СПОСОБ ЛОКАЛЬНОЙ ВЫТЯЖНОЙ ВЕНТИЛЯЦИИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1995 года по МПК F24F7/06 B08B15/00 

Изобретение относится к вентиляционной технике и может быть использовано для локального дистанционного удаления вредных газов и мелкодисперсного аэрозоля, образующихся при сварке, пайке, в гальванопроизводстве и т.п.

Актуальный проблемой на промышленных предприятиях является очистка от загрязнений воздушной среды газами, дымом или пылью, при этом наиболее эффективный способ вентиляции заключается в удалении экологически вредных веществ вблизи источника их выделения, так как предотвращается распространение загрязнений по всему помещению.

Известны способы применения вихревых течений в вентиляционной технике для увеличения размеров всасывающего факела или пространственного совмещения приточной и вытяжной вентиляции.

Известен способ создания дополнительного периферийного вихревого потока без выпуска этого потока в рабочую зону [1] и устройство с установленными на входе двумя улиточными завихрителями противоположного вращения, при этом проточный воздух, вращаясь в расположенном ниже основном завихрителе, приводит во вращение слои воздуха в области вытяжного патрубка и удаляется через дополнительный улиточный завихритель. Однако в этом способе вращение слоев воздуха образуется только за счет механизма молекулярной вязкости газа, что не позволяет осуществить закрутку потока за пределами диаметра завихрителя и, соответственно, заметно увеличить область воздействия узла отсоса.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу и устройству является создание аппаратом структуры течения с вихревой периферийной струей и реверсивным потоком в области технологического процесса, реализуемого в известном устройстве для отсоса газов [2] содержащем улиточный завихритель и коаксиально установленный в нем всасывающий патрубок, в котором приточный воздух поступает в улиточный завихритель и, проходя между его стенками и кольцом, образует сильно закрученную нисходящую струю с пониженным статическим давлением в приосевой области и соответствующей зоной обратных токов. Приточная закрученная струя препятствует подтеканию воздуха к всасывающему патрубку сверху и с боков, тем самым удлиняя область захвата вредных газообразных продуктов. Вредные газы вовлекаются в зону обратных токов, транспортируются к вытяжному патрубку и удаляются.

Известно, однако, что при турбулентном режиме течения (имеющем место в практических условиях) взаимодействие нисходящей периферийной струи и восходящего приосевого потока приводит к появлению крупномасштабной неустойчивости течения в целом и выбросам вредных газов из всасывающего факела в окружающее пространство.

Цель изобретения создание способа вихревого отсоса и устройства для его осуществления, которые при невысоких уровнях энергозатрат в наиболее распространенных ситуациях обеспечат эффективное удаление экологически вредных газообразных или аэрозольных продуктов из зоны дыхания оператора без создания при этом помех для технологического процесса.

Цель достигается тем, что в способе вихревого отсоса, включающем создание отсасывающего потока газа и периферийного, закрученного с помощью завихрителя, периферийный газовый поток организуют в виде разомкнутой, радиально направленной вихревой струи, при этом расход газа периферийной струи Q_n связан с расходом отсасывающего газа Q_осоотношением Q_n α Q_o, где коэффициент α соответствует диапазону
0,6 < α < 1,1.

Цель достигается тем, что в устройстве, содержащем всасывающий патрубок, коаксиальный канал приточного воздуха, завихритель для равномерной закрутки периферийного потока, с внешней стенкой канала приточного воздуха сопряжен диффузор, расположенный на уровне среза всасывающего патрубка и выполненный с плавно расширяющимися стенками профилированными с кривизной, обеспечивающей безотрывное обтекание поверхности диффузора периферийным газовым потоком с изменением его направления с осевого на радиальное. При этом радиус кривизны диффузора cвязан с радиусом внешней стенки коаксиального канала соотношением
R γ R_в, где 0,3 < γ < 1,2.

Экспериментально получено, что эффективность отсоса в предлагаемом способе обеспечивается эжекционной способностью вихревой веерной струи, инициирующей восходящий поток до 7-8 калибров (по диаметру всасывающего патрубка). Необходимая локальность области эжекции определяется радиальной скоростью течения, которая затухает обратно пропорционально расстоянию от оси. Разрежение, создаваемое вентагрегатом на воде всасывающего патрубка, возрастает за счет вращения течения, что следует из уравнения движения для рационального направления ∂P/∂r ρ V_ц²/r, где Р давление; ρ плотность газа; V_ц окружная скорость; r радиальная координата. Расход отсасываемого газа задается конкретными условиями технологического процесса и соответствующими характеристиками вентилятора. Расход периферийной веерной струи Q_n связан с расходом отсасываемого газа Q_о соотношением:
Q_n α Q_o.

Коэффициент зависит от степени закрутки периферийной струи, конкретной геометрии устройства и от доли приосевого восходящего потока в эжектируемом течении. Опытные данные показывают, что способ реализуется при установке расхода периферийного приточного воздуха, соответствующего диапазону 0,6 < α < 1,1.

При описанном выше формировании структуры течения с разомкнутым периферийным газовым потоком исключается непосредственное взаимодействие встречных всасываемого и периферийного потоков и связанное с этим взаимодействием возникновение неустойчивости течения. Образуемая при этом локализованная вокруг патрубка зона эжекции увеличивает длину всасывающего факела за счет вовлечения воздуха из нижележащего от устройства пространства по направлению к зоне эжекции.

Подтверждение эффективности предлагаемого способа вихревого отсоса получено на примерах.

П р и м е р 1. Непосредственное количественное измерение полей скоростей течения, генерируемого предлагаемым способом, получено в серии опытов с помощью лазерного доплеровского анемомента (ЛДА), позволяющего бесконтактным способом получить данные в вихревом потоке. Эти эксперименты проведены на модели с диаметром всасывающего патрубка 33 км, расход отсасываемого газа составлял 10,2 ˙ 10^-3 кг/с.

На фиг.1 представлена экспериментальная зависимость вертикальной скорости на оси от расстояния до всасывающего патрубка. Здесь также приведена аналогичная зависимость, полученная для отсоса с помощью присоединенной к патрубку воронки диаметром 50 мм (угол раскрытия воронки 60^о). В последнем случае координата отсчитывается от среза воронки. Расход отсасываемого через воронку воздуха устанавливался равным 16,4 ˙ 10^-3 кг/с, т.е. эквивалентным сумме отсасываемого и приточного потоков в вихревом устройстве отсоса. Сравнение доказывает, что при приблизительно одинаковых энергозатратах предлагаемое устройство вихревого отсоса инициирует заданное значение скорости восходящего потока на более далеком от среза расстоянии.

П р и м е р 2. Реализация предлагаемого способа вихревого отсоса газа для производственных нужд осуществлена при удалении экологически вредных газов и аэрозолей из зоны электросварки. Всасывающий патрубок узла отсоса имел диаметр 160 мм, расход газа, удаляемого с помощью вентилятора, составлял 1000 м³/ч. На первом этапе с помощью специального генератора мелкодисперсного аэрозоля (частички глицерина) и локального его источника получены контуры всасывающего факела инициируемого предлагаемым способом (фиг.3) и стандартной воронкой (фиг. 2). Линией нанесены границы зоны 100%-ного захвата глицеринового аэрозоля. Эти данные, также как и полученные в примере 1 профили скорости, свидетельствуют о формировании с помощью разомкнутой вихревой веерной струи всасывающего факела с увеличенной по сравнению со стандартной воpонкой дальностью захвата. Обработка экспериментальных данных показала, что дальнодействие предлагаемого вихревого отсоса составляет Д6-7,5 калибров, тогда как этот параметр для воронки фирмы "Совплим" не превышает 3-4 калибров. Здесь за масштаб принят диаметр всасывающего патрубка узла местного отсоса.

В непосредственных опытах по удалению сварочного аэрозоля из области дуги получен устойчивый захват аэрозоля и транспортировка его к всасывающему патрубку с дистанции 1000 мм, радиус зоны захвата при этом составлял 500 мм. Унос аэрозоля из зоны дыхания электросварщика наблюдался при расположении узла отсоса на расстоянии до 1200 мм.

Предлагаемый способ позволяет установить эффективно рабочий узел отсоса на расстоянии, позволяющем электросварщику без помех выполнять технологический процесс.

Предлагаемый способ вихревого отсоса реализован в устройстве, содержащем всасывающий патрубок, коаксиальный канал приточного воздуха, входной патрубок для подвода приточного воздуха, лопаточный завихритель для равномерной закрутки периферийного потока, и отличается тем, что с внешней стенкой канала приточного воздуха сопряжен диффузор с плавно расширяющимися стенками, спрофилированными с кривизной, обеспечивающей безотрывное обтекание поверхности диффузора и разворот закрученной струи приточного в радиальном направлении.

На фиг.1 изображен разрез устройства, реализующего способ; на фиг.2 вид А на фиг.1; на фиг.3 схема подключения устройства систем вентиляции.

Устройство содержит всасывающий патрубок 1, коаксиальный с ним канал 2 приточного воздуха, входной патрубок 3 для подвода приточного воздуха. Патрубок 3 присоединен к каналу 2 асимметрично (фиг.2) для обеспечения приточному воздуху предварительного момента количества движения. В коаксиальном канале 2 установлен лопаточный завихритель 4, предназначенный для равномерной закрутки периферийного потока. С внешней стенкой канала приточного воздуха состыкован плавно расширяющийся диффузор 5. В меридиональном сечении профиль диффузора представляет дугу, кривизна которой удовлетворяет условию безотрывного обтекания закрученной струей поверхности диффузора. Нижняя сторона поверхности диффузора 5 находится на уровне среза всасывающего патрубка 1. Устройство подключают к вентагрегатам 6 и 7. Линия приточного воздуха содержит шибер 8 для регулирования уровня расхода.

Устройство работает следующим образом.

Приточный воздух поступает в канал 2 через асимметрично установленный патрубок 3, получая при этом некоторый предварительный момент количества движения. Затем поток проходит через лопаточный завихритель 3, где получает равномерную закрутку и поступает к выходу из коаксиального канала 2 в виде полой, интенсивно закрученной струи, основная масса которой сосредоточена у внешней стенки. Диффузор 5 обеспечивает начальную асимметрию ограничивающих поверхностей по отношению к закрученной струе, достаточную для возникновения перепада статического давления Р_кр, которое, складываясь с перепадом давления Р_вробусловленным вращением потока, вызывает искривление линий тока и прилипание струи к стенке.

Тем самым струя приточного воздуха направляется радиально (или достаточно близко в этом направлении). Из опытных данных известно, что радиус кривизны диффузора RD, обеспечивающий безотрывное обтекание своей поверхности закрученной струей интенсивностью 1-1,8 cвязан с радиусом R₂внешней стенки коаксиального канала соотношением R_D γ R₂, где 0,3 < γ < 1,2.

Использование: для удаления вредных газов и мелкодисперсного аэрозоля, образующихся при сварке, пайке, в гальванопроизводстве. Сущность изобретения: отсасывают из зоны выделения вредностей загрязненный ими воздух. Формируют отсасываемый воздух в центральный всасывающий факел. Подают приточный воздух, формируя его в закрученный периферийный поток, экранирующий центральный факел. Поток формируют в виде разомкнутой радиальной веерной струи. Задают расход отсасываемого воздуха. Расход приточного воздуха определяют из заданного соотношения. Для осуществления способа между корпусом и патрубком расположен завихритель потока. Корпус имеет диффузор, сопряженный с ним и расположенный на уровне среза патрубка со стороны отверстия. Стенки диффузора имеют изгиб с радиусом кривизны, определяемым из приведенного соотношения. 2 с.п.ф-лы, 3 ил.

1. Способ локальной вытяжной вентиляции путем отсоса из зоны выделения вредностей загрязненного ими воздуха, формирования отсасываемого воздуха в центральный всасывающий факел, подачи приточного воздуха, формирования его в закрученный периферийный поток, экранирующий центральный факел, отличающийся тем, что периферийный приточный поток воздуха формируют в виде разомкнутой радиальной веерной струи, при этом задаются расходом отсасываемого воздуха из зоны выделения вредностей, а расход Q_п приточного воздуха определяют из соотношения
Q_п= αQ_o,
где Q_о расход отсасываемого воздуха;
0,6 < α < 1,1 коэффициент согласования расходов приточного и отсасываемого потоков. 2. Устройство для локальной вытяжной вентиляции, содержащее цилиндрический корпус с коаксиально размещенным в нем всасывающим патрубком, имеющим приемное отверстие на срезе, расположенный между корпусом и патрубком завихритель периферийного потока, отличающееся тем, что корпус имеет диффузор, сопряженный с ним и расположенный на уровне среза всасывающего патрубка со стороны его приемного отверстия, при этом стенки диффузора имеют изгиб с радиусом кривизны
R_д= γR_к,
где R_к радиус корпуса;
0,3 < γ < 1,2 коэффициент формы изгиба.