Ежекційний спосіб створення тяги у вентиляційних та димових трубах з використанням енергії вітру
Власники патенту UA 2447366:
Винахід відноситься до галузі вентиляції і може бути використане при будівництві та реконструкції димових труб, будівель, споруд та приміщень. Спосіб полягає в тому, що потік повітря, що набігає на навітряну сторону труби через спеціально виконані вікна або отвори в стінках труби вводять у вентиляційну або димову трубу з поворотом потоку в бік її зрізу, змішують його з потоком повітря, що відсмоктується, і далі видаляють обидва потоки через зріз вентиляційної або димової труби та вікна або отвори на її підвітряній стороні. При запропонованому способі створення тяги для більш ефективного видалення повітря, що відсмоктується, використовується швидкісний потік енергії вітру. 3 іл.
Винахід відноситься до галузі штучної (примусової) вентиляції і може бути використане при створенні та реконструкції димових труб, будівель, споруд та приміщень.
Механічна вентиляція при великих обсягах повітря, що переміщається, і подоланні при цьому малих опорів у багатьох випадках нераціональна. Вона вимагає влаштування великих вентиляторів, тобто. великих початкових витрат, поглинає багато енергії та вимагає повсякденного догляду за собою (Малахов М.А. Проект природно-механічної вентиляції житлового будинку в Москві. АВОК-2003-№3). При створенні тяги в димових трубах навіть вентилятори не завжди вирішують поставлене завдання через високу температуру та агресивність диму.
Бажання вирішити питання вентиляції за рахунок природної енергії вітру призвело до створення повітряних дефлекторів. Ці пристрої встановлюються на вентиляційних трубах у зоні їхнього обдування вітром, і вони частково або повністю замінюють механічні вентилятори. Найпростіший дефлектор - це відкритий вітру звичайний зріз димової чи вентиляційної труби(Фіг.1). Його характеристики по відсмоктування наведені в «Технічних нотатках ЦАГІ №123, 1936, Б.Г.Мусатов. Вентиляційні дефлектори». Нині існують різні конструкції дефлекторів, але діють вони виходячи з одного принципу. Він полягає у використанні підсмоктування струменя вітру, що захоплює газ із зрізу вентиляційної труби за рахунок турбулентного тертя.
Цей спосіб вентиляції за допомогою вітру, взятий за прототип, полягає у використанні зниження тиску (створення розрідження) на зрізі труби вентиляції при обдуванні її перпендикулярним осі потоком. Якщо зріз труби забезпечений деяким оголовком (парасолькою і т.д.), то розрідження зміниться, але принцип залишається незмінним. (В.П.Харітонів. Природна вентиляція з спонуканням. АВОК-2006-№3, стор.46-52). Існуючі способи вентиляції приміщень за допомогою енергії вітру лише частково вирішують двоєдине завдання вентиляції та застосування енергозберігаючих технологій.
Найбільш продуктивним буде повне використання енергії вітру - застосування і швидкісного натиску, і донного розрідження, що виникає у вітровій тіні за предметами, що обдуваються вітром (у т.зв. аеродинамічному сліді). У звичайних дефлекторах на будинках усі напрямки вітру можливі, і це суттєво ускладнює завдання, оскільки навітряна (з боку вітру) та підвітряна сторони невизначені і навіть міняються місцями.
Завдання цього винаходу - модернізувати та інтенсифікувати процес видалення повітря, що відсмоктується, за рахунок використання і донного розрідження, і швидкісного натиску вітру.
Технічний результат - збільшення створюваного розрідження, збільшення витрати повітря, що відсмоктується вітром або диму, зменшення габаритів вентиляційних систем.
Розв'язання задачі та технічний результат досягаютьсятим, що в способі створення тяги у вентиляційних та димових трубах з використанням енергії вітру, що включає створення вітром розрідження на зрізі вентиляційної або димової труби, потік повітря, що набігає на навітряну сторону труби через спеціально виконані вікна або отвори вводять у трубу з поворотом потоку в бік її зрізу, змішують його з потоком повітря, що відсмоктується, і далі видаляють обидва потоки через зріз труби і вікна або отвори на її підвітряній стороні.
На фіг.1 наведена схема течії повітря, що відсмоктується, і струменів вітру у відомій вентиляційній або димової трубах і навколо них (у прототипі).
На фіг.2 наведена схема організації течії повітря, що відсмоктується, і струменів вітру в запропонованому способі.
На фіг.3 дано розподіл відносного статичного тиску навколо кругової вентиляційної труби (циліндра) при поперечному її обтіканні повітрям.
Схема течії повітря, що відсмоктується, і струмен вітру у вентиляційній або димарях і навколо неї у відомому способі, наприклад при відсутності оголовка, наведена на фіг.1. Тут прямо використовується підсмоктуючий вплив струменя вітру, що захоплює газ, що відсмоктується, з зрізу вентиляційної труби 1.
На фіг.2 наведена пропонована схема організації течії повітря, що відсмоктується, і струменів вітру у вентиляційній або димової трубах і навколо них. У виступає в зону вітру частина вентиляційної труби через 1 через спеціально виконані в стінці труби вікна або отвори 2 вводять набігає повітря. Одночасно ці струмені повертають у бік зрізу труби, наприклад, спеціальними робочими поверхнями (відбивачами) 3. Далі ці струмені повністю або частково змішують з повітрям, що відсмоктується. За рахунок енергії вітрових струменів натиск і витрата повітря, що відсмоктується, збільшуються. Потімцю суміш видаляють через зріз труби, так і через вікна або отвори на підвітряній стороні труби (через знижений тиск тут в зоні відривної течії).
На підтвердження такої можливості на фіг.3 дано розподіл відносного статичного тиску навколо кругового циліндра при його поперечному обтіканні повітрям (з книги П. Чжен. Відривні течії. Пер. з англ., вид. «Мир», Москва, 1972, т.1 , Стор.27). На фіг.3 φ-кут між напрямком вітру і радіус-вектором точки на циліндрі (абсцису в полярній системі координат); φ=0 - на навітряній стороні, φ=180° - на підвітряній стороні, в зоні повної вітрової тіні. На навітряній стороні в точці φ=0 статичний тиск перевищує атмосферний тиск у непорушеному потоці на швидкісний тиск =1. При φ = 30 ° воно зменшується до атмосферного тиску, а вже при φ = 60 ° і далі (до φ = 180 °) воно стає істотно меншим за атмосферний тиск.
Фізичною основою пропонованого нового способу вентиляції за допомогою вітру є використання процесу додаткового ежектування (відсмоктування) повітря, що видаляється струменями вітру, що вводиться в трубу. Вхідні струмені спочатку відбивачами розвертають від первісного перпендикулярного осі труби напрямку до близького до осьового напрямку. Потім змішують з повітрям, що видаляється, в результаті чого струмені передають свою енергію і імпульс повітря, що видаляється, як у звичайному ежекторі, збільшуючи розвивається розрідження.
Крім того, важливим у запропонованому способі є процес видалення повітря, що відсмоктується, на підвітряній стороні труби через вікна або отвори, аналогічні тим, через які з навітряної сторони вводять повітря. Це значно збільшує витрату повітря, що видаляється в порівнянні з тим, коли видалення проводиться тільки через зріз вентиляційноїтруби. У запропонованому способі приблизно вдвічі також збільшується граничне розрідження, що досягається дефлектором.
Спосіб створення тяги у вентиляційних та димових трубах з використанням енергії вітру, що включає створення вітром розрідження на зрізі вентиляційної або димової труби, який відрізняється тим, що потік повітря, що набігає на навітряну сторону труби через спеціально виконані в стінці труби вікна або отвори вводять у трубу з поворотом потоку у бік її зрізу, змішують його з потоком повітря, що відсмоктується, і далі видаляють обидва потоки через зріз труби і вікна або отвори на її підвітряній стороні.