ВСАСЫВАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 1994 года по МПК B08B15/00 

Изобретение относится к устройствам, обеспечивающим всасывание и транспортировку газов, жидкостей, их смесей, а также взвешенных в газах частиц, и может использоваться в качестве высокомобильного эксгаустера и отделителя производственных отходов, а также в качестве насоса в различных отраслях народного хозяйства.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому является устройство, которое содержит камеру с рабочим проемом, боковыми, задней и верхней стенками и козырьком. На боковых стенках соосно установлены в их верхней части два завихрителя в виде скрещенно врезанных одна в другую труб, подключенных к вытяжным воздуховодам. Козырек выполнен в виде полувитка спирали.

Известное устройство имеет ограниченные функциональные возможности и недостаточные технико-экономические показатели. Первый недостаток обусловлен отсутствием мобильности в связи с привязкой к стационарным устройствам вытяжной вентиляции. Второй недостаток связан с непроизводительным использованием кинетической энергии вихря, поскольку она не используется для очистки взвешенных в отсасываемом воздухе частиц (аэрозолей).

Целью изобретения является устранение указанных недостатков, т. е. расширение технологических и функциональных возможностей.

На фиг. 1 схематически изображено устройство; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 - вариант расположения устройства в пространстве с расположением продольного канала в нижней части устройства, поперечный разрез; на фиг. 5 - вариант завихрителя с сопловым направляющим аппаратом; на фиг. 6 - вариант завихрителя с плоской цилиндрической камерой и тангенциальным каналом ввода рабочей среды; на фиг. 7 - вариант устройства с вихревым эжектором и пылеотделителем; на фиг. 8 - вариант пылеотделителя с рукавным фильтром; на фиг. 9 - вариант устройства с двумя эжекторами; на фиг. 10 - вариант продольного канала, поперечный разрез; на фиг. 11 - вариант устройства с двумя продольными пазами; на фиг. 12 - вариант вихревого эжектора; на фиг. 13 - вариант расположения устройства в пространстве - вертикальное положение продольного канала.

Всасывающе устройство содержит цилиндрическую камеру 1, продольный канал 2, завихритель 3 и вихревой эжектор 4.

Цилиндрическая камера 1 образована поверхностью 5 корпуса устройства и торцевыми 6 и 7 стенками. Вдоль образующей камеры 1 выполнен продольный канал 2, тангенциальный к камере 1 и образованный козырьком 8 и боковиной 9. Канал 2 соединяет полость камеры 1 с окружающей средой, при этом ширина канала 2 ограничена торцевыми стенками 6 и 7. Эти стенки 6 и 7 могут быть использованы в качестве опор устройства для того или иного варианта расположения в пространстве - для размещения канала 2 в нижней, верхней или задней части устройства или под углом к горизонту. Если стенки 6 и 7 выполнены в виде многоугольников, то это обеспечивает много вариантов расположения устройства. Козырек 8 и боковина 9 могут быть выполнены прямолинейными или криволинейными, обеспечивающими сужающийся профиль канала 2 или постоянное поперечное сечение его. Канал 2 приближает зону всаса к месту образования аэрозоля, а козырек 8 способствует сбору аэрозоля в верхней части устройства и направлению в камеру 1 потока окружающей среды в силу прилипания его к поверхности козырька 8 согласно эффекту Коанда. Вследствие этого образуется завеса выходящего вверх потока окружающей среды, изолирующего зону, где находится источник загрязнений. При расположении канала 2 в нижней части устройства осуществляется всасывание газов тяжелее воздуха и тонкого слоя жидкой среды. В торцевой стенке 6 расположен завихритель 3, а в торцевой стенке 7 - вихревой эжектор 4. Завихритель 3, эжектор 4 и камера 1 выполнены соосно друг другу. Тангенциально к завихрителю 3 подведен рукав 10 очищенный (циркулирующий) смеси сред, а тангенциально к вихревому эжектору 4 подведен рукав 11. Рукав 11 соединяет заявляемое устройство с устройством очистки (на чертеже не показано), а рукав 10 соединяет это устройство очистки с завихрителем 3. Завихритель 3 закручивает поступающую из устройства очистки смесь сред, расширяя и ускоряя ее за счет оставшейся потенциальной и кинетической энергии этой смеси и образуя вихрь в камере 1. Вихревой эжектор 4 выполнен в виде плоской цилиндрической камеры 12, сужающегося сопла 13 для ускорения потока рабочей среды (давлением 0,2. . . 0,8 МПа) до звуковой скорости и тангенциального ввода этого потока в камеру 12, цилиндрической камеры смешения 14, сопла 15 ввода в камеру 14 пассивной (засасываемой) среды из камеры 1 и канала 16, выполненного тангенциально к камере 14. Канал 16 может быть выполнен цилиндрическим или в виде диффузора и предназначен для ввода смеси сред в рукав 11. Наружная поверхность 17 сопла 15 преобразует плоский вихревой поток камеры 12 в винтовой вихревой поток камеры 14. Камера 12 предназначена для ускорения вихревого потока рабочей среды от звуковой до сверхзвуковой скорости, а камера 14 предназначена для создания разрежения и передачи кинетической энергии и вихревого характера от потока рабочей среды потоку засасываемой из камеры 1 окружающей и циркулирующей сред.

Работает устройство следующим образом.

При подаче рабочей среды (сжатого воздуха, газа, флегматизирующего газа и т. п. ) в сопло 13 среда ускоряется до звуковой скорости и истекает в камеру 12, где закручивается, образуя плоский вихрь. Под действием центробежной силы и избыточного статического давления рабочая среда продолжает расширяться в камере 12 по мере движения от периферии к центру. По этой причине вихревой поток, истекающий из камеры 12 в камеру 14, имеет сверхзвуковую скорость, давление ниже атмосферного (разрежение) и весьма низкую плотность. Уровень этих параметров определяется отношением радиуса R камеры 12 к радиусу "r" камеры 14. Чем больше величина отношения, тем выше уровень сверхзвуковой скорости.

Поток сверхзвуковой скорости, истекающий из камеры 12 в камеру 14, создает разрежение и передает кинетическую энергию пассивной среде, засасываемой через сопло 15. Уровень разрежения определяется уровнем скорости V и плотности сверхзвукового потока рабочей среды и величиной центробежной силы, определяемой по формуле F= , где m - масса частицы. Максимальная величина разрежения достигается в приосевой зоне камеры 14 и камеры 1, так как через соло 15 вихрь в камере 14 закручивает среду в камере 1. Линейный поток смеси сред из камеры 14 по патрубку 16 и рукаву 11 поступает в устройство очистки и далее по трубопроводу 10 подается в завихритель 3. Остающаяся потенциальная и кинетическая энергия этого циркулирующего потока обеспечивает закручивание и ускорение этого потока в завихрителе 3 и поддержание вихря в камере 1. Низкая плотность вихря в камере 1 и высокий уровень разрежения в ней обуславливает подсос окружающей среды (газообразной или жидкой) через канал 2 и высокий уровень скорости среды в этом канале 2, что обеспечивает эффективное удаление загрязнений окружающей среды.

Возможно исполнение завихрителя 3 в виде соплового направляющего аппарата (СНА), образованного кольцевой камерой 18, лопатками 19, боковой стенкой 20 и центральным каналом 21. Степень ускорения потока в СНА определяется тем, какие сопла - сужающиеся или Лаваля - образуют лопатки 19. А интенсивность вихря, создаваемого СНА, определяется диаметром d канала 21 и уровнем скорости. СНА направляет и ускоряет поток, уменьшая статическое давление и плотность его. Подвод среды в камеру 18 выполнен тангенциальным. Возможно исполнение, когда завихритель 3 выполнен в виде плоской цилиндрической камеры 22, сужающегося сопла 23 и центрального канала 24. При этом сужающееся сопло 23 подключается к рукаву 10 и выполнено тангенциально к камере 22. Степень ускорения потока в камере 22 определяется отношением диаметра D камеры 22 к диаметру d канала 24.

Работает исполнение аналогично описанному за исключением того, что структура движения потока имеет спиралевидный характер.

Возможно исполнение, когда устройство снабжено пылеотделителем 25, герметично закрепленным на камере 1 и выполненным в виде цилиндрической камеры 26 и тангенциального канала 16 в зоне ввода камеры смешения 27 эжектора 4 в камеру 26, а также цилиндрической камеры 28 для сбора отходов (загрязнений). Камеры 26, 27, 28 соосны друг другу, при этом камера 27 имеет свободный выход смеси сред в камеру 26, а диаметр камеры 28 несколько больше диаметра камеры 26. Канал 16 воздухопроводом 29 (труда, рукав) соединяется с завихрителем 3, причем воздухопровод 29 имеет патрубок 30 для выброса части очищенной среды в атмосферу.

Работает исполнение аналогично описанному за исключением того, что кинетическая энергия и высокая центробежная сила вихревого потока в камере 27, а также влага рабочей и засасываемой среды, обеспечивает существенное увеличение размеров и массы частиц и быстрое осаждение их в камерах 26 и 28, т. е. эффективную очистку среды от загрязнений. Часть очищенной среды через патрубок 30 сбрасывается в атмосферу, а другая часть ее по воздухопроводу 29 поступает в завихритель 3, где расходует свою энергию на ускорение потока и создание вихря в камере 1. Тем самым засасывается окружающая среда через канал 2.

Возможно исполнение, когда пылеотделитель выполнен в виде рукавного фильтра 31, расположенного в камере 26, снабженной тангенциальным каналом 16.

Работает исполнение аналогично описанному, за исключением того, что загрязнения осаждаются фильтром 31.

Возможно исполнение, когда на торцевых стенках 6 и 7 установлены два эжектора 4, которые позволяют осуществить подвод и отвод циркулирующего потока осевым трубопроводом 32 и поддержание вихря во всех элементах проточной части без разрушения его.

При этом производительность эжектора 4 на стенке 6 меньше производительности эжектора 4 на стенке 7, что обеспечивает всасывание окружающей среды через канал 2. Часть очищенной среды выбрасывается в атмосферу через патрубок 30.

Работает исполнение аналогично описанному за исключением того, что эжектор 4 на стенке 6 отсасывает среду из устройства очистки, а эжектор 4 на стенке 7 отсасывает среду из камеры 1.

Возможно исполнение, когда продольный канал 2 образован козырьком 8 и наружной цилиндрической поверхностью 33 камеры 1 и имеет форму конфузора, что обеспечивает ускорение засасываемой в камеру 1 среды.

Работает исполнение аналогично описанному за исключением того, что образуется широкий в поперечном сечении выходящий поток засасываемой среды, прилипший к поверхности 33 и к внутренней поверхности козырька 8.

Возможно исполнение, когда выполнено два и более продольных каналов 2, которые образованы двумя и более козырьками 34, разнесенными в пространстве на угол α. Концы козырьков 34 направлены вниз, что создает восходящие потоки засасываемой среды, прилипшие к этим козырькам 34 и изолирующие объем между этими козырьками 34 от окружающей среды.

Работает исполнение аналогично описанному.

Возможно исполнение вихревого эжектора, когда плоская цилиндрическая камера 12 сообщена с цилиндрической вихревой камерой 35, в которой расположен патрубок 36 с камерой смешения 37. Камера 37 кольцеобразным каналом 38 сообщена с камерой 35, а осевым каналом 38 с камерой 1.

Работает исполнение аналогично описанному за исключением того, что вихревой поток рабочей среды из камеры 12 поступает в камеру 35, разворачивается в ней и истекает через канал 38 в камеру 37, создавая в ней разрежение и засасывая среду из камеры 1 через канал 39.

Возможно исполнение, когда все устройство размещено вертикально, что обеспечивает вертикальное расположение продольного канала 2 и всасывание окружающей среды в вертикальной плоскости.

При использовании предлагаемого устройства в качестве погружного насоса камера 1 устройства сообщена с окружающей средой рядом продольных каналов 2, равномерно расположенных по периметру камеры 1.

Работает исполнение аналогично описанному за исключением того, что расход засасываемой через каналы 2 среды возрастает.

Предлагаемое устройство позволяет устранить недостатки прототипа, в результате чего достигается следующий положительный эффект:
- цилиндрическая форма камеры и соосное последней расположение завихрителей создает вихревой поток во всем объеме камеры (а не только в ее верхней части, как у прототипа), что практически исключает рассеивание вихревого потока и потери энергии вихря от локальных турбулентных образований. Это, а также уменьшенный объем вихря (а, следовательно, более высокое разрежение в камере) позволяет удалять пылегазовые выделения с меньшими энергозатратами;
- в результате суженной конфигурации продольного проема (проемов) возрастает напор на всасе, что позволяет удлинить факел всасывания; удлинение факела всасывания позволяет улавливать вредные пылегазовые продукты с большей дистанции, что необходимо, например, при сварке крупногабаритных изделий, когда меняется координата зоны сварки;
- устройство не требует привязки к вентиляторам и жестким воздуховодам, сжатый воздух (рабочая среда для эжектора) может подводиться по гибким шлангам, в результате устройство приобрело свойство мобильности и портативности;
- соединение выхлопного патрубка эжектора с входным патрубком завихрителя позволяет направить энергию выхлопа на "подпитку" вихря в полости корпуса, что позволяет сократить расход рабочей среды, либо, при том же расходе, увеличить напор на входе;
- использование в качестве одного из завихрителей вихревого эжектора с подачей в него сжатого газа (в том числе флегматизирующего) исключает использование электроприводного вентилятора в качестве побудителя тяги, что позволяет удалять взрывоопасные продукты с полной гарантией безопасности этого процесса;
- в силу резкого охлаждения рабочей и окружающей сред в камере смешения эжектора и сопутствующему образованию тумана устройство позволяет коагулировать взвешенные в газовой среде частицы, что облегчает их улавливание. (56) Авторское свидетельство СССР N 1652766, кл. F 24 F 7/02, 1989.

Изобретение относится к устройствам для всасывания и транспортировки газов, жидкостей, их смесей, а также отделения взвешенных в них частиц. Целью изобретения является расширение функциональных и технологических возможностей устройства. Устройство выполнено в виде трубчатой оболочки с продольным тангенциальным каналом. По бокам оболочки оппозитно установлены два завихрителя, по крайней мере один из которых выполнен в виде вихревого эжектора, соединенного с источником рабочей среды. Согласно одному из вариантов исполнения, выходной патрубок эжектора соединен обратным трубопроводом с входным патрубком противолежащего завихрителя. Обратный трубопровод может быть снабжен патрубком, через который заданная часть смеси рабочей и пассивной сред стравливается в окружающую среду. На выходе вихревого эжектора может быть установлен соосный оболочке пылеотделитель, в том числе, содержащий рукавный фильтр. Имеются и другие варианты исполнения объекта, кроме изложенных. При подаче рабочей среды в полость вихревого эжектора внутри оболочки создается разрежение, что определяет засасывание окружающей среды. Оппозитный эжектору завихритель без дополнительных энергозатрат поддерживает вихрь внутри оболочки, участвует в преобразовании винтового вихревого потока окружающей среды /внутри оболочки/ в плоский вихревой поток в камере эжектора. Тем самым интенсифицируется всасывание окружающей среды через тангенциальный продольный проем оболочки. По сравнению с прототипом устройство обладает более широкими технологическими возможностями: мобильность, портативность, возможность действия в широком диапазоне сред и пространственных положений. Кроме того, расширены технологические возможности, помимо всасывания, устройство обеспечивает отделение взвешенных частиц, на что задействуется неиспользованная кинетическая энергия вихревого потока смеси сред. Устройство обладает абсолютной пожаро- и взрывобезопасностью. 3 з. п. ф-лы, 13 ил.

1. ВСАСЫВАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО, содержащее камеру, в корпусе которой выполнен проем и завихрители, расположенные соосно друг с другом на противолежащих стенках камеры, отличающееся тем, что, с целью расширения технологических возможностей, камера выполнена цилиндрической, завихрители установлены соосно с камерой и по крайней мере один из них выполнен в виде вихревого эжектора, при этом проем выполнен в виде расположенной вдоль образующей корпуса щели, сопряженной с подводящим каналом, стенки которого расположены тангенциально к корпусу. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно снабжено средством очистки, при этом напорный патрубок вихревого эжектора посредством трубопроводов сообщен со средством очистки, средство очистки сообщено с противолежащим завихрителем, а трубопровод за средством очистки по направлению движения потока сообщен патрубком с атмосферой. 3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что средство очистки выполнено в виде пылеотделителя, соосного с камерой и закрепленного на ее стенках. 4. Устройство по пп. 1 - 3, отличающееся тем, что канал образован наружной поверхностью цилиндрической камеры и сопряжен с корпусом козырьком.