Как настроить вихревую трубку. Основные принципы работы
13.09.2022
Вихревые трубки помогают решать различные проблемы промышленного охлаждения:
- охлаждение электронных компонентов,
- охлаждение шкафов управления,
- охлаждение при производственных операциях,
- охлаждение систем видеонаблюдения,
- закрепление термоклея,
- охлаждение после пайки,
- охлаждение сварных швов,
- охлаждение проб газов,
- охлаждение в климатических камерах.
При этом вихревые трубки недороги, надежны и не требуют обслуживания.
Вы можете получить экстремально холодный или горячий воздух, используя только сжатый воздух и вихревую трубку. При этом температуру, потоки и мощность охлаждения можно легко отрегулировать поворотом винта.
Используя в качестве источника питания обычную подачу сжатого воздуха, вихревые трубки создают два потока воздуха, один - горячий, а другой - холодный. Можно настроить температуру от -46° до +127°C.
Вихревые трубки изготовлены из износостойкой нержавеющей стали, которая идеально подходит для агрессивных и гигиеничных сред.
Несмотря на неоспоримые преимущества вихревой трубки, у многих клиентов возникают вопросы по ее эксплуатации. Например, наиболее частый запрос “
Как настроить вихревую трубку, чтобы получить желаемую температуру?”.
Прежде чем перейдем к основным настройкам, рассмотрим принцип ее работы. На рисунке ниже дана диаграмма работы Вихревой трубки (Vortex Tube):
Принцип работы вихревой трубки
В работе вихревая трубка использует сжатый воздух давлением 5,5 – 6,9 Бар. Попадая в цилиндрическую камеру, поток сжатого воздуха раскручивается вдоль стенок камеры вплоть до 1 000 000 оборотов в минуту. При этом воздушный поток разделяется на 2 фракции. Фракция теплого воздуха покидает камеру вихревой трубки с одной стороны, фракция холодного – с другой.
Благодаря этому принципу работы, вихревая трубка в считанные секунды создает холодный воздух и может держать его столько, сколько нужно.
Теперь рассмотрим, как применить вихревую трубку для решения вашей конкретной задачи!
1. Сперва необходимо установить % холодной фракции.
Настройка «холодной фракции» зависит от того, насколько холодный или горячий воздух вам нужен. Когда мы говорим о холодной фракции, мы имеем в виду количество холодного воздуха, выходящего из холодной стороны вихревой трубки, что также влияет на температуру этого холодного воздуха.
В данной таблице приведены значения изменения температур холодной и горячей фракций, в зависимости от давления на входе вихревой трубки и настроенном % холодной фракции.
Предположим, что давление входящего воздуха: 6 бар, а температура: +25ºС. Тогда, если мы настроим % холодной фракции на 80%, температура холодной фракции составит: +25ºС - 28,6ºС = -3,6ºС
При этом температура горячей фракции составит: 25ºС + 102,1ºС = 127,1ºС.
Объём же холодной фракции составит 80% от объёма входящего воздуха, а горячей фракции, соответственно, 20% от объёма входящего воздуха.
Предположим для этого примера, что вы используете вихревую трубку для высоких температур EXAIR
Vortex Tube 3230, потреблением 30 SCFM (850 л/мин) при 6.9 бар.
При 80% холодной фракции из холодного конца вихревой трубы будет выходить 30 CFM * 80% = 24 CFM (680 л/мин).
И температура холодной фракции будет на 10°С ниже, чем температура подаваемого сжатого воздуха.
Да, это верно, если предположить, что температура воздуха на входе составляет +22°С, вы будете получать 24 CFM (680 л/мин) воздуха температурой (-5°С) из холодного конца вихревой трубки.
А как насчет остальных 6 CFM (170 л/мин)? Обратите внимание, он будет выходить из горячего конца при колоссальных +122°С.
Вы должны учитывать оба конца вихревой трубки. Ниже дана таблица производительности вихревой трубки.
Таблица производительности вихревой трубки EXAIR
Подача давления
|
Холодная фракция % (метрическая)
|
БАР
|
20
|
30
|
40
|
50
|
60
|
70
|
80
|
1,4
|
34,4
|
33,3
|
31,1
|
28,3
|
24,4
|
20
|
15,6
|
8,3
|
13,9
|
20
|
28,3
|
35,6
|
46,1
|
59,4
|
2
|
40,9
|
39,6
|
37,1
|
33,8
|
29,2
|
24
|
18,1
|
9,8
|
16,4
|
24
|
33,3
|
42,6
|
54,6
|
69,5
|
3
|
50,4
|
48,7
|
45,7
|
41,6
|
36
|
29,7
|
21,9
|
12
|
19,9
|
29,6
|
40,3
|
52,3
|
66,5
|
83,5
|
4
|
56,9
|
54,7
|
50,9
|
46,1
|
40
|
32,9
|
25,1
|
13,2
|
21,9
|
32,4
|
43,9
|
57,1
|
72,5
|
91,2
|
5
|
61,6
|
59
|
54,8
|
49,4
|
43
|
35,4
|
26,9
|
13,7
|
23,3
|
34,2
|
46,5
|
60,9
|
77,2
|
97,1
|
6
|
65,4
|
62,7
|
58,2
|
52,7
|
45,6
|
37,6
|
28,6
|
14,1
|
24,3
|
35,8
|
48,6
|
63,9
|
81
|
102,1
|
7
|
68,6
|
65,8
|
61,4
|
55,7
|
48
|
39,6
|
30
|
14,4
|
25,1
|
37,3
|
50,2
|
66,3
|
84,2
|
106,3
|
8
|
71,1
|
68,2
|
63,8
|
57,3
|
50
|
40,8
|
30,4
|
14,4
|
25,4
|
38,1
|
51,8
|
67,9
|
86,1
|
107,9
|
Цифры в заштрихованной области показывают падение температуры холодного воздуха (ºС).
|
Цифры в незаштрихованной области показывают повышение температуры горячего воздуха (ºС).
|
Давайте посмотрим на еще один пример настройки той же
вихревой трубки модели 3230
Предположим, что нам нужно что-то нагреть. Предполагая, что ваш сжатый воздух имеет температуру +22°С, а мы хотим что-то нагреть до +46°С, нам нужно добавить +24°С к температуре сжатого воздуха.
Из таблицы выше видно, что, подавая сжатый воздух под давлением 6 бар и 30% холодной фракции на вихревой трубке, мы можем поднять температуру на 24.3°С.
Мы знаем, что холодный конец даст нам 9 CFM (255 л/мин) - это 30% от общих 30 CFM (850 л/мин) с температурой +22ºС - 62.7ºС = -40.7°С.
Таким образом мы достигнем желаемой температуры +46°С на горячем конце, но нужно иметь в виду, что объём горячего воздуха будет 70% от входящего:
850 л/мин х 70% = 595 л/мин.
Если вам нужно увеличить объём горячей фракции при той же температуре, то необходимо взять другую модель вихревой трубки с большим расходом сжатого воздуха или заменить генератор в существующей трубке (если это позволяет модель).
Как видно из приведенной выше таблицы производительности, существует множество способов получить желаемую температуру, будь то горячую или холодную.
2. Регулировка вихревой трубки
Далее встает вопрос, как настроить холодную фракцию. Во-первых, позвольте мне отметить, что поставляемые вихревые трубки всегда настроены на 80% холодной фракции или близко к этому.
Как вы видите на картинке слева, щелевой клапан на горячем конце вихревой трубки можно повернуть, чтобы отрегулировать % холодной фракции.
Для точной настройки всегда рекомендуется использовать термометр.
В качестве ориентировочной настройки, необходимо мягко надавить клапан и повернуть его на 1/8, 1/4 или 1/2 оборота (для малых, средних и больших вихревых трубок соответственно), чтобы снизить % холодной фракции примерно на 20%.
Мы предлагаем 3 размера вихревых трубок: малые, средние и большие. Каждый размер допускает установку 3-5 различных генераторов (на разный расход сжатого воздуха). Всего предлагается 12 стандартных
вихревых трубок для нагрева и охлаждения сжатым воздухом.
Размер генератора будет определять расход сжатого воздуха при давлении 6.9 бар. Так генератор, модель которого оканчивается на “15” будет обеспечивать расход сжатого воздуха 15 CFM, что соответствует 15 CFM x 1.7 x 1000 / 60 = 425 л/мин при 6.9 бар. Количество (объём) холодной фракции необходимо будет настроить при помощи регулятора на горячем конце.
Есть еще несколько ключевых моментов, которые необходимо знать о вихревых трубках:
- Вихревая трубка не предназначена для нагнетания. Обратное сопротивление на выходе вихревой трубки приведёт к изменениям разницы температур холодной и горячей фракций.
Так повышение обратного сопротивления на выходе холодной фракции на 0.3 бар, приведёт к повышению температуры холодной фракции на +2.8ºС.
- Зачастую на производстве установлены воздухоохладители или нагреватели в их системе сжатого воздуха. Нужно иметь в виду, что вихревая трубка не нагревает и не охлаждает воздух. Она создаёт градиент (разницу) температур относительно температуры входящего воздуха. Чем выше температура входящего воздуха, тем выше температура холодной и горячей фракций.
Температура входящего воздуха также может быть очень важна при прохождении магистрали сжатого воздуха вблизи открытых источников тепла - расплавленный металл, открытая печь, обогреватели и т.д.
- Вихревые трубки могут быть источниками повышенного уровня шума. В случае необходимости, рекомендуем приобретать глушители для холодного и горячего концов вихревой трубки. Чтобы большинство вихревых трубок соответствовало стандартам OSHA по уровню шума, вам понадобятся глушители.
- Наконец, как и для всех продуктов EXAIR, рекомендуется использовать регулятор давления с манометром в месте их установки. С вихревыми трубками это необходимо, т.к. при недостаточном давлении на входе в вихревую трубку, разница температур холодной и горячей фракций будет снижаться (см. таблицу параметров - строчки для давления менее 6 бар). По нашему опыту, основная масса вопросов по работе приобретённой вихревой трубки, связана именно с недостаточным давлением на входе в вихревую трубку. На это могут влиять быстросъёмные соединения, недостаточный внутренний диаметр подводящей трубки и др. Поэтому для контроля рабочего давления, важно устанавливать манометр непосредственно перед входом в вихревую трубку.
Если у вас есть какие-либо вопросы о вихревых трубках или любом из интеллектуальных продуктов для сжатого воздуха, пожалуйста, не стесняйтесь обращаться к нам.
Напишите вопросы на lead@spray-expert.ru, наши технические специалисты прошли сертификацию корпорации EXAIR и помогут подобрать оборудование на сжатом воздухе.