Фильтрующее ограждение
FILTERING FENCING

Изобретение относится к области строительства сооружений специального назначения и может быть использовано для оборудования усадьб, дачных и сельских участков, а также в качестве устройства отделения жилых зон от промышленных зон и транспортных коммуникаций. Кроме того, изобретение может быть использовано для защиты контролируемой территории от натекающего на нее тумана, снижающего прозрачность воздуха и ограничивающего дальность видимости, а также в местах, где необходимо огородить защищаемую зону от проникновения в нее аэрозольных загрязнений, в качестве решетки на окна зданий, решетки на входе в систему вентиляции и пр.
В патенте РФ на изобретение №2035576 RU представлено описание ограды, которая включает в себя секции в виде четырехугольных трубчатых рам с жестко прикрепленным к ним сетчатым заполнением. Ограда снабжена специальными приспособлениями, обеспечивающими ее удобный и быстрый монтаж. Известная ограда обеспечивает формирование непреодолимого барьера для птиц и позволяет разместить птиц в летнем лагере. Воздух проходит через известную ограду практически без препятствий, и содержащиеся в воздухе различные аэрозольные загрязнения поступают на загороженную территорию.
В патенте на изобретение №2366787 RU представлена сборно-разборная ограда, содержащая установленные на основаниях панели, выполненные заодно со стойками, имеющими выступающие относительно нижних кромок панелей концы. Основания снабжены средствами крепления панелей и закрывают проемы под нижними кромками панелей между концами их стоек. Данная ограда является препятствием для свободного продвижения воздушных масс. Месте с тем, как известно, воздушный поток огибает стоящее перед ним препятствие и далее натекает на огороженную территорию, принося на нее весь имеющийся в составе воздушного потока спектр аэрозольного загрязнения.
Не обеспечивает изоляцию ограждаемого пространства от попадания на него аэрозольного загрязнения из прилегающих промышленных зон или транспортных магистралей также и ограда, описание которой представлено в патенте на изобретение №2068924 RU. Данное устройство включает в себя закрепленные в грунте П-образные стойки, выполненные из труб или стержней. К стойкам прикреплены в плоскости стоек горизонтальные проволоки с заполнением из сеток. Известное изобретение решает задачу снижения материалоемкости.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому является фильтрующее ограждение, описание которого представлено в патенте на изобретение №2522581 RU. Известное фильтрующее ограждение содержит установленные по периметру стойки, выполненные в виде цилиндрических поверхностей, которые окружены с зазором заземленной сеткой. Наружная поверхность стоек соединена с источником электрического питания. Установленные с зазором относительно стоек заземленные сетки обеспечивают формирование неоднородного электрического поля вокруг поверхности стоек. Электрическое поле индуцирует на поверхности содержащихся в проходящем воздушном потоке аэрозольных частиц электрический дипольный момент. Аэрозольные частицы вследствие индуцированного дипольного момента втягиваются неоднородным электрическим полем в сторону увеличения его градиента, т.е. к стойке. Таким образом, известная конструкция собирает из окружающего электрод пространства аэрозоли и обеспечивает изоляцию ограждаемого пространства от попадания на него аэрозольного загрязнения. Вместе с тем, как показали расчеты и результаты экспериментальных исследований, отклонение аэрозольных частиц от линий тока при воздействии неоднородного электрического поля незначительно. См., например, М.А. Васильева, Н.В. Жохова, А.А. Палей, Ю.В. Писанко, А.Е. Солодина, Л.И. Толпыгин, К.М. Филипченко. Теоретические исследования динамики аэрозольных частиц под действием неоднородного электрического поля и оценка ее влияния на процессы рассеивания тумана. Труды Главной геофизической обсерватории им. А.И. Воейкова, Выпуск 580. Санкт-Петербург, 2016, стр. 82-98. Изд. Д. Арт. И для повышения степени очистки воздуха в известном техническом решении устанавливается несколько рядов стоек, что усложняет и удорожает конструкцию.
Целью предлагаемого изобретения является снижение стоимости конструкции.
Для достижения заявленной цели в известном ограждении, выполненном в виде ячеистой конструкции, поверхности которой, образующие ячейки, соединены с одним из полюсов источника электропитания и с зазором окружают соединенные с другим полюсом источника электропитания электроды, ячейки ориентированы в сторону защищаемой территории, а обращенная к электроду с противоположной от защищаемой территории торцевая часть образующей ячейку поверхности выполнена острой, с радиусом, не превышающим 2 мм.
Предлагаемая конструкция фильтрующего ограждения обеспечивает продвижение очищаемого от аэрозолей воздушного потока вдоль ячейки. В пространстве между электродом и поверхностью, образующей ячейку, формируется электрическое поле. Конструкция позволяет обеспечить сколь угодно длительное время нахождение очищаемого воздушного потока в области действующего электрического поля без установки дополнительных опор, которые усложняют и повышают стоимость конструкции. Выполнение торцевой части образующей ячейку поверхности острой инициирует возникновение коронного разряда. Обеспечивается электрическое заряжание содержащихся в проходящем воздушном потоке аэрозолей на входе в область действующего электрического поля. Сепарация аэрозолей в предлагаемой конструкции обеспечивается взаимодействием электрического поля с электрически заряженными аэрозолями, эффективность которого значительно выше эффективности действия неоднородного электрического поля на электрически нейтральные частицы, что позволяет добиться заданной эффективности очистки при меньших габаритах конструкции, меньшей материалоемкости конструкции и снизить ее стоимость.
На рис. 1 представлена схема предлагаемой конструкции фильтрующего ограждения. Фильтрующее ограждение включает в себя установленные в два ряда с определенным шагом заземленные стойки 1. Ячейки ориентированы в поперечном направлении относительно плоскости, образуемой стойками одного ряда. Угол между направлением ячеек и упомянутой плоскостью не менее 30°. Между рядами стоек 1 электрически изолированно, например, на изоляторах 2 смонтирована ячеистая конструкция 3. Ячеистая конструкция может быть образована в виде квадратных ячеек, как представлено на рис. 1, так и другой формы, например в виде сот. Основные требования - это, во-первых, чтобы поверхности, образующие ячейки, с зазором Δ окружали электроды 4, закрепленные на установленных на стойках 1 свободной для прохождения воздушного потока конструкции 5, которая может быть выполнена, например, из обычной просечно-вытяжной сетки. Во-вторых, необходимо, чтобы торцевая часть образующей ячейку поверхности (на рис. 1 обозначена буквой r), обращенной в противоположную сторону от защищаемой территории (со стороны набегающего воздушного потока, на чертеже обозначено стрелкой W), была острой. Радиус r не должен превышать 2 мм. С противоположной стороны ячейки, со стороны защищаемой территории, торцевую часть ячейки желательно выполнить закругленной, радиусом более 2 мм. Кроме того, поверхность ячеистой конструкции, обращенная к электроду должна быть электропроводной. Поверхность ячеистой конструкции, обращенной к электроду, электрически соединена с высоковольтным (более 10 кВ) источником питания 6, корпус которого заземлен на контур заземления стоек 1.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
Ограждение монтируют поперек набегающего на защищаемую территорию воздушного потока, острой кромкой торцевой части образующей ячейку поверхности с противоположной от защищаемой территории стороны. При подаче напряжения от источника электрического питания 6 на поверхность ячеистой конструкции 3, обращенной к электроду 4, на поверхности ячеистой конструкции 3 накопится электрически заряд. Электрический заряд в зазоре Δ, между электродом 4 и поверхностью ячейки 3 формирует неоднородное электрическое поле. Значение подаваемого напряжения выбирают из условия образования коронного разряда на острой кромке торцевой части образующей ячейку поверхности. Для выбора значения подаваемого напряжения можно руководствоваться известными соотношениями, например, Н.А. Капцов. Электроника. Государственное издательство технико-технической литературы. Москва. 1956 г. Содержащиеся в воздушном потоке, натекающем на ограждение со стороны острой кромки торцевой части образующей ячейку поверхности, аэрозоли, проходя в области коронного разряда, получают электрический заряд. В процессе движения воздушного потока вдоль ячейки в зазоре Δ, в сторону защищаемой территории под действием электрического поля, электрически заряженные аэрозольные частицы будут отклоняться от линий тока и осаждаться на заземленном электроде. Очищенный от аэрозольных частиц воздушный поток беспрепятственно продвигается в сторону защищаемой территории. В зависимости от требований очистки и допустимого значения аэродинамического сопротивления фильтрующего ограждения на стадии проектирования выбирают соотношение длины ячейки L и зазора между электродом 4 и поверхностью ячейки 3, а также значение угла наклона ячеек относительно плоскости, образуемой стойками одного ряда ограждения. Уменьшение упомянутого угла наклона способствует увеличению длины ячейки при заданных поперечных габаритах ограждения и обеспечивает увеличение времени прохождения очищаемого воздушного потока вдоль электрода в области действия электрического поля, что повышает эффективность очистки. Кроме того, уменьшение упомянутого угла способствует снижению оптической прозрачности ограждения и повышает звукоизолирующие свойства ограждения, что очень важно при изоляции дорожных и промышленных зон от жилых кварталов. Однако при этом увеличивается аэродинамическое сопротивление продвижению воздушного потока через ограждение и часть естественного воздушного потока начинает обтекать ограждение, что в конечном счете приводит к снижению эффективности защиты ограждаемой территории от аэрозольного загрязнения. Исходя из данных экспериментальных исследований выполнение ограждения с углом наклона ячеек относительно плоскости, образуемой стойками одного ряда ограждения, менее 30° нецелесообразно. Аналогичным образом на эффективность очистки влияет и соотношение между длиной ячейки L и зазором между электродом 4 и поверхностью ячейки 3. Исходя из материалов исследований можно рекомендовать соотношение
Δ<0.5L.
Конкретное значение угла наклона ячейки и соотношение между длиной ячейки L и зазором между электродом 4 и поверхностью ячейки 3 рекомендуется выбирать на стадии проектирования путем экспериментального подбора требуемых параметров в зависимости от специфических условий эксплуатации ограждения (скорости ветровых потоков, степень загрязнения, орографические условия местности, требований по оптической проницаемости, звукоизоляции и пр.).
В известном техническом решении для повышения эффективности очистки необходима установка дополнительных опор. В предлагаемом техническом решении повышение эффективности очистки можно увеличить несколькими способами: уменьшением зазора Δ, уменьшением угла наклона ячеек относительно плоскости, образуемой стойками одного ряда ограждения, что вызовет некоторое увеличение аэродинамического сопротивления очищаемому воздушному потоку, либо увеличением длины ячейки L, что связано с некоторым увеличением габаритных размеров конструкции. И в том и другом случае нет необходимости установки дополнительных опор, что обеспечивает упрощение конструкции и снижает ее стоимость. Кроме того, эффективность осаждения электрически заряженных аэрозольных частиц значительно выше, чем нейтральных, что позволяет обеспечить очистку при значительно меньших габаритах устройства, снизить материалоемкость конструкции и достичь цели предполагаемого изобретения, снизить стоимость конструкции.
Изобретение создано при поддержке РФФИ. Проекты №№14-08-00836, 15-08-04724.