Устройство для регулирования количества воздуха в воздуховодах вентиляционных систем

Полезная модель относится к области теплотехники и может быть использована при проектировании и эксплуатации систем воздушного отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха. Указанные системы служат для создания воздушно-теплового режима в помещениях в соответствии с санитарно-гигиеническими требованиями.
Нормируемые метеорологические условия в помещениях зависят от правильного определения температуры и расхода приточного воздуха, способа его подачи и регулирования в зависимости от параметров наружного воздуха.
При неправильном регулировании расхода подаваемого или удаляемого воздуха невозможно обеспечить в рабочей зоне требуемые параметры воздушной среды. Отметим, что уменьшение (при неправильном регулировании) объема подаваемого приточного воздуха является причиной образования невентилируемых зон, в которых параметры воздуха могут превышать допустимые значения, а это недопустимо по санитарно-гигиеническим нормам.
В качестве регулирующих устройств в указанных системах применяются шиберы, клапаны, направляющие аппараты. Если воздуховоды расположены выше рабочей зоны, то используют регулирующие устройства, имеющие привод при помощи троса, см., например, с. 239-240 в книге: «Внутренние санитарно-технические устройства. Часть 3. Вентиляция и кондиционирование воздуха. Книга 1. Справочник проектировщика. 4-е издание. Под редакцией Н.Н. Павлова и Ю.М. Шиллера. М., Стройиздат, 1992, 319 с.
Известны устройства для регулирования расхода воздуха по книге «Справочник по специальным работам. Наладка, регулировка и эксплуатация систем промышленной вентиляции». Под редакцией инж. С.Я. Эрлихмана. Стройиздат, М., 1962, 555 с. На стр. 384-386 показаны дроссель-клапаны и шибер. На рис. 241 показан круглый клапан с секторной рукояткой, а на рис. 242 представлен круглый клапан с рычагом, управляемый при помощи троса. Стальные неутепленные дроссель-клапаны устанавливают в воздуховодах, они изготавливаются из листовой стали. Это устройство принято за аналог.
Недостатки известного устройства: сложность регулирования, т.к. отсутствует пропорциональность между углом поворота дроссель-клапана и расходом воздуха (точнее между площадью живого сечения для прохода воздуха и углом поворота дроссель-клапана). При срыве воздушного потока с острых кромок дроссель-клапана (по всему периметру) возникает аэродинамический шум; невозможность полностью перекрыть воздуховод, т.к. диаметр круглых дроссель-клапанов должна быть на 5 мм меньше внутреннего диаметра воздуховода. Управление дроссель-клапаном при помощи троса не обеспечивает точность регулирования, т.к. повернуть дроссель-клапана на требуемый угол с помощью троса невозможно.
На рис. 246, с. 386 (см. там же) показан шибер, который состоит из стального полотна, перемещающегося внутри направляющей панели. Полотно при регулировании перемещается в плоскости, перпендикулярной движению воздушного потока, т.е. полотно перемещается перпендикулярно продольной оси воздуховода.
Это устройство принято за прототип. Недостатки указанного устройства: сложно осуществлять регулирование, при расположении в труднодоступных местах и на отметках выше двух метров от уровня пола рабочей зоны. Кроме того, до и после полотна шибера образуются вихревые зоны: до шибера - образуется зона подпора, а за шибером - вихревая зона; для выравнивания потока следует устанавливать шибер на прямых участках, для проведения измерения динамического давления или скорости - пять калибров до шибера и четыре после шибера. Такое расположение шибера не всегда возможно.
Предложенное устройство направлено на улучшение условий труда за счет стабильного поддержания требуемых параметров воздуха в рабочей зоне за счет регулирования расхода удаляемого и приточного воздуха в течение всего рабочего времени с учетом колебания температуры наружного воздуха и особенностей технологического процесса.
Сущность предложенного устройства заключается в том, что к нижней стенке воздуховода с помощью шарниров присоединена пластина с возможностью ее поворота вокруг осей вращения.
На фиг. 1 показан общий вид предложенного устройства, когда пластина расположена на горизонтальной нижней стенке воздуховода, а на фиг. 2 показано то же, но когда пластина расположена под некоторым углом к нижней горизонтальной стенке воздуховода.
Предложенное устройство содержит воздуховод прямоугольного сечения: длина 1, ширина b, высота h. Площадь живого сечения для прохода воздуха равна b×h. Для визуализации предложенного устройства воздуховод 1 на фиг. 1 и на фиг. 2 условно выполнен из прозрачного материала, например, из оргстекла, но способы крепления элементов устройства описаны для воздуховода, выполненного из листовой стали.
К нижней стенке 2 воздуховода 1 с помощью шарниров 3 и 4 присоединена пластина 5 с возможностью ее поворота вокруг осей вращения 6 и 7. Шарниры 3 и 4 - это две петли, которые прикреплены к нижней стенке 2 воздуховода 1 при помощи болтов; петля (шарнир) 3 присоединена болтами 8 и 9, а петля (шарнир) 4 присоединена к нижней стенке воздуховода 2 при помощи болтов 10 и 11.
К пластине 5 жестко, например, при помощи сварки одним концом в точке 12 присоединен металлический стержень 13, который пропущен через полукруглую щель 14, выполненную в передней стенке 15 воздуховода 1. Стержень 13 выходит за пределы воздуховода 1 (примерно на 200 мм). Съемная ручка 16 прикреплена к торцу стержня 13 и служит для вращения (поворота) пластины 5 в вертикальной плоскости вокруг осей вращения 6 и 7. Направление движения воздуха в воздуховоде - слева-направо (если смотреть на фиг. 1 и 2), показано стрелкой.
На металлическом стержне 13 имеется резьба (на фиг. 1 и фиг. 2 не показана); на стержень 13 навернуты две гайки: одна гайка 17 расположена внутри воздуховода, другая 18 - снаружи; указанные гайки служат для закрепления (фиксации) стержня 13 в требуемом положении.
Предложенное устройство работает следующим образом.
При включении вентилятора (на фиг. 1 и 2 не показан) воздух подается в воздуховод 1 в расчетном объеме (см. фиг. 1), учитывая, что пластина 5 расположена горизонтально, т.е. прилегает к нижней стенке 2 воздуховода 1 и практически не оказывает сопротивление для прохода расчетного расхода воздуха.
1
Если необходимо уменьшить расход воздуха, проходящий по воздуховоду 1 (см. фиг. 2), необходимо ручку 16 поднять вверх, т.к. ручка 16 жестко закреплена на стержне 13, а стержень жестко соединен с пластиной 5, то вместе с ручкой 16 будет подниматься правый (если смотреть на фиг. 2) край пластины 5. Учитывая, что левый край пластины 5 присоединен к нижней стенке 2 воздуховода 1 при помощи шарниров 3 и 4, то левый край пластины 5 будет поворачиваться вокруг осей вращения 6 и 7, а правый край пластины 5 будет подниматься вверх, при этом стержень 13 будет двигаться в полукруглой щели 14, а торец 19 пластины 5 поднимется на определенную высоту (см. фиг. 2); причем эта высота (обозначим ее h1) будет меньше высоты (h) воздуховода 1, т.е. пластина 5 отклоняет вверх поток воздуха от нижней стенки 2 воздуховода 1 и уменьшает площадь живого сечения воздуховода для прохода воздуха; площадь живого сечения для прохода воздуха будет равна b×(h-h), т.е. будет меньше живого сечения b×h. При этом расход воздуха, проходящий по воздуховоду уменьшится из-за уменьшения площади живого сечения.
Чем на больший угол «α» поворачивать пластину 5, тем на большую высоту поднимется торец 19 пластины 5, от нижней стенки 2 воздуховода 1, тем площадь живого сечения для прохода воздуха будет меньше, и, следовательно, меньше будет проходить воздуха через предложенное устройство, т.е. обеспечивается плавное регулирование расхода воздуха. В предложенном устройстве воздух отклоняется от горизонтального движения (если смотреть на фиг. 1 и 2) плавно, без создания зон подпора и вихревых зон; при этом исключаются условия аэродинамического шума. Зная поперечное сечение воздуховода, расход воздуха и пределы регулирования можно определить оптимальную длину пластины 5 и угол «α» для безвихревого движения воздуха в предложенном устройстве.
Отметим, что гайка 17 расположена внутри воздуховода и установлена таким образом, что она плотно прилегает к внутренней поверхности стенке 15 воздуховода 1. Гайка 18 расположена с наружной стороны стенки 15 воздуховода 1; гайка 18 расположена на некотором расстоянии (2-3 мм) от наружной поверхности стенки 15. Для фиксации пластины 5 в нужном месте гайку 18 закручивают, т.е. поворачивают по часовой стрелке; после поворота на несколько оборотов гайка 18 будет вплотную прилегать к наружной поверхности стенки 15 и будет удерживать пластину 5 в требуемом положении, т.е. под нужным углом «α».
Т.е. если необходимо уменьшить расход воздуха, то следует повернуть гайку 18 на несколько оборотов против часовой стрелки (если смотреть на фиг. 2); после этого придерживая ручку 16 поднять пластину 5 на необходимую высоту от внутренней поверхности стенки 2 и закрепить пластину 5 при помощи поворота гайки 18.
Для практического использования предложенного устройства необходимо получить экспериментальные данные зависимости величины угла «α» от расхода воздуха в воздуховоде.
Для увеличения расхода воздуха, проходящего через воздуховод 1, необходимо уменьшить угол «α». Для этого следует повернуть гайку 18 против часовой стрелки (если смотреть на фиг. 2) и придерживая ручку 16 опустить пластину 5 на необходимую высоту от внутренней поверхности стенки 2 и закрепить при помощи гайки 18. При этом торец 19 пластины 5 опустится вниз, а площадь живого сечения для прохода воздуха увеличится и, следовательно, увеличится расход воздуха.
Разработано устройство для регулирования расхода перемещаемого по воздуховодам воздуха. Это устройство универсально, т.к. оно может быть использовано и в приточных и вытяжных системах вентиляции, а также для регулирования расхода воздуха в системах местной и общеобменной вентиляции.
Это устройство может быть применено и в том случае, когда воздуховод расположен в труднодоступном месте, т.к. это устройство легко автоматизируется известным способом. Это устройство обеспечивает плавное регулирование расхода воздуха. В предложенном устройстве отсутствуют места, в которых могут генерироваться аэродинамический шум. Зная расход перемещаемого воздуха, диапазон регулирования, скорость движения воздуха можно определить длину пластины и оптимальный угол «α» для безотрывного движения воздуха.