L международная выставка-презентация
научных, технических, учебно-методических и литературно-художественных изданий
ЗАВИХРИТЕЛЬ
| Название | ЗАВИХРИТЕЛЬ |
|---|---|
| Разработчик (Авторы) | Велькин В.И., Щеклеин С.Е., Максимов А.Н., Немихин И.Ю. |
| Вид объекта патентного права | Полезная модель |
| Регистрационный номер | 41499 |
| Дата регистрации | 27.10.2004 |
| Правообладатель | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский государственный технический университет - УПИ" |
| Область применения (класс МПК) | F15D 1/04 (2000.01) |
| Медаль имени А.Нобеля |  |
Описание изобретения
Полезная модель относится к энергетике, в частности, к области производства тепловой и электрической энергии на тепловых и атомных электростанциях и может быть использована в трубопроводах с двухфазными потоками. Завихритель, содержащий цилиндрический корпус, на концах которого установлены фланцы, отличающийся тем, что цилиндрический корпус выполнен собственно в виде поворота трубопровода, на внутренней стенке прямолинейного участка которого, со стороны входа потока текучей среды, выполнены направляющие канавки в виде эвольвент, причем шаг канавок по окружности цилиндрической части завихрителя составляет 0,15-0,3 D, где D - диаметр основного трубопровода, канавки в поперечном сечении имеют форму квадрата, сторона которого h составляет 0,5 d, где d-толщина стенки основного трубопровода, при этом толщина стенки самого завихрителя равна d+0,5 d, а протяженность канавок на участке завихрения составляет 5-8 D, в зависимости от скорости и режима течения потока в трубопроводе. Применение заявляемого устройства позволяет снизить гидродинамическое сопротивление, выровнять скорости потока по сечению и, тем самым, снизить вибрации трубопровода.
Полезная модель относится к энергетике, в частности, к области производства тепловой и электрической энергии на тепловых и атомных электростанциях и может быть использовано в трубопроводах с двухфазными потоками.
Из уровня техники известен аналог - устройство для воздействия на поток текучей среды (заявка на изобретение №1785115, опубликованная 10.05.96 года по МПК F 15 D 1/02), содержащее осесимметричный канал для прокачивания основной текучей среды.
С существенными признаками заявляемой полезной модели совпадает следующая совокупность признаков аналога: "содержащее осесимметричный канал для прокачивания основной текучей среды и устройство для регулируемого гидродинамического возбуждения потока текучей среды". Недостатками аналога являются: большое гидравлическое сопротивление устройства и необходимость затрат энергии на подачу возмущающей струи.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков, прототипом полезной модели является аксиально-лопаточный завихритель, содержащий цилиндрический корпус, внутри которого концентрично установлены лопатки и центральное тело (заявка на изобретение №19991210, опубликованная 28.09.1995 года по МПК 7 F 15 D 1/04). Недостатками прототипа являются: большая металлоемкость завихрителя; значительное гидравлическое сопротивление конструкции завихрителя потоку.
Задача, решаемая предлагаемой полезной моделью - снижение гидравлического сопротивления, выравнивание скоростей потока по сечению и снижение вибраций трубопровода. При реализации полезной модели могут быть получены следующие технические результаты: снижение массы завихритеяя; снижение гидравлического сопротивления; снижение вибрации трубопровода. Указанные технические результаты достигаются за счет следующего: в отличие от известного завихрителя, содержащего цилиндрический корпус, на концах которого установлены фланцы, корпус выполнен собственно в виде поворота трубопровода, на внутренней стенке прямолинейного участка которого, со стороны входа потока текучей среды, выполнены направляющие канавки в виде эвольвент, причем шаг канавок по окружности цилиндрической части завихрителя составляет 0,15-0,3 D, где D - диаметр основного трубопровода, канавки в поперечном сечении имеют форму квадрата, сторона которого h составляет 0,5d, где d - толщина стенки основного трубопровода, при этом толщина стенки самого завихрителя равна d+0,5d, а протяженность канавок на участке завихрения составляет 5-8 D, в зависимости от скорости и режима течения потока в трубопроводе.
Завихритель своими фланцами крепится в трубопроводу. Завихряющие эвольвентные канавки выполняются в стенке прямолинейной зоны поворотного участка трубы посредством фасонной образующей специальной фрезы.
Шаг эвольвентиых канавок по окружности завихрителя составляет 0,15-0,3D, где D - диаметр трубопровода, а ограничение шага в указанном диапазоне обусловлено наибольшей эффективностью охвата и закрутки потока текучей среды у стенки трубопровода.
Протяженность прямолинейной зоны участка завихрителя с канавками составляет 5-8D, что обуславливается протяженностью участка стабилизации потока текучей среды при различных режимах течения потока в трубопроводе, характеризующихся расходными характеристиками (значениями критерия Рейнольдса).
Завихритель выполняет функцию закрутки движущегося потока с целью упорядочения его движения в повороте за счет выравнивания скоростей потока среды по сечению трубопровода, в результате чего выравнивается давление на стенки трубы в повороте, следствием чего становится снижение уровня вибрации.
Таким образом, функция полезной модели выполнена. На чертеже (фиг.1 и фиг.2) представлены изометрические конструкции завихрителя для 2-х разных диапазонов потока жидкости. Изображен поворотный участок трубопровода-завихритель 1, который выполняет функцию изменения направления потока (например, на 90°) и эвольвентой закрутки течения. В стенке завихрителя 2 выполнены эвольвентные канавки 3. Завихритель своими фланцами 4 прикреплен к трубопроводу. Завихритель работает следующим образом. При вхождении потока текучей среды в прямолинейный участок завихрителя, канавки, выполненные по эвольвенте, завихряют поток текучей среды и, разворачивают его по внутреннему периметру. Скорости течения среды по сечению трубы при вхождении потока в поворот все время выравниваются и разность давлений на стенках большого и малого радиусов поворота стремится к нулю. Таким образом, снижается давление на наружную стенку поворотного участка, выравниваются давления на внешнем и наружном радиусах поворотного участка трубы, что приводит к снижению вибрации трубопровода. Возможность осуществления полезной модели с реализацией указанного назначения подтверждается известностью средств и методов получения подобных результатов.
Таким образом, подтверждена возможность реализация полезной модели. При внедрении полезной модели будут получены следующие технические результаты: снижение массы завихрителя; снижение гидравлического сопротивления текучей среды; снижение вибрации трубопровода.
Формула полезной модели
Завихритель, содержащий корпус, на концах которого установлены фланцы, отличающийся тем, что корпус выполнен в виде изогнутого трубопровода, на внутренней стенке прямолинейного участка которого, со стороны входа потока текучей среды, выполнены направляющие канавки в виде эвольвент, причем шаг канавок по окружности цилиндрической части завихрителя составляет 0,15-0,3 D, где D - диаметр основного трубопровода, канавки в поперечном сечении имеют форму квадрата, сторона которого h составляет 0,5 d, где d - толщина стенки основного трубопровода, при этом толщина стенки самого завихрителя равна d+0,5 d, а протяженность канавок на участке завихрения составляет 5-8 D, в зависимости от скорости и режима течения потока в трубопроводе.
Медаль Альфреда Нобеля