Устройство для механического рассеивания пыли Советский патент 1993 года по МПК E21F5/00 F23L17/02 F24F13/08 

. Изобретение относится к обеспылива- нию атмосферного воздуха и может быть использовано в любой отрасли промышленности.

Цель изобретения в повышении эффективности принудительного рассеивания при отсутствии ветра.

На чертеже представлено устройство, вид спереди с местным осевым разрезом.

Устройство состоит из вентиляционной шахты 1, внутренний диаметр DI которой равен 1000 мм и которая оканчивается вверху фланцем 2 с насаженным на него оголовком, состоящим из корпуса 3 и приспособления для разделения пылевого материала на фракции, выполненного в виде набора из четырех (по количеству фракций в пылевом материале) горизонтальных труб 4. Трубы 4, оси которых полностью лежат в одной вертикальной плоскости, расположены одна над другой и с обеих сторон имеют свободные выходы. Каждая труба 4 имеет участок, заключенный в корпус 3 ого- ловка. На этом участке со стороны движения пылевоздушного потока выполнены приграничные отверстия 5 так, что каждая труба имеет по два одинаковых отверстия 5. Концы нижней трубы 4 отогнуты вниз, а верхней трубы 4 - вверх. При этом диаметры труб 4 пропорциональны процентному содержанию пыли каждой фракции в общей массе пыли так, что сумма квадратов диаметров всех труб квадрату диаметра DI вентиляционной шахты 1 (Di2 Ог2 Оз2 Ds2). и, начиная снизу, соответственно равны

00

ю со со ю

со

D2 165,7 мм; Оз 166,7 мм; D 499,8 мм; DS 833,3 мм. Причем диаметры отверстий 5 для каждой трубы, начиная внизу, соответственно ,9 мм; da 117,9 мм; ,4 мм. А отверстия 5 крайней верхней трубы 4 сливаются в одно отверстие с ,3 мм.

Корпус 3 оголовка со стороны боковых поверхностей труб 4 сплющен с зазором так, что последовательно после каждой трубы по ходу потока этот зазор уменьшает свое проходное сечение на величину общего проходного сечения приграничных отверстий 5 каждой предыдущей трубы 4. Внутри каждой трубы 4 установлен поршень 6. на штоке 7 с возможностью возвратно-поступательного движения. Штоки 7 своими концами шарнирно закреплены на поршнях 6 и шейках 8 коленчатого вала 9. Штоки 7, кро-- ме того, пропущены через щелевые горизонтальные втулки 10. Коленчатый вал 9 оканчивается шестерней 11 и с помощью опор 12 жестко закреплен на корпусе 3 с возможностью вращения вокруг своей оси. В свою очередь корпус 3 установлен на вентиляционной шахте 1 с возможностью вращения вокруг своей оси, что обеспечивается зацеплением шестерни 11с неподвижной шестерней 13, на которой установлен электропривод 14. Шестерня 13 с помощью опор 15 жестко закреплена на вентиляционной шахте 1. Корпус 3 оголовка в нижней части оканчивается фланцем-втулкой 16, во внутреннюю прорезь которого помещен фланец 2, а во внешнюю - шестерня 13. Зубчатый наконечник 17 вала электропривода 14 опирается на зубчатую поверхность фланца-втулки 16.

На верхней трубе 4жестко на кронштейнах 16 закреплен зонт-обтекатель 19.

Устройство работает следующим образом.

Остаточно запыленный воздушный поток по вентиляционной шахте 1 поступает в корпус 3 оголовка, в зону расположения труб 4. Упомянутое ступенчатое расположение труб 4 и отверстия 5 учитывают эпюру скорости воздушного потока в шахте 1, которая характеризуется максимальной скоростью потока на оси с постепенным осесимметричным ее затуханием в направлениях к стенкам канала. Согласно закону Стокса, находясь в таких аэродинамических условиях, более крупные, обладающие большей инерционностью и большим аэродинамическим сопротивлением, частицы пыли сносятся к стенкам канала. Частицы же мелких фракций с меньшими инерционностью и аэродинамическим сопротивлением концентрируется на оси канала. В результате этого в полость нижней трубы 4 через ее приграничные отверстия 5 поступа0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

ют частицы наиболее крупной фракции (630- 1000 мкм). Движущийся возвратно-поступательно внутри трубы 4 поршень 6 выталкивает порции запыленного данной фракцией частиц воздуха поперечно через открытые выходные сечения трубы 4 с каждого торца.

Аналогичные процессы, но лишь с уменьшающейся по размерам, фракциями, т.е. 400 - 630 мкм, 315 - 400 мкм, 200 - 315 мкм, частицами, реализуются в каждой последующей по высоте строительства трубе 4. Таким образом, в устройстве реализуется пофракци- онная сепарация (в вертикальной плоскости).

При столкновении поршня с частицами пыли в полости трубы 4 последние получают дополнительный импульс, обусловливающий увеличение энергии выводимых в атмосферу пылевых частиц. Это приводит к увеличению дальности полета частиц пыли, увеличению объема факела выброса, что, в конечном счете, при неизменном общем количестве частиц пыли в выбросе обеспечивает снижение концентрации пыли в факеле, а следовательно, в приземном слое атмосферы. В связи с тем, что указанный достигаемый эффект обеспечивается за счет перехода механической энергии твердого тела поршня 6 в кинетическую энергию пылевых частиц, заявляемое устройство реализует механический способ рассеивания пыли в атмосфере.

Расположение труб 4 на удалении друг от друга по высоте устройства обеспечивает большую степень независимости управления каждым отдельным фракционным факелом, в совокупности образующими общий факел выброса устройства. В результате бо-- лее крупные (обладающие большей скоростью оседания) частицы пыли, выходя из нижней части устройства и находясь наиболее близко к поверхности земли, быстрее оседают на поверхности земли, т.е. находясь в приземном слое атмосферы минимальный промежуток времени. Более мелкие фракции пыли (обладающие меньшей скоростью оседания) способны находиться длительное время в витающем состоянии в приземном слое атмосферы. Поэтому заявляемое устройство обеспечивает вывод мелких фракций в верхнюю зону приземного слоя атмосферы (т.е. за пределы зоны дыхания человека) за счет расположения соответствующих труб 4 в его верхней части. Усилению рассмотренных эффектов (как для крупных, так и для мелких фракций) способствует разведению концов крайних труб 4 в противоположные стороны, когда концы нижней трубы 4 отогнуты вниз, а верхней трубы 4 - вверх.

. Сплющенность корпуса 3 оголовка с зазором со стороны боковой поверхности труб 4 обеспечивает, во-первых, максимально jnonmAvi (с учетом изменения полей скорости

и концентрации в горизонтальном сечении) переход данной фракции пыли из корпуса 3 в соответствующую трубу 4, т.е. сепарацию, во-вторых, возможность продвижения остальных фракций на дальнейшую сепарацию вверх по устройству.

Учитывая, что верхняя труба 4 является тупиковой (последней в устройстве), ее приграничные отверстия 5 вырождаются в одно отверстие.

Электропривод 14, опираясь своим наконечником 1.7 на зубчатую поверхность фланца-втулки 16, вращает оголовок устройства вокруг оси шахты 1. Благодаря зацеплению шестерней 11 и 13, а также жесткому закреплению коленчатого вала 9 посредством опор 12 на корпусе 3 оголовка обеспечивается вращение вала 9 как вокруг своей оси, так и вокруг шахты 1. Так как на коленчатом вале 9 закреплены поршни 6, то при рассмотренном вращении последние совершают возвратно-поступательное движение в полостях своих труб 4. При этом шейки 8 выполнены на коленчатом вале 9 с фазовым периодом 90°, обеспечивая тем самым последовательное во времени возвратно- поступательное движение всех поршней 6.

Описанное вращение оголовка и коленчатого вала 8 устройства приводит к образованию кольцевого пульсирующего, расслоенного по фракциям пыли факела-выброса. Так как кольцевая структура факела всегда больше по объему конусной структуры при том же расходе выбрасываемого в атмосферу воздуха, то упомянутое вращение обеспечивает увеличение объема факела выброса при неизменном объеме количества частиц пыли в выбросе, т.е. увеличение зоны активного рассеивания, что также приводит к снижению концентрации пыли в факеле, а следовательно, в приземном слое атмосферы. Помимо сепарации в вертикальной плоскости описанные эффекты приводят также к сепарации пылевых частиц по фракциям в горизонтальной плоскости за счет пульса- ционных выбросов каждой фракции в заданном для этой фракции направлении, что исключает смешение пыли разных фракций (увеличении общей концентрации) в процессе оседания (при непрерывности выброса) как в вертикальных, так и в горизонтальных плоскостях. Это также приводит к снижению концентрации пыли в приземном слое атмосферы.

Зонт-обтекатель 19 предотвращает попадание осадков в полость устройства.

Взаимосвязь сечения конструктивных элементов устройства обусловлена условиями постоянства расходов запыленного воздуха на соответствующих участках.

На лабораторном стенде проводили испытания изобретения, изменяя диаметры труб 4 в отношении к фракционному составу пыли, в зависимости от вращения оголовка устройства и движения поршней 6. В ходе испытаний определяли эффективность рассеивания по формуле

10

г- CH Cn 1rtrv

Еэф ---г--- 100 Си

где Си - концентрация пыли в выбранной точке на подстилающей поверхности без применения специальных средств принудительного рассеивания (насадков, труб, дефлекторов и т.п.); Сп - концентрация пыли в той же точке с применением таких средств при тех же внешних аэродинамических условиях. Результаты, полученные в ходе испытаний при отсутствии ветра для керамзитовой пыли, сведены в таблицу.

Из таблицы видно, что эффективность рассеивания пыли в приземном слое атмосферы при использовании заявляемого устройства в шпилевых условиях с перечисленными отличительными признаками достигает 62,8%, что на 28,1 % больше по сравнению с прототипом, обладающим в этих условиях эффективностью 34,7%.

Использование предлагаемого устройства обеспечивает в штилевых условиях увеличение эффективности рассеивания (до 62,8%) и, следовательно, снижение концентрации пыли в приземном слое атмосферы.

Форму л а изобретения

Устройство для механического рассеивания пыли в атмосфере, включающее вертикальную вентиляционную шахту, оканчивающуюся оголовком, приспособление для разделения пылевого материала на фракции и зонт-обтекатель, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности принудительного рассеивания при отсутствии ветра, приспособление для разделения пылевого материала на фракции выполнено в виде горизонтально установленных одна над другой труб, оси которых лежат в одной вертикальной плоскости, пронизывающих оголовок, при этом диаметры труб пропорциональны процентному содержанию пыли каждой фракции в общей массе, а сумма квадратов диаметров всех труб равна квадрату диаметра вентиляционной шахты, причем

концы нижней трубы отогнуты вниз, а верхней трубы - вверх, а на участке каждой трубы, заключенном внутри головка, выполнены приграничные отверстия по направлению потока, суммарное проходное

сечение которых для каждой трубы равно ее проходному сечению, при этом устройство снабжено электроприводом, коленчатым валом, оканчивающимся шестерней, и неподвижной шестерней, закрепленной на 5 ловок выполнен с переменным сечением и вентиляционной шахте и сообщенной с ше- установлен с возможностью вращения, стерней коленчатого вала, а каждая труба

снабжена поршнем со штоком, шарнирно соединенным с соответствующей шейкой коленчатого вала, который посредством жестких тяг сообщен с оголовком, причем ого

Использование: для предотвращения загрязнения приземного слоя атмосферы вентиляционными выбросами. Сущность изобретения: устройство содержит вентиляционную шахту с оголовком и зонт-обтекатель. Корпус оголовка пронизан трубами, количество которых соответствует числу фракций в пылевом материале, расположенных перпендикулярно оси шахты. Диаметры труб пропорциональны процентному содержанию пыли каждой фракции в общей массе. Концы нижней трубы отогнуты вниз, а верхней - верх. В каждой трубе установлен поршень со штоком, соединенный с кулачком коленчатого вала, который с помощью зубчатой передачи соединен с неподвижной шестерней, а жёсткими тягами - с корпусом оголовка. Оголовок выполнен с переменным сечением и имеет электропривод. 1 ил., 1 табл.

Зависимости эффективности рассеивания пыли разных фракционных составов и условия

работы устройства

п

/

, vx s

Запыленный

ОШИ/Х