Дефлектор Кирюшкина или тяга -дело серьезное.

 Конечно речь не идет о тяге, не как о навязчивой потребности, ощущаемой человеком  и мотивирующей к определённой деятельности. Тяга в трубе, тяга воздушная, вот о чем пойдет речь…

Откуда вообще берется тяга?

Мне не удалось найти исчерпывающего  ответа в интернете и научных изданиях… Поэтому я решил обобщить разрозненную информацию в этой статье и предложить собственные разработки в этой области.

Где нужна тяга?

Ну, конечно, в печке, в вытяжной вентиляции, еще в дачном туалете, в подвале, шахте, словом везде, где существующая или образующаяся воздушно-газовая смесь должна быть отведена из определенного пространства на конкретное расстояние и заменена на заранее подготовленную или естественную атмосферную воздушную смесь. Для печей задачу решает труба.

Что бы повысить эффективность трубы решают задачу: «как усилить тягу?»…

Тяга, если можно так сказать, бывает двух типов: естественная и принудительная. Самая распространенная — естественная тяга. Это тяга не требующая какого — либо специального оборудования и источников энергии на ее создание. Побуждающими причинами для её возникновения являются разность температур, плотностей и скорости ветровых потоков. Более редкая тяга — тяга принудительная. Чаще всего она применяется в активной вентиляции и аварийной системе дымоудаления, гораздо реже или точнее почти никогда она не используется в обычных дымоходах. В них компромисс достигается естественно-принудительной дефлекторной тягой, но все по порядку…

Виды естественной и принудительной тяги:
Тепловая тяга.
Ветровая тяга.
Дефлекторная тяга.
Наддувная  тяга.
Дымососная  тяга.
Плотностно-газовая тяга
Струйно-направленная (форсуночная) тяга.

Конечно, в реальной ситуации большинство видов тяги невозможно отделить друг от друга и действуют они сообща, но для лучшего понимания процесса лучше подойти к каждой составляющей отдельно.

Тепловая составляющая естественной тяги.

Она возникает при разности температур в объеме трубы и на улице. Проще говоря, горячий воздух движется вверх. Естественная тяга в отдельно стоящей неизолированной трубе может возникнуть даже под воздействием солнечных лучей. Нагретый дым (воздух)  создает тягу. Теплый воздух (дым) в вертикальной трубе,  устремляется вверх, причем, чем выше труба, тем больше разность температур, тем выше подъемная сила, а следовательно и выше тяга.  Однако  если помещение холодное, а на улице тепло и нет ветра, то тяги не будет.  Дым в этом случае пойдет вниз. Такое часто бывает ранней осенью, летом и поздней весной. Почему? Все очень просто. Дым сначала, как ему и положено, устремляется вверх, т.к. он горячее, но попадая в холодную трубу, резко охлаждается и устремляется вниз, создавая обратную тягу. Когда на улице очень жарко, теплоты дыма в начальный период горения обычно недостаточно, что бы подниматься вверх, ибо он должен быть разогрет сильнее, чем знойный воздух снаружи и дым тоже пойдет вниз. Если в этих условиях разжечь печь или камин, то дым пойдет в дом. Что бы создать «стартовую» тягу в этом случае я применяю такой способ:    Беру газовый туристический баллончик с горелкой, поджигаю и через печь минут 5-10 «продуваю» горячим «воздухом» дымоход. После этого можно смело разжигать печь. Обратная тяга во время такой «продувки» не вызывает неприятностей из-за отсутствия дыма и низкого содержания вредных веществ, в отличие от заполнения помещения дымом.  Зимой тяга сама существенно возрастает и необходимость «продувки» отпадает.

Ветровая составляющая естественной тяги.

Она возникает вследствие разряжения в трубе при прохождении ветрового потока вдоль верхнего среза трубы. По закону аэродинамики в движущемся потоке возникает разряжение, пропорциональное не квадрату скорости, как утверждают различные источники, а квадрату разности скоростей воздуха у верхнего и нижнего среза трубы. Аэродинамика воздушных потоков, проходящих над крышей, требует вывода верхнего среза трубы над коньком крыши  в зону устойчивых горизонтальных потоков воздуха. На тягу влияет не только расположение трубы по отношению к коньку крыши, но и скорость, направление  ветра, его влажность, даже состав, какие рядом с домом стоят сооружения и высокие деревья.

Наддувная составляющая принудительной тяги.

Наддув, при этом, создается в зоне нижнего среза трубы. Для создания принудительной наддувной тяги можно, «загерметизировав» помещение, создать в нем (в помещении) избыточное давление с помощью насоса или мощного вентилятора с единственным выходом через поддувало и печь в трубу. Аналогично,  для создания принудительной наддувной тяги можно герметизировать саму топку и создавать наддув непосредственно в ней. Надеюсь теперь понятно почему мощный приточный вентилятор в открытой форточке на даче создаст дополнительную тягу, а включенный там же кондиционер или комнатный вентилятор, направленный на печь -нет.

Дымососная  составляющая принудительной тяги.

Метод откачки газов (дыма) редко используется из-за существующих ограничений. Ограничения применения данного метода состоят в том, что насос или вентилятор, создающий разрежение, работает в сверх агрессивной среде газо-дымной фракции. Кроме того, высокое содержание смол, жирных кислот и сажи создает эффект налипания их на лопасти, провода, ротор и статор. Это требует частой очистки и замены дымососа. Применяется в аварийных системах дымоудаления и дымососных системах фильтрации агрессивных продуктов горения. В вентиляции-чаще, а в быту- почти на каждой кухне.

Струйно-направленная составляющая принудительной тяги.

Понятно, что эта тяга образуется за счет разряжения, возникающего из-за принудительной подачи воздуха через специальную более тонкую форсунку, в направлении совпадающем с направлением движения газов. Такое  устройство, в котором происходит передача кинетической энергии от одной среды, движущейся с большей скоростью, к другой среде с меньшей скоростью называется Эжектор, который, работая по закону Бернулли, создаёт в сужающемся сечении пониженное давление, подсос и перенос потока обоих сред.

Эжектор работает на принципе инжектора — струйного насоса для нагнетания газа или жидкости, который работает с помощью форсунки, — механического распылителя жидкости или газа. Иногда нагнетатель инжектора делают по турбинной схеме, в которой применяют Импеллер — лопаточную схему, заключённую в кольцо. Такая конструкция позволяет существенно снизить потери мощности на индуктивном сопротивлении и шумность воздушного потока.

Плотностно-газовая составляющая принудительной тяги.

Образуется, если искусственно сделать нетемпературным способом дымную фракцию меньшей плотности, чем воздух снаружи. Я придумал только что, как вариант,- добавлять в дым идущий по трубе более легкий газ, например гелий. Это заставит тяжелый воздух поступать снизу в печь, а легкий, менее плотный дым двигаться по трубе вверх. Можно полем менять плотность дымной фракции, но эта идея,  пока из области фантастики или далекого нанотехнологического  будущего. P.S. !Упаси Вас бог добавлять в дым водород!

Дефлекторная составляющая естественно — принудительной тяги.

Этот вид тяги самый интересный и распространенный. Именно он обеспечивает прибыль многим строительным компаниям, продающим воздух… вернее устройства изменения потока воздуха. Дефлектор (от лат. deflecto — отклонять) — аэродинамическое устройство, устанавливаемое над вентиляционным каналом (трубой), дымоходом, которое применяется для усиления тяги в канале за счёт эффекта Бернулли. Чем больше скорость движения потока воздуха при изменении поперечного сечения канала, тем меньше статическое давление в этом сечении. Дефлекторы увеличивают тягу в канале и повышают эффективность систем вентиляции и дымоудаления. Так считает Википедия, так считает сер Бернулли… Вся беда в том, что Бернулли разработал свой закон для стационарного потока идеальной среды, то есть газа или жидкости  без внутреннего трения, кроме того его идеальная, теоретическая среда является еще и несжимаемой. И, стало быть, ни о каком изменении плотности и разрежении сред в его расчетах речи быть не может.  Короче, у Бернулли, что то завернули…

Наверное именно потому, что в основу теоретических разработок дефлекторов был положен такой кастрированный закон Бернулли, мне и удалось разработать активно-пассивный дефлектор Кирюшкина. Там, где все разработчики стараются увеличить скорость потока,  я наоборот снижаю его скорость, но создаю двойное разряжение… Конечно, я не могу гарантировать абсолютную патентную чистоту своего изобретения, но на основании исследования через интернет раздела: «Устройства для усиления тяги: …верхние части для дымовых труб или вентиляционных шахт, выводы для дымоходов – F23L 17/02″, по состоянию на декабрь 2015г. такого устройства в патентах я не нашел. К тому же, сегодня я решил отойти от своей практики,-не раскрывать формулу изобретения…

Но все по порядку. Дефлекторы чисто условно принято разделять на:

Дефлектор ЦАГИ (первый ряд, первый слева)
Открытый тарельчатый дефлектор Astato (второй)
Круглый дефлектор «Волперта» (найдите сами)
Дефлектор-звезда «Шенард» (Тот же Цаги, только с 7-лучевой звездой)
Дефлектор Григоровича (классика)
«Дымовой зуб» (нет фото, разновидность явно надуманная)
Н-образный дефлектор (второй ряд, первый слева)
Дымник, он же: колпак, зонт, козырек (второй ряд, второй)
Дефлектор «Bofill» (второй ряд, третий слева)

Короче, все дефлекторы, -это дефлекторы Григоровича с некоторыми модификациями. Это я к тому, что, не смотря на кажущееся разнообразие пассивных  дефлекторов, все они очень похожи друг на друга и всех их завернули по принципу Бернулли. Я, в своей разработке, пошел немножко дальше в смысле «ветронезависимости» и в противоположную (от Бернулли) сторону.

К пассивным дефлекторам можно отнести и ветрозависимые подвижные дефлекторы. Почему к пассивным? Да просто когда нет ветра все эти улучшатели тяги мгновенно превращаются в ухудшатели тяги, поскольку создают аэродинамическое сопротивление восходящим по трубе потокам.

Некоторые из дефлекторов изобретены еще несколько веков назад. Например, в Гатчине, в Приоратском единственном в России глинобитном дворце, построенным архитектором Николаем Львовым, применяется и работает до сих пор флюгерный дефлектор (см. рис. внизу слева). Другие флюгерные (см. рис. внизу) и шаровые (см. рис. вверху второй ряд, первый справа) дефлекторы датируются еще более ранними сроками разработки. В модифицированном варианте они распространены в настоящее время во всех странах Европы.

Самым близким к моему изобретению можно считать дефлектор Л. Н. Кугушева, заявленный аж  28 июня 1928 года (заяв. свид. М 29514). Кстати, при патентном поиске я обнаружил, что  шаровой дефлектор придумал россиянин О.Н. Воронцов 18.09.1926г. (заяв. свид. № 11095), а закрутили его уже позже, видимо чтобы не платить за патент. Кстати, на закрутку шарового дефлектора расходуется энергия, что снижает общую эффективность создаваемой тяги…

В дефлекторе Кугушева, так же как и в моей разработке, есть конус вершиной вниз, но разница между нашими конструкциями огромна.

Если Вы заметили, все разработки дефлекторов основаны на увеличении скорости потока на срезе трубы. Именно поэтому у всех, кроме Кугушева и Кирюшкина, нижние конусы дефлекторов направлены вершиной к срезу трубы. Однако, если принять за основу сжимаемость неидеальной среды, то можно создать разряжение за счет изменения однородности ветрового потока воздуха. Кугушев пошел по правильному пути, но допустил ряд ошибок… в его конструкции при любом не вертикальном падении осадков (а дождь без ветра почти никогда не бывает),  дождевые капли по нижним конусам начнут поступать в трубу. Тоже относится и к конденсату… А это не допустимо. Именно поэтому его идея нигде сейчас не применяется.

Мотивом к моей разработке послужила идея нагревать бассейн с помощью печи. Это на уровне 10-20 кВт, в отличие от электричества и газа, намного дешевле, но… Топить придется летом, в жару, когда вода в бассейне холодна для купания, а «стартовой» тяги в трубе практически нет.  Да и ветер, как Вы понимаете явление природное, а стало быть, не постоянное. Поэтому трубе необходим высокоэффективный дефлектор. Кроме того, пассивный дефлектор должен уметь становиться активным. Его активность не должна быть постоянной, а активироваться только с момента «пуска» до момента создания устойчивой тяги в трубе.

Итак, предлагаю Вашему вниманию активно-пассивный дефлектор Кирюшкина. Дефлектор состоит из пассивной и активной частей. Пассивная часть представляет из себя два встречно расположенных конуса разного размера. Высота дефлектора Н-расстояние от вершины верхнего конуса до линии, образованной сваркой (спайкой, склейкой, склепкой и т.п.) нижнего усеченного конуса и трубы. Высота и диаметр верхнего конуса Нв и Дв, высота и диаметр нижнего конуса Нн и Дн,  расстояние между конусами Нкк,  являются основными показателями дефлектора, зависят от диаметра трубы Д и определяются, как:

Дв=3,2Д  Дн=2,3Д  Нв=0,9Д  Нн=0,5Д  Нкк=0,5Д  Н=1,9Д

Нижний конус закреплен ниже горловины трубы на 0,25Д, что позволяет конденсату стекать по конусу к основанию трубы, но не затекать вовнутрь.  Там он отводится через микроотверстия капельного слива.  Отверстия закрыты термостойкими силиконовыми пробками с прорезанной накрест мембраной, что не изменяет разряжение в рабочей зоне, но позволяет отводить конденсат от стоек и нижнего конуса. Конденсат и осадки с верхнего конуса в нижний конус и трубу не попадают, за счет их разных диаметров.  

Активная часть дефлектора представляет из себя по сути дымосос (№1 и №2) и дымосос-эжектор (№3 и №4), выполненные  на термостойком вентиляторе с системой крепления и обратным клапаном (в вариантах №1 и №2). Именно активная часть дефлектора позволила придумать 4 различных варианта.

Все 4 варианта отличаются только активной частью. В первом варианте дымосос удобнее обслуживать, во втором он менее всего загрязняется. Варианты 3 и 4 реализуют более компактное исполнение дефлектора (центральная стойка на чертежах 3 и 4 не показана). В варианте 3 вентилятор крепится на неподвижный кронштейн и, в принципе может конфликтовать с потоком ветра, но имеет право на существование, поскольку работает, если ветра нет.  А в варианте 4 флюгер разворачивает вентилятор всегда по ветру, повышая эффективность, хотя и добавляет достаточно сложное устройство поворотного токосъемника для питания вентилятора.

Кому интересны подробности или есть предложения по внедрению,- пишите на почту. Автор идеи Кирюшкин В.Е, почта: slavarik@km.ru; сайт: http://Slavarik.su; ссылка обязательна.