ДЕФЛЕКТОР Российский патент 2003 года по МПК F24F7/02 

Изобретение относится к вентиляции и может быть использовано для естественной вытяжки в общественных и промышленных зданиях.

Известно устройство вытяжной вентиляции, содержащее вытяжную шахту с установленным над последней на опорных элементах с возможностью поворота вокруг вертикальной оси зонтом с флюгером и ветроотбойным щитом, причем вершина зонта расположена на острие жестко закрепленного на шахте опорного стержня (авторское свидетельство SU 1114860 А, Н.Д. Юдина, В.Е. Тройнина, Н. А. Авдеева и М.В. Позднякова).

Известное устройство вытяжной вентиляции имеет зазор в зонте и между зонтом и вытяжной шахтой настолько малых размеров, что удаляемый из вентилируемого помещения воздух встречает значительное сопротивление, а применение цилиндрической вытяжной шахты вместо диффузора также увеличивает коэффициент местного сопротивления дефлектора. В районах с холодной зимой при удалении теплого воздуха из помещений через щелевидное отверстие малого размера будет происходить конденсация влаги на кромках дефлектора с последующим намерзанием льда. Кроме того, при наличии примесей в удаляемом воздухе срок службы устройства регулирования расхода удаляемого воздуха будет недолгим.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту является дефлектор, содержащий диффузор с установленными над последним обечайкой, зонтом-колпаком и конусным щитком, подробно и вариантно разработанный ЦАГИ и ЦИТП (Типовые детали и конструкции зданий и сооружений. Серия 4.904-12. Зонты и дефлекторы вентиляционных систем. Рабочие чертежи. М., ЦИТП, 1967).

Однако в известных дефлекторах ЦАГИ и ЦИТП обечайка является значительным местным сопротивлением для воздушного потока, удаляемого из помещений, а величина эжекционного эффекта ввиду непрерывной изменяемости направления и силы ветра и неподвижности конструкции дефлектора также непрерывно изменяется, что является нежелательным фактором при проектировании систем вентиляции.

Целью изобретения является уменьшение аэродинамического сопротивления обечайки, увеличение эжекционного эффекта, используемого при естественной вытяжке, а также достижение возможности надежного регулирования расхода удаляемого воздуха.

Поставленная цель достигается тем, что дефлектор, содержащий диффузор и обечайку, дополнительно содержит устройство поворота обечайки вокруг вертикальной оси под действием ветра на крылья, а сама обечайка выполнена в виде колена, по горизонтальной оси которого, перпендикулярной к оси диффузора, со стороны, противоположной крыльям, встроен конфузор с соплом на конце.

При проведении поиска по патентной и научно-технической литературе не обнаружены дефлекторы с аналогичными конструктивными элементами. Следовательно, изобретение соответствует критерию "новизна".

На фигуре 1 изображен дефлектор - вид сбоку, на фигуре 2 изображен дефлектор - разрез А-А.

Дефлектор состоит из диффузора 1, обечайки в виде колена 2, а также устройства для поворота обечайки, состоящего в свою очередь из распорок 3, 4, 5, шарнира 6, ограничительной шайбы 7, жестко закрепленной на оси 8. Устойчивое положение колену 2 придает ограничительная шайба 7. Ось 8 жестко прикреплена к диффузору 1 с помощью распорок 4, 5. Распорки 3 крепят колено 2 к шарниру 6. Распорки 4 крепятся к стальному кольцу 9, закрепленному на верхней кромке диффузора 1. К свободному концу колена 2 для придания ему качеств флюгера прикреплены по вертикали крылья 10, 11. По оси колена 2, перпендикулярной к оси диффузора 1, со стороны, противоположной крыльям 10, 11, в колено 2 встроен конфузор 12 с соплом 13 на конце. В верхней части оси 8 имеется углубление, в котором располагается шарик 14, на который опирается выемкой пластина 15, жестко закрепленная в верхней части колена 2. Шарнир 6 имеет цилиндрическую форму и состоит из массивного стального цилиндра с внутренней вставкой 16 из материала с малым коэффициентом трения и высокой износостойкостью (полиамид). Вся конструкция дефлектора крепится к оголовку вентиляционной шахты с помощью фланца 17.

Дефлектор работает следующим образом.

При возникновении ветровой нагрузки колено 2 поворачивается на опорных элементах, в результате чего его свободная часть устанавливается с заветренной части диффузора 1. При обтекании дефлектора воздушным потоком создается эжекционный эффект, благодаря чему воздух удаляется из помещений через свободную верхнюю часть колена 2 и кольцеобразную щель между диффузором 1 и коленом 2. При расположении колена 2 по оси действия ветра возникает срыв воздушного потока на кромке выходного сечения колена, в результате чего создается более сильное разрежение и, как следствие, увеличивается тяга. При описанном выше расположении колена удаляемый воздушный поток выходит из свободного сечения колена по траектории, совпадающей с траекторией обтекающего дефлектор воздушного потока, что уменьшает аэродинамическое сопротивление колена и облегчает для обтекающего дефлектор воздушного потока вытяжку воздуха из помещений. Совместно с диффузором 1 и коленом 2 для влияния на величину эжекции служит конфузор 12. Конфузор 12 встроен в колено 2 дефлектора и может регулироваться как по сечению сопла 13, так и по своему расположению относительно оси диффузора 1, усиливая или ослабляя, таким образом, эффект эжекции.

Согласно уравнению Бернулли для потока воздуха, обтекающего дефлектор в горизонтальном направлении:
Р_ст+Р_д=const,
где P_ст - статическое давление в потоке, Па,
Р_д - динамическое давление в потоке, Па, равное

где V_в - скорость потока воздуха, обтекающего дефлектор, м/с,
ρ - плотность воздуха, кг/м³.

В соответствии с выше приведенным уравнением скорость воздушного потока в хвостовой части обечайки меньше скорости в точке торможения потока, расположенной по оси симметрии обечайки со стороны ее цилиндрической части, что доказывает уменьшение аэродинамического сопротивления дефлектора.

Сопротивление Р, преодолеваемое дефлектором в сети (эжекционный эффект), равно тяге, создаваемой ветром, за вычетом сопротивления самого дефлектора:

где К - аэродинамический коэффициент дефлектора,
ξ_деф - коэффициент местного сопротивления дефлектора,
V_деф - скорость потока воздуха, выходящего из дефлектора, м/с.

На основе приведенных формул видно, что при уменьшении сопротивления дефлектора эжекционный эффект возрастает.

В случае минимальных потерь при смешивании потоков воздуха в дефлекторе постоянство количеств движений до и после смешивания потоков выразится равенством:
G₁V₁+G₂V₂сosα=GV₃,
где G - массовый расход воздуха.

α - угол наклона насадки к направлению воздушного потока.

Индексы:
1 - параметры относятся к потоку на срезе насадки (сопла),
2 - параметры относятся к подмешиваемому потоку в начале смешения,
3 - параметры относятся к общему потоку воздуха перед выходом из дефлектора (в конце смешения).

Отношение веса подсасываемого воздуха к весу воздуха, нагнетаемого из насадки, называется коэффициентом инжекции (коэффициентом подмешивания) дефлектора:

При α=0 коэффициент инжекции можно выразить через скорости:

Площадь выходного сечения насадки рассчитывается по формуле:

где L - объемный расход воздуха из насадки.

Представленные формулы позволяют рассчитывать соотношение величин объемов воздуха, удаляемого из помещений и нагнетаемого через насадку, что дает возможность регулировать эжекционный эффект.

Указанные меры способствуют увеличению разрежения, создаваемого на кромках обечайки, увеличивая эжекционный эффект, снижению аэродинамического сопротивления дефлектора, а также позволяют регулировать эффект эжекции.

К достоинствам представленного дефлектора относятся независимость действия от направления ветра, малое аэродинамическое сопротивление по сравнению с аналогами, возможность регулировки эффекта эжекции, а также исключение возможности опрокидывания тяги, что в совокупности дает более благоприятные условия для вытяжки удаляемого из помещений воздуха.

Изобретение относится к вентиляции и может быть использовано для естественной вытяжки в общественных и промышленных зданиях. Дефлектор содержит диффузор и обечайку, а также содержит устройство поворота обечайки вокруг вертикальной оси под действием ветра на крылья, а сама обечайка выполнена в виде колена, по горизонтальной оси которого, перпендикулярной к оси диффузора, со стороны, противоположной крыльям, встроен конфузор с соплом на конце. Техническим результатом является уменьшение аэродинамического сопротивления обечайки, увеличение эжекционного эффекта. 2 ил.

Дефлектор, содержащий диффузор и обечайку, отличающийся тем, что он дополнительно содержит устройство поворота обечайки вокруг вертикальной оси под действием ветра на крылья, а сама обечайка выполнена в виде колена, по горизонтальной оси которого, перпендикулярной к оси диффузора, со стороны, противоположной крыльям, встроен конфузор с соплом на конце.