Способ локальной вытяжной вентиляции и устройство для его осуществления

Способ и устройство предназначены для очистки и удаления вредных газов, мелкодисперсного аэрозоля и т.п., образующихся, например, при сварке, пайке, а также в гальванопроизводстве и т.д. Периферийную струю приточного воздуха формируют в виде закрученной кольцевой струи, при этом ось симметрии периферийной струи совмещают с осью симметрии всасывающего патрубка. Поток воздуха в периферийной струе ориентируют так, что проекция скорости этого потока на ось симметрии направлена противоположно направлению всасываемого потока, причем периферийную струю формируют таким образом, что ее характерный диаметр превышает диаметр всасываемой струи на входе во всасывающий патрубок не менее чем в пять раз. Один торец корпуса устройства выполнен открытым, второй - закрытым, при этом оно снабжено пластиной, которая расположена внутри корпуса параллельно закрытому торцу. В пластине и закрытом торце имеются соосные отверстия для прохода всасывающего патрубка без зазора с ними. Пластина установлена с зазором с боковыми стенками корпуса, а между пластиной и закрытым торцом образован входной канал для подачи очищенного воздуха и формирования периферийной струи. Устройство снабжено средством для закрутки периферийной струи, установленным внутри входного канала. Технический результат - улучшение условий труда и техники безопасности. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретения относятся к вентиляционной и очистной технике и могут быть использованы для локального дистанционного удаления мелкодисперсных и молекулярных загрязнений воздуха, например вредных газов, мелкодисперсного аэрозоля и т.п., образующихся, в частности, при сварке, пайке, в гальванопроизводстве и т.д.

Известны различные способы вентиляции и проветривания помещений и других объектов: А.с. СССР №712509 (1980 г.) [1], патент РФ №2232353 (2003 г.) [2] и др. Известен, например, по А.с. СССР №1566172 (1990 г.) [3] способ вентиляции помещений путем тангенциального нагнетания воздуха и одновременного его отсасывания из центральной зоны с получением вихревого воздушного потока. Однако данный способ пригоден для вентиляции всего помещения и не подходит для осуществления локальной вентиляции отдельного рабочего места в большом помещении.

Известны различные устройства для вентиляции и очистки помещений: А.с. СССР №567035 (1977 г.) [4], А.с. СССР №1525418 (1989 г.) [5], патент РФ №2354891 (2009 г.) [6] и др. Известен, например, по А.с. СССР №1542544 (1990 г.) [7] сдувовсасывающий насадок, содержащий улиточный завихритель и коаксиально установленный в нем всасывающий патрубок, в котором приточный воздух поступает в улиточный завихритель и, проходя между его стенками и направляющей, выполненной в форме усеченного конуса, образует кольцевую разомкнутую сильно закрученную струю. Однако диаметр кольцевой струи близок по величине к диаметру всасывающего патрубка, поэтому ее взаимодействие с восходящим приосевым потоком приводит к неустойчивости течения, в результате чего происходит выброс загрязнений из всасываемой восходящей струи в окружающее пространство.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является способ локальной вытяжной вентиляции по патенту РФ №2046258 (1995 г.) [8], принятый за прототип.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является устройство локальной вытяжной вентиляции по патенту РФ №2046258 (1995 г.) [8], принятое за прототип.

Известен способ локальной вытяжной вентиляции [8] путем отсоса из зоны выделения вредностей загрязненного ими воздуха, формирования отсасываемого воздуха в центральный факел, формирования приточного потока воздуха в виде разомкнутой радиальной веерной струи, задания расхода отсасываемого воздуха Q₀, определения расхода приточного воздуха Q_п из соотношения Q_п=αQ₀, 0,6<α<1,1.

Однако для известного способа характерны недостаточные эффективность и функциональные возможности.

Известно устройство для локальной вытяжной вентиляции [8], содержащее цилиндрический корпус с коаксиально размещенным в нем всасывающим патрубком, имеющим приемное отверстие на срезе, расположенный между корпусом и патрубком завихритель периферийного потока. Корпус имеет диффузор, сопряженный с ним и расположенный на уровне среза всасывающего патрубка со стороны его приемного отверстия. При этом стенки диффузора имеют изгиб с радиусом кривизны R_д=γR_к, R_к - радиус корпуса, 0,3<γ<1,3 коэффициент формы изгиба.

Однако для известного устройства характерна недостаточная эффективность и функциональные возможности. Распространение закрученной струи в радиальном направлении уменьшает дальнодействие всасывающего факела. В результате дистанция от среза устройства до области захвата удаляемого загрязненного воздуха не превышает 6-7,5 диаметров всасывающего патрубка. Однако такое расстояние недостаточно в различных технологических производствах при заданных размерах вентиляционных труб.

Таким образом, недостатками известного способа и устройства являются недостаточные эффективность и функциональные возможности.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, состоит в повышении эффективности и расширении функциональных возможностей способа локальной вытяжной вентиляции и устройства для его осуществления.

Для решения поставленной задачи сущность заявляемого способа состоит в том, что, в отличие от известного способа локальной вытяжной вентиляции, включающего отсос из области загрязнений воздуха, формирование отсасываемого воздуха в центральный всасывающий факел, подачу приточного воздуха, формирование его в закрученный периферийный поток, экранирующий центральный факел, согласно изобретению периферийный поток (периферийную струю) приточного воздуха формируют в виде закрученной кольцевой струи. При этом ось симметрии периферийной струи совмещают с осью симметрии всасываемой струи (т.е. с осью симметрии всасывающего патрубка). Поток воздуха в периферийной струе направляют (ориентируют) так, что проекция скорости этого потока на ось симметрии направлена противоположно направлению всасываемого потока. При этом периферийную струю формируют таким образом, что ее характерный диаметр превышает диаметр всасываемой струи на входе во всасывающий патрубок не менее чем в пять раз.

Кроме того, отсасываемый воздух пропускают через фильтр, например тонкой очистки, а очищенный воздух подают (возвращают) в поток приточного воздуха (во входной канал устройства).

Также для решения поставленной задачи сущность устройства для реализации заявляемого способа состоит в том, что, в отличие от известного устройства для локальной вытяжной вентиляции, включающего цилиндрический корпус с коаксиально размещенным в нем всасывающим патрубком, имеющим приемное отверстие, завихритель входного периферийного потока, согласно изобретению один торец корпуса выполнен открытым, второй торец - закрытым, а устройство снабжено пластиной, которая расположена внутри корпуса параллельно закрытому торцу. В этой пластине и закрытом торце имеются соосные отверстия для прохода всасывающего патрубка без зазора с ними (таким образом, всасывающий патрубок расположен в упомянутых выше соосных отверстиях без зазора с ними). Пластина установлена с зазором с боковыми стенками корпуса, а между пластиной и закрытым торцом образован входной канал для подачи очищенного воздуха и формирования периферийного потока (периферийной струи). Устройство также снабжено средством для закрутки периферийного потока (периферийной струи). Упомянутое средство закрутки периферийного потока установлено внутри входного канала. В закрытом торце имеются отверстия для подачи очищенного воздуха, расположенные между средством закрутки и всасывающим патрубком, при этом внутренний диаметр корпуса D₀ и диаметр приемного отверстия всасывающего патрубка D₁ связаны соотношением: D₀>5·D₁.

Кроме того, устройство снабжено трубопроводом, через который удаляется отсасываемый воздух, и в котором установлен фильтр тонкой очистки, а после упомянутого фильтра трубопровод присоединен ко входному каналу устройства, т.е. выход трубопровода присоединен ко входному каналу устройства.

Кроме того, открытый торец корпуса снабжен диффузором, внутренняя поверхность которого плавно (без образования углов или изломов) сопряжена с внутренней поверхностью корпуса, при этом диаметр выходного отверстия диффузора D₂ и диаметр приемного отверстия всасывающего патрубка D₁ связаны соотношением: D₂>5·D₁.

Кроме того, упомянутая пластина выполнена, например, круглой.

Именно заявляемые конструктивные отличия, признаки устройства для локальной вытяжной вентиляции, позволяют реализовать заявляемый способ, тем самым обеспечивая достижение поставленной задачи, что позволяет сделать вывод о том, что заявляемые изобретения связаны между собой единым изобретательским замыслом.

Технический результат, который может быть получен при использовании изобретений, заключается в повышении эффективности и расширении функциональных возможностей способа локальной вытяжной вентиляции и устройства для его осуществления.

Изобретение поясняется чертежами:

На фиг.1 изображено устройство в осевом разрезе; на фиг.2 - устройство, снабженное фильтром тонкой очистки; на фиг.3 - устройство с диффузором.

Устройство содержит цилиндрический корпус 1, один торец которого открыт, другой закрыт, пластину 2, расположенную параллельно торцам, всасывающий патрубок 3, входной канал 4, средство закрутки периферийного потока 5, отверстия для подачи очищенного воздуха 6, трубопровод для откачки отсасываемого воздуха 7, фильтр тонкой очистки 8, диффузор 9.

Устройство работает следующим образом.

Воздух забирается через отсасывающий патрубок 3. Очищенный воздух поступает через отверстия 6, двигается по каналу 4, проходит через средство закрутки 5 и приобретает момент импульса относительно оси всасывающего патрубка 3. Закрученный воздух поступает в зазор между пластиной 2 и боковыми стенками корпуса 1 и двигается далее вдоль боковых стенок в виде закрученной пристенной струи. Доходя до открытого торца корпуса 1, вытекает в открытое пространство в виде затопленной кольцевой закрученной струи. Струя распространяется вплоть до поверхности, вблизи которой располагается область загрязненного воздуха. Часть кольцевой струи вовлекается во всасываемую струю. При этом всасываемая струя раскручивается, и образуется вихревое течение, напоминающее движение воздуха в природных смерчах. В результате происходит забор загрязнений с расстояний от среза открытого торца корпуса, в десятки раз превышающих диаметр всасывающего патрубка. При отсутствии вихря забор становится неэффективным, поскольку не происходит локализации скоростей потоков воздуха внутри ядра вихря, что приводит к существенному уменьшению скоростей течений и тем самым уменьшению эжекционной способности всасывающей струи. Использование дополнительно фильтра тонкой очистки в отсасывающем канале устройства и возвращение очищенного воздуха в его входной канал позволит упростить схему вентиляции и избежать потерь на регулировку температурного режима чистого воздуха при заборе его из атмосферы вне здания.

При формировании структуры течения с периферийной закрученной кольцевой струей, диаметр которой не менее чем в 5 раз превышает диаметр всасывающего патрубка, исключается развитие неустойчивости, связанной с взаимодействием периферийной струи и всасываемого потока. В то же время часть закрученного периферийного потока вовлекается во всасываемую струю, что, в свою очередь, приводит к ее закрутке и образованию вихревого течения. Вблизи оси, являющейся продолжением оси всасывающего патрубка, образуется область, называемая ядром вихря, по форме близкая к цилиндрической, внутри которой существует интенсивное осевое, по направлению к всасывающему патрубку, и вращательное вокруг оси движение воздуха. Ядро вихря в длину простирается вплоть до поверхности, с которой происходит удаление загрязнений, противоположной всасывающему патрубку, его диаметр не превышает диаметр всасывающего патрубка. Скорости течения локализуются внутри ядра и мало меняются вдоль всей его длины. При этом диаметр области всасывания на поверхности не превышает 3-4 диаметров ядра, в то же время длина ядра вихря, внутри которого происходит перенос удаляемого из зоны загрязнения воздуха, может достигать нескольких десятков его диаметров. Таким образом, осуществляется дистанционное удаление загрязнений из локализованной области, в том числе с поверхности, удаленной от среза устройства на расстояние, в десятки раз превышающее диаметр всасывающего отверстия, что делает способ более эффективным по сравнению с известными, дающими возможность удаления загрязнений с расстояний, не превышающих 6-7,5 диаметров.

Проведенные эксперименты показывают большую эффективность и широкие функциональные возможности заявляемых способа и устройства. Так, например, исследование удаления дыма от локализованного источника загрязнения, расположенного на плоской поверхности, вихревым течением, генерируемым предлагаемым способом, было осуществлено при следующих параметрах модельной установки: диаметр всасывающего патрубка 28 мм, диаметр корпуса 500 мм, объемный расход на всасывании составлял примерно 10³ см³/с, общий расход -

2·10³ см³/с. Дым подавался через отверстие в плоскости диаметром 6 мм со скоростью, примерно равной 5 м/с, и рассеивался вдоль плоскости дефлектором (пластиной диаметром 2 см), установленным над отверстием на расстоянии 1 см. При надлежащем выборе закрутки возникал вихрь, и происходило удаление дыма с поверхности, удаленной от открытого среза корпуса на расстояние, достигавшее 700 мм. Диаметр области захвата не превышал 100 мм. Таким образом, область захвата была локализована, не происходило выброса дыма в окружающую атмосферу, и область была удалена на 25 диаметров всасывающего патрубка от открытого среза корпуса. В случае отсутствия периферийного потока или его закрутки поступающий дым рассеивался в окружающую атмосферу, и лишь часть его уходила в отсос. При этом расход на всасывании увеличивался вдвое.

Таким образом, использование изобретений позволяет значительно увеличить эффективность и расширить функциональные возможности способа локальной вытяжной вентиляции и устройства для его осуществления. Например, они могут быть применены для быстрого и эффективного удаления загрязнений, возникших в результате аварий или умышленных действий. Кроме того, использование изобретения позволит значительно улучшить условия труда и техники безопасности.

Список литературы:

1. А.с. СССР №712509 (1980 г.).

2. Патент РФ №2232353 (2003 г.).

3. А.с. СССР №1566172 (1990 г.).

4. А.с. СССР №567035 (1977 г.).

5. А.с. СССР №1525418 (1989 г.).

6. Патент РФ №2354891 (2009 г.).

7. А.с. СССР №1542544 (1990 г.).

8. Патент РФ №2046258 (1995 г.).

1. Способ локальной вытяжной вентиляции, включающий формирование отсасываемого воздуха в центральный всасывающий факел, подачу приточного воздуха, формирование его в закрученный периферийный поток, отличающийся тем, что периферийный поток (периферийную струю) приточного воздуха формируют в виде закрученной кольцевой струи, ось симметрии периферийной струи совмещают с осью симметрии всасываемой струи, а поток воздуха в периферийной струе направляют (ориентируют) так, что проекция скорости этого потока на ось симметрии направлена противоположно направлению всасываемого потока, причем периферийную струю формируют таким образом, что ее характерный диаметр превышает диаметр всасываемой струи на входе во всасывающий патрубок не менее чем в пять раз.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что отсасываемый воздух пропускают через фильтр, например, тонкой очистки, а очищенный воздух подают (возвращают) в поток приточного воздуха.

3. Устройство для локальной вытяжной вентиляции, содержащее цилиндрический корпус с коаксиально размещенным в нем всасывающим патрубком, имеющим приемное отверстие, завихритель входного периферийного потока, отличающееся тем, что один торец корпуса выполнен открытым, второй торец - закрытым, устройство снабжено пластиной, которая расположена внутри корпуса параллельно закрытому торцу, в пластине и закрытом торце имеются соосные отверстия для прохода всасывающего патрубка без зазора с ними, т.е. всасывающий патрубок расположен в упомянутых выше соосных отверстиях без зазора с ними, при этом пластина установлена с зазором с боковыми стенками корпуса, а между пластиной и закрытым торцом образован входной канал для подачи очищенного воздуха и формирования периферийного потока (периферийной струи), при этом устройство снабжено средством закрутки периферийного потока (периферийной струи), которое установлено внутри входного канала, кроме того в закрытом торце имеются отверстия для подачи очищенного воздуха, расположенные между средством закрутки и всасывающим патрубком, при этом внутренний диаметр корпуса D₀ и диаметр приемного отверстия всасывающего патрубка D₁ связаны соотношением: D₀>5·D₁.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что оно снабжено трубопроводом, через который удаляется отсасываемый воздух и в котором установлен фильтр тонкой очистки, а после упомянутого фильтра трубопровод присоединен ко входному каналу устройства.

5. Устройство по п.3, отличающееся тем, что открытый торец корпуса снабжен диффузором, внутренняя поверхность которого плавно (без образования углов или изломов) сопряжена с внутренней поверхностью корпуса, при этом диаметр выходного отверстия диффузора D₂ и диаметр приемного отверстия всасывающего патрубка D₁ связаны соотношением: D₂>5·D₁.

6. Устройство по п.4, отличающееся тем, что открытый торец корпуса снабжен диффузором, внутренняя поверхность которого плавно (без образования углов или изломов) сопряжена с внутренней поверхностью корпуса, при этом диаметр выходного отверстия диффузора D₂ и диаметр приемного отверстия всасывающего патрубка D₁ связаны соотношением: D₂>5·D₁.

7. Устройство по п.3, отличающееся тем, что пластина имеет форму, например, круга.

8. Устройство по п.4, отличающееся тем, что пластина имеет форму, например, круга.

9. Устройство по п.5, отличающееся тем, что пластина имеет форму, например, круга.

10. Устройство по п.6, отличающееся тем, что пластина имеет форму, например, круга.