ВВЕДЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Смерч-торнадо возникает в атмосфере самопроизвольно, перемещается непредсказуемо... Как минимальным управляющим воздействием инициировать и прекратить смерч? Как, удерживая его в заданной зоне, («безмашинным» способом - без лопастей, без турбин) преобразовать разрушительную мощь в общедоступную электроэнергию, например? Эти вопросы-задачи интересуют не только энергетиков. Уже применены у нас первые вихревые двигатели с удивительными свойствами (о них – в другой статье). В стадии отработки - энергоустановки с вихревыми потоками. Масштабнее результаты в «холодильных» приложениях вихрей:
«Безотказный безынерционный источник холода и тепла», «универсальный генератор холода, не имеющий подвижных частей», «точечный воздухоохладитель для использования в экстремальных услови-ях». Так о будущем промышленном использовании ВТ писали в 1960-е годы. Оно начиналось тогда в СССР и США почти одновременно. Простейшую ВТ «для любого покупателя» в США предложил Фултон (C.D. Fulton) [3]. Ее сегодня можно встретить на разных континентах не изменившуюся - почти неотличимую от лабораторных моделей, исследованных в начале 1950-х годов В.С.Мартыновским и В.П.Алексеевым [4]. Энергозатраты на получение холода не уменьшились, но количество изготовителей ее растет.
В СССР тогда впервые в мире были введены в промышленную эксплуатацию оригинальные неадиабат-ные (с охлаждаемой камерой) ВТ высокой эффективности:
• сначала - миниатюрные ВТ диаметром 4-5мм для двух поколений серийных вихревых холодильников (Рис.1, 2), питаемых сжатым воздухом от бортовой пневмосети транспортного объекта [5-8];
• а затем - на многих заводах апробировали новый класс экономичных «ВТ Азарова» диаметром 38мм с охлаждаемой пластинчато-ребристой камерой (без выпуска горячего потока из камеры) для использования в системах коллективной теплозащиты рабочих в горячих цехах [9. 10] и при низкотемпературном тестировании готовой продукции: электроники, топливной аппаратуры, др.
Быстрому развитию конструкций ВТ в СССР способствовали [11]:
• низкие цены на энергоресурсы, которыми инициировались исследования «пределов» вихревого эффекта в лабораториях;
• появление нескольких «цепочек изобретений» (см. ниже), на основе которых создавались новые аппараты;
• конкуренция разных ВТ в жестких условиях промышленного использования.

Как вихревая труба (воздухоохладитель) получила многоотраслевое применение? Какие тенденции развития выявлены при расширенном промышленном ее освоении? Как в этом процессе изменялся конструктивно-технологический облик вихревого воздухоохладителя? Какие задачи предстоит решать сегодня?
Ответы на эти вопросы определят место вихревой трубы в многообразии новых решений, предоставляемых производству наукой.

Ниша для промышленного использования ВТ как «точечного источника холода» многократно расширилась в 1970-е и 1980-е годы с появлением систем, требовательных к микроклимату в блоках электронного управления: в программных станках, автоматических линиях, безлюдных производствах [12]. В ответ на это изобретателем-разработчиком был осуществлен инициативный многоотраслевой научно-производ-ственный эксперимент - «посев ноу-хау на промышленном поле страны»: десяткам заводов автор предоставил рабочие чертежи и образцы двенадцати моделей ВТ многоцелевого применения [13]. Подразумевалось при этом, что предприятия своими силами изготовят для собственных нужд опытно-промышленные партии ВТ всех 12 моделей, а с течением времени в производстве останутся лучшие - те, которые укажут «предпочтения» промышленности и направления дальнейшего совершенствования ВТ.
Как результат этого широкого эксперимента, появились:
• несколько заводов-поставщиков серийно изготавливаемых ВТ [14];
• сотни заводов-пользователей и информация об их распределении по отраслям [15];
• ориентиры для дальнейшего совершенствования ВТ как серийной продукции [16. 17];
• новый класс ВТ многоцелевого применения для начала ХХ1 века - модульные многокамерные ВТ [18].
О взаимодействии изобретателя с промышленностью, об инновационном развитии ВТ в СССР, России рассказано в этой статье.
Поток гелия, кислорода, природного газа в вихревых установках удается охладить до криогенных температур, либо нагретъ на сотни градусов. Первыми в СССР исследование вихревого эффекта начали В.С. Мартыновский, В.П.Алексеев [4] и А.П.Меркулов [19].
Узко специализированные ВТ в единичных количествах применены [20-23]:
• в аэрокосмической промышленности: для комплексного термоакустического воздействия на объект в реверберационной испытательной камере; для наземного терморегулирования и термостатирования ракетно-космической техники;
• в медицине: для локального охлаждения поверхности тела при операциях на конечностях (остеомиелит) и др.;
• в энергетике, металлургии, судостроении и судоремонте, химической и газовой промышленности: для теплозащитного снаряжения рабочих, ремонтников, строителей; при производстве аммиака и переработке природного газа, др.
Шире и разнообразнее применение ВТ, питаемых сжатым воздухом от заводской или бортовой пневмосети. Им посвящена эта статья.
В роли воздухоохладителей ВТ поддерживают необходимую температуру локально («точечно»). Распределив миниатюрные ВТ в соответствии с расположением теплонапряженных зон (точек) на объекте, уменьшают затраты на генерацию холода: его без «транспортных» потерь в минимальном и достаточном количестве получают непосредственно в местах использования. При таком подходе иногда удается на 1-2 порядка снизить потребную холодопроизводительность при сопутствующем уменьшении капитальных и эксплуатационных затрат [24].
Таким образом, если рядом с охлаждаемым объектом имеется заводская (бортовая) пневмосеть с избыточным ресурсом, найдется много применений, где простому и безотказному вихревому генератору холода нет альтернативы. Опыт производства разнообразных ВТ в России (неадиабатных ВТ – с воздушным охлаждением оребренной камеры энергоразделения и адиабатных ВТ – без охлаждения камеры) подкреплен многолетним промышленным использованием их:
• в климатических камерах тестирования изделий химического и нефтегазового машиностроения, топливной и радиоэлектронной аппаратуры;
• в системах воздушного охлаждения блоков электроники в шкафах (стойках) управления автоматическими линиями, программными станками;
• в регенеративном хладоагрегате портативных холодильников для кабины пассажирского дизель-поезда (ДР-1А, ДР-1П и др.), экспортного тепловоза (2ТЭ114), автомобиля (КамАЗ), автобуса, зерноуборочного комбайна;
• в воздушных завесах на фиксированных рабочих местах в металлургии и гальванических цехах, кожевенных производствах и мебельной промышленности, покрасочных камерах;
• в средствах индивидуальной теплозащиты: маске, жилете маляра, сварщика; теплозащитном костюме, используемом ремонтниками при ремонте печей и энергообъектов;
• в кабинах: горной машины; самоходного объекта, эксплуатируемого в экстремальных условиях; завалочного крана в металлургии; экскаватора на руднике полиметаллических руд – для «наддува» и охлаждения кабины;
• при нанесении глазури на кондитерскую продукцию в барабанах и при разделении (дроблении) карамели;
• в помещениях для кратковременного хранения сельскохозяйственной продукции в ящиках (когда недоступна обычная холодильная техника) и мн.др.
Как видно из этого перечня, ВТ (не использующие парниковые и озоноразрушающие газы) стали реальным дополнением к традиционной продукции холодильного машиностроения.
При отсутствии дорогой и знергоемкой центральной системы кондиционирования воздуха в производственном помещении ВТ поддерживают необходимую температуру в технологической или рабочей зоне и исключают потребность в локальном применении парокомпрессионных кондиционеров там, где их размещение и обслуживание затруднено или невозможно. При этом весь получаемый холод полезно используется в ответственных теплонапряженных зонах охлаждаемого объекта (что недостижимо при централь-ном кондиционировании большого производственного помещения), а ВТ выступает в роли высокоэффективного средства энергосбережения.
Рассмотрим некоторые ВТ из представленных здесь многоотраслевых проектов автора. Осуществление проектов позволило:
• поэтапно расширять применение разнообразных ВТ в промышленности – на транспорте, в испытательной технике, в многоотраслевом использовании;
• уточнить вектор развития вихревой технологии;
• выйти на новый технологический уровень изделий для внутреннего и внешнего рынков – к модульным многокамерным ВТ для широкого диапазона холодопроизводительностей.
В Таблице представлены технические характеристики продукции, сконструированной автором на основе группы изобретений, в последние десятилетия определявших уровень промышленных ВТ.