способ стабилизации вихревого потока

Формула изобретения

1. Способ стабилизации вихревого потока путем регулирования его параметров, включающий ввод газа через тангенциальные щелевые каналы, отличающийся тем, что при регулировании параметров изменениям подвергают тангенциальную составляющую скорости движения вихревого потока и его сечение, оптимальные значения которых достигают за счет изменения пропускной способности тангенциальных щелевых каналов путем одновременного перемещения всех элементов каналов в плоскости, перпендикулярной направлению движения вихревого потока.

2. Способ стабилизации вихревого потока по п.1, отличающийся тем, что перемещение элементов тангенциальных щелевых каналов осуществляют путем их поворота вокруг осей, совпадающих с направлением движения вихревого потока.

3. Способ стабилизации вихревого потока по п.1, отличающийся тем, что перемещение элементов тангенциальных щелевых каналов осуществляют путем их сдвига в радиальном направлении.

4. Способ стабилизации вихревого потока по п.1, отличающийся тем, что перемещение элементов тангенциальных щелевых каналов осуществляют путем их сдвига в радиальном направлении и поворота вокруг осей, совпадающих с направлением движения вихревого потока.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к прикладной газовой динамике, в частности к способу стабилизации вихревого потока.

Изобретение может быть использовано в любой отрасли промышленности, где есть необходимость в получении и использовании вихревого потока. Так, например, в вихревых топках для сжигания топлива или в центробежно-барботажных аппаратах по очистке газов и воздуха. Другим примером использования могут быть названы аппараты для разделения и охлаждения газовых смесей.

Применение поступательно-вращательного движения газа в вихревых аппаратах было продиктовано прежде всего их эффективностью. Такие аппараты были просты в изготовлении, надежны в работе и не требовали существенных затрат при их эксплуатации. Однако при использовании вихревого потока в аппаратах полифазных сред с твердой или жидкой фракциями потребовались иные методы и приемы для поддержания параметров вихревого потока. Аппараты этого класса предназначены для создания мелкодисперсной гомогенной фазы с устойчивой и развитой поверхностью контакта сред. Любое колебание или изменение параметров текучей среды в них сопровождается изменением параметров всего вихревого потока. В вихревых топках сгорания это приводит к недожогу используемого топлива, а в центробежно-барботажных аппаратах по очистке газов - к срыву газожидкостного кольца и, как следствие, к прорыву очищаемого газа. Простые тангенциальные вводы текучей среды (газа или жидкости), с помощью которых получали вихревое поле, перестали удовлетворять поставленным задачам, поэтому возникла острая необходимость стабилизации вихревого потока.

Известна вихревая камера для разделения фракций, в которой с целью стабилизации вихревого потока ввод текучей среды в реакционную зону осуществляют через тангенциальные отверстия, расположенные внутри винтовой дорожки направляющих по всей длине вихревой камеры (описание к авторскому свидетельству СССР N 550781, МКЛ B 04 C 5/04 от 13.02.1974 г.) [1].

Однако данный способ имеет ряд существенных недостатков, которые не позволяют эффективно использовать его для достижения указанного ниже технического результата. При вводе текучей среды данным способом трудно обеспечить получение мелкодисперсной фазы с развитой поверхностью контакта, т.к. вращательная и поступательная скорости движения вихревого потока практически одинаковы. В то же время различные условия истечения текучей среды через указанные тангенциальные отверстия не позволяют достигнуть оптимальных градиентов давления и температуры вдоль вихревого потока и стабилизации его при изменении входных параметров текучей среды.

Наиболее близким по совокупности признаков к заявляемому способу является способ стабилизации вихревого потока, включающий смешение потоков газа и абсорбента в вихревом потоке с закручиванием и изменением направления течения потока, в котором с целью повышения эффективности очистки за счет увеличения поверхности контакта и улучшения условий разделения поток газа при смешении делят на отдельные струи и абсорбент впрыскивают по всей высоте вихревого потока, при этом изменение направления потока при сепарации осуществляют на 180^o [2].

Причиной, препятствующей достижению указанного ниже технического результата при использовании способа, принятого за прототип, является его низкая эффективность. Суммарные потери на трение при таком способе стабилизации вихревого потока будут велики, а возможности их снижения и регулирования при изменении параметров текучей среды практически отсутствуют.

Задачей настоящего изобретения является устранение вышеперечисленных недостатков путем реализации нового способа стабилизации вихревого потока.

Указанная задача решается за счет достижения технического результата при осуществлении заявленного изобретения, заключающегося в получении способа стабилизации вихревого потока с меньшими энергетическими затратами и улучшенными технико-эксплуатационными параметрами.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения по объекту-способу достигается известным способом стабилизации вихревого потока, предусматривающем тангенциальный ввод газа и регулирование его параметров. Особенность предлагаемого способа заключается в том, что тангенциальный ввод газа осуществляют через щелевые каналы с изменяемым сечением, которое устанавливают соответственно тангенциальной скорости движения газа за счет перемещения элементов щелевых каналов в плоскости, перпендикулярной направлению движения вихревого потока.

Указанный технический результат достигается также тем, что перемещение элементов щелевых каналов осуществляют путем их поворота вокруг осей, совпадающих с направлением движения вихревого потока.

Указанный технический результат достигается также тем, что перемещение элементов щелевых каналов осуществляют путем их сдвига в радиальном направлении.

Указанный технический результат достигается также тем, что перемещение элементов щелевых каналов осуществляют путем их сдвига в радиальном направлении и поворота вокруг осей, совпадающих с направлением движения вихревого потока.

При исследовании отличительных признаков описываемого способа стабилизации вихревого потока не выявлено каких-либо аналогичных известных решений, касающихся использования способа стабилизации вихревого потока путем изменения живого сечения каналов тангенциального ввода газа за счет сдвига и поворота его элементов.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил аналог, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявляемого изобретения. Определение из перечня выявленного аналога-прототипа, наиболее близкого по совокупности признаков, позволило выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков для заявляемого объекта, изложенных в формуле изобретения. Следовательно, изобретение соответствует условию "новизна" по действующему законодательству.

Для проверки соответствия изобретения требованию изобретательского уровня заявитель провел дополнительный анализ известных решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками изобретения, результаты которого показывают, что изобретение не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники и не вытекает из него логически, т.е. соответствует требованию "изобретательский уровень" по действующему законодательству.

На чертеже схематично представлен способ стабилизации вихревого потока (схема устройства условно не приводится).

Заявленный способ стабилизации вихревого потока включает тангенциальный ввод газа и регулирование его параметров в зависимости от тангенциальной скорости вихревого потока. Тангенциальный ввод газа осуществляют через щелевые каналы с изменяемым сечением. При этом элементы щелевых каналов перемещают в плоскости, перпендикулярной направлению движения вихревого потока. Перемещение элементов щелевых каналов по одному из вариантов осуществляют за счет поворота элементов каналов вокруг осей, совпадающих с направлением движения вихревого потока. По другому варианту перемещение элементов щелевых каналов осуществляют за счет их радиального смещения в плоскости, перпендикулярной направлению движения вихревого потока. По третьему варианту перемещение элементов щелевых каналов осуществляют за счет сдвига их в радиальном направлении и поворота вокруг осей, совпадающих с направлением движения вихревого потока, причем сначала осуществляется сдвиг, а уже затем - поворот элементов щелевых каналов. Не исключается и другая последовательность в перемещении, например, сначала поворот, а затем сдвиг или одновременно сдвиг с поворотом. Изменение сечения щелевых каналов за счет одновременного перемещения всех элементов каналов позволяет создать устойчивый вихревой поток вне зависимости от пульсации и нестабильности потребляемых сред. Для изменения параметров вихревого потока достаточно следить лишь за тангенциальной составляющей вихревого потока. Тангенциальная скорость вихревого потока является определяющей для любого процесса - будь то сгорание топлива в топке или разделение смесей в реакторе. Поддерживать же тангенциальную скорость вихревого потока при указанном способе весьма просто, так, например, при изменении ее в ту или другую сторону равновесие достигается соответственным изменением сечения щелевых каналов. При этом можно стабилизировать вихревой поток, изменяя одновременно расход текучей среды и сечение, через которые она поступает в реакционную зону. Так, например, для увеличения тангенциальной скорости вихревого потока уменьшают сечение щелевых каналов и увеличивают расход или давление текучей среды и наоборот. При данном способе стабилизацию вихревого потока можно осуществлять как перед пуском аппарата путем предварительной установки требуемых параметров текучей среды и живого сечения щелевых каналов, так и во время его работы. В этом случае необходимо все параметры составляющих сред вихревого потока ввести в компьютер, который определит оптимальный режим и мгновенно передаст на исполнительные органы необходимую информацию. Такой путь сложен, но он гарантирует высокий уровень стабилизации вихревого потока и исключает любую ошибку эксплуатационных служб.

Таким образом, вышеприведенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании изобретения следующей совокупности условий:

- средство, воплощающее изобретение при его осуществлении, предназначено для использования в промышленности, а именно, для получения и стабилизации вихревого потока в различных вихревых аппаратах;

- для изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке или известных до даты приоритета средств и методов;

- средство, воплощающее изобретение при его осуществлении, способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.

Следовательно, изобретение соответствует требованию "промышленная применимость" по действующему законодательству.

Источники информации

1. Описание к авторскому свидетельству СССР N 550781, МКЛ B 04 C 5/04 от 13.02.1974 г.

2. Описание к изобретению SU N 1820857 A3, МКЛ B 01 D 53/18 от 07.06.1993 г.