Дымовая труба
Иллюстрации
Реферат
Оп ИСАНИЕ
ИЗО6РЕТЕН ИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Союз Советских
Социалистических
Реслублик
< >949296 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 15.12.80 (21) 3218026)29-33 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (51) М. Кл.
F 23 J 11/00
Гееударстеелкмй кемктет
Опубликовано 07.08.82. Бюллетень № 29
Дата опубликования описания 17.08.82 (53) УДК 662.922..2 (088.8) пв делам кзееретеккй и етхрмткй (72) Авторы изобретения
С. Г. Шилов и А. К. Серебряников (71) Заявитель
Фрунзенский политехнический институт (54) ДЫМОВАЯ ТРУБА
Изобретение относится к дымовым трубам, предназначенным для выброса газов в верхние слои атмосферы, и может быть использовано во всех отраслях народного хозяйства для наименьшего рассеивания отбросов в районе их выброса.
Известно устройство для удаления дымовых газов, включающее дымоход с конусообразным оголовком, смонтированным на дымоходе с возможностью вращения и имеющим на внутренней поверхности спиральную канавку, между витками которой установлены лопасти (1) .
Недостатком этого устройства для удаления дымовых газов является небольшая высота подъема газов над устьем конусного оголовка вследствие того, что дымовые газы выбрасываются в атмосферу вращающимися в горизонтальной плоскости, а не в виде тороидального вихря.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является дымовая труба промышленных зданий и сооружений, включающая дымоход, ствол и смонтированный в верхней части ускоритель выброса газов, состоящий из камеры и установленного внутри цилиндра. Ци2 линдр, имеющий плоскую крышку, снабжен входным и выходным отверстиями, а в нижней части гибкой диафрагмой, соединенной с генератором возвратно-поступательных движений. Гибкая диафрагма при включении генератора возвратно-поступательных движений возбуждает в цилиндре продольную волну давления, способствующую выбрасыванию газов в атмосферу 12).
Недостатком известной дымовой трубы является небольшая высота подъема газов над выходным отверстием цилиндра из-за относительно высокого гидравлического сопротивления вследствие дополнительного перетока газов из камеры в полость цилиндра перед выбросом в атмосферу и неблагоприятных аэродинамических условий выхода газов в атмосферу из-за возникновения в цилиндре отраженной от крышки волны давления, снижающей эффективность работы генератора продольных колебаний газа.
2î Целью изобретения является повышение высоты выброса газов в атмосферу.
Поставленная цель достигается тем, что в дымовой трубе, содержащей дымоход, ствол, ускоритель выброса газов, выполненный из оголовка переменного сечения и уста949296 новленного в его нижней части генератора продольных волн давления, высота оголовка выполнена кратной половине длины продольной волны, возбуждаемой генератором.
В частном случае функцию оголовка может выполнять ствол самой трубы, если он удовлетворяет указанному условию, т.е. имеет переменное сечение, уменьшающееся от основания к устью, и высота ствола от установленного в нем генератора продольной волны до устья кратна половине длины возбуждаемой волны давления.
На чертеже изображена дымовая труба, разрез.
Дымовая труба включает подводящий дымоход 1, ствол 2 и ускоритель 3 выброса газов.
Ускоритель 3 выброса газов состоит из оголовка 4 переменного сечения, например конического, диффузора 5, диафрагмы 6 и привода 7. Диффузор 5 снабжен пылеотводным желобом 8. Диафрагма 6 и привод 7 образуют генератор продольной волны. Генератор продольной волны установлен в основании оголовка 4, высота которого равна
h â€, h = 1,2,3..., где Л вЂ” длина продольнои волны, излучаемой генератором, диаметр основания оголовка 4 меньше 3 /2, а диаметр устья оголовка 4 меньше диаметра диафрагмы 6.
Дымовая труба работает следующим образом.
При включении привода 7 диафрагма 6 колеблется и, воздействуя на газ, создает продольные волны давления, направляемые диффузором 5 по оси рголовка. В полости оголовка образуются вынужденные стоячие волны. Благодаря уменьшению сечения оголовка амплитуда колебательного смещения частиц газа возрастает от основания до устья оголовка и в сечении устья достигает максимальной величины.
Дымовые газы по дымоходу 1 поступают в ствол 2, далее, пройдя по кольцевой щели между стенкой ствола 2 и кромкой диффузора 5, попадают в полость конусного оголовка 4, где наведены стоячие волны. Газы подвергаются воздействию давления волн, которые ускоряют их движение снизу вверх.
На выходе из устья оголовка 4 образовываются тороидальные вихри газов, которые поднимаются на большую высоту и там рассеиваются.
Известно, что в газах, заполняющих узкую по сравнению с длиной волны трубу, могут быть возбуждены стоячие волны. Пучности давления этих волн расположены на расстоянии полуволны друг от друга вдоль оси трубы, а узлы давления делят эти расстояния пополам. Пучности колебательной скорости совпадают с узлами давления, узлы колебательной скорости совпадают с пучностями давлений. Для существования стоячей волны необходимо, чтобы на длине тру5
Зо
55 бы укладывалось целое число полуволн давления.
Если труба с одного конца открыта, то излучением наружу создается нагрузка, и стоячие волны затухают. Потери колебательной энергии при этом компенсируются работой генератора колебаний, установленного на другом конце трубы. Такие стоячие волны называются вынужденными и отличаются тем, что колебательная скорость и давление в узлах не равны нулю, благодаря чему- вынужденная стоячая волна передает энергию от генератора колебаний к открытому концу трубы. Для вынужденной стоячей волны характерно, что на обеих концах трубы располагаются узлы давления и пучности колебательной скорости частиц газа.
Таким образом, при выполнении оголовка трубы высотой h, h=1, 2, 3... (l— длина волны, возбуждаемой генератором) обеспечиваются оптимальные условия передачи энергии колебаний мембраны генератора частицам газа, выходящим из устья оголовка.
Для увеличения амплитуды колебатель ной скорости газа в устье оголовка при ограниченном перемещении мембраны генератора колебаний ствол оголовка выполнен переменного сечения, уменьшающегося от основания к устью, из-за того, что линейный размер устья меньше линейного размера мембраны генератора волны. При этом, в соответствии с законом сохранения количества движения, амплитуда колебательной скорости частиц газа в пучностях стоячей волны возрастает от основания к устью оголовка вследствие уменьшения его поперечного сечения. Увеличение амплитуды колебательной скорости в устье оголовка тем больше, чем больше отношение эквивалентных диаметров мембраны генератора и устья оголовка.
Наличие в стволе оголовка осевого потока эвакуируемых газов не нарушает описанной картины образования стоячих волн.
Результирующая скорость газа V складывается из осевой скорости Vq и колебательной скорости Uic
V=Vo +VK
Так как Vg знакопеременная величина, то, благодаря созданию в стволе оголовка стоячих волн, вдоль оси существуют зоны, соответствующие пучностям колебательной скорости, в которых результирующая скорость частиц газа существенно снижается, что способствует коагуляции частиц пыли и выпадению крупных частиц из восходящего потока газов.
Для получения тороидальных вихрей на выходе осевая скорость газа Ч0 в устье оголовка численно равна амплитуде колебательной скорости V в устье. При этом результирующая скорость эвакуируемых газов на выходе пульсирует с частотой колебаний мембраны генератора колебаний, изменяясь от нуля до величины як, так как стоячая волна в устье имеет пучность колебательной скорости. Стационарность процесса колебаний скорости газа в устье оголовка способствует образованию шлейфа тороидальных вихрей, а следовательно, значительно увеличивает высоту выброса эвакуируемых газов.
В полости оголовка, вследствие воздействия звуковых волн, происходит укрупнение частиц пыли за счет кинематической коагуляции, так как частицы меньшего размера колеблются интенсивнее, чем более крупные, частицы пыли, сталкиваясь между собой, укрупняются. При прохождении потоков восходящих газов зон в полости оголовка, в которых, благодаря наличию стоячих волн, результирующая скорость газа существенно снижена, укрупленные частицы пыли преодолевают восходящее движение газов и осаждаются на стенке диффузора 5. Через пылеотводный желоб 8 осажденные частицы удаляются из ствола 2.
Предлагаемое устройство по сравнению с известным имеет преимущества, позволяющие увеличить высоту выброса газов в атмосферу и снизить загрязнение окружающей среды вследствие: — ускорения газов на устье оголовка и образования тороидального вихря газов; — стационарности процесса образования тороидальных вихрей на выходе из устья оголовка; — дополнительной очистки газа от пыли благодаря акустической коагуляции и наличию в полости оголовка стационарных зон
949296
6 снижения результирующей скорости частиц газа.
Перечисленные преимущества достигаются за счет выполнения высоты оголовка кратной половинне длины волны давления, возбуждаемой генератором, уменьшения сечения оголовка от основания к устью выполнением устья с линейным размером, меньшим линеиного размера диафрагмы генератора волны давления.
При выполнении высоты оголовка на кратной половине длины волны, возбуждаемой генератором, условия образования стоячей волны в полОсти оголовка нарушаются.
Возбуждаемая генератором в этом случае бегущая волна давления нарушает стационарный процесс образования тороидальных вихрей, и высота подъема газов резко снижается.
Формула изобретения
Дымовая труба, содержащая подводящий дымоход, ствол, ускоритель выброса газов, выполненный из оголовка переменного сечения и установленного в его нижней части генератора продольных волн давления, отличающаяся тем,,что, с целью повышения высоты выброса газов в атмосферу, высота оголовка выполнена кратной половине длины продольной волны, возбуждаемой генератором.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Авторское свидетельство СССР зп № 309211, кл. F 23 J 11/00, 1971.
2. Авторское свидетельство СССР № 319725, кл. Е 04 Н 12/00, 1972 (прототип) .
ВНИИПИ Заказ 5478 2 I
Тираж 598 Подписное
Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4