МАЛОШУМНЫЙ ВЕНТИЛЯЦИОННЫЙ ОТВОД

Заявляемая полезная модель относится к системам вентиляции и кондиционирования и может быть использована в различных областях техники, где требуются воздуховоды, изменяющие направление движения воздуха на некоторый угол.
Известно устройство для нагнетательного проветривания, содержащее отводы в виде отрезков из гибких вентиляционных труб, размещаемые в магистральном трубопроводе, к которым подключают рабочий и резервный вентиляторы (авторское свидетельство СССР №720169). Для снижения утечек воздуха отводы, размещаемые в магистральном трубопроводе, имеют различную длину, например длина отвода основного вентилятора больше длины отвода резервного вентилятора.
Известны различные конструкции вентиляционных отводов, имеющие округлую внутреннюю кромку, например, представленные в ГОСТ 30753 2001 и принятые за прототип. Эти отводы имеют следующие характеристики и параметры: угол изгиба составляет 45, 60 и 90 градусов, а наружный диаметр отводов находится в диапазоне от 32 до 426 мм.
Недостатком таких устройств является увеличенные габариты воздуховода и наличие вихревой области непосредственно за изгибом.
Известны также воздуховоды, в отводах которых для выравнивания потока воздуха в канале установлен блок направляющих лопаток, количество и радиус постановки которых зависит от размера отвода (И.Е. Идельчик «Справочник по гидравлическим сопротивлениям», Москва, Машиностроение, 1975 г.).
Недостатком таких воздуховодов является необходимость создания блока направляющих лопаток индивидуально для каждого размера воздуховода и сложность таких расчетов.
Задачей настоящей полезной модели является разработка конструкции малошумного отвода с унифицированным блоком лопаток с минимизацией затрат на их изготовление и сборку. Технический результат, обеспечиваемый совокупностью признаков полезной модели, является снижение аэродинамического сопротивления отвода и уменьшение шумности за счет уменьшения значения коэффициента местного сопротивления посредством уничтожения вихревой зоны.
Задача решалась в два этапа - сначала был поставлен численный эксперимент (математическое моделирование) в вычислительной среде STAR-CCM и определены значения коэффициентов местных сопротивлений, затем проведены практические опытно-конструкторские работы. Итогом проведенной работы являются следующие результаты:
Определено минимальное количество лопаток, при котором сохраняется достаточно высокое понижение коэффициента местного сопротивления (хорошая эффективность направляющих лопаток).
Определена оптимальная комбинация радиусов лопаток, которая покрывает наиболее распространенный типоразмерный ряд отводов квадратного и прямоугольного сечения - от 200 до 1200 мм, создав таким образов один унифицированный узел.
Указанный технический результат достигается в решении вентиляционного отвода прямоугольного сечения, который выполнен из тонколистовой стали в виде изогнутого под прямым углом воздуховода, типоразмерный ряд которого находится в пределах от 200 до 1200 мм. Внутри отвода установлены две концентрично расположенные направляющие лопатки, края которых сопрягаются с обечайкой отвода, длина лопатки равна L=πR/2, при этом радиус внешней лопатки находится в диапазоне 120÷130 мм, а внутренней лопатки - в диапазоне 60÷70 мм.
Заявленное решение поясняется двумя рисунками. На фиг. 1 изображен собственно отвод, на фиг.2 изображены математические модели течения воздуха в отводе прямоугольного сечения, где: I - это распределения скоростей и II - распределения давлений.
Вентиляционный отвод состоит из изогнутого под прямым углом воздуховода 1, выполненного из тонколистовой стали и двух направляющих лопаток 2, закрепленных в месте поворота, радиусы установки которых не зависят от габаритов воздуховода.
Основная часть потерь давления в отводах вызывается вихреобразованием у внутренней кромки. Данное явление определяет распределение скоростей за поворотом воздуховода. В прямоугольном отводе на 90° область отрыва потока достигает половины ширины воздуховода. Установленные в отводе направляющие лопатки 2, вследствие возникновения на них аэродинамической силы, способствует уничтожению вихревой области у внутренней стенки воздуховода 1. При этом улучшается распределение скоростей в сечении за поворотом и уменьшается сопротивление отвода.
При лабораторных испытаниях модели заявленного отвода при средней скорости воздушного потока в 7 м/сек. по сравнению со стандартным (без лопаток) отводом было получено почти 3-х кратное снижение аэродинамического сопротивления при прохождении воздуха через отвод. На представленной математической модели (фиг.2) наглядно видно, что в отводе с двумя направляющими лопатками зона отрыва воздуха радикально уменьшается. Поэтому использование таких отводов позволит существенно снизить годовой расход энергии, потребляемой вентиляторами и повысить энергоэффективность вентиляционных систем в целом. Кроме того, было отмечено существенное снижение шума, генерируемого отводом, что позволит повысить качество внутренней среды в помещениях зданий.