Устройство аэродинамического рассеивания «ОТРП-5».

Рис. 6.12. Устройство аэродинамического рассеивания пыли в атмосфере ОТРП-5: 1 — дымовая труба; 2 - коаксиальные трубы; 3 — конфузоры; 4 – завальцованные внутрь участки; 5 - сферическая отбортовка; 6 - сферический зонт-обтекатель; 7,8 — кронштейны

Устройство аэродинамического рассеивания пыли в атмосфере ОТРП-5 осуществляет воздействие на пылевой аэрозоль на начальном этапе развития факела выброса (первый этап рассеивания), снижая концентрацию пыли непосредственно возле источника. Устройство (рис. 6.12) включает вентиляционную шахту, оканчивающуюся оголовком из коаксиальных труб с конфузорами в верхней части и зонтом-обтекателем. С целью повышения эффективности рассеивания при отсутствии ветра трубы выполнены равновысокими, в средней части – цилиндрическими, в нижней – с завальцованными вовнутрь, кроме наружной трубы, кромками. Конфузор последней внутренней трубы оканчивается отбортовкой сферической формы, над которой по оси с зазором 0,4-0,6 диаметра шахты установлен сферический зонт-обтекатель так, что сферы последнего и отбортовки имеют общий центр. Диаметр основания сферического сегмента зонта-обтекателя не меньше диаметра обреза конфузора наружной трубы, а каждая последующая внутренняя труба установлена выше предыдущей так, что их верхние кромки, кроме трубы с отбортовкой, лежат

на мнимой конической поверхности, вершина которой находится на пересечении центральной оси устройства с поверхностью зонта-обтекателя. Диаметр основания сферического сегмента отбортовки равен диаметру обреза конфузора предпоследней внутренней трубы, причем проходные сечения между трубами равновелики между собой.

Устройство работает следующим образом. Остаточно запыленный воздушный поток по вентиляционной шахте 1 поступает в оголовок, в зону расположения завальцованных вовнутрь участков 4 труб 2, кроме наружной трубы. Ступенчатое коаксиальное расположение труб 2 обеспечивает аналогичное расположение их нижних участков 4, учитывая эпюру скорости воздушного потока в шахте 1, которая характеризуется максимальной скоростью потока на оси с постепенным осе-симметричным 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 меньшей инерционностью и меньшим аэродинамическим сопротивлением концентрируются на оси канала. Таким образом, распределенный по сечению пылевоздушный поток находится в указанной выше зоне расположения участков 4 труб 2. При его дальнейшем продвижении по оголовку благодаря коаксиальному расположению труб 2 последовательно осуществляется сепарация пыли по фракциям с разделением потока. Ступенчатое расположение участков 4 обеспечивает сохранение описанной эпюры скорости потока между каждым последующим его разделением по фракциям таким образом, что каждый раз отсекаются все менее крупные фракции. Завальцовка вовнутрь участков 4 обеспечивает расширение кверху труб 2. за счет чего у стенок их всасывающих сечений образуются зоны разрежения, вызывающие дополнительную эжекцию потока вдоль оси, а следовательно, предотвращающие выравнивание эпюры скорости по­тока после каждого его разделения по фракциям. Разделенные по пылевым фракциям пылевоздушные потоки продвигаются вверх по соответствующим проходным сечениям – круговому для внутренней трубы и кольцевым для остальных. Равновеликость проходных сечений обеспечивает равновероятный захват в каждом из них наибольшего количества пылинок каждой фракции. Ступенчатое расположение верхних участков 3 труб 2 и выполнение их расширяющимися кверху обеспечивает, во-первых, кольцевое расширение каждого предварительно отсепарированного пылевоздушного потока, во-вторых, ускоренный выход этих потоков в атмосферу за счет функциональных свойств поверхности конфузоров (наличие дополнительных зон разрежения вдоль поверхности истечения), в-третьих, увеличение степени удаления друг от друга предварительно отсепарированных по фракциям пыли потоков и отклонение осей их факелов к земной поверхности. При этом у факела, несущего мелкие фракции пыли, наблюдается меньшая степень отклонения его оси к земной поверхности, а у факела, несущего более крупные фракции пыли, – большая степень отклонения в силу рассмотренных выше конструктивных особенностей устройства. Пылевоздушный поток, отсепарированный в последнюю внутреннюю трубу 2, продвигаясь по ней вверх, попадает в участок 3 этой трубы, также выполненный конфузорно, в результате чего претерпевает при истечении описанные выше эффекты с учетом особенностей полного кругового сечения выхода (наличие дополнительных зон разрежения вдоль поверхности истечения, расширение и ускорение потока). При истечении из упомянутого участка 3 воздушный поток встречает на своем пути обтекаемое препятствие в виде сферической поверхности зонта-обтекателя 6. В результате пылевоздушный поток, настилаясь вдоль нижней поверхности зонта-обтекателя 6, расширяется книзу, встречая при этом сферическую поверхность отбортовки 5. Таким образом, рассматриваемый пылевоздушньй поток попадает в расширяющийся благодаря разности радиусов R₁ и R₂, исходящих из одной точки, щелевой круговой канал. При истечении из этого канала образуется компактная плоская, искусственно организованная, направленная поперечно остальным разделенным потокам вниз струя с мелкими фракциями пыли. Такая ее организация обеспечивает перераспределение мелких фракций пыли в нижнюю граничную зону образуемого факела выброса. При этом крупные фракции остаются выше этой зоны в объеме факела выброса. Описанный эффект достигается за счет того, что при столкновении плоской компактной струи, несущей мелкие фракции пыли и обладающей максимальной энергией в силу сохранения первоначальной эпюры скоростей в потоке, с любым другим свободно истекающим предварительно отсепарированным по фракциям пыли потоком происходит снос воздушной струи из потока в направлении распространения компактной плоской струи, а сами частицы крупных фракций, обладая большей инерцией, продолжают двигаться по всей изначальной траектории в приземном слое атмосферы. Поток же, истекающий под отбор-товку 5 и, следовательно, имеющий промежуточную траекторию между траекториями плоской струи и остальными потоками с крупными фракциями пыли, демпфирует столкновение последних между собой, предотвращая при этом возникновение турбулизации и, следовательно, хаотическое распределение частиц пыли всех фракций в объеме факела выброса. Таким образом, описанные эффекты приводят к увеличению объема факела выброса и уменьшают время осаждения пыли, особенно мелких фракций, т.е. увеличивают эффективность рассеивания пылевого аэрозоля при отсутствии ветра.