ВОЗДУХОПЛАВАТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОЗДУХА ГОРОДОВ ОТ ГАЗОВ И ПЫЛИ
AERONAUTIC UNIT FOR TREATMENT OF AIR IN CITIES FROM GASES AND DUST

Предлагаемое изобретение относится к области экологии, в частности к устройствам по очистке атмосферы городов от газов и пыли.
Промышленность является основным источником опасных и крайне опасных примесей [1]. Вторым источником загрязнения атмосферы городов являются выбросы автомобильного транспорта.
В газообразных промышленных выбросах вредные примеси можно разделить на две группы:
а) взвешенные частицы (аэрозоли) твердых веществ - пыль, дым; жидкостей - туман
б) газообразные и парообразные вещества.
К аэрозолям относятся взвешенные твердые частицы неорганического и органического происхождения, а также взвешенные частицы жидкости (тумана).
Пыль - это дисперсная малоустойчивая система, содержащая больше крупных частиц, чем дымы и туманы. Неорганическая пыль в промышленных газовых выбросах образуется при горных разработках, переработке руд, металлов, минеральных солей и удобрений, строительных материалов, карбидов и других неорганических веществ.
Промышленная пыль органического происхождения - это, например, угольная, древесная, торфяная, сланцевая, сажа и др.
К дымам относятся аэродисперсные системы с малой скоростью осаждения под действием силы тяжести. Размеры частиц в дымах много меньше, чем в пыли и туманах, и составляют от 5 мкм до субмикронных размеров, т.е. меньше 0,1 мкм.
Туманы состоят из капелек жидкости, образующихся при конденсации паров или распылении жидкости. В промышленных выхлопах туманы образуются главным образом из кислоты: серной, фосфорной и др.
Газообразные и парообразные вещества, содержащиеся в промышленных выбросах и автомобильных выхлопах, гораздо более многочисленны.
К этой группе относятся кислоты, галогены и галогенннопроизводные, газообразные оксиды, альдегиды, кетоны, спирты, углеводороды, амины, нитросоединения, пары металлов, пиридины, меркаптаны и многие другие компоненты газообразных промышленных отходов.
Так как промышленные объекты зачастую находятся в черте города, то все перечисленные выше компоненты могут присутствовать в городской атмосфере.
Методы очистки по их основному принципу можно разделить на механическую очистку, электростатическую очистку и очистку с помощь звуковой и ультразвуковой коагуляции.
К сухим методам относятся: гравитационное осаждение; инерционное и центробежное пылеулавливание, фильтрация. Эти методы, кроме фильтрации, применяются лишь для грубой очистки газа и крупных частиц пыли диаметром более 50-100 мкм, причем степень очистки составляет не выше 40-50%.
Фильтрация - весьма распространенный прием тонкой очистки газов, основана на прохождении очищаемого газа через различные фильтрующие ткани (хлопок, шерсть, химические волокна, стекловолокно и др.) или через другие фильтрирующие материалы (керамика, металлокерамика, пористые перегородки из пластмассы и др.). Наиболее часто для фильтрации применяют специально изготовленные волокнистые материалы - стекловолокно, шерсть или хлопок с асбестом, асбоцеллюлозу. Степень очистки составляет 85-99%.
На фильтрах из стекловолокнистых материалов и тонковолокнистой ваты из нержавеющей стали, обладающие высокой прочностью и устойчивостью к переменным нагрузка, возможна очистка агрессивных газов при температуре до 275 град. C.
Недостатки фильтрации: высокое гидравлическое сопротивление и быстрое забивание фильтрующего материала пылью.
Основной недостаток всех методов мокрой очистки газов от аэрозолей - это образование больших объемов жидких отходов (шламов). Таким образом, если не предусмотрены замкнутая система водяного оборота и утилизация всех компонентов шлама, то мокрые способы газоочистки по существу только переносят загрязнители из газовых выбросов в сточные воды, т.е. из атмосферы в водоемы.
ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКАЯ ОЧИСТКА газов служит универсальным средством, пригодным для любых аэрозолей, включая туманы кислот, и при любых размерах частиц пыли.
Метод основан на ионизации и зарядке частиц аэрозоля при прохождении газа через электрическое поле высокого напряжения, создаваемое коронирующими электродами. Промышленные электрофильтры состоят из рада заземленных пластин или труб, через которые пропускается очищаемый газ, между пластинами - электродами подвешены проволочные коронирующие электроды, к которым подводится напряжение 25-100 кВ.
3
Степень очистки достигает 99,9% на многопольных электрофильтрах. Недостаток этого метода - большие затраты средств на сооружение и содержание очистных установок и значительный расход энергии на создание электрического поля. Расход электроэнергии на электростатическую очистку - 0,1-0,5 кВт на 1000 м очищаемого газа.
Звуковая и ультразвуковая коагуляция пока мало применяются в промышленности и находятся в основном в стадии разработки.
Для предлагаемого изобретения наиболее приемлемы электростатические фильтры для очистки газов или угольные фильтры, как наиболее дешевые, для очистки воздуха от пыли.
Промышленные очистительные установки в основном стационарного типа, их не расставишь по всему городу. Циклоны и ротоклоны не провезешь по городу в условиях многокилометровых пробок. Поэтому возникла идея создания воздухоплавательного аппарата по очистке городского воздуха от газа и пыли (смога).
Известен воздухоплавательный аппарат (дирижабль), содержащий ферму, сигарообразную оболочку, заполненную газом легче воздуха, стабилизатор, элементы крепления оболочки к ферме, движители в виде в виде воздушных винтов, кабину для экипажа и груза [2].
Известно также изобретение [3], принятое нами за прототип, в котором технический результат достигается тем, что в воздухоплавательный аппарат, содержащий ферму, сигарообразную оболочку, заполненную газом легче воздуха, стабилизатор, элементы крепления оболочки к ферме, движители в виде воздушных винтов, кабину для экипажа и груза, причальные приспособления, состоит из трех горизонтально расположенных оболочек, центральная из которых имеет стабилизатор, соединенных снизу общей фермой, причем между оболочками расположены горизонтально или наклонно и прикреплены к ферме O-образные части, с установленными в них на поперечных поворотных осях движителями.
Целью предлагаемого изобретения является создание воздухоплавательного аппарата для очистки воздуха городов от газов и пыли способного воздушным путем самостоятельно достигать и уничтожать газовые или пылевые очаги в любом районе города.
За базовый вариант летательного устройства принят прототип, представленный в изобретении [3].
Для достижения поставленной цели данное устройство было модернизировано. Для чего в центральную оболочку помещен металлический корпус электростатического фильтра, внутри которого находится ряд металлических сеток - положительных электродов, между которыми подвешены проволочные коронирующие отрицательные электроды. Носовая часть электростатического фильтра открыта, через которую засасывается воздух вентилятором, находящимся вблизи стабилизатора и рулей в конце оболочки. Отработанный воздух выбрасывается через сопло.
Корпус электростатического фильтра покрыт эластичным кожухом, заполненным легким газом.
Другой новизной является наличие крыла, прикрепленного к металлической ферме. Сверху крыло покрыто элементами солнечной батареи, а снизу находится резервная газовая подушка, заполняемая газом в случае подъема аппарата на большие высоты в разраженные слои атмосферы. Для подкачки легкого газа к ферме снизу прикреплены два газовых баллона, находящихся между сигарообразными оболочками.
Аппарат управляется рулями, установленными на центральной оболочке, а также двумя движителями, прикрепленными через консоль к ферме. В качестве движителей применяются электрические моторы с винтом в кольцевом обтекателе, с изменяемым вектором тяги.
Воздухоплавательный аппарат имеет также накопители электроэнергии небольшой емкости, для выполнения полетов в ночное время и при непогоде.
На фиг. 1 представлен вид на воздухоплавательный аппарат сверху, на фиг. 2 - тот же аппарат без крыла, на фиг. 3 аппарат без крыла в разрезе, на фиг. 4 - деталировка аппарата.
Воздухоплавательный аппарат состоит из:
1 - аппарат, 2 - крыло, 3 - стабилизатор и рули, 4-6 - три сигарообразных оболочки (одна центральная и две боковые), 7 - жесткий каркас с соплом 22, 8 - вытяжной вентилятор, 9 - баллоны сжатого газа, 10 - металлическая ферма,
11- консоль, 12- движитель: электрический мотор с винтом в кольцевом обтекателе, с изменяемым вектором тяги, 14 - накопитель электроэнергии, 15 - эластичный кожух сигарообразной оболочки 6, 16 - жесткий корпус электростатического фильтра, 17 - воздушный баллонет, 18 - металлическая сетка - положительный электрод, 19 - металлическая нить - коронирующий отрицательный электрод, 20 - резервная газовая подушка, 21 - солнечная батарея.
Сигарообразные оболочки могут быть мягкие, полумягкие и жесткие. Внутри они имеют ребра жесткости. В качестве легкого газа используют гелий. Таким образом, воздухоплавательный аппарат для очистки воздуха городов от газа и пыли включает 3 сигарообразных оболочки, скрепленные рамой, стабилизатор, рули и два маршевых двигателя, отличающийся тем, что внутри центральной оболочки расположен жесткий корпус электростатического фильтра, который наполнен множеством металлических сеток - положительных электродов, между которыми подвешены проволочные коронирующие электроды (отрицательные), при этом на раме укреплено крыло, покрытое элементами солнечной батареи, а снизу находится резервная тазовая подушка.
Другим отличительным признаком является то, что на консолях, прикрепленным к боковым поверхностям рамы, находятся два маршевых движителя - два электрических мотора с винтом в кольцевом обтекателе, с изменяемым вектором тяги.
Более того, аппарат имеет два баллона сжатого воздуха, два небольших накопителя электроэнергии, а также систему автоматического управления и встроенную ЭВМ.
Размер аппарата определяется условиями применения, если в поле над промышленной зоной, - может быть крупнее, а в черте города, - поменьше, типа «Дронов».
Ход работ
Покоится аппарат в ангаре, опираясь на три шасси. Тут проверяют работоспособность всех составных его частей. Особенно систему автоматического управления.
Программируют маршрут полета. Если полет длительный (многодневный), то навешивают баллоны с сжатым газом. Проверяют в работе вентилятор и двигатели, легкость поворота рулей, емкость накопителя электроэнергии. Потом выводят из ангара очень аккуратно, с помощью грузовой автомашины. С прибытием на площадку подготовка к полету не заканчивается: аппарат еще нужно сориентировать так, чтобы он взлетал строго против ветра, ведь боковой ветер - злейший враг управляемого аппарата.
Балансирование на грани положительной плавучести требует постоянной работы с баллонетом (мешком воздуха в качестве балласта). Взлет происходит стремительно. Два электрических двигателя с переменным вектором тяги автоматически разворачиваются под углом градусов тридцать к поверхности земли и аппарат уходит в небо. Полет происходит согласно введенной в бортовую ЭВМ программе. Заданный маршрут строго выдерживается с помощью космической системы «ГЛОНАСС». При прибытии в загазованный район города, аппарат включает вытяжной вентилятор, и работа по очистке воздуха начинается. При этом аппарат совершает круговые движения, постепенно набирая высоту.
При необходимости подъема на километровую высоту и выше, заполняется газом резервная подушка. При выполнении задания и приведении атмосферы города в нормальное состояние, что фиксируется газоанализаторами, установленными на аппарате, вытяжной вентилятор выключается и аппарат ложится на обратный курс. Снижение по высоте осуществляется с помощью баллонет и двигателей.
При подлете к взлетной площадке аппарат прижимается к земле с помощью рулей и двигателями, развернутыми соответствующим образом к земле.
Затем грузовая машина отвозит аппарат в ангар. Так, теоритически и, основываясь на опыте эксплуатации БПЛА-«Дронов» [7, 8], будет осуществляться полет воздухоплавательного аппарата для очистки воздуха городов от газов и пыли.
При необходимости аппарат может курсировать вдоль загазованных автомобильных трасс.
Полезность и экономическая целесообразность применения таких аппаратов в городах очевидно. Их нужно иметь большое количество.
Как-то мне пришлось выходить из района Коксохима, г. Кемерово. Я не мог глотнуть воздух полной грудью. Мелкими вздохами и перебежками я выбирался из данного района. А ведь там жили люди и спали дети. А вокруг города до самого Ледовитого океана непроходимые леса и чистый целебный воздух.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Современные системы очистки газовых выбросов. www.coolreferat.com
2. Ухватов В.А. Что за рубежом? // Техника молодежи - 1988. №3 - С. 35.
3. Патент РФ 2420425.
4. bp-la.ru/primenenie-bespilotnyx-letatelnyx-apparatov/
5. А. Каримов, В. Ильин. «Военное обозрение», #46(268), 2013.
6. 24gadget.ru/tags/дрон.
7. Н.С. Сенюшкин. Особенности классификации БПЛА самолетного типа. «Молодой ученый», - 2010, - №11. - С. 65-68.
8. А. Поскутников. Системы автоматического управления БПЛА. «Молодой ученый», - 2011, - №9. - С. 56-58.
9. В. Слосар. Радиолинии связи с БПЛА: Примеры реализации. Электроника: наука, технология, бизнес. - 2010, - №5. - С. 56050.
10. Конкин А.А. Углеродные и другие жаростойкие волокнисты материалы. М., Высшая школа, 2004.
11. http: highpol.com
12. http:newchemistry.ru