способ безлопастного усиления тяги в дымовых и вентиляционных каналах и устройство безлопастного усиления тяги дымовых и вентиляционных каналов

Формула изобретения

1. Способ безлопастного усиления тяги дымовых и вентиляционных каналов, заключающийся в использовании для создания тяги энергетический потенциал вихревых восходящих потоков, отличающийся тем, что первичный вихревой восходящий поток создают в воронке-конусе за счет тангенциально подведенного сжатого воздуха, в центр восходящего вихревого потока подают вторые потоки перемещаемых газов с большим перепадом температур.

2. Устройство безлопастного усиления тяги дымовых и вентиляционных каналов, характеризующееся тем, что оно состоит из воронки-конуса, установленной вершиной на всасывающий конус и имеющий в нижней своей части тангенциальный патрубок для подвода сжатого воздуха, в верхней части вихревой воронки-конуса установлен конус-карман вершиной вниз, опущенный на одну треть вихревой воронки-конуса и заглушенный по ее образующей, на конусе-кармане жестко закреплен сборный конус, вершина которого выполнена с фланцем, соединяющим устройство с газоотводящей трубой.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что конус-карман снабжен патрубком для сбора конденсата и шлама, а также тангенциальным патрубком для смывания шлама.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к одной из самых энергоемких отраслей производства, как сжигание топлива в интересах технологических процессов, отопления и вентиляции. В результате сжигания топлива значительные объемы тепла выбрасываются в атмосферу с бытовыми, сбросными газами и отработанными вентиляционными потоками. Температуры сбросных и дымовых газов даже нормируются в пределах 250-400°С.

В известных способах усиления тяги в дымовых и вентиляционных каналах для перемещения потоков сбросных и дымовых газов используются весьма энергоемкие, сложные в конструктивном исполнении и обслуживании дымососы и вентиляторы (Строительный каталог (СК-8). Инженерное оборудование зданий и сооружений. Раздел 84. Оборудование для котельных установок. Дымососы и дутьевые вентиляторы. Госстрой СССР ВНИИИС М., 1989 г., с.126). Создание и усиление тяги в известных способах достигается созданием вихревых и турбулентных потоков в дымовых и вентиляционных каналах лопастными устройствами.

Работа дымососов и вентиляторов в агрессивных и высокотемпературных средах приводит к быстрому износу наиболее нагруженных их лопастей, разбалансировке всего механизма и требует дополнительных затрат на восстановление. Поэтому целью изобретения является изыскание способа перемещения агрессивных и высокотемпературных потоков газа безлопастными, конструктивно упрощенными устройствами.

Как наиболее близкие к поставленной задаче можно рассматривать гидродинамические процессы, проходящие внутри воздушного конуса, образовавшего хобот-торнадо. (Известия науки - Анализ и гипотизы htth://www.inauka.ru/analysis/articl 75478. html 16.02/2008.; Гришаев А.А. Некоторые вопросы физики циклонов и торнадо. Институт метрологии времени и пространства, ГП ВНИИФТРИ. http://newfiz.narod/ru/tornado/html, копии прилагаются).

Радарными наблюдениями удается измерить скорости вращения воздуха внутри конуса торнадо. Торнадо зарождается в атмосфере на высоте десятков километров за счет столкновения двух холодных и теплых потоков воздуха (облачности). При столкновении масс воздуха с различными потенциалами они закручиваются в вихревые потоки. Вращающиеся воздушные воронки, опускаясь к земной поверхности, создают внутри своей полости турбулентные восходящие вихревые потоки, увлекающие различные объекты в разряженное пространство вовнутрь воронки-конуса. Есть предположение, что первичные вихревые потоки при удельных теплоемкостях воздуха 1 кДж/кг·К и разности температур потоков в 3°К могут развивать линейную скорость вращения за счет турбулентного энергообмена до 55 м/с.

Но такую многокилометровую трубу в наших условиях моделировать практически невозможно. Основным недостатком, с точки зрения поставленных задач изобретения, можно считать то, что потоки воздуха встречаются на большой высоте, и в создании вихря и его закручивании участвуют одновременно оба потока. Поэтому точно следовать этой модели как по энергоемкости и масштабам практически невозможно.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для образования вихря за счет тангенциально подаваемого сжатого воздуха (см. Авторское свидетельство № 1021874 А, F23D 13/00, опубл. 07.06.1983, Бюл. № 21). Устройство содержит конус с сопряженным с ним сужающимся выходным соплом и воздушным тангенциальным патрубком, выполненным в корпусе с полусферическим днищем.

Недостатком устройства является то, что воздух, поступающий из тангенциального патрубка, закручивается по вертикальной плоскости, и созданный им вихрь служит смесеобразованию газа и воздуха во внутренней полости конуса перед их сжиганием, использовать данное устройство для создания и усиления тяги невозможно.

Изобретение направлено на усиление тяги в дымовых и вентиляционных каналах путем перемещения агрессивных и высокотемпературных потоков газа, исключив использование дымососов и вентиляторов, используя для этого собственные энергоресурсы и кинетическую энергию самих потоков.

Результат достигается тем, что в способе безлопастного усиления тяги дымовых и вентиляционных каналов, заключающемся в использовании для создания тяги энергетического потенциала восходящих вихревых потоков, согласно изобретению первичный вихревой восходящий поток создают в воронке-конусе за счет тангенциально подведенного сжатого воздуха, в центр восходящего вихревого потока подают вторые потоки перемещаемых газов с большим перепадом температур.

Результат достигается тем, что устройство безлопастного усиления тяги дымовых и вентиляционных каналов характеризуется тем, что оно состоит из воронки-конуса, установленной вершиной на всасывающий конус и имеющей в нижней своей части тангенциальный патрубок для подвода сжатого воздуха, в верхней части воронки-конуса установлен вершиной вниз конус-карман, опущенный на одну треть воронки-конуса и заглушенный по ее образующей, на конусе-кармане жестко закреплен сборный конус, вершина которого выполнена с фланцем, соединяющим устройство с газоотводящей трубой.

Результат достигается также тем, что конус-карман снабжен патрубком для сбора конденсата и шлама, а также тангенциальным патрубком для смывания шлама.

Изобретение поясняется на чертежах. На фиг.1 изображены траектории вихревых потоков, созданного сжатым воздухом I и второго потока перемещаемых газов II, вводимого в центр вращающегося вихря. На фиг.2 показано устройство безлопастного усиления тяги и вентиляционных каналов.

Вихревой восходящий поток создают двумя обособленными потоками в жесткой воронке-конусе (фиг.1). Первичный поток I создают за счет тангенциально подведенного сжатого воздуха под давлением 0,2-0,5 МПа и придания ему вращательного движения - вихря, имеющего начальную скорость вращения 50-80 м/с. Вторым потоком II служат перемещаемые дымовые и агрессивные газы с большим перепадом температур, которые направляются в центр созданного первичного вихря. В начальной стадии турбулентный теплообмен происходит за счет гидростатического напора: Р=gH( _в- _г).

Теплый поток II, попав в зону турбулентности восходящего потока первичного вихря I, имея значительные температурные перепады ( Т), участвует в турбулентном энергообмене и совместном закручивании восходящего потока, увеличивая их линейные скорости вращения и увлекая все новые теплые потоки газа. Эти явления энергообмена и создаваемой дополнительной работы можно объяснить согласно первому закону термодинамики:

dq=dh+d(c ²/2),

где dq - теплота, подведенная к рабочему телу, движущемуся со скоростью с, идет на увеличение его энтальпии dh и кинетической энергии;

d(c²/2)=-Vdp - кинетическая энергия рабочего тела равна технической работе в данном случае по увеличению скорости вращения совместных потоков.

На фиг.2 показано устройство безлопастного усиления тяги дымовых и вентиляционных каналов, которое состоит из воронки-конуса 1, установленной вершиной на всасывающий конус 2. В нижней части воронки-конуса 1 установлен тангенциальный патрубок 3 для подвода сжатого воздуха. На воронку-конус 1 сверху посажен вершиной вниз конус 4 с основанием, большим основания воронки-конуса 1. Конус 4 опущен на одну треть воронки-конуса 1, создавая карман, заглушенный по образующей воронки-конуса 1. На конус-карман 4 установлен сборный конус 5 равного диаметра по основанию конуса-кармана 4. Вершина сборного конуса 5 оканчивается фланцем 6 для соединения с газоотводящей трубой. Конус-карман 4 снабжен патрубком 7 для сброса конденсата и шлама, тангенциальным патрубком 8 для смыва шлама, смотровым окном 9.

Способ осуществляется следующим образом. В воронку-конус 1 через тангенциальный патрубок 3 подается сжатый воздух с давлением 0,2-0,5 МПа, при этом создается первичный восходящий вихревой поток I с первоначальными скоростями вращения 50-80 м/с. Второй поток перемещаемых агрессивных газов II подается в созданный восходящий поток I через всасывающий конус 2 в центр восходящего вихревого потока I с большим перепадом температур ( Т). Встретившиеся потоки I и II за счет турбулентного энергообмена закручивают вихрь. Скорости вращения образовавшегося вихря значительно возрастают, в центр вихря увлекаются новые массы перемещаемых газов. Энергообмен между потоками изменяет точку росы общего потока, что может привести к процессу конденсатообразования. За счет центробежных сил вихря конденсат и тяжелые пылевые частицы оседают в нижней части конуса-кармана 4 и в последующем сбрасываются через патрубок 7 или смываются водой, подаваемой через тангенциальный патрубок 8. Вращающийся совместный поток I и II через сборный конус 5 направляется в газоотводящую трубу, присоединенную к фланцу 6.

Предлагаемый способ и устройство безлопастного усиления тяги дымовых и вентиляционных каналов позволят перемещать агрессивные и дымовые газы с высокой температурой за счет вихревых восходящих турбулентных потоков, используя энергетические ресурсы самих потоков и их кинетическую энергию без применения энергоемких, сложных в конструктивном плане и обслуживании дымососов и вентиляторов.