ЗАПОРНО-РЕГУЛИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО
SHUT-OFF AND ADJUSTING DEVICE

Изобретение преимущественно относится к области вентиляции и кондиционирования воздуха и предназначено для поддержания в помещениях и сооружениях температуры и газового состава воздуха в заданных пределах путем регулирования воздухообмена в вентилируемых объемах.
Для решения указанных задач, как правило, системы вентиляции оснащают запорно-регулирующими устройствами (шиберами; дроссельными, герметическими, обратными, многостворчатыми и другими клапанами) с ручными, электрическими или пневматическими приводами [1-3].
Запорно-регулирующие устройства с ручным приводом отличаются простотой, высокой надежностью и низкой стоимостью, однако, поскольку температура и влажность атмосферного воздуха постоянно меняются, такие устройства требуют постоянного участия человека в процессе эксплуатации вентиляционных систем.
Для устранения этого недостатка современные запорно-регулирующие устройства снабжают электрическими (редко пневматическими) приводами (исполнительными механизмами) с системой автоматики, управляющей их работой по заданной программе. Такая система автоматики состоит из электронного блока, датчиков для измерения температуры, влажности, химического состава и скорости потоков воздуха. Электронный блок в свою очередь состоит из четырех субблоков (питания, измерительной части, ЭВМ и усилителя). Выходные цепи электронного блока служат для управления исполнительными механизмами, имеющими электродвигатели [2].
В отличие от ручных приводов подобные системы автоматики позволяют управлять запорно-регулирующими устройствами без постоянного участия человека. Вместе с тем они существенно усложняют систему вентиляции и кондиционирования воздуха, повышают их стоимость. Кроме того, электронные системы снижают надежность и пожарную безопасность, поскольку для безотказной работы они сами требуют электрической энергии и строгого соблюдения тепловлажностного режима в помещениях, где они установлены, а также высококвалифицированного обслуживающего персонала для периодического обслуживания таких систем.
В связи с изложенным несмотря на указанные выше преимущества от автоматизированных запорно-регулирующих устройств часто отказываются при создании простейших систем вентиляции, предпочитая для этих целей клапаны с ручным управлением, например в животноводческих фермах, теплицах, небольших гаражах и мастерских и т.п., где для вентиляции широко используют дефлекторы различных конструкций [1, стр.217].
Наиболее близким по технической сущности к заявленному устройству является запорно-регулирующее устройство в виде герметичного клапана с электрическим приводом [1, рис.5.23, стр.200]. Указанное запорно-регулирующее устройство включает корпус, седловину, прокладку, клапан (тарель), кронштейн, ось, вал и электрический привод.
Данному устройству присущи недостатки всех промышленно изготовляемых автоматизированных запорно-регулирующих устройств с электрическим приводом. Применение электродвигателя предполагает наличие источника электроэнергии, редуктора, датчиков и электронных блоков управления клапаном.
Для автоматизации процесса управления вентиляцией без использования электрической энергии предлагается запорно-регулирующие устройство, привод которого управляется при помощи сил гравитации.
Указанный технический результат достигается за счет применения в запорно-регулирующем устройстве принципиально нового гравитационного привода. Этот привод состоит из двух групп герметичных резервуаров, которые связаны между собой посредством одной или нескольких трубок. Одна из указанных групп резервуаров заполнена легкокипящей жидкостью (например, метиловым или этиловым спиртом, аммиаком, фреоном и т.п.), вторая - парами этой жидкости. Чтобы легкокипящая жидкость не накапливалась в резервуарах второй (паровой) группы, они расположены выше резервуаров первой (жидкостной) группы. Кроме того, для этого предусмотрен специальный ограничитель (упор), исключающий уклон трубок в сторону резервуаров второй (паровой) группы. Клапан (тарель) запорно-регулирующего устройства присоединен к трубкам привода (подвижной части устройства), который в свою очередь прикреплен к неподвижной части запорно-регулирующего устройства с помощью кронштейна и оси. Кронштейн снабжен прижимным устройством, которое позволяет перемещать центр тяжести подвижной части запорно-регулирующего устройства относительно оси поворота этой части устройства.
Устройство работает следующим образом.
При снижении температуры в помещении ниже допустимого уровня пары легкокипящей жидкости конденсируются и под собственным весом стекают в первую (жидкостную) группу резервуаров. Центр тяжести подвижной части предлагаемого запорно-регулирующего устройства перемещается в сторону (жидкостной) группы резервуаров. В результате чего подвижная часть запорно-регулирующего устройства поворачивается вокруг оси против часовой стрелки, вместе с ней поворачивается и присоединенный к ней клапан (тарель), который перекрывает теплый воздух через воздуховод.
При повышении температуры воздуха в помещении интенсивность испарения легкокипящей жидкости увеличивается. Эта жидкость превращается в пар, большая часть которой по трубкам перемещается во вторую (паровую) группу резервуаров. Количество жидкости в первой (жидкостной) группе резервуаров уменьшается. В результате центр тяжести подвижной части запорно-регулирующее устройства перемещается в сторону второй (паровой) группы резервуаров, и подвижная часть запорно-регулирующее устройства вместе с клапаном (тарелью) поворачиваются на оси по часовой стрелке, открывая воздуховод для выхода нагретого воздуха.
Применение исполнительного механизма в виде герметичной системы из соединенных между собой резервуаров, одна группа из которых заполнена частично легкокипящей жидкостью, позволяет менять центр тяжести подвижной части запорно-регулирующего устройства при изменении температуры окружающего воздуха. В результате при неизменном положении оси поворота система за счет гравитационных сил самостоятельно поворачивается и посредством клапана (тарели) закрывает или открывает движение воздуха по воздуховоду для обеспечения заданной температуры в помещении. Наладка предлагаемого запорно-регулирующего устройства на заданную температуру осуществляется перемещением центра тяжести привода относительно оси поворота при помощи прижимного устройства кронштейна.
Такая конструкция запорно-регулирующего устройства значительно проще, надежнее и дешевле прототипа за счет отказа от электронных устройств автоматики.
Новым в заявляемом изобретении является выполнение привода запорно-регулирующем устройстве виде герметичной системы связанных между собой резервуаров, часть из которых заполнена легкокипящей жидкостью, а остальные - парами этой жидкости. При этом резервуары, заполненные парами, расположены выше резервуаров, заполненных легкокипящей жидкостью. Для поворота (перемещения) подвижной части запорно-регулирующего устройства она снабжена кронштейном и осью, расположенной между резервуарами, заполненными парами легкокипящей жидкостью, и резервуарами, заполненными легкокипящей жидкостью.
Запорно-регулирующее устройство такой конструкции не выявлено из существующего уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения условию патентоспособности «изобретательский уровень».
Устройство технологично, просто в изготовлении, не требует электрической энергии, пожаробезопасно и имеет низкую стоимость, а также исключительно высокую надежность по сравнению с известными автоматизированными запорно-регулирующими устройствами с ЭВМ и электроприводами. Отказ в процессе эксплуатации заявленного запорно-регулирующего устройства возможен только в случае потери легкокипящей жидкости при разгерметизации резервуаров и трубок, например, в результате коррозии. А если указанные элементы выполнить, например, из нержавеющей стали, то оно практически будет «вечно».
Пример простейшего заявленного запорно-регулирующего устройства поясняется чертежом, где изображен его вид сбоку.
Запорно-регулирующее устройство состоит из подвижной и неподвижной части. Подвижная часть: герметический резервуар (жидкостный) 1, заполненный легкокипящей жидкостью, например фреоном, верхняя часть которого соединена посредством трубки 2 с нижней частью герметического резервуара (парового) 3, заполненного парами этой же легкокипящей жидкости. Для увеличения быстродействия устройства перед заправкой легкокипящей жидкостью систему из герметичных резервуаров и трубок вакуумируют.
К верхней части трубки, соединяющей резервуары, присоединен клапан (тарель) 4 с прокладкой 5. Подвижная часть предлагаемого устройства крепится к неподвижной - корпусу (раме) 6 с помощью разъемного кронштейна 7 с осью 8. Для ограничения угла поворота подвижной части устройства (с целью недопущения уклона системы в сторону резервуара 3) предусмотрен упор 9. Все запорно-регулирующее устройство посредством корпуса (рамы) 6 крепится к воздуховоду 10, например вытяжному патрубку дефлектора ЦАГИ [1, стр.197].
Запорно-регулирующее устройство перед включением в работу настраивают на заданную температуру срабатывания путем ослабления прижимного устройства кронштейна 7 и перемещения трубки 2 вместе с резервуарами 1 и 2. При перемещении этой системы вправо температура срабатывания запорно-регулирующего устройства понижается, при перемещении влево - повышается. После наладки устройство работает автоматически.
Допустим, нормальное положение клапана 4 запорно-регулирующего устройства - открытое. Воздух из вентилируемого помещения через вытяжной патрубок 9 дефлектора под воздействием теплового и ветрового напора выходит в атмосферу.
При понижении температуры воздуха в помещении ниже нормы происходит конденсация паров легкокипящей жидкости в трубке 2 и резервуаре 3. Образовавшийся конденсат под собственным весом стекает в резервуар 1. Количество и вес легкокипящей жидкости в резервуаре 1 увеличивается, в результате центр тяжести системы относительно оси 8 перемещается влево, что приводит к повороту под действием сил гравитации подвижной части запорно-регулирующего устройства вместе с клапаном (тарелью) 4 против часовой стрелки и отключению вытяжного патрубка 9 дефлектора.
За счет теплоизбытков в помещении температура воздуха начинает повышаться. Легкокипящая жидкость в резервуаре 1 испаряется, давление ее пара увеличивается, и эта легкокипящая уже в виде пара по трубке 2 поступает в резервуар 3. В результате вес жидкости в резервуаре 1 уменьшается, а вес пара в резервуаре 3 увеличивается, центр тяжести подвижной части запорно-регулирующего устройства перемещается вправо относительно оси 8, что приводит к повороту под действием сил гравитации подвижной части запорно-регулирующего устройства вместе с клапаном (тарелью) 4 против часовой стрелки и отключению вытяжного патрубка 9 дефлектора. Таким образом, при снижении температуры в помещении клапан запорно-регулирующего устройства под действием сил гравитации автоматически закрывается. Дальше цикл при изменении температуры воздуха повторяется.
Предложенное запорно-регулирующее устройство может быть легко изготовлено, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения условию патентоспособности «промышленная применимость».
Применение заявленного запорно-регулирующего устройства позволит резко снизить капитальные и эксплуатационные затраты на вентиляцию различных зданий и сооружений.
Источники информации
1. Свистунов В.М. и Пушняков Н.К. Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха: Учебник для вузов. - СПб.: Издательство «Политехника», 2001. - 423 с.
2. Энергосбережение в системах теплоснабжения, вентиляции и кондиционирования воздуха. Справ. пособие / Л.Д.Богуславский, В.И.Ливчак, В.П.Титов и др. Под ред. Л.Д.Богуславского и В.И.Ливчака. - М.: Стройиздат, 1990. - 624 с.
3. Внутренние санитарно-технические устройства. В 3 ч. Ч.3. Вентиляция и кондиционирование воздуха. Кн.2 / Б.В.Баркалов, Н.Н.Павлов, С.С.Амирджанов и др. Под ред. Н.Н.Павлова и Ю.И.Шиллера. - М.: Стройиздат, 1992. - 416 с. (Справочник проектировщика).