устройство, его реализующее, соответствуют критерию изобретения "изобретательский уровень".

На фиг. 1-6 изображен вихревой энергоразделитель. Вихревой энергоразделитель (см. фиг.1) содержит разделительную камеру 1 с пульсатором 2, датчиком замера пульсаций потока 3 и многосопловым тангенциальным вводом газа 4, диафрагму 5 для вывода приосевого потока, диффузор 6 для вывода периферийного потока, развихритель 7 периферийного потока, рабочее сопло 8 ввода дополнительного потока газа с пульсатором расхода 9 и сменным насадком 10, камеры смешения эжектора 11 со сменными завихрителями 12 и датчиком замера пульсаций потока 13, блоком согласования 14, обеспечивающим заданный режим работы пульсаторов 2 и 9. Пульсатор 2 может быть выполнен по разной схеме (см. фиг. 2). Например, в виде механизма изменения площади проходного сечения 15 многосоплового тангенциального ввода газа, включающего заслонку 16 и приводной агрегат 17, или в виде многорежимного сопла 18, состоящего из многопозиционного переключателя 19 последовательности введения в работу сопел тангенциального ввода газа 4 (см. фиг.3). Кроме того, пульсатор 9 может иметь различное исполнение, например, если устройство снабжено многоствольной системой подвода активного газа 20, то пульсатор 9 состоит из многопозиционного переключателя 21 введения в работу стволов подвода активного газа, а трубка дополнительного подвода газа выполнена в виде приемной камеры эжектора 22, пневматически через трубопровод 23 связанной с заборником 24 газа из приосевого потока и с рабочим соплом 8, а насадки рабочих сопел выполнены многоструйными 25 с осями микросопел параллельными оси камеры энергоразделения (см. фиг.1 и 5).

Способ вихревого энергоразделения потока осуществляется в устройстве следующим образом. Газ от источника высокого давления подается в разделительную камеру 1 через пульсатор 2, приемник датчика замера пульсаций потока 3 и многосопловой тангенциальный ввод 4, разделяется на приосевой и периферийные потоки. При этом свободный пульсирующий вихрь, возникающий во входном сечении камеры энергоразделения 1, преобразуется в вынужденный вихрь, вращающийся по закону твердого тела. Формирование в приосевом потоке вынужденного вихря происходит по всей длине камеры энергоразделения 1 путем, с одной стороны, перетока элементов периферийного (свободного) вихря в радиальном направлении, а с другой, от дополнительного закрученного пульсирующего потока, выходящего из камеры смешения эжектора 11. При этом дополнительный поток газа подается через вибратор 9 в рабочее сопло 8 эжектора от автономного источника внешней энергии. Сформированный таким образом внутренний вихрь, при движении к диафрагме 5, участвует в энергообмене с внешними слоями газа так, что постепенно превращается в квазитвердый под действием струи, выходящей из сопла и движущейся в осевом направлении противотоком. Обратный осевой поток газа представляет собой часть периферийного основного потока, перешедшую с большего радиуса на меньший. Внутренняя часть обратного потока, имеющая наиболее низкую температуру, выталкивается через диафрагму 5, а остальная присоединяется к потоку, выходящему из тангенциальных сопел 4, таким образом противоточное движение периферийного и приосевого потоков вызывает эффект температурного разделения. Изменение температуры периферийных слоев газа при их движении от входного сопла 1 до диффузора 6 зависит от количества энергии, подведенной со стороны приосевых слоев газа к периферийным, от перепада давлений на участке движения газа от диффузора до диафрагмы. Газ дополнительного потока подают через пульсатор 9 в рабочее сопло 8, при расширении в камере смешения 11 эжектора, он отдает свою энергию вынужденному вихрю и далее периферийному потоку. Причем пульсации давления в камере смешения эжектора фиксируются датчиком 13, который подает сигнал на вход блока согласования 14, где его сравнивают с сигналом от датчика 3. При рассогласовании сигналов блок согласования 14 выдает команду на изменение режима работы вибраторов 2 и 9.

Рассмотрение интенсификации вихревых процессов, происходящих в энергоразделительных камерах с позиции воздействия на автоколебательную систему, какой является вихревая труба, внешней периодической возбуждающей силы, позволяет реализовать принципиально новые способы и устройства энергоразделения потоков в вихревых потоках.

Одновременная реализация в предлагаемом способе двух подходов интенсификации вихревых процессов, происходящих в энергоразделительной камере, а именно дополнительной закрутки вынужденного вихря и регулируемой пульсации давления, позволяет обеспечить эффективное температурное разделение потока газа.

Введение системы авторегулирования работы энергоразделительных камер позволяет новым способом организовать вихревые структуры и поддерживать оптимальный режим их работы при различных изменениях внешних условий.

Использование различных устройств, улучшающих турбулизацию потока, подпитывающего вынужденный вихрь, позволяет повысить эффективность процессов перемешивания периферийного и вынужденного вихрей в энергоразделительной камере.

Введение эжекторов, работающих в пульсирующем режиме на входе в дополнительный поток, позволяет увеличить диссипацию кинетической энергии периферийного потока за счет организации радиальной пульсации внутреннего потока, которая вызывает необратимость процессов передачи энергии от одних слоев к другим.

Все приведенные признаки являются существенными, так как каждый из них влияет на соответствующий фрагмент технического результата, совокупность же их позволяет получить требуемый технический результат.

Использование предлагаемого способа вихревого энергоразделения потока и устройства, его реализующего, позволит, по сравнению с прототипом /2/, повысить термодинамическую эффективность вихревых энергоразделителей потока газа за счет: - введения взаимодействия автоколебательной системы (вихревой трубы) с вынужденными колебаниями от внешнего дополнительного источника энергии; - полного, ступенчатого срабатывания энергии дополнительного потока в зоне взаимодействия вынужденного и свободного вихрей; - подбора оптимального режима работы вихревого энергоразделителя при организованных смешанных колебаниях; - введения системы саморегулирования заданных режимов работы вихревого энергоразделителя потока газа; - введения системы глубокого регулирования работы энергоразделительных камер, путем направленного воздействия на вихревые процессы, происходящие в них, что неочевидно в известных способах и устройствах, их реализующих.

Источники информации 1. Патент РФ 2114358, 1996 г., М. кл. F 25 В 9/04.

2. А.с. 517756, 1975 г., М. кл. F 25 В 9/02.

3. Патент РФ 2067266, 1989 г., М. кл. F 25 В 9/02.

4. Патент РФ 2154230, 1999 г., М. кл. F 25 В 9/02 5. Алифанов А. А., Фролов К.В. Взаимодействие нелинейных колебательных систем с источниками энергии -М.: Наука. 1985, -328 с.

6. Гупта А. и др. Закрученные потоки -М.: Мир. 1987, -588 с.

7. Власов В.В., Гиневский А.С. О двухстороннем характере акустического влияния на свободные турбулентные струи//Турбулентные течения. -М.: Наука, 1974. -С.149-153.

8. Лукачев С.В. Исследование неустойчивых режимов течения газа в вихревых трубах Ранка// ИФЖ, XLI, т.5, 1981. -С.784-790.

9. Кузнецов В.И. Течение газа в трубке Ранка и его визуализация// Матер. VI Всесоюз. НТК, Самара, 1990. -С.34-36.

10. Суслов А.Д. и др. Вихревые аппараты. -М.: Машиностроение, 1985, 256 с.

11. А.с. 1219883, 1985 г., кл. F 25 В 9/02/12. Соколов Е.Я., Зингер Н.М. Струйные аппараты.- М.: Энергоатомиздат, 1989, 352 с.

Формула изобретения

1. Способ вихревого энергоразделения потока газа путем тангенциального соплового ввода основного потока газа в разделительную камеру, разделения его на приосевой и периферийный потоки, введения дополнительного закрученного потока газа в околоосевую зону, отличающийся тем, что запитывают дополнительный поток газа от автономного внешнего источника, задают его пульсирующим с частотой колебаний 0,2-2,0 кГц, эжектируют им рециркулируемую часть периферийного потока, создают объемные колебания давления с частотой 4-20 кГц в потоке газа на входе в тангенциальный сопловой ввод и подстраивают его частоту колебаний с частотой колебаний дополнительного потока.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что частоту вращения дополнительного закрученного потока задают не совпадающей с частотой вращения приосевого течения основного потока.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что энергию дополнительного потока последовательно срабатывают в одной или более ступенях эжектора путем регулярного смешивания газа дополнительного потока с частью периферийного потока газа, рециркулируемой в разделительной камере.

4. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что направление вращения дополнительного потока не совпадает с направлением вращения основного потока в разделительной камере.

5. Способ по п.1 или 3, отличающийся тем, что соотношение расходов дополнительного и основного потоков задают равным 0,05-0,1 при соотношении расходов приосевого и периферийного потоков, равном 0,4-0,7.

6. Способ по любому из пп.1, 3 и 5, отличающийся тем, что приосевой поток, выходящий из диафрагмы разделительной камеры, эжектируют в приемной камере эжектора газом дополнительного потока.

7. Устройство для вихревого энергоразделения потока газа, содержащее разделительную камеру с многосопловым тангенциальным вводом газа, диафрагму вывода приосевого потока, диффузор вывода периферийного потока, трубку дополнительного ввода закрученного потока газа и развихритель, отличающееся тем, что оно снабжено эжектором с камерой смешения и рабочим соплом, а также блоком согласования, пульсаторами основного и дополнительного потоков газа, датчиками замера пульсаций давления потоков, при этом эжектор установлен на оси разделительной камеры со стороны диффузора, пульсатор дополнительного потока закреплен на входе трубки дополнительного ввода потока газа, камера смешения эжектора выполнена в виде трубы, установленной коаксиально перед развихрителем, пульсатор основного потока размещен перед многосопловым тангенциальным вводом, а блок согласования функционально связан с датчиками замера пульсаций давления и пульсаторами основного и дополнительного потоков.

8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что эжектор выполнен многоступенчатым, причем количество ступеней определяется геометрическими размерами камеры разделения и равно от 2 до 4.

9. Устройство по п. 7, отличающееся тем, что эжектор снабжен сменными рабочими соплами.

10. Устройство по п.7, отличающееся тем, что на входе в разделительную камеру установлен многопозиционный переключатель последовательности включения в работу сопел тангенциального ввода газа.

11. Устройство по п.7, отличающееся тем, что снабжено механизмом изменения площади проходного сечения многосоплового тангенциального ввода газа, выполненным в виде заслонки и приводного агрегата.

12. Устройство по любому из пп.7-9, отличающееся тем, что эжектор снабжен сменными завихрителями потока, установленными в трубе камеры смешения.

13. Устройство по п.7, отличающееся тем, что эжектор снабжен приемной камерой.

14. Устройство по п.7, отличающееся тем, что приемная камера эжектора пневматически через трубопровод связана с заборником газа из приосевого потока.

15. Устройство по п.7 или 9, отличающееся тем, что эжектор снабжен многоствольной системой подвода активного газа.

16. Устройство по любому из пп.7, 9, 12, отличающееся тем, что эжектор снабжен многопозиционным переключателем введения в работу стволов подвода активного газа.

17. Устройство по любому из пп.7, 9, 10, 12, 13 и 15, отличающееся тем, что насадки рабочих сопел эжектора выполнены многоструйными с количеством сопел от 6 до 15, причем оси сопел расположены параллельно продольной оси разделительной камеры.

18. Устройство по п.7, отличающееся тем, что датчики замера параметров, а именно пульсаций давления, связаны с входами блоков согласования, а их выходы соединены с пульсаторами, с переключателем стволов подвода активного газа эжектора и с механизмом введения в работу сопел тангенциального ввода газа.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6