RU2638051C1

RU2638051C1 - Filtering fencing

Info

Publication number: RU2638051C1
Application number: RU2016143223A
Authority: RU
Inventors: Марина Алексеевна Васильева; Владимир Николаевич Иванов; Надежда Вячеславовна Жохова; Евгений Сергеевич Мельников; Алексей Алексеевич Палей; Юрий Владимирович Писанко; Николай Петрович Романов; Анатолий Викторович Савченко; Александр Васильевич Тертышников; Леонид Игоревич Толпыгин
Priority date: 2016-11-03
Filing date: 2016-11-03
Publication date: 2017-12-11

Abstract

FIELD: construction.

SUBSTANCE: invention can be used for equipping estates, country and rural areas, as a device for separating residential areas from industrial areas and transport communications. In addition, the invention can be used for protecting a controlled area from fog flowing over it, that reduces the air transparency and limits the range of visibility, as well as in places where it is necessary to fence an area to be protected from penetration of aerosol pollution in it, as a lattice on windows of buildings, a grate at the inlet of the ventilation system, etc. The filter fencing is made in the form of a cellular structure, the cell-forming surfaces of which are connected with one of the poles of a power supply source and surround electrodes connected with the other pole of the power supply source with a gap. The cells are oriented towards the area to be protected, and the end part of the cell-forming surface facing the electrode from the side opposite to the protected area is made sharp, with a radius not exceeding 2 mm.

EFFECT: reducing the structure cost.

1 dwg

Description

Изобретение относится к области строительства сооружений специального назначения и может быть использовано для оборудования усадьб, дачных и сельских участков, а также в качестве устройства отделения жилых зон от промышленных зон и транспортных коммуникаций. Кроме того, изобретение может быть использовано для защиты контролируемой территории от натекающего на нее тумана, снижающего прозрачность воздуха и ограничивающего дальность видимости, а также в местах, где необходимо огородить защищаемую зону от проникновения в нее аэрозольных загрязнений, в качестве решетки на окна зданий, решетки на входе в систему вентиляции и пр.The invention relates to the field of construction of structures for special purposes and can be used for equipment of estates, country and rural areas, as well as a device for separating residential areas from industrial areas and transport communications. In addition, the invention can be used to protect the controlled area from the fog flowing onto it, which reduces the transparency of the air and limits the range of visibility, as well as in places where it is necessary to enclose the protected area from the penetration of aerosol pollution, as a grating on the windows of buildings, gratings at the entrance to the ventilation system, etc.

В патенте РФ на изобретение №2035576 RU представлено описание ограды, которая включает в себя секции в виде четырехугольных трубчатых рам с жестко прикрепленным к ним сетчатым заполнением. Ограда снабжена специальными приспособлениями, обеспечивающими ее удобный и быстрый монтаж. Известная ограда обеспечивает формирование непреодолимого барьера для птиц и позволяет разместить птиц в летнем лагере. Воздух проходит через известную ограду практически без препятствий, и содержащиеся в воздухе различные аэрозольные загрязнения поступают на загороженную территорию.In the patent of the Russian Federation for invention No. 2035576 RU, a description of the fence is provided, which includes sections in the form of quadrangular tubular frames with a mesh filling rigidly attached to them. The fence is equipped with special devices that ensure its convenient and quick installation. The well-known fence provides the formation of an insurmountable barrier for birds and allows you to place birds in a summer camp. The air passes through the well-known fence almost without obstacles, and various aerosol pollution contained in the air enter the enclosed area.

В патенте на изобретение №2366787 RU представлена сборно-разборная ограда, содержащая установленные на основаниях панели, выполненные заодно со стойками, имеющими выступающие относительно нижних кромок панелей концы. Основания снабжены средствами крепления панелей и закрывают проемы под нижними кромками панелей между концами их стоек. Данная ограда является препятствием для свободного продвижения воздушных масс. Месте с тем, как известно, воздушный поток огибает стоящее перед ним препятствие и далее натекает на огороженную территорию, принося на нее весь имеющийся в составе воздушного потока спектр аэрозольного загрязнения.The patent for invention No. 2366787 RU presents a collapsible fence containing panels mounted on the bases, made integral with racks having ends protruding relative to the lower edges of the panels. The bases are equipped with panel mounting means and close the openings under the lower edges of the panels between the ends of their racks. This fence is an obstacle to the free movement of air masses. In addition, as you know, the air stream goes around the obstacle in front of it and then flows into the fenced area, bringing to it the entire spectrum of aerosol pollution present in the air stream.

Не обеспечивает изоляцию ограждаемого пространства от попадания на него аэрозольного загрязнения из прилегающих промышленных зон или транспортных магистралей также и ограда, описание которой представлено в патенте на изобретение №2068924 RU. Данное устройство включает в себя закрепленные в грунте П-образные стойки, выполненные из труб или стержней. К стойкам прикреплены в плоскости стоек горизонтальные проволоки с заполнением из сеток. Известное изобретение решает задачу снижения материалоемкости.The fence, described in patent for invention No. 2068924 RU, does not provide isolation of the enclosed space from aerosol pollution from adjacent industrial zones or highways. This device includes U-shaped posts fixed in the ground made of pipes or rods. To the posts horizontal wires with mesh filling are attached in the plane of the posts. The known invention solves the problem of reducing material consumption.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому является фильтрующее ограждение, описание которого представлено в патенте на изобретение №2522581 RU. Известное фильтрующее ограждение содержит установленные по периметру стойки, выполненные в виде цилиндрических поверхностей, которые окружены с зазором заземленной сеткой. Наружная поверхность стоек соединена с источником электрического питания. Установленные с зазором относительно стоек заземленные сетки обеспечивают формирование неоднородного электрического поля вокруг поверхности стоек. Электрическое поле индуцирует на поверхности содержащихся в проходящем воздушном потоке аэрозольных частиц электрический дипольный момент. Аэрозольные частицы вследствие индуцированного дипольного момента втягиваются неоднородным электрическим полем в сторону увеличения его градиента, т.е. к стойке. Таким образом, известная конструкция собирает из окружающего электрод пространства аэрозоли и обеспечивает изоляцию ограждаемого пространства от попадания на него аэрозольного загрязнения. Вместе с тем, как показали расчеты и результаты экспериментальных исследований, отклонение аэрозольных частиц от линий тока при воздействии неоднородного электрического поля незначительно. См., например, М.А. Васильева, Н.В. Жохова, А.А. Палей, Ю.В. Писанко, А.Е. Солодина, Л.И. Толпыгин, К.М. Филипченко. Теоретические исследования динамики аэрозольных частиц под действием неоднородного электрического поля и оценка ее влияния на процессы рассеивания тумана. Труды Главной геофизической обсерватории им. А.И. Воейкова, Выпуск 580. Санкт-Петербург, 2016, стр. 82-98. Изд. Д. Арт. И для повышения степени очистки воздуха в известном техническом решении устанавливается несколько рядов стоек, что усложняет и удорожает конструкцию.The closest technical solution to the claimed is a filter fence, a description of which is presented in the patent for invention No. 2522581 RU. Known filter fence contains installed around the perimeter of the rack, made in the form of cylindrical surfaces, which are surrounded with a gap of an earthed grid. The outer surface of the racks is connected to an electric power source. Earthed grids installed with a gap relative to the racks provide the formation of an inhomogeneous electric field around the surface of the racks. An electric field induces an electric dipole moment on the surface of aerosol particles contained in a passing air stream. Due to the induced dipole moment, aerosol particles are drawn in by an inhomogeneous electric field in the direction of increasing its gradient, i.e. to the counter. Thus, the known construction collects aerosols from the surrounding electrode space and insulates the enclosed space from aerosol contamination. At the same time, as shown by calculations and experimental results, the deviation of aerosol particles from streamlines when exposed to an inhomogeneous electric field is negligible. See, for example, M.A. Vasiliev, N.V. Zhokhov, A.A. Paley, Yu.V. Pysanko, A.E. Solodina, L.I. Tolpygin, K.M. Filipchenko. Theoretical studies of the dynamics of aerosol particles under the influence of an inhomogeneous electric field and an assessment of its effect on fog dispersion processes. Proceedings of the Main Geophysical Observatory. A.I. Voeikova, Issue 580. St. Petersburg, 2016, pp. 82-98. Ed. D. Art. And to increase the degree of air purification in a known technical solution, several rows of racks are installed, which complicates and increases the cost of construction.

Целью предлагаемого изобретения является снижение стоимости конструкции.The aim of the invention is to reduce the cost of construction.

Для достижения заявленной цели в известном ограждении, выполненном в виде ячеистой конструкции, поверхности которой, образующие ячейки, соединены с одним из полюсов источника электропитания и с зазором окружают соединенные с другим полюсом источника электропитания электроды, ячейки ориентированы в сторону защищаемой территории, а обращенная к электроду с противоположной от защищаемой территории торцевая часть образующей ячейку поверхности выполнена острой, с радиусом, не превышающим 2 мм.To achieve the stated goal in a well-known fence made in the form of a cellular structure, the surfaces of which forming cells are connected to one of the poles of the power supply and with a gap surround the electrodes connected to the other pole of the power supply, the cells are oriented towards the protected area, and facing the electrode from the opposite from the protected territory, the end part of the cell-forming surface is sharp, with a radius not exceeding 2 mm.

Предлагаемая конструкция фильтрующего ограждения обеспечивает продвижение очищаемого от аэрозолей воздушного потока вдоль ячейки. В пространстве между электродом и поверхностью, образующей ячейку, формируется электрическое поле. Конструкция позволяет обеспечить сколь угодно длительное время нахождение очищаемого воздушного потока в области действующего электрического поля без установки дополнительных опор, которые усложняют и повышают стоимость конструкции. Выполнение торцевой части образующей ячейку поверхности острой инициирует возникновение коронного разряда. Обеспечивается электрическое заряжание содержащихся в проходящем воздушном потоке аэрозолей на входе в область действующего электрического поля. Сепарация аэрозолей в предлагаемой конструкции обеспечивается взаимодействием электрического поля с электрически заряженными аэрозолями, эффективность которого значительно выше эффективности действия неоднородного электрического поля на электрически нейтральные частицы, что позволяет добиться заданной эффективности очистки при меньших габаритах конструкции, меньшей материалоемкости конструкции и снизить ее стоимость.The proposed design of the filter fence provides the promotion of cleaned from aerosol air flow along the cell. An electric field is formed in the space between the electrode and the surface forming the cell. The design makes it possible to ensure an arbitrarily long time spent by the cleaned air stream in the area of the acting electric field without installing additional supports, which complicate and increase the cost of the structure. The execution of the end part of the cell forming a sharp surface initiates the appearance of a corona discharge. Provides electrical charging contained in the passing air stream of aerosols at the entrance to the region of the existing electric field. The separation of aerosols in the proposed design is ensured by the interaction of the electric field with electrically charged aerosols, the efficiency of which is significantly higher than the efficiency of the inhomogeneous electric field on electrically neutral particles, which allows to achieve the specified cleaning efficiency with smaller dimensions of the structure, lower material consumption of the structure and reduce its cost.

На рис. 1 представлена схема предлагаемой конструкции фильтрующего ограждения. Фильтрующее ограждение включает в себя установленные в два ряда с определенным шагом заземленные стойки 1. Ячейки ориентированы в поперечном направлении относительно плоскости, образуемой стойками одного ряда. Угол между направлением ячеек и упомянутой плоскостью не менее 30°. Между рядами стоек 1 электрически изолированно, например, на изоляторах 2 смонтирована ячеистая конструкция 3. Ячеистая конструкция может быть образована в виде квадратных ячеек, как представлено на рис. 1, так и другой формы, например в виде сот. Основные требования - это, во-первых, чтобы поверхности, образующие ячейки, с зазором Δ окружали электроды 4, закрепленные на установленных на стойках 1 свободной для прохождения воздушного потока конструкции 5, которая может быть выполнена, например, из обычной просечно-вытяжной сетки. Во-вторых, необходимо, чтобы торцевая часть образующей ячейку поверхности (на рис. 1 обозначена буквой r), обращенной в противоположную сторону от защищаемой территории (со стороны набегающего воздушного потока, на чертеже обозначено стрелкой W), была острой. Радиус r не должен превышать 2 мм. С противоположной стороны ячейки, со стороны защищаемой территории, торцевую часть ячейки желательно выполнить закругленной, радиусом более 2 мм. Кроме того, поверхность ячеистой конструкции, обращенная к электроду должна быть электропроводной. Поверхность ячеистой конструкции, обращенной к электроду, электрически соединена с высоковольтным (более 10 кВ) источником питания 6, корпус которого заземлен на контур заземления стоек 1.In fig. 1 shows a diagram of the proposed design of the filter fence. The filter guard includes grounded racks 1 installed in two rows with a certain pitch. The cells are oriented in the transverse direction relative to the plane formed by the racks of one row. The angle between the direction of the cells and said plane is at least 30 °. Between the rows of racks 1, a cellular structure 3 is mounted electrically isolated, for example, on insulators 2. The cellular structure can be formed in the form of square cells, as shown in Fig. 1, and of another form, for example in the form of honeycombs. The main requirements are, firstly, that the surfaces forming the cells, with a gap Δ, surround the electrodes 4 mounted on the racks 1 mounted on the posts 1 and free of the structure 5, which can be made, for example, from a conventional expanded metal mesh. Secondly, it is necessary that the end part of the cell-forming surface (indicated by the letter r in Fig. 1), facing in the opposite direction from the protected area (from the incoming air flow, indicated by the arrow W in the drawing), is sharp. Radius r must not exceed 2 mm. On the opposite side of the cell, on the side of the protected area, the end part of the cell is preferably rounded, with a radius of more than 2 mm. In addition, the surface of the cellular structure facing the electrode must be electrically conductive. The surface of the cellular structure facing the electrode is electrically connected to a high-voltage (more than 10 kV) power supply 6, the housing of which is grounded to the ground loop of the racks 1.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.The proposed device operates as follows.

Ограждение монтируют поперек набегающего на защищаемую территорию воздушного потока, острой кромкой торцевой части образующей ячейку поверхности с противоположной от защищаемой территории стороны. При подаче напряжения от источника электрического питания 6 на поверхность ячеистой конструкции 3, обращенной к электроду 4, на поверхности ячеистой конструкции 3 накопится электрически заряд. Электрический заряд в зазоре Δ, между электродом 4 и поверхностью ячейки 3 формирует неоднородное электрическое поле. Значение подаваемого напряжения выбирают из условия образования коронного разряда на острой кромке торцевой части образующей ячейку поверхности. Для выбора значения подаваемого напряжения можно руководствоваться известными соотношениями, например, Н.А. Капцов. Электроника. Государственное издательство технико-технической литературы. Москва. 1956 г. Содержащиеся в воздушном потоке, натекающем на ограждение со стороны острой кромки торцевой части образующей ячейку поверхности, аэрозоли, проходя в области коронного разряда, получают электрический заряд. В процессе движения воздушного потока вдоль ячейки в зазоре Δ, в сторону защищаемой территории под действием электрического поля, электрически заряженные аэрозольные частицы будут отклоняться от линий тока и осаждаться на заземленном электроде. Очищенный от аэрозольных частиц воздушный поток беспрепятственно продвигается в сторону защищаемой территории. В зависимости от требований очистки и допустимого значения аэродинамического сопротивления фильтрующего ограждения на стадии проектирования выбирают соотношение длины ячейки L и зазора между электродом 4 и поверхностью ячейки 3, а также значение угла наклона ячеек относительно плоскости, образуемой стойками одного ряда ограждения. Уменьшение упомянутого угла наклона способствует увеличению длины ячейки при заданных поперечных габаритах ограждения и обеспечивает увеличение времени прохождения очищаемого воздушного потока вдоль электрода в области действия электрического поля, что повышает эффективность очистки. Кроме того, уменьшение упомянутого угла способствует снижению оптической прозрачности ограждения и повышает звукоизолирующие свойства ограждения, что очень важно при изоляции дорожных и промышленных зон от жилых кварталов. Однако при этом увеличивается аэродинамическое сопротивление продвижению воздушного потока через ограждение и часть естественного воздушного потока начинает обтекать ограждение, что в конечном счете приводит к снижению эффективности защиты ограждаемой территории от аэрозольного загрязнения. Исходя из данных экспериментальных исследований выполнение ограждения с углом наклона ячеек относительно плоскости, образуемой стойками одного ряда ограждения, менее 30° нецелесообразно. Аналогичным образом на эффективность очистки влияет и соотношение между длиной ячейки L и зазором между электродом 4 и поверхностью ячейки 3. Исходя из материалов исследований можно рекомендовать соотношениеThe fence is mounted across the air flow running onto the protected territory, with the sharp edge of the end part forming the cell surface from the side opposite from the protected territory. When applying voltage from an electric power source 6 to the surface of the cellular structure 3 facing the electrode 4, an electric charge will accumulate on the surface of the cellular structure 3. An electric charge in the gap Δ, between the electrode 4 and the surface of the cell 3 forms an inhomogeneous electric field. The value of the applied voltage is selected from the condition for the formation of a corona discharge on the sharp edge of the end part of the cell-forming surface. To select the value of the applied voltage, one can be guided by known relations, for example, N.A. Kaptsov. Electronics. State publishing house of technical literature. Moscow. 1956 Contained in the air stream flowing onto the fence from the side of the sharp edge of the end part of the cell-forming surface, aerosols passing in the corona discharge region receive an electric charge. During the movement of the air flow along the cell in the gap Δ, in the direction of the protected area under the influence of an electric field, electrically charged aerosol particles will deviate from streamlines and settle on a grounded electrode. The air stream cleared of aerosol particles moves unhindered towards the protected area. Depending on the cleaning requirements and the permissible value of the aerodynamic drag of the filter fence at the design stage, the ratio of the cell length L and the gap between the electrode 4 and the surface of the cell 3 is selected, as well as the angle of inclination of the cells relative to the plane formed by the uprights of one row of the fence. A decrease in the said angle of inclination contributes to an increase in the length of the cell for a given transverse dimension of the fence and provides an increase in the time it takes for the air stream to be cleaned along the electrode in the field of action of the electric field, which increases the cleaning efficiency. In addition, a decrease in the mentioned angle helps to reduce the optical transparency of the fence and increases the soundproofing properties of the fence, which is very important when isolating road and industrial areas from residential areas. However, this increases the aerodynamic resistance to the movement of the air flow through the fence and part of the natural air flow begins to flow around the fence, which ultimately leads to a decrease in the effectiveness of protecting the fenced area from aerosol pollution. Based on the data of experimental studies, the implementation of fencing with an angle of inclination of the cells relative to the plane formed by the uprights of one row of fencing, less than 30 ° is impractical. Similarly, the ratio between the cell length L and the gap between the electrode 4 and the surface of the cell 3 affects the cleaning efficiency. Based on the research materials, the ratio

Δ<0.5L.Δ <0.5L.

Конкретное значение угла наклона ячейки и соотношение между длиной ячейки L и зазором между электродом 4 и поверхностью ячейки 3 рекомендуется выбирать на стадии проектирования путем экспериментального подбора требуемых параметров в зависимости от специфических условий эксплуатации ограждения (скорости ветровых потоков, степень загрязнения, орографические условия местности, требований по оптической проницаемости, звукоизоляции и пр.).The specific value of the cell angle and the relationship between the cell length L and the gap between the electrode 4 and the surface of the cell 3 are recommended to be selected at the design stage by experimental selection of the required parameters depending on the specific operating conditions of the enclosure (wind speed, degree of pollution, orographic conditions of the area, requirements on optical permeability, sound insulation, etc.).

В известном техническом решении для повышения эффективности очистки необходима установка дополнительных опор. В предлагаемом техническом решении повышение эффективности очистки можно увеличить несколькими способами: уменьшением зазора Δ, уменьшением угла наклона ячеек относительно плоскости, образуемой стойками одного ряда ограждения, что вызовет некоторое увеличение аэродинамического сопротивления очищаемому воздушному потоку, либо увеличением длины ячейки L, что связано с некоторым увеличением габаритных размеров конструкции. И в том и другом случае нет необходимости установки дополнительных опор, что обеспечивает упрощение конструкции и снижает ее стоимость. Кроме того, эффективность осаждения электрически заряженных аэрозольных частиц значительно выше, чем нейтральных, что позволяет обеспечить очистку при значительно меньших габаритах устройства, снизить материалоемкость конструкции и достичь цели предполагаемого изобретения, снизить стоимость конструкции.In a known technical solution, to increase the cleaning efficiency, the installation of additional supports is necessary. In the proposed technical solution, the increase in cleaning efficiency can be increased in several ways: by decreasing the gap Δ, decreasing the angle of inclination of the cells relative to the plane formed by the uprights of one row of fencing, which will cause a slight increase in aerodynamic resistance of the cleaned air flow, or an increase in the length of the cell L, which is associated with a slight increase overall dimensions of the structure. In both cases, there is no need to install additional supports, which simplifies the design and reduces its cost. In addition, the deposition efficiency of electrically charged aerosol particles is much higher than neutral, which allows for cleaning with much smaller dimensions of the device, reduce the material consumption of the structure and achieve the objectives of the proposed invention, reduce the cost of the structure.

Изобретение создано при поддержке РФФИ. Проекты №№14-08-00836, 15-08-04724.The invention was created with the support of the Russian Federal Property Fund. Projects No. 14-08-00836, 15-08-04724.

Claims

The filter guard, made in the form of a cellular structure, the surfaces of which forming the cells are connected to one of the poles of the power source and surround the electrodes connected to the other pole of the power source with a gap, characterized in that the cells are oriented towards the protected area, and facing the electrode with the end part of the surface forming the cell opposite to the territory to be protected is sharp, with a radius not exceeding 2 mm.