Устройство аэродинамического рассеивания «ОТРП-4-1».

Является модификацией устройства ОТРП-4 ипредназначено для повышения эффективности рассеивания загрязняющих веществ путем активизации воздухообмена заветренных зон узких зданий. Обтекатель содержит дополнительные (по количеству наружных стен здания) съемные элементы, состоящие из центрального (плоского) и концевых – двух боковых и верхнего (криволинейных), отогнутых в сторону здания участков, причем каждый из дополнительных элементов установлен вертикально на всю высоту и ширину здания перед соответствующей ему наружной стеной на расстоянии до противоположной наружной стены 2,6—2,8 высоты здания (рис. 6.9).

Устройство работает следующим образом. При обтекании ветром узкого здания 1 воздушный поток встречает с его наветренной стороны дополнительный элемент обтекателя. В результате взаимодействия воздушного потока с плоским участком 3 дополнительного элемента обтекателя перед ним возникает область вихревого движения воздуха. Это движение наблюдается в вертикальной плоскости, параллельной направлению ветра. При этом образующиеся перед плоским участком 3 вихри под воздействием ветрового напора начинают растекаться по фронтальной плоскости центрального плоского 3 и двум концевым криволинейным участкам 4 дополнительного элемента и сходят с их вертикальных граней. Сход вихрей с дополнительного элемента является упорядоченным по направлению, так как подвергается эжекционному воздействию со стороны вновь поступающих воздушных струй. Аналогичная картина наблюдается и при сходе вихрей с горизонтальной грани верхнего криволинейного участка 4. В пространстве между дополнительным элементом с элементом 2 обтекателя и дополнительным элементом со стеной 5 здания 1 (рис. 6.15) образуется система "цилиндрических" вихревых роликов, характеризующихся постоянством своих геометрических и аэродинамических параметров во времени при данном направлении ветра. Совокупность сходящих с дополнительного элемента вихрей образует вихревой шнур, натекающий последовательно на вихревые ролики, находящиеся между дополнительным элементом и обтекаемой поверхностью элемента 2, и непосредственно на указанную поверхность элемента 2. В результате криволинейные участки 4, вихревые ролики и криволинейные поверхности элементов 2 образуют в совокупности удобообтекаемую аэродинамическую поверхность, способствующую плавному и раннему натеканию воздушного потока на стены 7, 8 и кровлю узкого здания 1. Присоединившиеся таким образом к наружным поверхностям здания 1 воздушные потоки организованно попадают в зону расположения элементов 2 обтекателя, расположенных с заветренной стороны узкого здания 1. При этом верхний криволинейный участок 4, приводящий к более раннему присоединению воздушного потока к кровле, способствует более организованному захвату этого потока верхними участками элементов 2, а боковые криволинейные участки 4, приводящие к более раннему присоединению воздушных потоков к стенам 7, 8, – более организованному захвату этих потоков боковыми участками элементов 2.

Описанные эффекты наблюдаются только при расположении дополнительного элемента перед наветренной стеной 5 узкого здания 1. При этом дополнительные элементы, находящиеся возле стен 7, 8, снимаются для предупреждения возникновения эффекта "аэродинамической трубы", приводящего к отсоединению воздушных потоков от стен 7, 8 и принудительному протягиванию этих потоков через образующиеся проемы мимо элементов 2. Дополнительный элемент, находящийся со стороны заветренной стены 6, также снимается, поскольку препятствует интенсивному проветриванию заветренной зоны узкого здания 1.

В дальнейшем часть воздушного потока, попадающая в зону расположения элемента 2, срываясь с горизонтальной и вертикальной кромок здания 1, захватывается верхней и боковой кромками элемента 2. При этом верхняя кромка, выполненная по выпуклой параболе, обеспечивает формирование компактного воздушного потока непосредственно после его отрыва от поверхности здания, а боковая кромка элемента 2 – распределение сформированного в верхней части потока в заветренную циркуляционную область равномерно по высоте здания. По мере продвижения захваченного сверху воздушного потока по внутренней поверхности элемента 2 (благодаря плавному переходу параболической поверхности в двояковогнутую с линиями перегиба) вогнутая С заветренной стороны здания 1 часть поверхности элемента 2 обеспечивает увеличение книзу по высоте здания расхода распределяемого в заветренную циркуляционную область активного воздушного потока. При этом вогнутая часть поверхности элемента 2 с наветренной стороны обеспечивает снижение аэродинамического сопротивления обтеканию при формировании бокового воздушного потока, а, следовательно, увеличение книзу количества захватываемого им воздуха. В результате формируется активная зона проветривания с параметрами, обеспечивающими более интенсивное воздействие на заветренную циркуляционную область с учетом ее свойств при увеличении книзу: расхода воздуха в область, его скорости, кривизны траектории элементарных воздушных потоков в направлении от заветренной стены здания и объема активной зоны проветривания, максимально перекрывающей объем заветренной циркуляционной области. Захваченный боковой кромкой элемента 2 внешний воздушный поток дополнительно увеличивает и стабилизирует значения перечисленных параметров активной зоны. Жесткие тяги предназначены для обеспечения постоянного зазора между зданием 1 и верхней частью элемента 2 при формировании воздушного потока активной зоны проветривания на внутренней поверхности элемента 2. Шарнирное закрепление элемента 2 в верхней его части на плунжерном устройстве по центральной оси и телескопических опорах по краям в нижней его части обеспечивают при сохранении устойчивости устройства возможность изменения угла атаки центральной осевой образующей поверхности обтекателя (при увеличении скорости уменьшение угла), а следовательно, изменения количества захватываемого верхней частью элемента 2 внешнего воздушного потока в зависимости от его скорости. Учитывая, что при увеличении скорости внешнего воздушного потока в заветренную циркуляционную область при неизменном ее объеме попадает большее количество загрязняющих веществ, нежели при малых скоростях (так как струя выброса загрязняющих веществ становится более направленной и настилающейся), упомянутое уменьшение угла атаки обеспечивает большой расход воздуха через заветренную циркуляционную область при неизменных значениях остальных параметров активной зоны проветривания. Перечисленные признаки устройства, приводящие к описанным эффектам, позволяют повысить эффективность рассеивания загрязняющих веществ в атмосфере за счет улучшения параметров активной зоны проветривания заветренных циркуляционных областей здания, и прежде всего увеличения объема этой зоны.

Для обеспечения необходимой эффективности рассеивания при любом направлении ветра предлагаемую конструкцию необходимо устанавливать на каждом вертикальном ребре здания.

10.7. Устройство механического рассеивания «ОТРП-6»

Перед выходом пылевоздушного потока в атмосферу на его пылевые частицы пофракционно импульсивно воздействуют твердым телом, для чего корпус оголовка (рис, 6.15) в направлении, перпендикулярном оси шахты, пронизан трубами, лежащими в одной вертикальной плоскости, расположенными одна над дру­гой и имеющими диаметры, пропорциональные процентному содержанию пыли каждой фракции в общей массе так, что сумма квадратов всех труб равна квадрату диаметра вентиляционной шахты, причем крайние трубы разведены своими концами, а на участке каждой трубы, заключенном в корпусе оголовка, выполнены приграничные отверстия по направлению потока, суммарное проходное сечение которых для каждой трубы равно ее проходному сечению, при этом корпус оголовка имеет переменное сечение и сплющен с зазором со стороны боковой поверхности труб. В каждой трубе установлен поршень со штоком, шарнирно соединенным с соответствующим кулачком коленчатого вала, который с помощью зубчатой передачи соединен с неподвижной шестерней, а жесткими тягами - с корпусом оголовка, причем оголовок установлен на вентиляционной шахте с возможностью вращения и имеет электропривод.

Устройство работает следующим образом. Остаточно запыленный воздушный поток по вентиляционной шахте поступает в корпус 3 оголовка, в зону расположения труб 4, Упомянутое ступенчатое расположение труб 4 и отверстия 5 учитывает эпюру скорости воздушного потока в шахте 7, которая характеризуется максимальной скоростью потока на оси с постепенным осесимметричным ее затуханием в направлениях к стенкам канала. Согласно закону Стокса, находясь в таких аэродинамических условиях, более крупные, обладающие большей инерционностью и большим аэродинамическим сопротивлением частицы пыли сносятся к стенкам канала. Частицы же мелких фракций с меньшими инерционностью и аэродинамическим сопротивлением концентрируются на оси канала. В результате этого в полость нижней трубы 4 через ее приграничные отверстия 5 поступают частицы наиболее крупной фракции (630—1000 мкм). Движущийся возвратно-поступательно внутри трубы 4 поршень 6 выталкивает порции запыленного данной фракцией частиц воздуха поперечно через открытые выходные сечения трубы 4 с каждого торца.

Аналогичные процессы, но лишь уменьшающимися по размерам, т.е. с фракциями 400-630 мкм, 315—400 мкм, 200—355 мкм частицами, реализуются в каждой последующей по высоте строительства трубе 4. Таким образом, в устройстве реализуется пофракционная сепарация (в вертикальной плоскости).

При столкновении поршня с частицами пыли в полости трубы 4 последние получают дополнительный импульс, обусловливающий увеличение кинетической энергии выводимых в атмосферу пылевых частиц. Это приводит к увеличению дальности полета частиц пыли, увеличению объема факела выброса, что, в конечном счете, при неизменном объеме количества частиц пыли в выбросе обеспечивает снижение концентрации пыли в факеле, а следовательно, в приземном слое атмосферы. В связи с тем, что указанный достигаемый эффект обеспечивается за счет перехода механической энергии твердого тела поршня 6 в кинетическую энергию пылевых частиц, данный способ рассеивания является механическим.

Расположение труб 4 на удалении друг от друга по высоте устройства обеспечивает большую степень независимости управления каждым отдельным фракционным факелом, в совокупности образующими общий факел выброса устройства, В результате более крупные (обладающие большей скоростью оседания) частицы пыли, выходя из нижней части устройства и находясь наиболее близко к поверхности земли, быстрее оседают на поверхности земли, т.е. находятся в приземном слое атмосферы минимальный промежуток времени. Более мелкие фракции пыли (обладающие меньшей скоростью оседания) способны находиться длительное время в витающем состоянии в приземном слое атмосферы. Поэтому устройство обеспечивает выход мелких фракций в верхнюю зону приземного слоя атмосферы (т.е. за пределы зоны дыхания человека) за счет расположения соответствующих труб 4 в его верхней части, Усилению рассмотренных эффектов (как для крупных, так и для мелких фракций) способствует разведение концов крайних труб 4 в противоположные стороны.

Сплющенность корпуса 3 оголовка с зазором со стороны боковой поверхности труб 4 обеспечивает, во-первых, максимально полный (с учетом изменения полей скорости и концентрации в горизонтальном сечении) переход данной фракции пыли из корпуса 3 в соответствующую трубу 4, т.е. сепарацию, во-вторых, возможность продвижения остальных фракций на дальнейшую сепарацию вверх по устройству. Учитывая, что самая верхняя труба 4 является тупиковой (последней в устройстве), ее приграничные отверстия 5 вырождаются в одно отверстие.

Электропривод 14, опираясь своим наконечником 7, на зубчатую поверхность фланца-втулки 16, вращает оголовок устройства вокруг оси шахты 1. Благодаря зацеплению шестерней 11 и 73, а также местному закреплению коленчатого вала 9 посредством опор 12 на корпусе 3 оголовка обеспечивается вращение вала 9 как вокруг своей оси, так и вокруг оси шахты 1. Так как на коленчатом вале 9 закреплены поршни 6, то при рассмотренном вращении последние совершают возвратно-поступательное движение в полостях своих труб 4. При этом кулачки 8 установлены на коленчатом вале 9 с фазовым периодом 90 градусов, обеспечивая тем самым последовательное во времени возвратно-поступательное движение всех поршней 6.

Описанное вращение оголовка и коленчатого вала 9 устройства приводит к образованию кольцевого пульсирующего, расслоенного по фракциям пыли факела выброса. Так как кольцевая структура факела всегда больше по объему конусной структуры при том же расходе выбрасываемого в атмосферу воздуха, то упомянутое вращение обеспечивает увеличение объема факела выброса при неизменном общем количестве частиц пыли в выбросе, т.е. увеличении зоны активного рассеивания, что также приводит к снижению концентрации пыли в факеле, а следовательно, в приземном слое атмосферы. Помимо сепарации в вертикальной плоскости описанные выше эффекты приводят также к сепарации пылевых частиц по фракциям в горизонтальной плоскости за счет пульсационных выбросов каждой фракции в заданном для этой фракции направлении, что исключает смешение пыли разных фракций (увеличение общей концентрации) в процессе оседания (при непрерывности выброса) как в вертикальных, так и в горизонтальных плоскостях. Это также приводит к снижению концентрации пыли в приземном слое атмосферы, Зонт-обтекатель 19 предотвращает попадание осадков в полость устройства.

Взаимосвязь сечения конструктивных элементов устройства обус­ловлена постоянством расходов запыленного воздуха на соответствующих участках.