Внимание, воздух ! - Олег Жолондковский

Как и все циклонические явления, связанные с вращением наружных слоев воздуха, торнадо в середине имеет "глаз", в котором образуется вакуум.

А теперь попробуйте представить себе работу искусственно образованных смерчей и торнадо средней мощности. Не нужно было бы строить дымовых труб. Созданный над выбросным патрубком дымососа смерч поднимал бы вверх на тысячи метров описанную Фламмарионом полупрозрачную трубку, по которой с огромной скоростью потянулся бы дым. Смерч диаметром чуть побольше можно применить для вентиляции открытых карьеров. А на участках, где производятся сварочные работы, такие смерчи или торнадо просто необходимы. Они бы мгновенно избавляли сварщиков от угарного газа, аэрозолей марганца и других вредностей.

ПРИРУЧЕНИЕ СМЕРЧА

С давних пор инженеры начали приручать циклонические явления. Тот же Жозеф Ранк, когда исследовал лабораторную модель циклона, нашел в ней все те же качества, что и в одноименных природных явлениях: снижение давления и температуры в центре, повышение на периферии.

А вот что писал В. Майер: "Смерч -- одно из самых грандиозных и загадочных явлений природы. Энергия его настолько велика, что почти никто и ничто не может выдержать схватку со смерчем. Каким образом смерч переносит тяжелые предметы порой на весьма значительные расстояния? Как он образуется? На эти и многие другие вопросы современная наука не в состоянии дать исчерпывающих ответов". Далее предлагается самим читателям сделать водяную модель смерча в стакане воды, на дне которого установлен микроэлектродвигатель, используемый в детских игрушках. Нужно только облепить его снаружи пластилином, чтобы в него не попала вода, а на валик надеть латунный диск. Провода от двигателя выводятся наружу к батарейке от карманного фонаря. Остается налить на воду слой подсолнечного масла и включить ток. Диск начнет вращаться и увлечет за собой жидкость. Через некоторое время в ней образуется воронка -- смерч в стакане воды...

В океане также возникают вихри, подобные атмосферным циклонам, антициклонам и даже торнадо. Это колоссальные массы воды диаметром в десятки и даже сотни километров. Природа возникновения этих вихрей тоже пока не выяснена. Но интересно, что к югу от Гольфстрима водяные вихри вращаются по часовой стрелке, а к северу -- против часовой стрелки. Торнадо же и другие атмосферные циклонические системы, возникающие в северном полушарии, вращаются против часовой стрелки, а в южном -- по часовой. Громадные ветро- и гидроэлектростанции можно установить, если "приручить" вращающиеся потоки воздуха и воды. Но все это только после того, как будут полностью раскрыты секреты природы. А что можно сделать уже сейчас? Ведь не можем же мы сидеть сложа руки.

В 1945 г. немецкий физик Р. Хилш занялся исследованиями, начатыми Ж. Ранком. Он обнаружил, что если в цилиндрическую камеру по касательной через сопло подавать сжатый воздух, то в центре трубы возникнет вихревой поток, в который по оси будет подсасываться воздух из окружающей атмосферы. На этом принципе был создан эжектор, способный отсасывать вредные газы. Впоследствии исследователь продолжил свои опыты. Постепенно, перекрывая подсос по оси, он достиг того, что с периферии вихревой трубки пошел горячий, а из центра -холодный воздух. Несмотря на то что коэффициент полезного действия холодильника, работающего на этом принципе, значительно ниже обычного, в некоторых отраслях техники он нашел применение,

В жаркие летние дни даже в нашем умеренном климате в пыли проселочных дорог возникают небольшие вихри. Их даже можно смоделировать, если закопать в канавку кусок резинового шланга, конец его направить вверх, вокруг него поставить несколько дощечек так, чтобы образовалась завихривающая крыльчатка. К свободному концу шланга подключается расходный патрубок вентилятора от автомобиля -- и прибор готов. Как только заработает мотор, из шланга вырвется струя воздуха и увлечет за собой лежащую на дороге нагретую пыль. Проходя в зазорах между дощечками, пыль войдет в поток по касательной и образует настоящий маленький смерч.

Известный изобретатель Д. М. Левчук рассказывал, как однажды наблюдал такой небольшой природный вихрь, который подхватил на дороге палку, поставил ее вертикально и, медленно покачивая, понес вдоль дороги. На пути нижний конец палки описал спираль и попал в отверстие ступицы лежавшего на дороге тележного колеса. Теперь на этом принципе работает ряд сконструированных Д. М. Левчуком механизмов по сборке различных узлов, состоящих из детали с отверстием, в которое нужно установить стержень.

Можно не только ориентировать стержень на отверстие с помощью вихревой трубки, но и ввернуть в гайку шпильку. Крутящий момент для этого вполне достаточен. На этом же принципе работает вихревой автомат для сборки деталей производительностью 3600 шт. в час.

В последние годы в цементной промышленности получил распространение сухой способ производства, при котором сырье подается в печь не в виде шлама, а порошковое. Вообще-то, сухой способ был известен давно, но широко применять его в цементной промышленности не решались. Боялись, что горячие газы вынесут значительную часть порошка в атмосферу. Нужна была такая конструкция, которая позволила бы нагревать сырье во взвешенном состоянии. И тут вспомнили все тот же вихревой эффект. Сотрудники института ВНИИцеммаш предложили конструкцию печи (о ней говорилось в главе "Сколько стоит мешок дыма"). Там же были указаны и некоторые недостатки сухого способа получения цемента. Вот еще один из них: при тепловой обработке сухого порошкообразного сырья значительная часть его вылетала в дымовую трубу.

Кроме того, при работе циклонов на плохо подсушенной сырьевой муке в их конусной части образуется зависание пыли. Зачастую для устранения таких сводов приходится обстукивать нижнюю часть циклонов кувалдой. Отсюда вмятины, а то и пробоины, которые еще более ухудшают работу системы обеспыливания. На некоторых заводах, чтобы предотвратить забивание конусов, по центру циклонов подвешивают тяжелую цепь, которая, вращаясь потоком воздуха, обстукивает горловину конусной части и сбивает с нее настыли. В металлургии применяли вибраторы и периодически включаемые пневматические молотки. Однако все эти приемы не намного отличаются от обстукивания кувалдой или шуровки пылевыпускного отверстия ломом.

Так что считать этот вопрос решенным рано. Любая временная мера остается временной. Однажды я решил попытаться заменить лом воздушной струей. Вообще-то, сжатым воздухом разбивать своды уже пробовали, но в данном случае задача была посложнее -- нужно было отвести от основного потока только небольшую его часть и направить в конус циклона.

Сначала мысль показалась чуть ли не абсурдной: то, что удавалось при отборе проб пыли из газохода, размеры которого не превышали 1 м, вряд ли могло пригодиться в многометровом циклоне, применяемом в качестве конечного теплообменника в цементном производстве. Чтобы не промахнуться, решили строить прозрачную модель. Для начала из оргстекла построили двухметровую модель обычного циклона и испытали ее на сырьевой муке. При производительности 2300 м3/ч и сопротивлении 90мм вод. ст. коэффициент полезного действия установки составил 88%. Через полчаса работы в конусной части циклона уже начал образовываться свод. Коэффициент полезного действия стал падать. Вторую часть опыта проводили уже с установленным по оси циклона трубопроводом, ответвленным из входного патрубка. Вот тут-то и произошло чудо! Одна часть запыленного потока стала описывать характерную для циклонного процесса траекторию, а другая -- как в описанном ранее пробоотборнике -- пронзила пылевой поток и образовала интенсивный отбор пыли из вихря в бункер. Перепад давления между входным патрубком и конусной частью циклона был настолько велик, что через центральную трубу сверху вниз пылевой поток буквально бомбардировал воронку, соединяющую циклон с бункером. Мы нарочно пытались образовать свод и подавали в циклон пыль небывало большими дозами, но эффект осевой струи был сильнее. Свод не образовывался ни при каких обстоятельствах. Мало того, при всех прежних данных производительность циклона возросла до 2800 м3/ч, сопротивление снизилось до 78 мм вод. ст., а коэффициент полезного действия повысился до 93%. Стоимость реконструкции грошовая -- кусок изогнутой трубы и четыре прутковые расчалки, чтобы устье трубы было направлено точно на воронку.

Сейчас уже испытаны почти все возможные варианты взаимодействия центральной трубы с циклоном. Эффект -- неизменно положительный. В некоторых случаях такая реконструкция позволит заменить вторую ступень очистки -скруббер, или рукавный фильтр.

ЧЕТЫРЕХУГОЛЬНЫЙ ЦИКЛОН

Долгие годы на улицах оседали зола и пыль, вырывавшиеся из труб котельной столичного завода "Галалит", пока в один прекрасный день не исчезли благодаря золоуловителю системы Ярина. Среди многочисленных конструкций фильтров циклон, созданный Яриным, пожалуй, самый простой (рис. 4). Он работает на естественной тяге, создаваемой трубой. Такую установку можно сделать в любой механической мастерской с минимальными затратами труда и средств.