НАСАДКА ДЛЯ СИСТЕМ ВАКУУМИРОВАНИЯ И АСПИРАЦИИ
NOZZLE FOR VACUUMING AND ASPIRATION SYSTEMS

Изобретение относится к области очистки воздуха или газа, а также их смесей от механических примесей, в частности к улавливанию и очистке аспирационного воздуха. Аспирация - удаление мелких частиц из рабочей зоны путем засасывания их с потоком воздуха (воздух используется в качестве среды-носителя) в трубопровод, по которому эти частицы с потоком воздуха достигают места назначения (фильтра, отстойника и собираются в какую-либо тару).
Известно техническое решение, включающее корпус с вентиляционным каналом и впускным патрубком, имеющим регулируемую заслонку, сортировочное сито, приемный бункер для крупных примесей и очищенных частиц, дополнительные сортировочные сита и приемные бункеры с заслонками для мелких примесей и мусора [RU 2053030, U1, В07В 7/04, 27.01.1996].
Недостатком этого технического решения является относительно низкое качество сепарации.
Известно техническое решение, содержащее устройство для загрузки и подачи смеси сыпучих материалов, выполненное в виде впускного патрубка, нагнетатель воздушной среды для обеспечения полета частиц смеси сыпучих материалов, выполненный в виде нагнетательного канала, и возвращающую поверхность, при этом, устройство для загрузки и подачи частиц смеси сыпучих материалов выполнено в виде щелевой форсунки в нагнетательном канале, обеспечивающей создание непересекающихся траекторий полета частиц, а возвращающая поверхность выполнена профилированной и установлена с возможностью обеспечения отражения от нее и подачи в приемные бункеры, по меньшей мере, части летящих частиц под разными углами и с разными скоростями в зависимости от свойств частиц [RU 102312, U1, В07В 7/04, 27.02.2011].
Недостатком технического решения является относительно низкое качество сепарации, поскольку от возвращающей поверхности обеспечивается отражение в приемный бункер только части летящих частиц требуемого размера из смеси сыпучих материалов.
Наиболее близким техническим решением является Обеспыливающая аспирационная установка для очистки воздуха, включающая вертикальный коллектор с радиально подключенными местными аспирационными отсосами, пылеулавливающее устройство и вентилятор, в которой местные отсосы снабжены камерами предварительного отсева крупнодисперсных частиц [а.с. СССР №967524, МПК B01D 47/00 - прототип].
Недостатком известного устройства является низкий уровень удаления частиц загрязнения воздуха в помещениях, при больших энерго- и трудозатратах.
Технический результат от использования предложенного решения может быть выражен в создании компактного облегченного устройства, позволяющего обеспечить равномерный поток входящего воздуха на большой площади без потери скорости потока и при уменьшении вихревых потерь, а также обеспечить возможность разделения частиц загрязнения на различные фракции.
Заявленный технический результат достигается следующим образом.
Насадка для систем вакуумирования и аспирации, выполненная в виде воздухопровода, один конец которого выполнен с возможностью его соединения с аспирационной установкой, а на другом выполнены воздухоприемники, при этом площадь поперечного сечения воздухопровода и сумма площадей поперечных сечений воздухоприемников примерно соотносятся как 1:1.
При этом, сечения воздухоприемников имеют различные площади поперечных сечений для сбора частиц загрязнения воздуха различных фракций.
Воздухоприемники, преимущественно, выполняются съемными, а также могут быть выполнены гибкими с возможностью изменения их пространственного положения.
Кроме того, воздухоприемники могут располагаться под углом к оси воздухопровода для уменьшения высоты и придания компактности устройству.
Помимо этого, воздухоприемник с поперечным сечением большего диаметра расположен в центральной части насадки, а воздухоприемники с меньшими диаметрами расположены в периферийной области насадки.
При этом воздухоприемники оснащены конусными наконечниками.
Заявленное техническое решение иллюстрируется следующими изображениями.
На фиг. 1 - насадка, вид сбоку, пример: система трубопроводов перехода от одной трубы (1-я ступень) к 5-ти (2-я ступень), и затем к 25-ти трубкам (3-я ступень) с одинаковой совокупной площадью сечений.
На фиг. 2 и 3 - примеры исполнения насадки «Улавливающая плита» (4-я ступень НАСАДКИ - полигональный раструб) - поверхность, улавливающая загрязненный газовоздушный поток с помощью рассредоточенных на большой площади 25 мини-раструбов.
На фиг. 4 приведено изображение обычной аспирационной конусной насадки с предложенной НАСАДКОЙ.
На фиг. 5 Графическое изображение скорости потоков, полученное методом вычислительной гидродинамики для обычной аспирационной конусной насадки (слева) и предложенной НАСАДКИ (справа).
На Фиг. 6, 7, 8, 10 показаны примеры исполнения насадки с расположением в центре традиционного центральным классическим воздухоприемником и периферическим расположением воздухоприемников в виде трубок с мини-конусами.
На Фиг. 6, 7, 8, 11, 12, 13, 14 показан пример компактного «плоскостного» исполнения насадки.
Низкая эффективность традиционного воздухоприемника обусловлена тем, что за счет сопротивления возле стенок и возникающей вследствие этого разницы в скорости потока и появления турбулентности воздушный поток «выпадает» с его краев, уменьшая его эффективную площадь сбора частиц. При использовании заявленного технического решения насадки «выпадающие» частицы улавливаются одним или несколькими рядами трубок-воздухоприемников с мини-конусами. В преимущественном варианте исполнения воздухоприемники с меньшим поперечным сечением, чем центральный воздухоприемник, с конусными насадками располагают в периферийной области, обеспечивая высокую скорость и низкую турбулентностью воздушного потока.
Эффективность удаления частиц из рабочей зоны методом их засасывания с потоком воздуха, используемого в качестве среды-носителя, зависит от следующих факторов:
1. скорости и направления исходного перемещения частиц относительно приемного отверстия(й) насадки или трубопровода;
2. скорости воздушного потока и объема перемещаемого воздуха в трубопроводе;
3. параметров трубопровода - диаметра, протяженности, наличия поворотов и изгибов и их конфигурации, шероховатости поверхности стенок наличия неплотностей и т.д.;
4. параметров насадок - конфигурации, исходного и конечного диаметра, шероховатости поверхности стенок и т.д.;
5. удаленности частиц от края насадки или трубопровода.
Для повышения эффективности предлагается улучшить КПД факторов 4 и 5.
2
2
2
Несмотря на то что источник образования загрязняющих частиц в рабочей зоне зачастую является квази-точечным - фреза, сверло, шлифовальный или полировальный круг, краско-пульт, сопло подачи сыпучего материала в тару, продукты на сковороде, гриле или жаровне при обжарке и т.п., тем не менее, в силу необходимости перемещения подвижных узлов оборудования, организации доступа к инструменту и обрабатываемому материалу или визуальному контролю организовать экранирование и улавливание загрязняющих частиц в непосредственной близости от источника их возникновения зачастую не представляется возможным или экономически оправданным. Для улавливания загрязняющих частиц на условной площади в один квадратный метр достаточно производительности аспирационной установки, имеющей впускной трубопровод диаметром около 200 мм (площадь сечения 0,03 м). Таким образом, для улавливания загрязняющих частиц требуется перейти от трубы аспирационной установки с площадью сечения 0,03 м до улавливания на площади 1 м- увеличить площадь сбора в десятки раз. Обычно это достигается с помощью раструба произвольной конфигурации. Результатом применения раструба является образование завихрений по стенкам конуса, потеря скорости потока и эффективности всасывания.
Предложенная насадка обеспечивает возможность максимального приближения к зоне улавливания, большая площадь покрытия достигается за счет распределения многочисленных воздухоприемников малого сопротивления (степеней 2 и 3 насадки), имеющих гладкие стенки, плавные изгибы и совокупную площадь сечения, как у исходной трубы (ступени 1 насадки). Прирост площади захвата происходит только на финальной ступени 4 насадки посредством многочисленных конусных наконечников. Максимальное приближение воздушного потока к зоне улавливания и позволяет повысить эффективную рабочую площадь сбора загрязняющих частиц у насадки относительно обычного раструба.
В таблице 1 иллюстрируется подбор диаметров труб 2-й и 3-й ступени (5 и 25 трубок соответственно) совокупной аналогичной площади исходному трубопроводу. Увеличение площади происходит только на 4-й ступени на 25-ти рассредоточенных позициях.
В Таблице 2 приведены характеристики обычной аспирационной конусной насадки.
В Таблице 3 - характеристики предложенной НАСАДКИ.