ГАСИТЕЛЬ КОЛЕБАНИЙ ДЫМОВОЙ ИЛИ ВЕНТИЛЯЦИОННОЙ ТРУБЫ С ИЗМЕНЯЕМОЙ АЭРОДИНАМИКОЙ Российский патент 2023 года по МПК F16F15/00 

Изобретение относится к строительству при проектировании дымовых и вентиляционных труб и может быть использовано для избежания резонансного вихревого возбуждения трубы.

При воздействии ветра на высотные сооружения (в т.ч. трубы), воздух, обтекая конструкцию, поочередно справа и слева срывается с нее, образуя вихри. Такое явление носит периодический характер и приводит к резонансному вихревому возбуждению сооружения при совпадении частоты срыва воздушных вихрей и собственной частоты колебаний сооружения.

Известен интерцептер дымовой трубы (Патент RU № 71731, Опубликовано: 20.03.2008, Бюл. № 8), состоящий из отдельных пластин, одной стороной примыкающих к ее наружной поверхности, отличающийся тем, что контур стороны каждой пластины, примыкающей к наружной поверхности дымовой трубы, выполнен по радиусу, определяемому построением по трем точкам сегмента, две из которых являются концами его хорды, равной длине L пластины, а третья, определяющая высоту сегмента, находится из равенства высоты сегмента пластины и высоты сегмента с радиусом наружной поверхности дымовой трубы и хордой l, определяемой соотношением

l=L×sinα,

где l - хорда сегмента с радиусом наружной поверхности дымовой трубы, мм;

L - длина пластины интерцептера, мм;

α - угол наклона пластины интерцептера к оси дымовой трубы, град.

Такое решение способствует непериодическому срыву вихрей и, соответственно, способно пресекать возможность образования резонансного вихревого возбуждения трубы, однако повышает аэродинамическое лобовое сопротивление конструкции, тем самым увеличивая ветровую нагрузку и расход материалов несущих конструкций проектируемой трубы.

Известен гаситель колебаний дымовой трубы, содержащий полосовые лопасти, установленные по спирали в верхней части трубы и закрепленные кромкой перпендикулярно к ее наружной поверхности (Патент RU № 73048, Опубликовано: 10.05.2008, Бюл. № 13), принятый за прототип, отличающийся тем, что полосовые лопасти выполнены поперечно гофрированными.

Данное решение препятствует периодическому срыву вихрей и, соответственно, способно пресекать возможность образования резонансного вихревого возбуждения трубы и способствует уменьшению аэродинамического лобового сопротивления конструкции трубы, в отличие от традиционных нагофрированных гасителей колебаний, однако повышает трудоемкость установки за счет сложной формы и также увеличивает ветровую нагрузку и расход материалов несущих конструкций проектируемой трубы.

В основу изобретения поставлена цель снижения аэродинамического лобового сопротивления трубы при скоростях ветра, являющихся максимальными (расчетными) для района проектирования, в то же время избежав явления резонансного вихревого возбуждения, наблюдаемого при скорости ветра меньше расчетной, что уменьшит нагрузки от ветровых воздействий и, соответственно, затраты на материалы несущих конструкций трубы.

Технический результат - избежание ветрового резонанса при скорости ветра, не достигающей максимальной (расчетной) для района проектирования без увеличения аэродинамического сопротивления трубы при максимальной (расчетной) для района проектирования скорости ветра.

Решение поставленной задачи достигается тем, что гаситель колебаний является подвижной (вращающейся) частью конструкции и, поворачиваясь вокруг вертикальной оси в зависимости от скорости ветра, изменяет форму сечения трубы, избегая резонансного вихревого возбуждения.

Описание чертежей.

Подробнее сущность изобретения продемонстрирована примером реализации, иллюстрированном Фигурами, на которых представлены:

Фиг. 1 - Фрагмент сечения трубы с “открытым” положением гасителя колебаний,

Фиг. 2 - Фрагмент сечения трубы с “закрытым” положением гасителя колебаний,

Фиг. 3 - Графики зависимости частоты срыва вихрей от скорости ветра с областью частоты резонанса конструкции.

Фиг. 4 - Пример использования изобретения в конструкции трубы.

1 - Гаситель колебаний

2 - Вертикальная ось вращения гасителя колебаний

3 - Конструкция трубы

4 - Поверхность “открытого” гасителя колебаний

5 - Поверхность “закрытого” гасителя колебаний

6 - График зависимости частоты срыва вихрей от скорости ветра в “открытом” положении гасителя колебаний

7 - Область работы конструкции в “открытом” положении гасителя колебаний

8 - График зависимости частоты срыва вихрей от скорости ветра в “закрытом” положении гасителя колебаний

9 - Область работы конструкции в “закрытом” положении гасителя колебаний

10 - Область резонанса конструкции

В конструкции трубы 3 располагаются гасители колебаний 1 с осью вращения 2, имеющие цилиндрические или многогранные поверхности 4 и 5 с определенными радиусами кривизны, где радиус кривизны поверхности 5 близок к радиусу кривизны поверхности трубы, а радиус кривизны поверхности 4 меньше. Путем вращения на 180 градусов вокруг вертикальной оси 2 гаситель колебаний 1 может иметь “открытое” положение, продемонстрированное на Фиг. 1, или “закрытое” положение, продемонстрированное на Фиг. 2.

При малой средней скорости ветра на определенной высоте трубы гаситель колебаний 1 имеет “открытое” положение (Фиг. 1) и частота срыва вихрей по графику зависимости частоты срыва вихрей от скорости ветра в “открытом” положении гасителей колебаний 6 находится в области работы конструкции в “открытом” положении гасителей колебаний 7 (Фиг. 3). При достижении частоты срыва вихрей близкой к области резонанса конструкции 10 гаситель колебаний 1 вращается за счет шагового электродвигателя вокруг вертикальной оси 2 на 180 градусов и переходит в “закрытое” положение (Фиг. 2) и частота срыва вихрей по графику зависимости частоты срыва вихрей от скорости ветра в “закрытом” положении гасителей колебаний 8 переходит в область работы конструкции в “закрытом” положении гасителей колебаний 9 (Фиг. 3).

Количество гасителей колебаний и их размеры определяются расчетом и возможностью установки в конструкцию трубы. Необходимость установки гасителей колебаний определяется из условия возможности возникновения резонансного вихревого возбуждения. Длина гасителей колебаний по высоте трубы может изменяться. Гаситель колебаний может разделяться и изменять количество и форму по высоте трубы для более точной настройки работы ввиду изменчивости скорости ветра по высоте. Форма поверхностей гасителя колебаний может быть цилиндрической или многогранной. Допускается поворот гасителей колебаний в промежуточное положение между их “открытым” и “закрытым” состояниями.

Изобретение относится к области строительства. Гаситель колебаний дымовой или вентиляционной трубы с изменяемой аэродинамикой в составе трубы имеет составную цилиндрическую форму и состоит из двух вертикальных поверхностей, где радиус кривизны одной поверхности близок к радиусу кривизны вертикальной поверхности трубы, а радиус кривизны другой поверхности меньше радиуса кривизны вертикальной поверхности трубы, одновременно гаситель колебаний имеет возможность поворота вокруг вертикальной оси. Обеспечивается избежание ветрового резонанса при скорости ветра, не достигающей максимальной (расчетной) для района проектирования без увеличения аэродинамического сопротивления трубы при максимальной (расчетной) для района проектирования скорости ветра. 5 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Гаситель колебаний дымовой или вентиляционной трубы с изменяемой аэродинамикой в составе трубы, отличающийся тем, что поверхность гасителя колебаний имеет составную цилиндрическую форму и состоит из двух вертикальных поверхностей, где радиус кривизны одной поверхности близок к радиусу кривизны вертикальной поверхности трубы, а радиус кривизны другой поверхности меньше радиуса кривизны вертикальной поверхности трубы, одновременно гаситель колебаний имеет возможность поворота вокруг вертикальной оси.

2. Гаситель колебаний по п.1, отличающийся тем, что поверхность гасителя колебаний имеет многогранную форму.

3. Гаситель колебаний по п.1, отличающийся тем, что внешняя поверхность выполнена из металла.

4. Гаситель колебаний по п.1, отличающийся тем, что внешняя поверхность выполнена из композитного материала.

5. Гаситель колебаний по п.1, отличающийся тем, что внешняя поверхность выполнена из пластмассы.

6. Гаситель колебаний по п.1, отличающийся тем, что поворот осуществляется за счет электродвигателя.