Эжекторно-диффузорный дефлектор
EJECTOR-DIFFUSER DEFLECTOR

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано для повышения эффективности работы промышленных и бытовых теплоагрегатов. Помимо этого, изобретение может быть применено в области искусственной вентиляции, например, при создании и реконструкции зданий, сооружений и помещений, за счет увеличения расхода воздуха, отводимого из помещений.
Периодическое снижение перепада давления в газоотводных трубах теплоагрегатов - одна из актуальных проблем в области теплоэнергетики. Данное явление приводит к недожигу топлива, в результате чего КПД теплоагрегата существенно снижается. Колебания тяги приводят также к нестабильной работе теплоагрегата, что снижает его ресурс. Кроме того, низкая величина перепада давления в трубе котла приводит к увеличению времени прогрева котла после долгой остановки, а также длительному прохождению точки росы, что отрицательно влияет на ресурс водотрубной части котла. Одна из существенных причин снижения перепада давления в трубах - влияние ветрового потока на устье трубы. Так, в результате взаимодействия горячей струи, истекающей из дымовой трубы, с ветровым потоком, реализуется поджатие горячей струи и, следовательно, сопротивление тяге, которое увеличивается с ростом скорости ветра и приводит к снижению перепада давления в трубе.
Указанная проблема является актуальной как для промышленных, так и для бытовых котлов. В промышленном секторе устье трубы никак не оборудуется. В настоящее время на промышленных предприятиях проблема падения разрежения решается за счет постоянного контроля величины тяги с применением тягодутьевых агрегатов и дымососов, управление которыми осуществляется с использованием микропроцессорных регуляторов и частотных преобразователей.
При этом в бытовых целях постоянный контроль тяги не оправдан в виду дороговизны контрольно-измерительных устройств и тягодутьевых агрегатов. Так, в бытовых котлах проблема устраняется установкой различного рода устройств на устье трубы: дымник, зонт, зонт-дефлектор, флюгарка и проч. В этой связи для обеспечения требуемого уровня разрежения в топке бытовых теплоагрегатов широко используются крышные дефлекторы. Эти устройства устанавливаются на выходное сечение дымовых труб и обеспечивают оптимальные условия для отвода дымовых газов за счет использования энергии ветрового потока.
В настоящее время существует большое количество различных конструкций дефлекторов.
Известен дефлектор ветра для вентиляционных и дымовых труб (патент № RU2447367, МПК F23L 17/00, 2012 г.). Дефлектор состоит из вентиляционной или дымовой трубы с окнами, наклонными отражателями, параллельными оси трубы ребрами и оголовком. Недостатком является низкая эффективность и сложность изготовления.
Также существуют дефлекторы флюгерного типа, например, RU 2320935 C1, RU 118402 U1, RU 2215944 С2. Ключевым недостатком дефлекторов флюгерного типа является наличие в конструкции подвижных/вращающихся частей.
За прототип принят дефлектор Ханжонкова, патент РФ №2087809, МПК. E24F 7/02, 1997. Дефлектор Ханжонкова состоит из цилиндрического патрубка с насаженным на него коническим диффузором, снабженным снаружи конусным щитком козырьком и установленным над выходным отверстием конического диффузора конусным зонтом-колпаком (коническим экраном) причем верхняя часть диффузора, щиток-козырек и зонт-колпак охвачены цилиндрическим кожухом (обечайкой). Данный дефлектор решает задачу повышения тяги труб за счет создания области вихревого течения, возникающей при обтекании ветровым потоком цилиндрической обечайки. Однако при этом энергия ветрового потока используется недостаточно эффективно из-за потерь полного давления ветрового потока при образовании вихревых структур. При этом дефлектор Ханжонкова имеет большие габаритные размеры и, соответственно высокую парусность.
Указанные выше недостатки исключают возможность применения существующих дефлекторов для улучшения работы теплоагрегатов промышленных труб.
Задача и технический результат настоящего изобретения - создание эжекторно-диффузорного дефлектора, обеспечивающего повышение тяги газоотводных труб и стабильности их работы в условиях ветрового воздействия
Решение задачи и технический результат достигаются тем, что в эжекторно-диффузорном дефлекторе, содержащем цилиндрический патрубок с насаженным на него коническим диффузором, обечайку и конический экран, на устье конического диффузора с внешней стороны установлена сужающаяся вверх профилированная юбка, на которой с зазором установлена обечайка, выполненная профилированной с сужением в центральной части и расширением в верхней части, так, что их (юбки и обечайки) внутренние поверхности образуют сужающийся на выходе кольцевой канал, а над выходным сечением обечайки с помощью лапок прикреплен конический экран. Обечайка и юбка выполнены в форме поверхностей вращения с образующими в виде дуг окружностей, центры которых расположены с внешней стороны обечайки, установка обечайки на юбке выполнена при помощи соединительных пластин.
Изобретение поясняется следующими чертежами
Фиг. 1 - трехмерная схематичная модель эжекторно-диффузорного дефлектора.
Фиг. 2 - схема предлагаемого эжекторно-диффузорного дефлектора с указанием размеров.
Эжекторно-диффузорный дефлектор (фиг. 1) состоит из цилиндрического патрубка 1 с насаженным на него коническим диффузором 2, на устье которого с внешней стороны установлена профилированная юбка 3. На юбке при помощи соединительных пластин 4 с зазором установлена обечайка 5, выполненная профилированной с расширением в верхней части и сужением в центральной части, на которую при помощи лапок 6 прикреплен конический экран 7. Внутренние поверхности юбки и обечайки образуют сужающийся на выходе кольцевой канал. Профилированные юбка и обечайка выполнены в виде поверхностей вращения с образующими в виде дуг окружностей, центры которых расположены с внешней стороны обечайки. При этом поверхности юбки и обечайки образуют кольцевую щель, предназначенную для реализации эффекта эжекции и перепуска воздуха в область аэродинамической тени.
Все элементы дефлектора должны быть выполнены из листовой стали, при этом внутренние поверхности устройства будут покрываться антикоррозионным покрытием. Основные части дефлектора должны быть жестко соединены между собой с использованием соединений типа гайка-болт, сварка, клепка.
Все основные линейные размеры дефлектора (фиг. 2) отнесены к диаметру сечения трубы, в месте установки дефлектора.
к
Высота конического диффузора Н=0.9D÷1.1D
д
Высота профилированной обечайки Н=0.8D÷H.2D
Угол раскрытия конического диффузора α=0÷30°
Угол раскрытия конического экрана (оголовка) β=120°+÷180°
д
Диаметр профилированной обечайки в выходном сечении D=1.2D÷H.8D
к
Диаметр конического экрана (оголовка) D=1.8D÷2D
щ
Высота щели Н=0.05D÷0.2D
Радиус образующей профилированной обечайки R=0.5D÷2.5D
э
Высота конического экрана (оголовка) Н=0.3D÷0.5D
Эжекторно-диффузорный дефлектор работает следующим образом. Набегающей на дефлектор ветровой поток попадает через кольцевую щель внутрь трубы, передает дымовым газам часть импульса в результате эффекта эжекции. При этом из-за гладкой формы юбки и обечайки втекание ветрового потока внутрь дефлектора и его разворот происходит без образования вихревых зон и соответственно без потерь импульса ветрового потока. Наличие кольцевой щели также обеспечивает перепуск дымовых газов в область аэродинамической тени. Все описанные эффекты усиливаются с ростом скорости ветра. В результате совокупного действия данных эффектов поджатие горячей струи полностью компенсируется эффектом эжекции и эффектом перепуска воздуха в область аэродинамической тени, в результате чего полностью исключается эффект падения тяги трубы при увеличении скорости ветрового потока, обтекающего устье. Тяга трубы при установленном дефлекторе, наоборот, монотонно возрастает с увеличением скорости обдувающего трубу ветрового потока. Кроме того, конический экран исключает отрицательное влияние на тягу трубы нисходящих ветровых потоков.
В итоге достигается технический результат - полностью исключается эффект падения тяги трубы при росте скорости обтекающего устье трубы ветрового потока.