Результат интеллектуальной деятельности: Аэродинамический фильтр

Изобретение относится к области энергетики, и предназначено для использования в трубопроводах с круглым поперечным сечением.

Известны аэродинамические фильтры (см. Zaryankin A., Rogalev N., Rogalev A., Kocherova A., Strulkowski W. Line Summary of Approaches for Improving Vibrational Reliability of Thermomechanical Equipment and Its Interconnecting Pipelines at Thermal Power Plant // Contemporary Engineering Sciences, 2014, Vol. 33, issue 7, p 1793-1806), устанавливаемые в цилиндрических корпусах, диаметр которых превышает диаметр трубопровода.

Недостатком такого решения является низкая степень гашения неравномерности за таким аэродинамическим фильтром.

Наиболее близким по технической сущности является изобретение, описанное в патенте DE №19742343 А1, МПК G01F 1/66, опубл. 25.02.2099), в котором аэродинамический фильтр, представляет собой цилиндрический корпус с расположенными в нем продольными перфорированными пластинами и установленным в трубопроводе круглого поперечного сечения.

Недостаток такого технического решения заключается в высоком гидравлическом сопротивлении устройства обусловленного большой толщиной продольных перфорированных пластин.

Техническая задача изобретения заключается в снижении неравномерности поля скоростей потока и амплитуд пульсаций давлений, вызванных этой неравномерностью

Техническим результатом является снижение гидравлического сопротивления.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1 изображена изометрия аэродинамического фильтра, на фиг. 2 показаны профили скорости, где кривая "а" представляет собой профиль скорости перед фильтром, а кривая "б" соответствует профилю скорости на расстоянии 50 мм за фильтром, на фиг. 3 изображен график изменения коэффициента неравномерности в зависимости от расстояния от аэродинамического фильтра.

Аэродинамический фильтр, расположенный в трубопроводе круглого поперечного сечения, содержит несущую крестовину 1, на которой параллельно друг другу расположены продольные перфорированные пластины 2, при этом несущая крестовина 1 вместе с продольными перфорированными пластинами 2 расположены в прорезях 3 цилиндрической перфорированной обоймы 4, а длина цилиндрической перфорированной обоймы 4 в два раза больше длины продольных перфорированных пластин 2. На внешней поверхности цилиндрической перфорированной обоймы 4 с противоположной от прорезей 3 стороны выполнены перфорированные ребра 5.

Аэродинамический фильтр работает следующим образом.

При взаимодействии потока с продольными перфорированными пластинами 2 крупные вихревые образования, обуславливающие высокую степень неравномерности исходного течения, разбиваются на множество вихрей значительно меньшего размера, в дальнейшем быстро затухающих в цилиндрической перфорированной обойме 4. Перфорация продольных пластин 2 обеспечивает перетекание среды под действием поперечного градиента давления, таким образом, дополнительно снижая гидравлическое сопротивление и разгружая перфорированные продольные пластины 2, а перфорация цилиндрической обоймы обеспечивает сообщение потоков внутри этой обоймы 4 с потоком, проходящим между обоймой 4 и трубопроводом.

Несущая крестовина 1 обеспечивает жесткость конструкции, за счет чего резко уменьшается толщина перфорированных продольных пластин 2, что снижает гидравлическое сопротивление аэродинамического фильтра.

Перфорированные ребра 5 предотвращают появление консольного прогиба цилиндрической перфорированной обоймы 4.

Экспериментальным путем было установлено, что длина перфорированной цилиндрической обоймы должна быть не меньше 250 мм.

Проведенное математическое моделирование рассматриваемого устройства подтвердило его высокую эффективность при низком коэффициенте гидравлического сопротивления, который составил 0,8÷1,0.

Если для оценки степени неравномерности поля скоростей использовать коэффициент неравномерности ω, равный:

где u_i - скорость в i-точке, а - среднерасходная скорость, то указанный коэффициент в зависимости от продольного расстояния от выходного сечения аэродинамического фильтра меняется так, как это показано на фигуре 3 кривой "в". Здесь же кривая "г" показывает, как меняется рассматриваемый коэффициент при отсутствии аэродинамического фильтра вдоль продольной оси трубопровода, если в качестве исходного сечения принять сечение, соответствующее выходному сечению аэродинамического фильтра.

При отсутствии фильтра исходная неравномерность профиля скорости в трубопроводе, генерируемая поворотом потока на 180°, продолжает увеличиваться и при увеличении расстояния от контрольного сечения на 100 мм достигает максимального значения, равного ω_max=0,52 (кривая "г" на фиг. 3).

Далее рассматриваемый коэффициент ω плавно снижается до ω=0,35 на расстоянии от исходного сечения, равного 450 мм.

При установке рассматриваемого аэродинамического фильтра коэффициент неравномерности потока за ним составляет ω=0,2 и уже на расстоянии 50 мм снижается до значения, равного ω=0,08, и это значение далее почти не меняется.

То есть, по отношению к исходной неравномерности использование предлагаемого устройства позволит в 5-6 раз снизить коэффициент неравномерности.

Использование изобретения позволяет снизить неравномерности поля скоростей потока и амплитуд пульсаций давлений, вызванных этой неравномерностью, и снизить гидравлическое сопротивление, что позволяет повысить надежность элементов оборудования, в которых происходит изменение направления движения потока, и сократить длины прямолинейных участков трубопровода, необходимых для установки измерительных приборов, без внесения существенного добавочного гидравлического сопротивления.