Инструмент

Эффект Ранка-Хилша и его применение.Часть1.


Вихревой эффект (эффект Ранка –Хилша) – эффект разделения газа или жидкости на две фракции при закручивании в цилиндрической или конической камере. На периферии образуется закрученный поток с большой температурой, а в центре – охлаждённый поток, закрученныё в противоположную сторону. 

Впервые данный эффект был открыт при исследовании работы циклонов французским инженером Жозефом Ранком  в конце двадцатых годов прошлого столетия, который и запатентовал изделие на основе этого эффекта -  “Трубку Ранка” (Вихревую трубку Ранка).

На рисунке схема работы, а на фото -  наиболее типичный вид серийно выпускаемых вихревых трубок

В сороковых годах дополнительными исследованиями эффекта   и доработкой Трубки Ранка занимался немецкий физик Роберт Хилш. В честь этих выдающихся исследователей интересующий нас эффект и стали называть  эффектом Ранка-Хилша.

Дальнейшие исследования проводились во многих странах, в том числе и в СССР. Однако исследования эти носили случайный характер. Причина-отсутствие теории достоверно объясняющей этот парадоксальный, чрезвычайно впечатляющий эффект.

А как всегда получается, - что не можем объяснить, откладываем подальше, до лучших времён.

Тем не менее, исследования пусть недостаточно, но проводились, и в СССР были  выпущены две книги (две известных автору статьи, а так может и больше), целиком посвященные этому эффекту и возможности его практического применения .

Впервые лично  автор этой заметки столкнулся с трубкой Ранка ещё в девяностые годы на Минском Тракторном Заводе.

Один известный в то время рационализатор пытался внедрить изготовленную им трубку для охлаждения токарных резцов непосредственно в процессе резания.

Работа предложенного к испытаниям   изделия  впечатлила. При подключении трубки к заводской воздушной сети из ”холодного ” конца практически пошёл снег. Эффект охлаждения был достигнут.

Однако побочный эффект, возникший при испытаниях этой, довольно большой по габаритам, трубки сразу перечеркнул возможность её использования , по крайней мере в таком виде, для охлаждения инструмента при точении.  Поток воздуха был настолько силён, что мгновенно раздул металлическую стружку со станка во все стороны, в том числе и на соседние станки, на работающих на них людей. Испытания ведь проводились на станке с открытой рабочей зоной, да и других станков в то время практически и не было. Кроме того, очень сильный шум при работе этой большой трубки тоже не способствовал её дальнейшему внедрению.

Однако, вернёмся в наше время. Серийно выпускаемые вихревые трубки, специально предназначенные для охлаждения зоны резания, оснащаются эффективными глушителями шума, имеют различные приспособления для крепления к станку (механические, магнитные), имеют удобную регулировку температуры выходящего воздуха , оснащаются гибкими патрубками для подвода потока холодного воздуха непосредственно в нужное место. Выпускаются трубки различной мощности, что позволяет подобрать трубку в соответствии с поставленной задачей. Все трубки оснащаются  фильтрам масло и водо –отделителями.

Кстати, как мы уже отмечали, поток воздуха разделяется в Трубке Ранка на два – холодный и горячий.  Так вот, выпускаются специальные трубки, предназначенные для нагрева. Они имеют некоторые конструктивные  особенности. Преимущества таких нагревателей  -  абсолютная безопасность, так как для их работы не используются электрические  нагревательные элементы и открытое пламя.

Интересно то, что , как мы уже отмечали, в мире выпускается громадное количество вихревых трубок Ранка различных типоразмеров и видов. Вместе с тем, в открытой прессе практически не встречается информация о их практическом применении при обработке того или иного материала, режимах резания,   режущих пластинах . Нам попадали статьи о применении охлаждающих трубок Ранка при обработке чугуна, но тут и так всё понятно, а для остальных обрабатываемых материалов только общая информация. Вместе с тем, теоретический эффект от внедрения этих интереснейших изделий может быть громадным. Представьте только – обработка без применения  СОЖ…  Не в этом то смысл практического закрытия информации?  В общем – вихревая трубка Ранка, это просто “золотая жила” для различных “внедренцев” и  исследователей, работающих в области обработки различных материалов.  Можно предположить, что ещё много диссертаций будет защищено по этой теме. Ну и хорошо. Была бы польза.

А дальше несколько изображений из самых разных источников чтобы проиллюстрировать возможности охладитетелей на основе эффекта Ранка-Хилша при обработке различных материалов. Из них будет всё понятно.

 

 Из этих рисунков видно, что возможености использования вихревой трубки (трубки Ранка-Хилша, Vortex Tube) для охлаждения зоны резания при обработке различных материалов громадны.

 Мы продолжим тему применения вихревых трубок.

Нужна дополнительная информация?  Пишите на адреса: tool-info@mail.ru  или 2105442@mail.ru

 

Ключевые слова этой статьи: эффект Ранка-Хилша, трубка Ранка, вихревая трубка,Vortex Tubes