Комбинированное статико-динамическое устройство для удаления газовой среды

 

Изобретение относится к комбинированному статико-динамическому устройству 1 для удаления газовой среды, которое содержит установленные соосно один над другим верхний элемент 2 и нижний элемент 3, которые жестко скреплены между собой соединительными распорками 4. Устройство 1 имеет также осевую полость 25, открытую в сторону пространства 8, в котором размещены лопатки 24 центробежной турбины 8 с ротором 26 и статором 23, размещенными в указанной осевой полости 25. Нижний элемент имеет нижнее дно 5 и нижнюю крышку 6, через которые коаксиально проходит трубопровод 7 данного диаметра d, выходящий одним своим концом, со стороны нижней крышки 6 в пространство 8, заключенное между двумя элементами 2, 3, другой конец трубопровода 7 предназначен для крепления к каналу подвода газовых сред. Дно 5 и нижняя крышка 6 жестко скреплены друг с другом их общим большим основанием 9. Верхний элемент 2 имеет верхнее дно 11 и верхнюю крышку 12, причем устройство содержит центробежную турбину, имеющую двигатель и по меньшей мере одну лопатку 24. 33 з.п. ф-лы, 7 ил., 1 табл.

Изобретение относится к устройству для удаления различных газовых сред, в частности отходящих или дымовых газов.

Известны статические устройства для выведения газовых сред, устанавливаемые на различных строениях. В числе таких устройств можно назвать, например, конструкции, содержащие нижний элемент, верхний элемент, распорки для жесткого соединения двух отстоящих друг от друга соосных элементов с образованием канала между ними и трубопровод, который проходит через нижний элемент и выходит в указанный канал.

Нижний и верхний элементы ограничены коническими или усеченно-коническими боковыми перегородками, благодаря чему указанный канал имеет в целом в поперечном сечении форму трубки Вентури или сходящийся/расходящийся профиль в радиальном направлении, перпендикулярном к общей оси устройства. Как правило, эта ось должна быть по меньшей мере по существу вертикальной. Обычно такие устройства монтируют над крышей здания, где они будут использоваться. Указанный трубопровод позволяет улавливать и должным образом направлять газы или дымы, которые выходят из него через верхний конец, расположенный, как правило, по верхней границе нижнего элемента, как раз в зоне канала, имеющего форму трубки Вентури. При этом газовая или дымовая среда отклоняется, входя в этот канал, и направляется из устройства наружу в окружающую атмосферу. Этот процесс активизируется при наличии ветра. Подобное устройство описано, например, в FR-A-1403955.

Поскольку такие устройства устанавливаются, как правило, на высоте, они подвергаются действию восходящих, нисходящих или горизонтальных ветровых потоков. В отсутствие ветра единственной движущей силой подъема остается остаточная тепловая тяга, источником которой являются физические явления, происходящие в вертикальном трубопроводе. Эта остаточная тепловая тяга вычисляется по формуле Dp=0,046Н(Dt), где Dp - разрежение в трубопроводе, Н - высота дымовой трубы и Dt - разность между наружной и внутренней температурами. По существу, когда наружная температура приближается к внутренней, подъемная сила в отсутствие ветра практически равна нулю.

Для устранения этих недостатков может быть использована специальная механизированная комбинированная системы с двигателем, приводимым в действие от программируемого тактового генератора или от схем с использованием датчика давления, гигрометрического датчика и т.п.

В ЕР-А-0416999 и FR-A-2709534 описаны статические устройства указанного выше типа, которые дополнительно содержат центробежную турбину, снабженную двигателем, расположенным в верхнем элементе, и, по меньшей мере, одной лопаткой, расположенной в свободном пространстве между верхним и нижним элементами. Подобные динамические устройства позволяют существенно интенсифицировать удаление газов или дымов, выталкиваемых при вращении лопатки в пространстве, имеющем в целом сходящийся/расходящийся профиль или форму трубки Вентури.

Механическая часть описанных в указанных документах систем содержит несколько радиальных лопаток, установленных, например, на ступице на одном из концов вала обычного двигателя.

Однако и эти конструкции имеют ряд недостатков. Один из них заключается в разрегулировании равновесия системы во времени из-за значительного вылета, который обусловлен наличием турбины с радиальными лопатками.

Другим недостатком является преждевременный износ подшипников качения ведущего вала, что вызвано установкой на его конце турбины.

Кроме того, двигатель, установленный в металлическом верхнем элементе устройства, не только занимает много места, но и создает большие звуковые помехи, обусловленные резонансной камерой.

В данном изобретении предлагается устройство, подобное в целом описанному в FR-A-2709534, но с улучшенными характеристиками равновесия и износостойкости; кроме того, создаваемый при его работе шум имеет меньший уровень, чем в аналогичных известных системах.

Для этого согласно первому аспекту изобретения предложено статико-динамическое устройство для удаления газовых сред, в частности отходящих или дымовых газов, содержащее установленные соосно один над другим верхний элемент и нижний элемент, которые жестко скреплены между собой соединительными распорками.

Нижний элемент имеет нижнее дно и нижнюю крышку, через которые коаксиально проходит трубопровод данного диаметра d, выходящий одним своим концом, со стороны нижней крышки, в пространство, заключенное между двумя элементами, при этом другой конец трубопровода соединен с каналом подвода газовых сред.

Нижнее дно и нижняя крышка жестко скреплены друг с другом их общим большим основанием.

Верхний элемент имеет верхнюю крышку и верхнее дно, которые жестко скреплены друг с другом их общим большим основанием.

Кроме того, устройство содержит центробежную турбину, снабженную двигателем и по меньшей мере одной лопаткой.

В верхнем дне имеется осевая полость, открытая в сторону пространства, в котором размещены лопатки.

В соответствии с изобретением двигатель имеет расположенные в осевой полости статор и ротор, снабженный по меньшей мере одной лопаткой, и не имеет ведущего вала.

Таким образом, согласно изобретению верхняя крышка верхнего элемента имеет размер, в частности высоту, меньше, чем в известных системах.

Кроме того, благодаря отсутствию ведущего вала удается предотвратить износ, в частности подшипников качения, а также разрегулировку равновесия устройства.

В соответствии с другими аспектами изобретения лопатки имеют нижнюю радиальную кромку, прилегающую к нижнему основанию осевой полости.

Осевая полость имеет форму усеченного конуса, соосного с верхней крышкой, большее основание которого находится со стороны указанного пространства, а меньшее основание закрыто.

В соответствии с одним из вариантов выполнения полость частично выступает из верхнего дна верхнего элемента в сторону указанного пространства.

Целесообразно также, чтобы большее основание полости было расположено по существу в той же плоскости, что и верхнее дно верхнего элемента, и чтобы полость входила внутрь верхнего элемента, или же чтобы меньшее основание полости было расположено по существу в той же плоскости, что и верхнее дно верхнего элемента, и чтобы полость была расположена снаружи от верхнего элемента.

Полость может также занимать промежуточное положение между положением внутри верхнего элемента и положением снаружи от верхнего элемента.

Согласно еще одному аспекту изобретения соотношения размеров в устройстве выбираются в зависимости от диаметра трубопровода с целью оптимизировать аэродинамические свойства устройства.

Ниже изобретение описано более подробно со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых: фиг. 1 схематично изображает продольный вертикальный разрез одного из вариантов выполнения устройства согласно изобретению; фиг.2 - то же, что фиг.1, но с указанием размеров; фиг.3 - вид сверху на нижнюю крышку по фиг.1; фиг. 4 изображает подробно часть устройства с элементами подвижных лопаток; фиг.5 схематично изображает вид сбоку первой центробежной турбины, используемой в устройстве согласно изобретению; фиг.6 - продольный вертикальный разрез другого варианта выполнения устройства согласно изобретению; фиг.7 - вид сбоку второй центробежной турбины, используемой в устройстве согласно изобретению.

Изобретение относится к статико-динамическому устройству для удаления газов или дымов. Такие устройства устанавливаются, в частности, на дымовых трубах для выведения газов в зданиях бытового, торгового или промышленного назначения.

Предлагаемое устройство 1 имеет общую ось 100, которая в случае установки такого устройства на дымовой трубе является, как правило, вертикальной или практически вертикальной. Для упрощения описания и более понятного изложения изобретения оно рассмотрено применительно к таким вариантам установки, которые показаны на фиг.1, 2 и 6. Опредения "верхний", "нижний" и пр. следует понимать в отношении указанных вариантов установки. Аналогично термины "осевой", "поперечный" и т.п. используются по отношению к оси 100.

Согласно предпочтительному варианту ось 100 является осью вращения, однако возможны другие варианты, где ось 100 представляет собой лишь ось симметрии или даже служит только для определения общего направления расположения устройства 1.

Устройство 1 содержит нижний элемент 3, верхний элемент 2, органы 4 в форме распорок для соединения нижнего 2 и верхнего 3 элементов таким образом, чтобы они были расположены по одной оси на расстоянии друг от друга и напротив друг друга, в результате чего между ними образуется свободный канал 8 для прохода газов или дымов.

Свободный канал 8 имеет в целом в осевом поперечном сечении сходящуюся/расходящуюся форму. Устройство содержит также трубопровод 7 для газов или дымов, который проходит через нижний элемент 3 и выходит своим дальним отверстием 15 в канал 8 (здесь термин "дальний" употребляется исходя из обычного направления циркуляции газов или дымов в процессе их удаления через устройство).

Трубопровод 7 имеет некоторую заданную длину в осевом направлении. Он предназначен для присоединения к дымовой трубе с помощью фланцев или аналогичных средств.

Устройство также содержит центробежную турбину с радиальными лопатками.

В соответствии с типовым вариантом, показанным на фиг.1, который, однако, не накладывает на изобретение никаких ограничений, нижний элемент 3 имеет нижнее дно 5 и нижнюю крышку 6, причем каждая из этих деталей выполнена по существу в форме усеченного конуса. Через нижнее дно 5 и нижнюю крышку 6 коаксиально проходит трубопровод 7 с данным диаметром d. Одним своим концом 15, расположенным со стороны нижней крышки 6, трубопровод 7 выходит в пространство 8, заключенное между элементами 2 и 3. Другой конец трубопровода 7 прикреплен к каналу подвода газовой среды, а точнее к дымовой трубе. Согласно варианту выполнения, представленному на фиг.1 и 2, на том конце трубопровода 7, который находится со стороны пространства 8, выполнен радиальный кольцевой выступ 22, в который упирается с обеспечением фиксации меньшее основание нижней крышки 6.

Нижнее дно 5 и нижняя крышка 6 жестко скреплены друг с другом. Нижняя крышка 6 имеет кольцевую кромку 10, которая прилегает к общему большему основанию 9 и направлена вниз от него, образуя продолжение поверхности нижней крышки 6. Нижнее дно 5 имеет периферийный обод 20, параллельный конической поверхности нижней крышки 6. Кольцевая кромка 10 образует непосредственное продолжение конической поверхности нижней крышки 6, а на эту коническую поверхность опираются соединительные распорки 4.

Для того чтобы распорки 4 могли опираться на коническую поверхность нижней крышки 6, каждая из них может быть снабжена, например, нижней соединительной лапкой 21 на своем нижнем конце (фиг.3). В одном из рабочих положений распорки эта нижняя лапка 21 расположена параллельно конической поверхности нижней крышки 6 и находится в жестком контакте с ней, будучи вытянутой в тангенциальном направлении.

Согласно одному из вариантов осуществления изобретения нижняя соединительная лапка 21 может быть выполнена за одно целое с распоркой, а в соответствии с другим вариантом она может быть насажена на торец распорки 4.

Другое, не показанное здесь решение состоит в том, что распорки 4 выступают из конической поверхности нижней крышки 6.

Для того чтобы распорки 4 могли выступать из конической поверхности нижней крышки 6, на этой поверхности предусмотрены периферийные приливы, на которые опираются концы распорок 4, расположенные со стороны нижнего элемента 3. Для этого поперечное сечение каждого прилива находится напротив поперечной лыски периферийного обода 20 нижнего дна 5. Вместе взятые они образуют поперечное основание, служащее для установки и закрепления конца распорки 4, находящегося со стороны нижнего элемента 3, на этом нижнем элементе. В результате нижние концы распорок оказываются как бы "погруженными" в коническую поверхность нижней крышки 6 так, что снаружи распорка выглядит выступающей из этой поверхности.

В соответствии с другим типовым вариантом, показанным на фиг.1, верхний элемент 2 имеет верхнюю крышку 12 и верхнее дно 11, жестко скрепленные друг с другом общим большим основанием 13. Каждая из этих деталей, т.е. верхнее дно 11 и верхняя крышка 12, снабжена поперечным периферийным ободом соответственно 18 и 19, находящимися один против другого. Эти поперечные периферийные ободы образуют поперечную полосу, служащую для установки и закрепления конца распорки 4, находящегося со стороны верхнего элемента 2, на этом верхнем элементе. Для этого каждая распорка 4 может быть снабжена, например, верхней соединительной лапкой, параллельной указанной поперечной полосе и вытянутой в тангенциальном направлении. Оба варианта выполнения, рассмотренные при описании нижней лапки 21, применимы и к верхней лапке.

Верхнее дно 11 и верхняя крышка 12 могут быть установлены на концах распорок 4, находящихся со стороны верхнего элемента 2, также без зазора, с обеспечением жесткой связи находящихся со стороны распорок 4 концов верхней крышки 12 и верхнего дна 11.

Верхняя крышка 12 может быть также снабжена периферийной кольцевой кромкой 14, прилегающей к большему основанию 13 и направленной вниз от него, образуя продолжение поверхности верхней крышки 12.

Эта периферийная кольцевая кромка 14 образует продолжение периферийного обода 18 верхней крышки 12 и закрывает периферийный обод 19 верхнего дна 11.

Находящиеся напротив друг друга поперечные периферийные ободы 18 и 19 образуют продолжение соответственно большего основания первого усеченного конуса 33 верхнего дна 11 и большего основания второго усеченного конуса 32 верхней крышки 12.

Согласно варианту выполнения, показанному на фиг.1 и 2, верхнее дно 11 имеет осевую полость 25, открытую в сторону пространства 8, в котором размещены лопатки 24 центробежной турбины. В соответствии с этим вариантом лопатки 24 имеют нижнюю радиальную кромку 27, прилегающую к нижнему основанию 28 осевой полости 25. Центробежная турбина имеет статор 23 и ротор 26, расположенные внутри осевой полости 25. На роторе 26 закреплены радиальные лопатки 24, например, в количестве двух, трех, четырех или пяти.

Согласно варианту выполнения, показанному на фиг.1, верхняя крышка 12 имеет конический колпак 30, соосным продолжением которого через его большее основание служит первый усеченный конус 31 меньшего размера, меньшее основание которого является одновременно большим основанием колпака 30.

В свою очередь, соосным продолжением первого усеченного конуса 31 является второй усеченный конус 32, меньшее основание которого является одновременно большим основанием первого усеченного конуса 31.

Согласно другому варианту выполнения верхняя крышка 12 вместо усеченных конусов 31 и 32 имеет только конический колпак, большее основание которого совпадает с нижним дном 11.

При этом коническая поверхность колпака может быть расположена под углом, например, порядка 22^o к его большему основанию.

Согласно варианту выполнения, показанному на фиг.1, верхнее дно 11 имеет соосный с верхней крышкой 12 первый усеченный конус 33, меньшее основание 17 которого расположено со стороны пространства 8. Меньшее основание 17 рассчитано на установку на нем полости или элемента полости, предназначенной (предназначенного) для размещения лопаток 24.

Целесообразно, чтобы полость 25 имела форму усеченного конуса, соосного с верхней крышкой 12, большее основание 28 которого находится со стороны пространства 8, а закрытое меньшее основание 29 - со стороны верхней крышки 12.

Согласно варианту выполнения, показанному на фиг.1, элемент полости 25 частично выступает из верхнего дна 11, в частности из меньшего основания 17 первого усеченного конуса 33, в пространство 8.

С целью улучшения рабочих характеристик устройства целесообразно также, чтобы полость или элемент полости 25 были снабжены периферийной кольцевой кромкой 34, прилегающей к основанию 28 и обращенной вверх.

Согласно одному из вариантов выполнения меньшее основание 15 нижней крышки 6 имеет направленный вдоль оси кольцевой выступ 16 с высотой h. В соответствии с одним из вариантов осуществления этот кольцевой выступ 16 может быть выполнен в виде концевого участка 15 трубопровода 7, выступающего над меньшим основанием нижней крышки 6 в сторону пространства 8.

Указанные в дальнейшем описании геометрические параметры составных элементов устройства даны применительно к варианту выполнения, показанному на фиг.1 и 2 в качестве примера, не имеющего ограничительного характера. Эти геометрические параметры соотнесены, как правило, с диаметром d трубопровода 7. Их выбор важен потому, что он дает возможность существенно улучшить показатели удаления газовых сред независимо от направления ветра и режима работы. В конце описания представлена сводная таблица для всех указанных геометрических параметров.

Целесообразно, чтобы в устройстве 1 согласно изобретению максимальный диаметр D верхнего элемента 2 был по существу равен максимальному диаметру нижнего элемента 3.

Целесообразно, чтобы отношение D/d находилось в пределах от 1,5 до 3 и предпочтительно было по существу равно 2,25.

Целесообразно, чтобы отношение h/d, где h - высота кольцевого выступа 16, находилось в пределах от 0,01 до 0,15. Предпочтительно это отношение по существу равно 0,08.

Пусть H - минимальное расстояние между верхним и нижним элементами (для конкретного варианта выполнения, показанного на фиг. 2, - расстояние от концевого участка 15 до большего основания 28 элемента полости 25), тогда целесообразно, чтобы отношение H/d находилось в пределах от 0,25 до 1,2. Предпочтительно это отношение по существу равно 0,7.

Пусть а - угол между конической поверхностью нижней крышки 6 и большим основанием 9, тогда целесообразно, чтобы угол а находился в пределах от 15 до 45^o и предпочтительно был по существу равен 30^o.

Пусть b - угол между конической поверхностью нижнего дна 5 и большим основанием 9, а g - угол между конической поверхностью второго усеченного конуса 32 верхней крышки 12 и его большим основанием, тогда целесообразно, чтобы углы b и g находились в пределах от 0 до 30^o и были предпочтительно равны 22^o.

Пусть d - угол между поверхностью первого усеченного конуса 33 верхнего дна 11 и большим основанием 13, тогда целесообразно, чтобы угол d находился в пределах от 0 до 30^o и предпочтительно был по существу равен 22^o.

Пусть d₂ - диаметр закрытого меньшего основания 29 полости 25, тогда целесообразно, чтобы отношение d₂/d находилось в пределах от 0,8 до 2 и предпочтительно было по существу равно 1,12.

Пусть d₃ - диаметр открытого большего основания 28 полости 25, тогда целесообразно, чтобы отношение d₃/d находилось в пределах от 1 до 2,40 и предпочтительно было по существу равно 1,31.

Пусть d₄ - измеренная по оси высота осевой полости 25, тогда целесообразно, чтобы отношение d₄/d находилось в пределах от 0,2 до 0,5 и предпочтительно было по существу равно 0,28.

Полость 25 выступает из меньшего основания 17 первого усеченного конуса 33 верхнего дна 11 в сторону пространства 8 на величину, находящуюся в пределах от половины до всей измеренной по оси высоты d₄.

Размер выступающей части полости 25 предпочтительно по существу равен 0,18•d.

Пусть m - угол между конической поверхностью полости 25 и ее большим основанием 28, тогда целесообразно, чтобы угол m находился в пределах от 45 до 90^o и предпочтительно был по существу равен 75^o.

Коническая поверхность первого усеченного конуса 31 верхней крышки 12 образует с его большим основанием угол порядка 60±10^o.

Целесообразно, чтобы коническая поверхность конического колпака 30 верхней крышки 12 образовывала с его большим основанием угол порядка 12±5^o.

Целесообразно и предпочтительно, чтобы расстояние от закрытого меньшего основания 29 полости 25 до вершины конического колпака 30 было порядка 0,8•d.

Кольцевая кромка 34, прилегающая к основанию 28, образует с основанием 28 угол порядка 22±10^o и имеет ширину порядка 0,1•d.

Согласно представленному на чертежах варианту выполнения, устройство содержит по меньшей мере две, а предпочтительнее три соединительные распорки 4, расположенные с интервалами 120^o по его периметру. Распорки 4 выполнены плоскими, с закругленными краями, и имеют радиальную длину t₃ и ширину е₃. Целесообразно, чтобы отношение t₃/d находилось в пределах от 0,04 до 0,07 и предпочтительно было по существу равно 0,05. Целесообразно, чтобы отношение ₃/t₃ находилось в пределах от 0,02 до 0,5.

Согласно другому варианту выполнения распорки 4 имеют на большей части их осевой длины, т.е. длины, измеренной по оси 100, прилив, расположенный по существу в центре этих распорок параллельно оси 100.

При этом части распорок 4, расположенные по обе стороны от указанного прилива, могут иметь незначительную толщину и могут быть выполнены просто в виде тонкой пластинки.

Пусть 1 - угол между кольцевыми кромками 10, 14 и большими основаниями соответственно 9 и 13, тогда целесообразно, чтобы угол 1 находился в пределах от 45 до 70^o и предпочтительно был по существу равен 60^o.

Поперечные периферийные ободы 18, образующие поперечную полосу, служащую для установки и закрепления на верхнем элементе 2 концов распорок, находящихся со стороны верхнего элемента 2, имеют радиальную ширину, по существу равную радиальной длине t₃ указанных распорок 4.

Устройство согласно изобретению может дополнительно содержать решетчатый элемент (не показан) цилиндрической формы, расположенный соосно с верхним и нижним элементами 2 и 3 и проходящий между ними. Этот решетчатый элемент цилиндрической формы имеет диаметр, по меньшей мере превышающий диаметр d₃ открытого большего основания 29 полости 25 с добавлением кольцевого обода 34. Предпочтительно, чтобы этот решетчатый элемент имел ячейки размером 20•20 мм ±2 мм.

Как видно на фиг.6, нижний элемент 3 имеет деталь 44 в целом в форме усеченного конуса, верхнее меньшее основание 45 которого, находящееся со стороны пространства 8, обращено к верхнему элементу 2, а нижнее большее основание 46 обращено в сторону, противоположную верхнему элементу 2.

Диаметр большего основания 46 составляет порядка 1,6-2,5 диаметра меньшего основания 45.

Нижний элемент 3 установлен напротив верхнего элемента 2 на некоторым расстоянии от него, при этом верхний 2 и нижний 3 элементы жестко связаны друг с другом с помощью распорок 4.

Эти распорки проходят по существу параллельно оси 100.

Над меньшим основанием 45 нижнего элемента 3 может быть предусмотрен выступ 47, имеющий по существу круглое сечение.

Высота выступа 47, измеренная параллельно оси 100, составляет порядка 0,01-0,02 диаметра меньшего основания 45.

Кроме того, измеренное параллельно оси 100 расстояние между свободной периферийной кромкой выступа 47 и верхним дном 11 составляет порядка 0,45-0,8 диаметра меньшего основания 45.

Верхнее дно 11 верхнего элемента 2 имеет вид приплюснутой чаши 48 в целом круглой формы.

Чаша 48 имеет поперечную среднюю часть 49, которая смещена по оси относительно остальной кольцевой наружной части 50.

Наружный диаметр чаши 48 равен или близок к наружному диаметру нижнего элемента 3, измеренному на его большем основании 9.

Диаметр средней части 49 равен или близок к диаметру открытого пространства 8. В представленных здесь вариантах выполнения он составляет порядка 0,8-1,25 диаметра меньшего основания 45.

В рассматриваемом варианте выполнения диаметр средней части 49 составляет приблизительно 0,4-0,6 наружного диаметра чаши 48.

В частности, диаметр средней части 49 может составлять порядка половины наружного диаметра чаши 48.

Осевое смещение средней части 49 по оси 100 относительно кольцевой наружной части 50 составляет порядка одной десятой диаметра этой средней части 49, предпочтительно порядка 0,15-0,5 диаметра меньшего основания 45.

Поперечная средняя часть 49 выполнена плоской или по существу плоской так же, как и кольцевая наружная часть 50.

Средняя часть 49 соединяется с наружной частью 50 с помощью соединительной стенки 51 в целом в форме усеченного конуса, которая наклонена относительно оси 100.

Меньший диаметр этой соединительной стенки 51 расположен со стороны средней части 49, а ее больший диаметр - со стороны кольцевой наружной части 50.

Угол наклона соединительной стенки 51 к оси 100 находится в пределах от 15 до 45^o.

В показанном на фиг.6 варианте этот угол составляет порядка 20^o.

Согласно представленному варианту выполнения чаша 48 имеет наружную кромку 52, выступающую вниз в сторону поперечной плоскости, проходящей через среднюю часть нижнего элемента 3.

Длина выступающей вниз наружной кромки 52, измеренная вдоль оси, составляет порядка одной - двух третей осевого смещения средней части 49 относительно кольцевой наружной части 50.

Угол наклона выступающей вниз наружной кромки 52 относительно оси 100 может быть того же порядка, что и угол наклона соединительной стенки 51.

В полости 25, образованной средней частью 49 и соединительной стенкой 51, может быть размещена турбина, условно обозначенная позицией 53, которая крепится к чаше 48.

Верхний элемент 2 снабжен защитным кожухом 54.

Этот защитный кожух 54 прикреплен к чаше 48 со стороны, противоположной нижнему элементу 3.

Указанный кожух 54 имеет в целом форму конуса или усеченного конуса, причем в последнем случае у него имеется верхняя поперечная стенка 55.

Кожух 54 может быть прикреплен к кольцевой наружной части 50 в зоне выступающей вниз кромки 52. Между кожухом 54 и кольцевой наружной частью 50 может быть предусмотрена щель 56 для циркуляции воздуха внутри кожуха 54.

Согласно другому, не показанному здесь варианту выполнения кожух 54 может закреплен на соединительной стенке 51, для чего при необходимости между ними может быть выполнен зазор.

Согласно еще одному, тоже не показанному здесь варианту выполнения кожух 54 может быть закреплен на средней части 49, и тогда между ними тоже выполняется зазор с использованием прокладок, по существу параллельных оси 100.

В этом варианте выполнения кожух 54 занимает не всю поверхность чаши 48.

Кроме того, в соответствии с представленным здесь вариантом выполнения, где кожух 54 имеет в целом форму усеченного конуса, в верхней стенке 55 кожуха 54 выполнено отверстие 57 с целью интенсифицировать циркуляцию воздуха и, следовательно, охлаждение турбины 53.

Над стенкой 55 установлен колпак 58 в целом конической формы. Основание 59 колпака 58 прикреплено к стенке 55 с сохранением между ними зазора 60 для удаления воздуха, поступающего из отверстия 57.

Согласно вариантам выполнения, показанным на фиг.1, 2 и 6, полость 25 частично выступает из меньшего основания 17 первого усеченного конуса 33 верхнего дна 11 в сторону пространства 8.

Большее основание 28 полости 25 может быть расположено по существу в той же горизонтальной плоскости, что и верхнее дно 11, или же в показанном на фиг. 6 варианте выполнения в той же плоскости, что и чаша 48 верхнего элемента 2, при этом полость 25 будет полностью входить в этот верхний элемент 2.

Целесообразно также, чтобы меньшее основание 29 полости 25 находилось по существу в той же плоскости, что и верхнее дно 11, или в той же плоскости, что и чаша 48 верхнего элемента 2. Тогда полость 25 будет расположена снаружи от верхнего элемента 2.

Могут быть также предусмотрены положения, промежуточные между двумя только что рассмотренными.

На фиг. 5 более подробно показана центробежная турбина, имеющая статор 23, снабженный на одной из его поверхностей традиционным средством 42 крепления.

Это средство 42 предназначено для крепления турбины в осевой полости 25.

Центробежная турбина имеет также ротор 26, на котором со стороны, примыкающей к статору 23, установлен фланец 40 для крепления лопаток 24 с помощью какого-либо традиционного средства 41, например винтов.

Со стороны статора 23 предусмотрены средства 43 электрического соединения, подключенные к управляющему устройству (не показано) для включения или выключения турбины.

Периферийные кромки 35 и верхние радиальные кромки 36 лопаток 24, установленных с помощью фланца 40, могут в предпочтительном варианте прилегать к поверхности полости 25.

Согласно другому варианту выполнения, показанному на фиг.7, вместо фланца 40, показанного на фиг.5, ротор 26 имеет по меньшей мере одну деталь для крепления лопаток 24.

Эта деталь закреплена на роторе 26, например, винтом 62, установленным по оси вращения ротора 26. Она может представлять собой, например, удлиненный стержень 61, форма которого по существу соответствует наружной форме ротора 26 по обе стороны от винта 62 и который далее проходит в сторону статора 23.

На каждом конце стержня 61 закреплено по одной лопатке 24, например, винтами, либо непосредственно, либо с помощью вставной пластины 63.

В зависимости от количества лопаток 24 могут быть предусмотрены один или несколько стержней 61.

Согласно еще одному, не показанному здесь варианту выполнения деталь для крепления представляет собой полый корпус, закрывающий ротор 26 и закрепленный на нем винтом, установленным по оси вращения ротора.

На этом полом корпусе с помощью традиционных средств закреплена одна или несколько лопаток 24.

В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения (см. фиг. 4) нижние радиальные кромки 27 лопаток 24 имеют продолжение в виде лопастных элементов 37, которые могут поворачиваться с помощью одного или нескольких шарниров 39 вокруг радиальных кромок 27 из первого положения покоя, в котором они расположены по существу перпендикулярно лопаткам 24, когда турбина выключена, во второе, рабочее положение, в котором каждый лопастной элемент 37 находится по существу в той же плоскости, что и связанная с ним лопатка 24, во время работы турбины.

Целесообразно, чтобы лопастные элементы 37 принудительно устанавливались в положение покоя специальным упругим элементом 38. Переход из положения покоя в рабочее положение происходит под действием силы инерции и центробежной силы, которые создаются в результате вращения, передаваемого турбиной на лопатки 24 и на лопастные элементы 37. Согласно варианту выполнения, показанному на чертежах, устройство содержит две большие лопатки 24, пересекающиеся на оси 100 с образованием четырех полулопаток. Кроме того, обе лопатки 24 срезаны под прямым углом.

В варианте, показанном на фиг. 4, каждая полулопатка имеет лопастной элемент 37 в виде четверти круга. В положении покоя лопастные элементы 37 оказываются расположены перендикулярно к полулопаткам, образуя в сочетании крышку, закрывающую нижнее основание 28 полости 25. Благодаря этому в положении покоя, т. е. когда двигатель выключен, не происходит ухудшения рабочих характеристик устройства из-за наличия лопаток 24, поскольку они закрыты лопастными элементами 37.

Хотя выше были описаны лишь некоторые из возможных вариантов осуществления изобретения, очевидно, что специалисты в данной области техники могут вносить любые изменения в рамках объема изобретения. Указанные здесь размеры и соотношения размеров приведены лишь в качестве примеров, не имеющих ограничительного характера. При условии сохранения объема изобретения можно изменять также количество лопаток или полулопаток и форму и количество лопастных элементов.

Формула изобретения

1. Комбинированное статико-динамическое устройство (1) для удаления газовой среды, в частности отходящих или дымовых газов, содержащее установленные соосно один над другим верхний элемент (2) и нижний элемент (3), жестко скрепленные между собой соединительными распорками (4), при этом нижний элемент имеет нижнее дно (5) и нижнюю крышку (6), через которые коаксиально проходит трубопровод (7) данного диаметра d, выходящий одним своим концом, со стороны нижней крышки (6), в пространство (8), заключенное между двумя элементами (2,3), другой конец трубопровода (7) предназначен для крепления к каналу подвода газовых сред, указанные дно (5) и нижняя крышка (6) жестко скреплены друг с другом их общим большим основанием (9), верхний элемент (2) имеется верхнее дно (11) и верхнюю крышку (12), причем устройство содержит центробежную турбину, имеющую двигатель и по меньшей мере одну лопатку (24), в верхнем дне (11) имеется осевая полость (25), открытая в сторону пространства (8), в котором размещены лопатки (24), а двигатель имеет расположенные в осевой полости (25) статор (23) и ротор (26), снабженный по меньшей мере одной лопаткой (24), и не имеет ведущего вала.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что осевая полость (25) имеет форму усеченного конуса, соосного с верхней крышкой (12), большее основание (28) которого находится со стороны пространства (8) и меньшее основание (29) которого закрыто.

3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что полость (25) частично выступает из верхнего дна (11) верхнего элемента (2) в сторону пространства (8).

4. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что большее основание (28) полости (25) расположено, по существу, в той же плоскости, что и верхнее дно (11) верхнего элемента (2), а полость (25) входит внутрь верхнего элемента (2), или меньшее основание (29) полости (25) расположено, по существу, в той же плоскости, что и верхнее дно (11) верхнего элемента (2), а полость (25) расположена снаружи от верхнего элемента (2).

5. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что полость (25) занимает промежуточное положение между положением внутри верхнего элемента (2) и положением снаружи от верхнего элемента (2).

6. Устройство по любому из пп.1-5, отличающееся тем, что лопатки (24) имеют нижнюю радиальную кромку (27), прилегающую к нижнему основанию (28) осевой полости (25).

7. Устройство по любому из пп.1-6, отличающееся тем, что верхняя крышка (12) имеет конический колпак (30), соосным продолжением большего основания которого является первый усеченный конус (31) меньшего размера, меньшее основание которого является большим основанием колпака (30), а сам первый усеченный конус (31) имеет в качестве соосного продолжения второй усеченный конус (32) с меньшим основанием, которое является большим основанием первого усеченного конуса (31).

8. Устройство по любому из пп.1-7, отличающееся тем, что верхнее дно (11) имеет соосный с верхней крышкой (12) первый усеченный конус (33) с меньшим основанием (17), расположенным со стороны пространства (8) и выполненным с возможностью установки на нем полости (25), предназначенной для размещения лопаток (24).

9. Устройство по любому из пп.1-8, отличающееся тем, что верхняя крышка (12) снабжена периферийной кольцевой кромкой (14), направленной вниз от большего основания (13) и образующей продолжение поверхности верхней крышки (12).

10. Устройство по любому из пп.1-9, отличающееся тем, что верхнее дно (11) и верхняя крышка (12) снабжены поперечными периферийными ободами (18, 19), находящимися напротив друг друга и образующими поперечную полосу для установки и закрепления конца распорок (4), расположенного со стороны верхнего элемента (2), на верхнем элементе (2), при этом кольцевая кромка (14) образует продолжение периферийного обода (19) верхней крышки (12) и закрывает периферийный обод (18) верхнего дна (11), а находящиеся напротив друг друга поперечные периферийные ободы (18, 19) образуют продолжение соответственно большего основания первого усеченного конуса (33) верхнего дна (11) и большего основания второго усеченного конуса (32) верхней крышки (12).

11. Устройство по любому из пп.1-10, отличающееся тем, что верхняя крышка (12) имеет один конический колпак, большее основание которого является общим с нижним дном (11) и коническая поверхность которого образует, например, с его большим основанием угол порядка 22°.

12. Устройство по любому из пп.1-6, отличающееся тем, что верхний элемент (2) имеет верхнее дно (11) в виде приплюснутой чаши (48) в целом круглой формы, имеющей поперечную среднюю часть (49), которая смещена по оси относительно остальной кольцевой наружной части (50), причем поперечная средняя часть (49) выполнена плоской или, по существу, плоской и соединена с кольцевой наружной частью (50) с помощью соединительной стенки (51), имеющей в целом форму увеченного конуса.

13. Устройство по любому из пп.1-11, отличающееся тем, что нижнее дно (5) и нижняя крышка (6) имеют форму усеченного конуса, нижняя крышка (6) снабжена кольцевой кромкой (10), которая прилегает к общему большему основанию (9), направлена вниз от него и образует продолжение поверхности нижней крышки (6).

14. Устройство по п.13, отличающееся тем, что нижнее дно (5) имеет периферийный обод (20), параллельный конической поверхности нижней крышки (6).

15. Устройство по любому из пп.1-6, 12, отличающееся тем, что нижний элемент (3) имеет деталь (44) в целом в форме усеченного конуса, верхнее меньшее основание (45) которого обращено к верхнему элементу (2), а нижнее большее основание (46) обращено в сторону, противоположную верхнему элементу (2).

16. Устройство по любому из п.15, отличающееся тем, что над меньшим основанием (45) расположен выступ (47), по существу, круглого сечения.

17. Устройство по любому из пп.1-16, отличающееся тем, что каждая из распорок (4) в рабочем положении имеет на своем нижнем конце нижнюю соединительную лапку 21, параллельную конической поверхности нижней крышки (6), находящуюся в жестком контакте с ней и вытянутую в тангенциальном направлении относительно оси (100) устройства.

18. Устройство по п.17, отличающееся тем, что распорки (4) имеют на большей части их осевой длины, измеренной по оси (100), прилив, расположенный, по существу, в центре распорок (4) и параллельно оси (100), причем части распорок (4), расположенные по обе стороны от прилива, имеют незначительную толщину.

19. Устройство по любому из пп.1-18, отличающееся тем, что нижняя крышка (6) имеет на уровне ее меньшего основания (15) направленный вдоль оси кольцевой выступ (16) с высотой h, причем отношение h/d находится в пределах от 0,01 до 0,15 и предпочтительно, по существу, равно 0,08, и/или тем, что угол 1 между кольцевыми кромками (10, 14) и большими основаниями (9, 13) находится в пределах от 45 до 70° и предпочтительно, по существу, равен 60°.

20. Устройство по любому из пп.1-19, отличающееся тем, что максимальный диаметр D верхнего элемента (2), по существу, равен максимальному диаметру нижнего элемента (3), а отношение D/d находится в пределах от 1,5 до 3 и предпочтительно, по существу, равно 2,25.

21. Устройство по любому из пп.1-20, отличающееся тем, что при минимальном расстоянии Н между верхним (2) и нижним (3) элементами отношение Н/d находится в пределах от 0,25 до 1,2 и предпочтительно, по существу, равно 0,7.

22. Устройство по любому из пп.1-21, отличающееся тем, что угол а между конической поверхностью нижней крышки (6) и ее большим основанием (9) находится в пределах от 15 до 45° и предпочтительно, по существу, равен 30°.

23. Устройство по любому из пп.1-22, отличающееся тем, что угол b, и/или угол g, и/или угол d соответственно между конической поверхностью нижнего дна (5), конической поверхностью второго усеченного конуса (32), поверхностью первого усеченного конуса (33) и их соответствующим большим основанием находится (находятся) в пределах от 0 до 30° и предпочтительно, по существу, равен (равны) 22°.

24. Устройство по любому из пп.1-23, отличающееся тем, что при диаметре d₂ закрытого меньшего основания (29) полости (25) отношение d₂/d находится в пределах от 0,8 до 2 и предпочтительно, по существу, равно 1,12, и/или тем, что при диаметре d₃ открытого большего основания (28) полости (25) отношение d₃/d находится в пределах от 1 до 2,40 и предпочтительно, по существу, равно 1,31, и/или тем, что при измеренной по оси высоте d₄ осевой полости (25) отношение d₄/d находится в пределах от 0,2 до 0,5 и предпочтительно равно, по существу, 0,28.

25. Устройство по любому из пп.1-24, отличающееся тем, что полость (25) выступает из меньшего основания (17) в сторону пространства (8) на величину, находящуюся в пределах от половины ее измерительной по оси высоты до всей этой высоты, предпочтительно на расстояние, равное, по существу, 0,18×d, а угол m между конической поверхностью полости (25) и ее большим основанием (28) находится в пределах от 45 до 90° и предпочтительно, по существу, равен 75°.

26. Устройство по любому из пп.1-25, отличающееся тем, что коническая поверхность первого усеченного конуса (31) верхней крышки (12) образует с его большим основанием угол порядка 60°±10°, и/или тем, что коническая поверхность конического колпака (30) образует с его большим основанием угол порядка 12°±5°.

27. Устройство по любому из пп.1-26, отличающееся тем, что расстояние от закрытого меньшего основания (29) полости (25) до вершины конического колпака (30) составляет порядка 0,8×d.

28. Устройство по любому из пп.1-27, отличающееся тем, что осевая полость (25) снабжена прилегающей к основанию (28) и обращенной вверх периферийной кольцевой кромкой (34), образующей с основанием (28) угол порядка 22°±10° и имеющей ширину порядка 0,1 d.

29. Устройство по любому из пп.1-28, отличающееся тем, что оно содержит по меньшей мере две расположенные по его периметру распорки (4), выполненные плоскими с закругленными краями и имеющие радиальную длину t₃ и толщину е₃, причем отношение t₃/d находится в пределах от 0,04 до 0,07 и предпочтительно, по существу, равно 0,05, а отношение е₃/t₃ находится в пределах от 0,02 до 0,5.

30. Устройство по любому из пп.1-29, отличающееся тем, что турбина имеет статор (23), снабженный на одной из его поверхностей средством (42) крепления, и ротор (26), на котором со стороны статора (23) установлен фланец (40), обеспечивающий крепление лопаток (24).

31. Устройство по любому из пп.1-29, отличающееся тем, что ротор (26) снабжен по меньшей мере одной деталью крепления лопаток (24), закрепленной на роторе (26), например, винтом (62), установленным по оси вращения ротора (26), при этом деталь крепления представляет собой удлиненный стержень (61), форма которого, по существу, соответствует наружной форме ротора (26) по обе стороны от винта (62) и который далее проходит в сторону статора (23), причем на каждом конце стержня (61) закреплено по одной лопатке (24), или же деталь крепления представляет собой полый корпус, закрывающий ротор (26) и закрепленный на нем с помощью винта, установленного по оси вращения ротора (26), причем на полом корпусе закреплена по меньшей мере одна лопатка (24).

32. Устройство по любому из пп.1-31, отличающееся тем, что нижние радиальные кромки (27) лопаток (24) имеют продолжение в виде лопастных элементов (37), которые могут поворачиваться на шарнирах вокруг радиальных кромок (27) из первого положения покоя, в котором лопастные элементы (37) расположены, по существу, перпендикулярно к лопаткам (24), когда турбина выключена, во второе, рабочее положение, в котором каждый лопастной элемент (37) находится, по существу, в той же плоскости, что и связанная с ним лопатка (24), когда турбина работает.

33. Устройство по п.32, отличающееся тем, что лопастные элементы (37) выполнены с возможностью принудительной установки в положение покоя упругим элементом (38), при этом переход из положения покоя в рабочее положение происходит под действием силы инерции и центробежной силы, которые создаются в результате вращения, передаваемого турбиной на лопатки (24) и на лопастные элементы (37).

34. Устройство по любому из пп.1-33, отличающееся тем, что оно содержит две большие лопатки (24), пересекающиеся на оси (100) с образованием четырех полулопаток, а при срезе обеих лопаток (24) под прямым углом каждая полулопатка имеет лопастной элемент (37) в форме четверти круга, так что в положении покоя лопастные элементы (37) образуют в сочетании крышку, которая закрывает нижнее основание (28) полости (25).

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8

TK4A - Поправки к публикациям сведений об изобретениях в бюллетенях "Изобретения (заявки и патенты)" и "Изобретения. Полезные модели"

Страница: 776

Напечатано: 12. …., имеющей… форму увеченного конуса.

Следует читать: 12. …, имеющей… форму усеченного конуса.

Номер и год публикации бюллетеня: 18-2004

Номер и год публикации бюллетеня: 43-2004

Извещение опубликовано: 27.06.2004        

---