АСПИРАЦИОННАЯ ВОРОНКА Российский патент 1995 года по МПК B08B15/00 

Изобретение относится к средствам для обеспыливания воздуха при загрузке пылящих сыпучих материалов и может быть использовано в промышленности строительных материалов, металлургической, пищевой отраслях промышленности, машиностроении, энергетике и других отраслях народного хозяйства.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является аспирационная воронка, содержащая соосно установленные одна в другой с образованием кольцевой щели между ними коническую вставку и обечайку в форме усеченного конуса, с меньшим основанием которого соединен воздуховод системы аспирации [1].

Недостатком данного устройства является малая область применения, т.е. не может применяться при необходимости обеспечения разных скоростей во всасывающей щели и патрубке (разных соотношений площади всасывающей щели и патрубка), большое гидравлическое сопротивление вследствие нерациональной формы корпуса.

Целью изобретения является расширение области применения и сокращение гидравлического сопротивления.

Сущность изобретения сводится как к снижению гидравлического сопротивления путем рациональной формы воздушного канала между обечайкой и вставкой, а также к расширению области применения за счет обеспечения различных соотношений площадей кольцевой щели и меньшего основания обечайки.

Наличие кольцевой щели позволяет повысить скорость воздуха в щели по сравнению, например, с обычной аспирационной воронкой в виде зонта с открытым сечением (без внутренней вставки), что позволяет интенсифицировать процесс локализации вредных выделений в атмосферу. Увеличение гидравлического сопротивления конструкции компенсируется выполнением профиля образующей конической вставки по указанной кривой, которая позволяет обеспечить плавное безвихревое течение воздуха в зазоре между обечайкой и внутренней вставкой на всем протяжении, что позволяет снизить гидравлическое сопротивление по сравнению, например, с вставкой с прямолинейной образующей. Кроме того, указанная формула позволяет выполнить площадь всасывающей щели меньше или больше площади аспирационного патрубка в зависимости от необходимых задач, что позволяет расширить функциональную сферу применения аспирационной воронки. Так, например, при выполнении площади кольцевой щели меньше площади патрубка можно поднять скорость воздуха в ней, чем интенсифицировать процесс локализации вредностей: при этом можно будет снизить скорость воздуха в воздуховоде за воронкой и, тем самым, снизить его гидравлическое сопротивление, сократить энергозатраты. При выполнении площади кольцевого зазора больше площади патрубка воронку можно будет использовать в составе аспирационного укрытия места выгрузки сыпучего материала, например, известного укрытия с двойными стенками, что позволяет удалить всасывающую щель от центра пылевоздушного потока, где концентрация пыли обычно максимальна.

Выполнение образующей конической вставки по предлагаемой кривой позволяет улучшить работу существующих аспирационных систем без особых трудозатрат: внутрь существующего зонта помещается рассчитанная для данных условий коническая вставка, после чего значительно улучшается работа устройства.

Формула позволяет обеспечить плавный переход по площади от кольцевого зазора любого сечения до круглого патрубка любого сечения и обеспечить на всем этом протяжении плавное безвихревое и безотрывное течение воздушного потока с увеличивающейся, уменьшающейся или постоянной скоростью в зависимости от необходимых условий, что значительно снижает гидравлическое сопротивление заявляемого устройства.

Формула получена из следующих посылок:
Площадь кольцевой всасывающей щели
S_o = π(R_o² - r_o²), (1) где r_о - радиус основания вставки;
R_о - радиус нижнего основания обечайки.

Площадь обечайки (меньшего основания) на уровне выхода воздушного потока равна площади патрубка
S_n = πR_b, где R_b - радиус меньшего основания обечайки.

Тангенс угла между образующей обечайки и продолжением патрубка
tgα = = где R_i - текущая координата радиуса обечайки;
h_i - текущая высота аспирационной воронки;
h_о - высота вставки.

Площадь кольцевого зазора между обечайкой и вставкой на уровне текущей координаты
S_i = π(R_i² - r_i²). Выражая R_i, получаем R_i = h_itgα+ R_b или S_i = π[h_itgα² + 2h_itgαR_b + R_b² - r_i²] ,(3) где R_o≥R_i≥R_b - пределы изменения текущей координаты и r_o≥r_i≥0, т.е. на уровне патрубка вставка исчезает.

Разность площадей кольцевой щели и патрубка (меньшего основания)
S_o - S_n = Δ (4) Δ может быть больше нуля, меньше нуля или равно нулю в зависимости от конкретных требований, предъявляемых к аспирационной воронке.

Относительное изменение площади (приращение или уменьшение) на высоту вставки равно Δ/h_i. Относительное изменение площади в i-ом сечении устройства
(h_o-h_i)
Площадь кольцевого зазора на уровне i-го сечения, выражаемая через площадь кольцевой щели, и изменение площади в i-ом сечении
S_i= S_o- (h_o-h_i) при H_i = 0, S_i = S_o - Δ= S_n, при H_i = H_o, S_i = S_o. Приравнивая (3) и (5), получаем:
π(h_itgα)²+π2h_itgαR_b+πR2b

-πr2i=S_o- (h_o-h_i) Подставляя сюда (1), (2), (4), получаем
π(h_itgα)²+π2h_itgαR_b+πR2b-πr2i=π(R2o-r2o) - (h_o-h_i)
Сокращая на π и раскрывая скобки,
(h_itgα)²+2h_itgαR_b+πR2b-r2i=R2o-r2o - Приводя правую часть к общему знаменателю,
(h_itgα)²+2h_itgαR_b+R2b-r2i = Раскрывая скобки и сокращая
h_o(h_itg α)² + 2h_oh_itg αR_b - h_or_i² =
=h_iR_o² - h_ir_i² - h_iR_b². Приводя подобные, имеем
h_o[(h_itg α)² + 2h_itg αR_b] - h_i(R_o² + r_o² +
+ R_b³) = H_or_i². Окончательно
r_i=
Полученная формула позволяет независимо от угла раскрытия внутреннего конуса воронки - угла между обечайкой и продолжением патрубка, высоты и радиусов обечайки и внутренней вставки (т.е. размеры аспирационной воронки могут быть любыми) получить плавный переход по площади поперечного сечения от кольцевой щели между обечайкой и вставкой до патрубка, что позволяет снизить гидравлическое сопротивление предлагаемой аспирационной воронки.

На чертеже показано устройство.

Аспирационная воронка состоит из выполненной в форме усеченного конуса большим основанием книзу обечайки 1, к меньшему основанию которой присоединен цилиндрический патрубок 2, а внутрь которой помещена концентрично вставка 3 с образованием кольцевой щели 4.

Устройство работает следующим образом.

Устройство устанавливается над источником вредных выделений (газ, пыль, горячий воздух), которые поднимаются вверх и наталкиваются на вставку 3, начинают выходить из-под нее и попадают в кольцевую щель 4. Окружающий воздух, подсасываемый от наружной стороны обечайки 1, стремясь во всасывающую кольцевую щель 4, поджимает поток вредностей, не позволяя им выйти за пределы, ограниченные нижним основанием обечайки 1. Из кольцевой щели 4 аспирируемые вредности поступают в кольцевой зазор между корпусом обечайки 1 и вставкой 3, далее засасываются в патрубок 2 и удаляются системой трубопроводов (на схеме не показаны).

Предлагаемое устройство позволяет полностью локализовать источники газо-, пыле-, тепловыделений за счет большей эффективности отсасывания путем повышения скорости аспирируемого воздуха в кольцевой щели и сократить энергозатраты путем снижения гидравлического сопротивления устройства за счет уменьшения скорости воздуха в патрубке и системе воздуховодов. Форма корпуса, выполненная по предложенной формуле, обеспечивает плавный переход по площади от кольцевой щели до патрубка, чем сократить также гидравлическое сопротивление устройства.

По сравнению с базовым объектом (прототипом) предлагаемое устройство позволяет сократить гидравлическое сопротивление на 30-40% при тех же расходах воздуха.

Использование: в промышленности строительных материалов, металлургической, пищевой отраслях промышленности, машиностроении, энергетике и других отраслях народного хозяйства. Сущность изобретения аспирационная воронка состоит из выполненной в форме усеченного конуса обечайки 1, к меньшему основанию которой присоединен цилиндрический патрубок 2, а внутрь которой помещена концентрично вставки 3 с образованием кольцевой щели 4. Образующая вставка 3 выполнена по кривой, описываемой определенным уравнением. В устройстве сокращается гидравлическое сопротивление устройства, оно позволяет выполнить плавный переход от кольцевой щели до патрубка при любых соотношениях площадей всасывающей щели и патрубка. 1 ил.

АСПИРАЦИОННАЯ ВОРОНКА, содержащая соосно установленные одна в другой с образованием кольцевой щели между ними коническую вставку и обечайку в форме усеченного конуса, с меньшим основанием которой сообщен воздуховод системы аспирации, отличающаяся тем, что, с целью расширения области применения и сокращения гидравлического сопротивления, образующая вставки выполнена в виде кривой, определяемой по формуле

где R_о - радиус нижнего основания обечайки;
r_о - радиус основания конусной вставки;
h_i - текущая координата радиуса конусной вставки;
H₀ - высота конусной вставки;
H_i - текущая координата высоты конусной вставки;
α - угол между образующей обечайки и продолжением патрубка;
R_в - радиус обечайки в месте ее соединения с воздуховодом.