ВСАСЫВАЮЩАЯ ПЛОСКАЯ НАСАДКА

Полезная модель (далее ПМ) относится к области бытовой и промышленной вентиляции и может быть использована для забора газообразных или пылящих компонентов, выделяющихся в воздушную среду производственных или административных помещений в ходе технологических процессов производства.
Проблема эффективного удаления пылящих или газообразных вредных компонентов в местах их образования занимает важное место при решении задач обеспечения безопасности жизнедеятельности человека. К настоящему времени проведено большое число разнообразных исследований динамики процессов распределения поля скоростей всасывающих поверхностей в различных системах и иных устройствах с множеством взаимосвязанных элементов, которые указывают на зависимость протекания этих процессов от конструктивных особенностей исполнения приемной насадки (см., например, Логачев, К.И. Математическое моделирование систем вентиляции промпредприятий // Инженерная экология. М., 1999. №1. С. 8-18.; Логачев, К.И., Посохин В.Н., Пизанок А.И. Геометрические характеристики течений на входе в отсосы, выполненных в виде зонтов // Инженерные системы АВОКС-СЕВЕРО-ЗАПАД. СПб, 2005. №1. С. 12-16.; Позин Г.М. Местная вытяжная вентиляция - самый эффективный способ организации воздухообмена в помещении // С.О.К. М., 2006. №10.; Чумаков, Ю.С. Экспериментальное исследование структуры переходного и турбулентного свободно конвективного пограничного слоя на вертикальной нагретой поверхности // Проблемы механики жидкости и газа. СПб.: СПб ГТУ, 2000. С. 227-251.). Актуальность выбора оптимальной конструкции всасывающей насадки на эффективность ограничения области распространения вредных компонентов, выделяющихся при ведении хозяйственной деятельности человеком, определяется как негативным их воздействием на его здоровье и окружающую среду, так и вопросами рационального использования имеющихся природных ресурсов планеты.
Известно устройство - всасывающая насадка (см. Всасывающая насадка: пат. 2317487 (С1) Россия: F24F 7/00 Китаин Б.Л.; заявитель и патентообладатель ЗАО «СовПлим». - №2006122449/06 заявл. 14.06.2006; опубл. 20.02.2008. - 10 с.: ил.). Всасывающая насадка предназначена для применения в стационарных и передвижных вентиляционных установках. Всасывающая насадка содержит осесимметричный полый корпус с одним открытым торцом, снабженный по бокам, по меньшей мере, двумя консольно закрепленными осесимметричными патрубками с приемными воронками на свободном конце, установленными под углом друг к другу, меньшим 180°. Технический результат - увеличение зоны действия отсоса загрязненного воздуха и повышение эффективности отсоса.
Недостатком этого известного устройства является громоздкая конструкция для применения и следовательно существенная энергоемкость затрат на вентиляцию проблемных зон, за счет наличия дополнительных сопротивлений при соединении потока отбираемого воздуха в патрубке. Кроме того наличие значительного числа составных элементов конструкции насадки требуют постоянного технического обслуживания для нормальной эксплуатации рассматриваемого устройства. Конструкция устройства отличается высокой трудоемкостью в изготовлении.
Известно также устройство, использующее в качестве плоской всасывающей насадки, состоящей из отрезка трубы, собственно фланца общим диаметром равным пяти диаметрам трубы, с загнутыми под прямым углом отводами на ее краях. Соединение сопрягающихся поверхностей выполнено с радиусом закругления (см. Новая всасывающая насадка ЗАО СовПлим http://files.sovplym.ru/corporation/head/news/2008/06/05/01/newhood_05060801.pdf).
Недостаток этого устройства состоит в том, что на границах входа воздуха в плоскую насадку и на границе насадки и патрубка не решена задача снижения площади образующихся зон вихревых возмущений, уменьшающих полезную площадь отбора воздуха. Попытка снизить сопротивление входа потока в насадку путем изменения формы его кромки, в частности развальцеванием, не могло дать нужного ощутимого эффекта от исходного аналога, так как рассматривалось только возможность ее изготовления на стандартном оборудовании, без поиска оптимальной конструкции насадки. Кроме того, радиус сопряжений, в местах пересечения вертикальных и горизонтальных плоскостей, и размеры формы изменения кромки всасывающей плоской насадки дополнительно не исследовались и были приняты согласно уже имеющимся сведениям в научно-технической литературе и соответственно находились вне оптимальных пределов его параметров. Приведенные данные для предлагаемой конструкции плоской насадки не содержали данных об исходной скорости отбираемого воздуха в патрубке всасывающей плоской насадки или же данный параметр вообще не анализировался. В целом эффективность применения указанной насадки не превышала доказанной, при использовании исходного образца.
общ
Наиболее близким по технической сущности техническим решением (прототипом) предлагаемой ПМ является насадка выполненная в виде фланца соединенного с отрезком трубы с заданным радиусом сопряжения, причем диаметр фланца (d) равен пяти диаметрам трубы (d). Основные характеристики сопряжения принимают из отношения радиуса закругления к диаметру трубы (r/d) равного 0,1×d - 0,2×d (см. Plane Food (плоская насадка): пат. 11-042409 (A) Япония: B01D 46/42 B23K 9/32 Okamoto Mamoru, Morishita Takashi, Goi Koichi; заявитель и патентообладатель Shinto Dasutokorekutaa KK. - № JP 19970201481 19970728; заявл. 28.07.1997; опубл. 16.02.1999. - 9 с.: ил.).
Недостаток этого известного устройства заключается в том, что на границах входа воздуха в плоскую насадку образуются зоны вихревых возмущений, уменьшающие площадь отбора воздуха. Кроме того, размер закругления, в местах пересечения вертикальной и горизонтальной плоскостей, не обеспечивает минимальный коэффициент сопротивления входа воздуха в конструкцию плоского насадка, находясь в диапазоне значений его радиуса 0,1×d - 0,2×d.
В основу настоящей полезной модели положено решение задачи снижения сопротивления движению воздуха для конструкции всасывающей плоской насадки, и следовательно увеличения площади эффективного забора воздуха или расстояния действия факела всасывания.
общ
Согласно полезной модели эта задача решается за счет того, что у всасывающей плоской насадки, выполненной в виде фланца соединенного с отрезком трубы с заданным радиусом сопряжения, причем диаметр фланца (d) равен пяти диаметрам трубы (d), на кромке фланца по диаметру выполнен двойной изгиб с закругленными углами, образующий полку с равной высотой и шириной в пределах (0,095-0,15)×d, но при размерах не менее чем 9,5-10,5 мм и не более технологически возможных при изготовлении закруглений с заданным радиусом (r), причем отношение радиусов закруглений полки, а также закругления места сопряжения фланца с трубой к диаметру трубы (r/d) принимают равным в пределах 0,085-0,095.
Формирование полки, с определенными размерами (h×b), ниже основной плоскости забора воздуха позволило, учитывая что на ребре насадки скорости подтекания очень малы, подготовить поток для плавного входа в основную конструкцию в местах, где только происходит формирование областей возмущения. Эффект был достигнут за счет конструктивного изменения сопряжений с оптимальным радиусом, экспериментально полученным для размеров и положения по отношению к основной плоскости забора воздуха, выступающей его части, что и повысило площадь всасывания воздуха или расстояние распространения факела всасывания. Использование в ходе работ математического расчетного моделирования на базе компьютерного комплекса «STAR-CCM+v9.06» позволило провести работы с достаточной точностью, сложно выполнимой для традиционных средств подбора эффективной конструкции всасывающей плоской насадки с доказанной достоверностью. В отличие от определенного соотношения радиуса сопряжения и диаметра патрубка, указанного в диапазоне значений используемых в ближайшем аналоге, установлена его оптимальная величина. Достоинством ПМ, является технологичность изготовления конструкции насадка, включающей элементы его кромки, которые не требуют особого оборудования для его производства и могут быть выполнены с существующими допусками точности на стандартном оборудовании (см. Корюкаев, Ю.С. Справочник по вентиляции и безопасности воздушной среды на производстве // СПб.: Издание ЗАО СовПлим, 2013. 210 с.).
Сущность полезной модели поясняется чертежами.
На фиг. 1 приведен общий вид ПМ в разрезе; на фиг. 2 - приведено распределение поля скоростей в спектре всасывания ПМ в зависимости от расстояния до плоскости забора воздуха; на фиг. 3 - приведено распределение поля скоростей в спектре всасывания насадки в зависимости от расстояния до плоскости забора воздуха, выбранной в качестве прототипа заявляемой ПМ.
Устройство содержит: 1 - отрезок трубы, 2 - фланец, 3 - полка.
Устройство работает следующим образом.
Всасывающая плоская насадка насаживается на конечное устройство системы вентиляции соосно в соответствии с допусками размеров диаметров трубы 1, оборудованного как правило механическим побудителем движения воздуха. Приемная основная плоскость фланца 2 ориентируется согласно предполагаемой зоны размещения источника выделения исходного вредного продукта. Изготовление всех элементов конструкции всасывающей плоской насадки осуществляется согласно рекомендованным соотношения, по сведениям проектных значений эксплуатации системы вентиляции. Основные размеры заявляемой ПМ показаны на фиг 1.
Пример моделирования процессов воздухораспределения потоков скорости в факеле всасывания с использованием полезной модели.
нач
Для моделирования процессов воздухораспределения потоков скорости в факеле всасывания с использованием полезной модели был применен компьютерный комплекс «STAR-CCM+v9.06». Для расчета параметров моделей использовалась стандартная методика моделирования процессов воздухораспределения, принятая для построения полей скорости в базе данных компьютера. Начальная скорость отбора воздуха в патрубке вентиляционной системы (υ) задавалась равной от 10 м/с до 100 м/с, при его диаметре равном 100 мм. Расчетные варианты моделей изготавливались копированием исходного файла, при необходимом изменении геометрии только кромки насадки патрубка, что позволило избежать погрешности в получении данных при обработке результатов моделирования образцов компьютерной системой.
Пример моделирования процессов воздухораспределения потоков скорости в факеле всасывания с использования заявляемой ПМ показан на фиг 2. Приведенные данные в графическом виде представляют поле скоростей в факеле всасывания ПМ в относительных единицах. Как следует из данных графика, изменение анализируемых параметров спектра всасывания изменяется от 0,59 до 2,38 относительных единиц.
Для сопоставления на фиг. 3 приведен результат распределения скоростей в факеле всасывания полученный для аналога ПМ в относительных единицах. Данные изменения анализируемых параметров спектра всасывания изменяются от 0,5 до 2,25 относительных единиц.
На фиг. 4 приведены сведения о влиянии радиуса закругления и размеров полки на расстояние распространения факела всасывания, выраженное в относительных единицах.
Сопоставление результатов, полученных с помощью известного и заявляемого технических решений, показывает преимущества заявляемой ПМ, при использовании которой имеется увеличение площади отбираемого воздуха от 7% до 18%, в зависимости от анализируемой изотахи. Особенно наглядный эффект достигается на наиболее рекомендуемом расстоянии практического применения насадок в пределах от 0,5 до 1,5 диаметров трубы.
Таким образом, приведенные результаты подтверждают возможность достижения с помощью заявляемой полезной модели ее назначения, а именно, повышения расстояния действия факела всасывания или площади отбора воздуха. Реализация заявляемой полезной модели в условиях широкого применения позволит уменьшить энергозатраты на эксплуатацию вентиляции, за счет снижения расхода воздуха необходимого для проветривания.
Учитывая технологичность в изготовлении и эффективность в применении от отношению к существующим в настоящее время промышленным и экспериментальным образцам, заявляемое устройство может быть широко использовано в области бытовой и промышленной вентиляции для снижения энергозатрат на проветривание с учетом повышения эффективности забора воздуха и соответственно ограничения зоны с выделением вредных газообразных или пылящих компонентов. Это обеспечивает заявляемой полезной модели соответствие условию патентоспособности «промышленная применимость».
Эффективность заявляемой полезной модели состоит в том, что наличие полки по окружности кромки насадки, размещенной ниже основной плоскости забора воздуха при оптимальном соотношении размеров выступающей части и ее положения от основной плоскости всасывания, снижает на границах входа воздуха в насадку размеры образующихся зон вихревых возмущений, уменьшающих площадь отбора воздуха. За счет снижения местного сопротивления на кромке, происходит повышение эффективности всасывания воздуха. Кроме того, за счет выбора радиуса закругления, в местах пересечения вертикальных и горизонтальных плоскостей, обеспечивается минимальный коэффициент сопротивления входа воздуха в конструкцию всасывающей плоской насадки.