Способ для генерирования вихревых колец и устройство для его осуществления

55 колец по а,с, М 1015192, в котором формирование вихрей осуществляется посредством прерывания газового потока и обеспечения его истечения некоторыми порциями.Известное устройство для генерирования вихревых колец по а,с. % 1015192, выбранное в качестве прототипа; содержит два вертикально расположенных ротора с гибкими лопастями. Вращаясь навстречу друг другу, лопасти соприкасаются, прерывая истечение газового потока, При этом некоторый объем газа, заключенный между лопастями, выбрасывается вверх при вращении роторов с последующей трансформацией выталкиваемого газа в вихревое кольцо,Известные способ и устройство имеют следующие недостатки. При необходимости удаления газовых отходов с относительно большим секундным расходом размеры роторов приобретают большие габаритные размеры и массу. Это влечет за собой потребность в повышении энергозатрат для привода роторов, Кроме того, применение роторов с лопастями, вращающихся навстречу друг другу, не обеспечивает изменение расхода газа во времени в виде прямоугольных импульсов, что приводит к большим потерям газа при формировании вихрей непосредственно у выходного насадка устройства, а, следовательно, к снижению эффективности формирования вихревых колец.Целью настоящего изобретения является снижение энергозатрат и повышение эффективности генерирования вихревых колец за счет формирования импульсов расхода, максимально приближающихся к прямоугольным,Поставленная цель достигается тем, что в способе, заключающемся в истечении газа в пульсирующем режиме с прямоугольными импульсами расхода газа за счет периодического прерывания газового потока, последний разделяют на отдельные потоки, каждый из которых модулируют по гармоническому закону с амплитудой и частотой колебаний расхода, соответствующими разложению Фурье для прямоугольного импульса, после чего осуществляют их смешение,Указанная цель достигается также устройством, содержащим прерыватель газового потока, выполненный в виде коаксиально расположенных перфорированных статора и ротора, насадок в виде диафрагмы с отверстием, причем перфорация статора и ротора выполнена в виде фасонных отверстий, расположенных в 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 несколько концентричных рядов, в каждом из которых форма и количество отверстий выбраны из условия обеспечения синусоидального изменения расхода, соответствующего разложению Фурье для прямоугольного импульса, а за прерывателем установлена камера смешения, размеры которой выбраны из условия обеспечения соответствующего сложения синусоидальных импульсов расхода,На фиг,1 и 2 изображено размещение отверстий на статоре (роторе); на фиг.3 - одна из возможных конструктивных схем генератора вихревых колец.Устройство содержит корпус 1 с входным патрубком 2 и насадком 3 диафрагменного типа с отверстием 4, установленным в выходной части корпуса. В средней части корпуса коаксиально установлены статор 6 и ротор 7, причем пространство, заключенное между статором 6 и выходным насадком 3, представляет собой камеру смешения 5. Статор 6 и ротор 7 выполнены в виде перфорированных дисков, перфорацию которых составляют отверстия, размещенные в несколько концентрично расположенных рядов. Ротор 7 связан с приводом 8,Предложенный способ реализуется следующим образом.При подводе газа по входному патрубку 2 и осуществлении вращения ротора 7 относительно статора 6 либо от потока набегающего газа, либо от внешнего привода 8, происходит прерывание натекания газового потока. При периодическом совмещении отверстий статора и ротора осуществляется разделение основного потока на отдельные его составляющие, которые при этом модулируются по синусоидальному закону. После прохождения статора промодулированные отдельные составляющие потока газа смешиваются в камере смешения 5 с образованием суммарного потока со ступенчатым изменением расхода газа, максимально приближающегося по форме к прямоугольному в силу выбора параметров отверстий статора и ротора, соответствующих разложению Фурье для прямоугольного импульса, Далее газ направляют через выходной насадок, на кромках отверстия которого в результате вязкого трения происходит сворачивание пограничного слоя в вихревое ядро, Остальная часть потока образует так называемую атмосферу вихревого кольца, движущуюся совместно с тороидальным ядром, Таким образом, периодическое совмещение отверстий статора и ротора обеспечивает, периодическое генерирование вихревых колец, частота образования которых определяется числом1789795 вии с указанными выше значениями числе п и К. Очевидно; чем больше число рядов, тем ближе результирующий импульс к прямоугольному, а размещение отверстий в рядах, 5 кроме того, должно осуществляться строгоопределенным образом.На фиг.1 приведена схема размещенияотверстий в статоре (роторе), а на фиг.2 выделена некоторая область. Поскольку 10 и = 3,5 из фиг.2 имеем: а г = Й,эи -2(10) а 1а,. = - , гп =23 2 щ - 1 где Со - некоторая постоянная. 35Таким образом, последовательность прямоугольных импульсов может быть представлена в виде суммы бесконечного ряда синусоид - гармонических импульсов с основной и кратными (и = 3,5,) частотами, 40 амплитуды которых последовательно уменьшаются в К = 3, 5, раз.Синусоидальные колебаний основной частоты в соответствии с (1) достаточно просто получить, сделав каналы на статоре 45 и роторе в виде отверстий одного радиуса и разместив их в ряд по окружности с промежутками, равными их диаметру. При этом количество отверстий М, частота вращения ротора 1 о и частота генерирования 50 расхода газа связаны между собой соотношением: г 13гг гг 15 гз 3(1 3) Следовательно,(14 й = 1/10. (2 чет по соотношению при любых значения Ип 2-1. ЭтО Оэна ий должны распола (ротора) в порядке(14) поа и чает, чться обы вани казы ва отноше о ряды центра я их ра ы колебаний рме, согласно есколько. При дом ряду и ихя в соответстет, чтоНИЕ Й 112отверстстаторадиусов отверстий внутреннего ряда на статоре и роторе, а также частотой вращения ротора.Максимальная эффективность генерирования вихревых колец достигается при их формировании из импульсов расхода газа прямоугольной (ступенчатой) формы.При этом обеспечивается максимальное значение массы газа, входящего в формируемое вихревое кольцо, т,е. повышается КПД генератора и уменьшаются непроизводительные потери газа при генерировании вихревых колец.Известно, что колебания любой формы могут быть представлены суммой их гармонических составляющих синусоидальной формы (см. например в кн,: Р,Бишон Колебания. - М.: Наука, 1979. - 160 с), Так, например, для колебаний прямоугольнои формы, сложение уже трех первых гармонических составляющих обеспечивает достаточно хорошее приближение к прямоугольной форме колебаний. Любая периодическая функция 1, аналогом которой является последовательность прямоугольных импульсов, может быть представлена рядом Фурье (см. например, в кн,: Г,П.Толстов, Ряды Фурье, - М.: Наука, 1980, - 384 с,), Для рассматриваемого случая можно за- писать 1(х) = Со(зи х + зи - + зи + ),Зх , 5 х3 5 Для приближения форм расхода к прямоугольной фо (1), таких рядов должно быть н этом число отверстий в каж площади должны выбиратьс С другой стороны, учитывая, что К =(1 9)- 2,1, гп = 2,3,.(20) г 1гп 1 10 На основании соотношений (3) - (6) и, используя выражения (7) - (10), (17) - (20), можно получить(22) 25 При этом связь параметра я с числом ао рядов отверстий задается следующим соотношением: 1зп 30 е=в М що - 1(15) В 1=Во+ 8+г 1 другой стороны ЙЗ) 6) Суммарная площадь отверстии(ротора) для заданного числа рядовты генерирования вихревых колецния ротора может быть определенаВг статора,частовращевиде 24) 45авляет собойстий внутрен- Вггде д В = Росекторного ихпрерывателя г50 произвольнымотверстий, можзависимостипределяющейчае путем варьмально возмкратных ряреннего ряда, соответствующ (К=3,5)ря тем самым ми ся связь пара- Размеры статоТаким обрции статора (роположенных ввыбор радиуса отара) аваясь рядов ом слу- макси- и ечи ски ение перфоратверстий, расядов, а также диуса окружноАнализ соотношения (1) показывает также, что все синусоиды имеют одну и ту же начальную фазу, откуда следует, что каждое из отверстий внутреннего ряда должно иметь общую касательную с соответствующими отверстиями каждого из последующих рядов.С целью уменьшения размеров ротора (статора) наиболее рациональным способом расположения рядов следует считать их взаимное касания отверстиями (или, хотя бы, максимально тесное их размещение). При этом отверстия внутреннего ряда следует стремиться выбирать максимально возможного радиуса (при заданном числе рядов отверстий), что обеспечит максимум расхода газа через прерыватель. Число заданных рядов определяется также из условия достижения максимума суммарной проходной площади отверстий, расположенных в секторах больших отверстий внутреннего ряда, Необходимым условием является также нахождение каждого из отверстий внутреннего ряда в пределах своего сектора (сектор ВОС на фиг.2), Определим это условие следующим образом. Будем считать, что отверстия первого ряда не касаются технологической зоны с радиусом Во. а отстоят от нее на некотором расстоянии я, При этом. а 1 зп -2 Из выражений (15) и (16) имеем связ параметрове и г 1 в видеСоотношение (17) предст ограничение на радиус отвер него ряда, как условие внутри расположения. Определим общий видВп(е) в соотношениях (4)-(6), означения радиусов отверстиидов по радиусу отверстий внутСледствием условий кратностидов, вытекающим из (1), являетметров- площадь статора (разового потока. Задзначением числа пъно в каждом конкретнирования определитьожное значение Яее ему число ао, обенимальные геометрира (ротора).азом, выполнтора) в виде онесколько ротверстий, ра10 1789795 40 45 50 стей расположения центров отверстий и угловых координат отверстий в каждом ряду при заданной частоте генерирования вихревых колец в соответствии с приведенными выше соотношениями изложенной выше методикой позволяет формировать импульсы расхода, максимально приближающиеся по форме к прямоугольным. Это, в свою очередь, обеспечивает повышение эффективности генерирования вихревых колец за счет обеспечения более полного вхождения газа в формируемое вихревое кольцо.. В качестве примера осуществления изобретения рассмотрим процесс формирования вихревых колец с помощью генератора вихревых колец, установленного на выхлопном патрубке агрегата НК - 12, применяемого на газоперекачивающих станциях, Выхлопной патрубок агрегата имеет диаметр 2 м, истечение газа осуществляется с расходом 6. = 44 кг/с. Выберем частоту генерирования вихревых колец 1 = 10 Гц, а частоту вращения ротора 1 о = 1 об/с, При этом количество отверстий внутреннего ряда составит М = 10. Примем радиус ротора, равный В = 1,5 м, радиус технологической зоны статора (ротора) Яс = 0,25 м; а количество рядов отверстий п = 3, Тогда в соответствии с приведенными соотношениями имеем; радиусы окружностей центров отверстий рядов й = 0,653 м, В = 1,127 м, В 3 = = 1,454 м; радиусы отверстий рядов г = 0,1 м, г 2 = 0,059 м, гз = 0,046 м; азимутальные углы отверстий рядов а = 0,314 ряд.,а 2=0,105 Формула изобретения 1. Способ генерирования вихревых колец, заключающийся в том, что обеспечивают истечение газа в пульсирующем режиме с прямоугольными импульсами расхода путем периодического прерывания газового потока, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью снижения энергозатрат и повышения эффективности генерирования вихревых колец, поток истекающего газа разделяют на отдельные потоки, каждый из которых модулируют по гармоническому закону с амплитудой и частотой колебаний расхода, соответствующими разложению Фурье для прямоугольного импульса, после чего осуществляют их смешение,2, Устройство для генерирования вихревых колец, содержащее прерыватель газо 5 10 15 20 25 30 35 рад., аз = 0,063 рад. При этом суммарная площадь отверстий составит Я;г = 0,74 м,г а соответствующий ей радиус выходного отверстий насадка должен составлять не менее 8=0,49 м,Примем радиус выходного отверстия насадка В = 0,7 м, При этом скорость истечения газа на выходе из насадка составит О = 40,8 м/с. Применение предлагаемого изобретения при приведенных параметрах устройства обеспечивает генерирование вихревых колец с начальной скоростью движения О = 21 м/с, которой соответствует дальнобойность вихревых колец =1300 м.Использование предлагаемого изобретения позволяет по сравнению с существующими повысить эффективность генерирования вихревых колец, уменьшить габаритные размеры и массу прерывателя, а, следовательно, и энергетические затраты на его привод. Необходимо также отметить, что выбирая определенным образом параметры генерирования вихревых колец, возможно обеспечение их движения в виде вихревого столба, что позволяет, кроме повышения эффективности формирования вихрей за счет более полного вхождения газа в вихревое кольцо, уменьшить потери газа при его транспортировке посредством вихревых колец и увеличить дальнобойность вихревых колец, Это, в свою очередь, позволит повысить эффективность удаления газовых отходов с промышленных предприятий с помощью вихревых колец,вого потока, выполненный в виде коаксиально расположенных перфорированных статора и ротора, насадок в виде диафрагмы с отверстием, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что перфорация статора и ротора выполнена в виде фасонных отверстий, расположенных в несколько концентричных рядов, причем форма и количество отверстий в каждом ряду выбраны из условия обеспечения синусоидального изменения расхода, соответствующего разложению Фурье для прямоугольного импульса, а за прерывателем установлена камера смешения, размеры которой выбраны из условия обеспечения соответствующего сложения синусоидальных импульсов расхода, 17897951789795 С оста вител ь Г. Гром ы коТехред М,Моргентал Корректор М.Андрушенко а Про ственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 аз 341 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5