АТМОСФЕРНЫЙ СТРУЙНЫЙ НАСОС Российский патент 2005 года по МПК F04F5/16 

Изобретение относится к проблеме добычи воздушных струйных течений из тропосферы Земли, обладающих высокими скоростями 30-80 м/с [1] и минусовой температурой до -55°С, и может быть применено для использования в холодильной технике, в ветровых электростанциях, для кондиционирования воздуха, как в жилых домах, так и в промышленных предприятиях металлургии, машиностроения и во многих других областях техники.

Перед авторами стояла задача создания промышленного устройства, позволяющего добывать струйные течения из тропосферы Земли с наименьшими потерями и облегчающее техническую экспертизу заявки.

Известны промышленные струйные насосы [2] применяемые для перекачки жидкости, газов и сыпучих материалов. Они содержат сопло, по которому подается рабочая жидкость в приемную камеру, в которой происходит разрежение, и камеру смешения. Снизу, в струйном насосе имеется приемный патрубок, через который подается инжектируемый поток в камеру смешения.

Недостатком известных струйных насосов является невозможность использования их в качестве добычи струйных течений из-за небольшой производительности, так как применяемый рабочий поток, выходящий из сопла и поступающий в приемную камеру под давлением, намного больше атмосферного и имеет площадь поперечного сечения небольшую, а также производит поступление инжекционного потока в приемную камеру снизу.

Указанный недостаток характеризует отсутствие обоснования достаточности предложенного технического решения решению поставленной задачи и логической незавершенностью.

Целью изобретения является добыча из верхней тропосферы Земли струйных течений, обладающих высокими скоростями и минусовой температурой, достигающей до -55°С, с помощью атмосферного струйного насоса (АСН), имеющего высокую производительность.

Поставленная цель достигается тем, что в конструкции АСН с целью создания максимального разрежения в нижней части инжекционной камеры установлен полуцилиндр, при обтекании которого воздушным горизонтальным потоком скорость его увеличивается. Максимум скорости наблюдается над миделевым сечением полуцилиндра, где скорость [3] равна удвоенной скорости набегающего потока.

АСН содержит рабочее сопло, через которое подается воздушный поток, камеру смешения, инжекционную камеру, в верхнюю часть которой происходит поступление воздушного потока за счет инжекции, а в нижней части расположен полуцилиндр, над которым производится разрежение, камеру смешения, где происходит слияние двух потоков, и выходную камеру.

Из-за увеличенной скорости над миделевой областью полуцилиндра происходит разрежение. Тут же в разреженную область начинают подсасываться верхние слои атмосферы, расположенные над АСН, образуя при этом вертикальную щель в атмосфере. Верхние слои атмосферы тут же отсасываются протекающим горизонтальным потоком, в камере смешения происходит их смешение, на их место поступают новые воздушные массы с более верхних высот, и так продолжается беспрерывный процесс инжекции при наличии горизонтального ветрового потока, проходящего через АСН. И как только давление над миделевой областью полуцилиндра сравняется с давлением, где протекают струйные течения, то струйные течения сразу начинают подсасываться к миделевой области. Обычно струйные течения в средних широтах располагаются на высоте 8-12 км. При прекращении горизонтального ветра инжекция прекращается и щель затягивается.

Сущность настоящего изобретения состоит в том, что введение в конструкцию АСН полуцилиндра, расположенного в основании инжекционной камеры с миделевой поверхностью, обращенной кверху, и создающего разрежение, позволяет производить отсос воздуха из тропосферы сверху вниз и делает его логически завершенным, повышает обоснованность заявочного материала и позволяет однозначно оценивать предложенное изобретение с позиции решения поставленной задачи.

На приведенных чертежах фиг.1 показан общий вид АСН в разрезе А-А, на фиг.2 - вид сверху.

АСН состоит из следующих частей: рабочего сопла 1, в который поступает горизонтальный воздушный поток от вентилятора (на фиг.1 вентилятор не показан), инжекционной камеры 2 с вертикальным верхним подсосом, камеры смешения 3, выходной камеры 4 подающей струйные течения к потребителю и полцилиндра, над которым в области точки М происходит разрежение.

Материалом для изготовления АСН может служить армированный бетон.

АСН работает следующим образом. При включении вентилятора в рабочее сопло 1 начинает поступать от вентилятора горизонтальный поток ветра. При прохождении воздушным потоком миделевой области над точкой М происходит максимальное его разрежение за счет увеличения скорости в два раза. В связи с этим начинается подсос воздушной массы из тропосферы в инжекционную камеру 2 по вертикали сверху вниз, то есть производится вертикальная инжекция. Длительность инжекции протекает в течение 1,5-2 часов, за это время в тропосфере образуется сквозная щель, которая достигает высот, где протекают струйные течения, в течение этого времени атмосферное давление в миделевой области полуцилиндра уравновешивается с давлением, где протекают струйные течения, а так как инжекция продолжается беспрерывно, то она и производит подсос струйных течений в инжекционную камеру 2. После инжекционной камеры струйные течения поступают в камеру смешения 3, где происходит их перемешивание с горизонтальным потоком ветра, а оттуда через выходную камеру 4, струйные течения со скоростью 4 выше 40 м/с с температурой минус 20-22°С поступают по изолированному трубопроводу к потребителю.

Здесь более подробно поясняем промышленную применимость изобретения. Использование воздуха с минусовой температурой целесообразно применять в крупных холодильниках производительностью на 5000-10000 тонн и выше для хранения продуктов.

Осуществление изобретения производится путем подсоединения изолированного трубопровода к выходящей стороне струйного насоса. По трубопроводу холодный воздух подается к зданию холодильника, построенного у подножия горы, на вершине которой установлен струйный насос. Затем через систему подготовки (регулирование скорости, температуры и влажности) и разветвлений холодный воздух подается в холодильные камеры. С помощью системы автоматики в камерах поддерживается необходимая температура [4], а отработанный холодный воздух выбрасывается в окружающую среду.

Следующим способом осуществления изобретения является использование кинетической энергии ветра путем преобразования ее в электрическую, для этого устанавливается перед выходной камерой 4 воздушная турбина или ветровое колесо, соединенные посредством трансмиссии с генератором [1].

Литература

1. Шефтер Я.И. Ветроэнергетические агрегаты. - М.: Машиностроение, 1972. С.6.

2. Соколов Е.Я., Зингер Н.М. Струйные аппараты. - М.: Энергоатомиздат, 1989. С.189.

3. Иванов О.П., Мамченко В.О. Аэродинамика и вентиляторы. - Л.: Машиностроение, 1986. С.43-44.

4. Вайнштейн В.Д., Конторович В.И. Низкотемпературные холодильные установки. - М.: Пищевая промышленность, 1972. С.311.

Насос предназначен для перекачивания воздушных масс. Атмосферный струйный насос содержит рабочее сопло, инжекционную камеру, камеру смешения и выходную камеру, а основание инжекционной камеры выполнено в виде полуцилиндра. Технический результат - расширение области применения. 2 ил.

Атмосферный струйный насос, содержащий рабочее сопло, инжекционную камеру, камеру смешения и выходную камеру, отличающийся тем, что основание инжекционной камеры выполнено в виде полуцилиндра.