ВОЗДУХОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬ Российский патент 1996 года по МПК F24F13/06 

Изобретение относится к области вентиляции и может быть использовано в системах вентиляции и кондиционирования воздуха в помещениях с большой рабочей разностью температур и интенсивным затуханием приточного факела. Изобретение может быть использовано в вентиляторостроении и при изготовлении центробежных насосов для перекачки различных жидкостей.

Известно устройство для раздачи приточного воздуха [1] содержащее корпус с тангенциальным патрубком и установленный в корпусе приточный направляющий воздуховод с впускным и выпускным отверстиями, причем воздуховод снабжен тангенциальным патрубком, подсоединенным к впускному отверстию и обращенным в сторону, противоположную патрубку корпуса.

В данном воздухораспределителе основной поток закручивается и поступает в помещение в виде полой конусной струи, а дополнительный поток, поступая через другой патрубок, приобретает вращательное движение и поступает в помещение также в виде конусной струи, но имеет вращение в противоположную сторону. Регулирование дальнобойности приточной струи обеспечивается только тем, что два потока закручиваются в противоположные стороны и, следовательно, не изменяют в широких пределах дальнобойность приточной струи.

Известен наиболее близкий к изобретению по совокупности признаков воздухораспределитель [2] состоящий из двух цилиндрических корпусов с тангенциальными входными патрубками, выполненными в корпусах. Корпуса выполнены с односторонними круглыми соосными отверстиями. К выходному отверстию первого корпуса жестко присоединен подающий цилиндрический патрубок, другой конец которого установлен во втором корпусе с образованием в его выходном отверстии кольцевой щели.

Однако конструкцией воздухораспределителя обусловлен постоянный шаг крутки воздушного потока, что не позволяет регулировать дальнобойкоть приточной струи в зависимости от технологических условий в производственных целях, а также от периода года.

Несмотря на то, что конструкцией воздухораспределителя обеспечивается регулирование дальнобойности струи за счет совпадения или несовпадения зон повышенного или пониженного давления, однако это регулирование имеет ограниченный диапазон и, следовательно, небольшие пределы регулирования. Конструкцией обусловлен постоянный шаг крутки, влияющий на формирование приточной струи и ее распространение в помещении.

Главной задачей формирования микроклимата в помещении является создание подвижности воздуха в помещении, которая формируется в основном действиями приточных струй, при этом подвижность воздуха должна быть разная в зависимости от периода года, т.е. требуется регулирование дальнобойности струи в зависимости от периода года, а также от характера технологического процесса и расположения технологического оборудования.

В предложенном воздухораспределителе изменением шага крутки воздушного потока обеспечивается регулирование дальнобойности приточной струи, поступающей в помещение, в широких пределах без изменения расхода воздуха. При изменении шага крутки воздушного потока происходит турбулентный поперечный перенос масс воздуха в приточной струе, а этом приводит к изменению дальнобойности струи пропорционально шагу крутки.

Предложенный воздухораспределитель содержит первый и второй цилиндрические корпуса, имеющие разновеликую ширину, с тангенциальными входным патрубками и односторонними выходными отверстиями, подающий цилиндрический патрубок, жестко прикрепленный одним концом к первому корпусу с возможностью охвата его выходного отверстия и пропущенный свободным концом через второй корпус с образованием в его выходном отверстии кольцевой выпускной щели. Согласно изобретению он снабжен одним или двумя приспособлениями для изменения шага крутки потока, одно из которых выполнено в виде перегородки, подвижно установленной в первом корпусе, имеющей механизм регулирования осевого ее перемещения, прикрепленный к стенке первого корпуса, противоположной его выходному отверстию.

Целесообразно перегородку прикрепить к стенке первого корпуса при помощи охватывающей ее своим краем кольцеобразной упругой манжеты. В отдельных случаях целесообразно перегородку прикрепить к стенке первого корпуса при помощи шарнира, расположенного на краю перегородки со стороны входного патрубка. Перегородка может выполняться изогнутой в виде параболы, ориентированной выпуклостью в сторону второго корпуса. В отдельных случаях следует второе приспособление устанавливать во втором корпусе со стороны, противоположной кольцевой выпускной щели, и выполнять в виде охватывающего подающий патрубок кольцеобразного элемента, а ширину корпуса выполнять разновеликой. Кроме того, выходные отверстия первого и второго цилиндрических корпусов следует располагать эксцентрично.

При перемещении перегородки в сторону выходного отверстия уменьшается ширина воздушного потока, который закручивается в корпусе, т.е. уменьшается шаг крутки воздуха, так как расход воздуха в воздухораспределителе остается постоянным, то при этом увеличивается скорость движения воздуха в корпусе. При этом увеличиваются центробежные силы, под действием которых частицы воздуха, вышедшие в помещение, отбрасываются на большее расстояние от оси выходного отверстия. Следовательно, угол расширения струи увеличивается и увеличивается турбулентный поперечный перенос масс воздуха, при этом уменьшается дальнобойность приточной струи. При увеличении шага крутки (при перемещении перегородки в сторону, противоположную выходному отверстию) при постоянном расходе воздуха уменьшается скорость движения воздуха в корпусе, при этом уменьшаются центробежные силы, под действием которых частицы воздуха, вышедшие из выходного отверстия в помещение, отбрасываются на меньшее расстояние от оси выходного отверстия. Угол расширения приточной струи уменьшается, при этом уменьшается и турбулентный поперечный перенос масс приточного воздуха, а дальнобойность струи увеличивается.

На фиг. 1 представлен воздухораспределитель, вид сверху, когда входные патрубки корпусов, расположены с одной стороны; на фиг. 2 вид А на фиг. 1; на фиг. 3 изображено то же, что и на фиг. 1, но перегородка расположена на расстоянии t (t < S) от выходного отверстия; на фиг. 4 представлен вид Б на фиг. 3; на фиг. 5 вид В на фиг. 1 без показа кольцевой выпускной щели; на фиг. 6 разрез Г-Г на фиг. 1; на фиг. 7 вид А на фиг. 1, но перегородка прикреплена при помощи шарнира к стенке первого корпуса; на фиг. 8 вид А на фиг. 1, но ширина стенки первого корпуса выполнена разновеликой; на фиг. 9 вид А на фиг. 1, но перегородка в первом корпусе выполнена изогнутой, а во втором корпусе установлен кольцеобразный элемент; на фиг. 10 вид А на фиг. 1, но без кольцеобразного элемента и когда ось выходного отверстия и кольцевой щели расположены эксцентрично; на фиг. 11 и 12 вид В на фиг. 1, но с показом кольцевой щели; на фиг. 13 и 14 показаны некоторые варианты размещения цилиндрического патрубка в кольцевой щели.

Предложенный воздухораспределитель включает два цилиндрических корпуса. К второму цилиндрическому корпусу 1 присоединен тангенциальный входной патрубок 2, кольцевая выпускная щель 3 служит для выхода воздуха из корпуса 1 в помещение (фиг. 1-4). К первому цилиндрическому корпусу 4 присоединен тангенциальный входной патрубок 5. Корпус 4 имеет выходное отверстие 6, к которому присоединен подающий цилиндрический патрубок 7, пропущенный через второй корпус 1. В результате такого конструктивного решения образована выпускная кольцевая щель 3, которая служит для выпуска воздуха из второго корпуса 1. Отверстие 8 служит для выпуска воздуха из первого цилиндрического корпуса 4. Внутри корпуса 4 со стороны, противоположной выходному отверстию 6, установлена перегородка 9 (имеет форму круга), в которой имеется отверстие 10, через которое пропущен винт 11 с наружной резьбой. На винт 11 навернута гайка 12. Винт 11 ввинчен к гайку 13, которая жестко, например при помощи сварки, присоединена к корпусу 4. Для поворота винта 11 служит ручка 14.

Внутри корпуса 4 установлена кольцеобразная манжета 15 (фиг. 1-4, 8, 9), которая может быть выполнена из эластично-упругого материала (например, резины) или гофрированного материала. Перегородка 9 прикреплена к стенке первого корпуса при помощи охватывающей ее своим краем кольцеобразной манжеты 15, которая в точках 16 присоединена к перегородке 9, а в точках 17 к стенке первого корпуса 4.

На фиг. 7 показан вариант крепления перегородки 9 к стенке первого корпуса 4 при помощи шарнира 18, расположенного на краю перегородки со стороны входного патрубка 5.

Корпус 4 целесообразно выполнить разновеликим по ширине (фиг. 8), причем наименьшую ширину а имеет корпус со стороны, противоположной входному патрубку, т.е. размер а меньше размера b.

Перегородка 9 может иметь изогнутую форму, например, в виде параболы (фиг. 9), ориентированной своей выпуклостью в сторону второго корпуса 1.

Во втором корпусе 1 может быть установлена перегородка 19 в виде охватывающего подающий патрубок 7 кольцеобразного элемента (фиг. 9). В перегородке 19 имеются отверстия 20, через которые пропущены винты 21 с наружной резьбой. Винт 21 вкручен в гайку 22, которая жестко соединена с корпусом 1. На свободный конец винта 21 навернута гайка 23. Для поворота винта 21 служит ручка 24.

На фиг. 10 показан конструктивный вариант воздухораспределителя, в котором отсутствует кольцеобразная манжета 15, а ось патрубка 7 и, следовательно, выходного отверстия 8 корпуса 4 расположена эксцентрично по отношению к оси кольцевой щели 3 корпуса 1. Расстояние между осями Z (фиг. 10, 13 и 14).

На фиг. 12 показано соосное расположение выходного отверстия 8 и кольцевой щели 3 второго корпуса 1. На фиг. 11 показано то же, что и на фиг. 12, но без патрубка 7. На фиг. 13 и 14 показано эксцентричное расположение патрубка 7 и кольцевой щели 3. На фиг. 13 продольная ось 27 патрубка 7 располагается справа от оси щели 3, т.е. оси 27 и 28 расположены эксцентрично, Z_o расстояние между осями, а оси 27 и 28 расположены в горизонтальной плоскости (28 ось щели 3).

Оси 27 и 28 могут не совпадать и в горизонтальной и вертикальной плоскостях одновременно (фиг. 14). При этом Z может быть равно Z_o и равно Z₁, т. е. Z Z_o Z₁, и может быть и не равно, т.е. Z≠ Z_o≠Z₁.

На фиг. 10 Z и на фиг. 14 Z₁ одна и та же величина, показанная в разных масштабах.

Воздухораспределитель работает следующим образом.

Из воздухоподающей магистрали (не показана) приточный воздух одновременно подается в тангенциальные патрубки 2 и 5 второго и первого корпусов 1 и 4. Учитывая, что патрубки 2 и 5 расположены тангенциально к соответствующему корпусу, воздух в корпусах приобретает вращательное движение, т.е. закручивается и из второго корпуса 1 выходит через кольцевую выпускную щель 3 в виде закрученной струи. Из первого корпуса 4 воздух в виде закрученной струи выходит через отверстие 6 по подающему цилиндрическому патрубку 7 и из отверстия 8 выходит в помещение (фиг. 1 и 2). Шаг крутки воздуха в корпусах 1 и 4 равен ширине корпуса, но так как в корпусе 4 имеется перегородка 9, то воздух закручивается в пространстве корпуса 4 между перегородкой 9 и стенкой, к которой присоединен патрубок 7, т.е. шаг крутки воздуха равен S (фиг. 1).

Выходящая из кольцевой щели 3 струя в помещении развивается по спирали, а у спирали имеются "выступы" (зоны, где создается повышенное давление) и "впадины" (зоны, где создается пониженное давление).

По мере удаления от щели 3 интенсивность крутки воздуха уменьшается, т. е. поток постепенно распрямляется. Закрученная струя, выходящая из отверстия 8, развивается в помещении аналогично. Две струи соединяются и образуется одна суммарная струя.

В помещении образуются две закрученные струи, причем одна струя расположена в другой. При своем движении в помещении приточные струи расширяются, происходит поперечный перенос масс приточного воздуха, при этом кинематическая энергия струй теряется, скорость затухает и происходит выравнивание температуры приточного воздуха.

Когда необходимо уменьшить дальнобойность приточной струи, необходимо винт 11 за ручку 14 повернуть по часовой стрелке, винт 11 ввинчивается в гайку 13 и передвигается влево вместе с перегородкой 9 (фиг. 3). При этом кольцеобразная манжета 15 растягивается, а воздух входит в корпус 4 через патрубок 5 и приобретает вращательное движение только в пространстве между перегородкой 9 и стенкой, к которой присоединен патрубок 7, т.е. шаг крутки воздуха равен t (фиг. 3 и 4), а t < S, т.е. шаг крутки воздуха уменьшается.

Кольцеобразная манжета 15, выполненная из упругоэластичного материала (например, резины) или гофрированного материала, служит для уменьшения или полного прекращения подачи воздуха в пространстве между перегородкой 9 и стенкой корпуса 4. Так как расход воздуха не меняется, а поперечное сечение для закрутки воздуха уменьшается (ширина была равна S, стала t), то скорость закручивания воздуха увеличивается. При этом увеличиваются центробежные силы, под действием которых частицы воздуха, выйдя из отверстия 8 в помещение, отбрасываются от продольной оси на большее расстояние. При этом угол расширения струи, выходящей из кольцевой щели 3, остается постоянным.

Происходит интенсивный поперечный перенос масс воздуха из струи, выходящей из отверстия 8, в струю воздуха, которая выходит из щели 3. При этом кинетическая энергия суммарной струи теряется, а скорость затухает. В этом случае дальнобойность суммарной (приточной) струи минимальна, т.е. чем меньше шаг крутки t в корпусе 4 (шаг крутки в корпусе 1 останется постоянным), тем дальнобойность струи меньше.

Когда необходимо увеличить дальнобойность суммарной приточной струи, необходимо винт 11 за ручку 14 повернуть против часовой стрелки. Винт 11 вывинчивается из гайки 13 и перемещается вправо вместе с перегородкой 9 (фиг. 1 и 2). Поперечное сечение для закручивания воздуха увеличивается (ширина была t (фиг. 3), стала S (фиг. 1), а так как расход воздуха, проходящего через корпус 4, не меняется, то скорость закручивания воздуха уменьшается. При этом уменьшаются центробежные силы, под действием которых частицы воздуха, выйдя из отверстия 8 в помещение, отбрасываются от продольной оси на меньшее расстояние. При этом уменьшается угол расширения струи, выходящей из отверстия 8, а угол расширения струи воздуха, выходящей из щели 3, остается постоянным. Уменьшается турбулентный поперечный перенос масс воздуха из струи, выходящей из отверстия 8, в струю воздуха, которая выходит из щели 3, а дальнобойность суммарной струи увеличивается.

Таким образом, в зависимости от периода года возможно регулирование дальнобойности суммарной струи путем изменения шага крутки воздуха в воздухораспределителе.

Принцип работы воздухораспределителя, изображенного на фиг. 7, в основном аналогичен выше рассмотренному. Отличие состоит в том, что перегородка 9 прикреплена с помощью шарнира 18.

Для уменьшения шага крутки от величины S в верхней части корпуса до минимальной величины t (фиг. 7) в нижней части корпуса 4 перегородку 9 отклоняют влево. Для этого винт 11 за ручку 14 поворачивают по часовой стрелке, винт 11 ввинчивается в гайку 13, упирается в перегородку 9 и отклоняет ее на некоторый угол.

Воздух входит в корпус 4 через патрубок 5, приобретает вращательное движение, но шаг крутки отдельных слоев воздушного потока в корпусе 4 разный (изменяется от S до t, где S > t). Чем меньше угол крутки, тем больше скорость движения воздуха, тем больше центробежные силы, которые отбрасывают частицы воздуха (от продольной оси воздухораспределителя), в том случае, когда они выходят в помещение через отверстие 8.

Следовательно, уже в самом корпусе 4 из-за разного шага крутки происходит поперечный перенос масс воздуха, а это приводит к уменьшению дальнобойности суммарной струи, когда шаг t имеет наименьшее значение.

Принцип работы воздухораспределителя, изображенного на фиг. 8, аналогичен принципу работы воздухораспределителя, изображенного на фиг. 7. Отличие состоит в конструктивных особенностях. Изменение шага крутки от величины S до величины t осуществляется отклонением перегородки 9 (фиг. 7), а изменение шага крутки воздуха в корпусе 4 (фиг. 8) осуществляется путем перемещения перегородки 9 влево или вправо и за счет выполнения корпуса 4 разновеликим по ширине (ширина изменяется от величины b максимальное значение до величины а минимальное значение).

Принцип работы воздухораспределителя, изображенного на фиг. 9, в основном аналогичен выше рассмотренному. Отличие состоит в том, что в корпусе 4 установлена перегородка, изогнутая в виде параболы. Шаг крутки изменяется от величины S максимальное значение, до величины t минимальное значение.

Воздух входит в патрубок 5 и приобретает вращательное движение, т.е. закручивается. При этом воздух двигается вдоль перегородки 9, а так как перегородка выполнена изогнутой, то по мере движения воздуха в корпусе 4 живое сечение для прохода воздуха то увеличивается (до величины S), то уменьшается (до величины t), следовательно, и скорость движения воздуха в корпусе 4 то уменьшается, то увеличивается. Следовательно, уже в самом корпусе 4 осуществляется турбулентный поперечный перенос масс приточного воздуха. Это приводит к изменению дальнобойности суммарной струи.

При установке перегородки 19 в корпусе 1 регулирование шага крутки осуществляется путем вращения винта 21 за ручку 24. Например, для уменьшения шага крутки S (фиг. 9) необходимо винт 21 за ручку 24 повернуть по часовой стрелке. Винт 21 ввинчивается в гайку 22 и перемещается влево вместе с перегородкой 19. Шаг крутки уменьшается, а это, как показано выше, приводит к уменьшению дальнобойности суммарной струи.

В воздухораспределителе (фиг. 9) возможно изменять шаг крутки одновременно или последовательно в обоих корпусах, т.е. в корпусах 4 и 1, а это обеспечивает наибольшие пределы регулирования дальнобойности струи.

На фиг. 10 показан воздухораспределитель, в котором отсутствует кольцеобразная манжета 15 и ось 27 выходного отверстия 8 расположена эксцентрично оси 28 выходной щели 3.

Принцип работы такого воздухораспределителя аналогичен воздухораспределителю, показанному на фиг. 1. Отличие состоит в том, что так как отсутствует манжета 15, то часть воздуха, вошедшего через патрубок 5, попадает в пространство между перегородкой 9 (фиг. 10) и стенкой корпуса 4, к которой присоединена гайка 13. В указанном пространстве воздух закручивается с меньшей интенсивностью за счет потерь на трение в узкой щели 25 указанного пространства. Часть воздуха при крутке воздуха выходит в патрубок 7 через щелевое отверстие 26. Такой воздухораспределитель целесообразно применять при необходимости регулировать дальнобойность суммарной струи в узких пределах, т. е. когда перегородку 9 необходимо перемещать влево на небольшую величину. Расположение оси 27 эксцентрично оси 28 приводит к тому, что при вращении воздушных потоков, вышедших из отверстия 8 и щели 3 в помещение, увеличивается турбулентный поперечный перенос масс воздуха из одной струи в другую. На фиг. 10 величина Z расстояние между осями отверстия 8 и щели 3. Действительно, два закрученных потока, один из которых расположен в другом, двигаются в помещении в одном направлении. При вращении, например, потока воздуха, выходящего из отверстия 8, последний проходит зоны повышенного и пониженного давления воздушного потока, выходящего из щели 3, а это, как уже отмечалось, приводит к турбулентному поперечному переносу масс приточного воздуха и интенсивному уменьшению скорости. При вращении потока, выходящего из щели 3, наблюдается аналогичная картина.

Таким образом, предложенный воздухораспределитель позволяет регулировать дальнобойность суммарной струи в широких пределах в зависимости от периода года, а это улучшает условия труда в помещениях без капитальных затрат на переоборудование приточной установки.

Использование: в помещениях с большой рабочей разностью температур и интенсивным затуханием приточного факела. Сущность изобретения: первый и второй цилиндрические корпуса снабжены тангенциальными входными патрубками и односторонними выходными отверстиями. Подающий цилиндрический патрубок жестко прикреплен одним концом к первому корпусу с возможностью охвата его выходного отверстия и пропущен свободным концом через второй корпус с образованием в его выходном отверстии кольцевой выпускной щели. Одно приспособление для изменения шага крутки потока выполнено в виде перегородки, подвижно установленной в первом корпусе, имеющей механизм регулирования ее осевого перемещения, прикрепленный к стенке первого корпуса, противоположной отверстию. Ширина стенки первого корпуса выполнена разновеликой, наименьшей со стороны, противоположной входному патрубку. Второе приспособление выполнено в виде охватывающего подающий патрубок кольцеобразного элемента, установлено во втором корпусе со стороны, противоположной щели, и соединено с механизмом регулирования его осевого перемещения. 6 з. п. ф-лы, 14 ил.

1. ВОЗДУХОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬ, содержащий первый и второй цилиндрические корпуса, имеющие разновеликую ширину, с тангенциальными входными патрубками и односторонними выходными отверстиями, подающий цилиндрический патрубок, жестко прикрепленный одним концом к первому корпусу с возможностью охвата его выходного отверстия и пропущенный своим свободным концом через второй корпус с образованием в его выходном отверстии кольцевой выпускной щели, отличающийся тем, что воздухораспределитель снабжен одним или двумя приспособлениями для изменения шага крутки потока, одно из которых выполнено в виде перегородки, подвижно установленной в первом корпусе, имеющей механизм регулирования осевого ее перемещения, прикрепленный к стенке первого корпуса, противоположной его выходному отверстию. 2. Воздухораспределитель по п.1, отличающийся тем, что перегородка прикреплена к стенке первого корпуса при помощи охватывающей ее своим краем кольцеобразной упругой манжеты. 3. Воздухораспределитель по п.1, отличающийся тем, что перегородка прикреплена в стенке первого корпуса при помощи шарнира, расположенного на краю перегородки со стороны входного патрубка. 4. Воздухораспределитель по п.1, отличающийся тем, что перегородка выполнена изогнутой в виде параболы, ориентированной выпуклостью в сторону второго корпуса. 5. Воздухораспределитель по п.1, отличающийся тем, что ширина стенки первого корпуса выполнена разновеликой, наименьшей со стороны, противоположной входному патрубку. 6. Воздухораспределитель по п.1, отличающийся тем, что второе приспособление, выполненное в виде охватывающего подающий патрубок кольцеобразного элемента, установлено во втором корпусе со стороны, противоположной кольцевой выпускной щели, и соединено с механизмом регулирования его осевого перемещения. 7. Воздухораспределитель по п.1, отличающийся тем, что выходные отверстия первого и второго цилиндрических корпусов расположены эксцентрично.