Результат интеллектуальной деятельности: РЕЦИРКУЛЯЦИОННАЯ ВОЗДУШНАЯ ЗАВЕСА

Изобретение относится к промышленной вентиляции и может быть использовано преимущественно для воздушного экранирования дверных проемов в стенах производственных помещений и сооружений.

Известна рециркуляционная воздушная завеса для перекрытия дверного проема в стене здания с тамбуром (см. патент РФ №2200909, МПК F24F 9/00 опубл. 20.03.2003), содержащая расположенный с одной стороны проема вентиляционный блок, имеющий присоединенные соответственно к всасывающему и нагнетательному патрубкам вентилятора щелевые приемный и выпускной насадки, последний из которых размещен в тамбуре со стороны проема под острым углом к его плоскости, установленные в щели выпускного насадка разделительные щитки и прикрепленные к боковым стенкам тамбура направляющие полотнища, при этом выпускной насадок снабжен заслонкой, кинетически соединенной с одним из направляющих полотнищ, которые выполнены криволинейными с радиусом кривизны, равным ширине проема, и прикреплены к боковым стенкам тамбура с возможностью его открытия, причем полотнище выполнены из полимерно-композиционного материала с ориентированными по ходу движения рециркуляционного воздуха волокнами, а на внутренней поверхности всасывающего патрубка от входного до выходного отверстия расположены продольно-криволинейные канавки, соединенные с кольцевой канавкой, находящейся перед входным отверстием всасывающего патрубка, при этом кольцевая канавка в нижней своей части связана со сборником загрязнений.

Недостатком является энергоемкость вентилятора при изменяющихся погодно-климатических условиях поступления атмосферного воздуха в качестве всасываемого, что обусловлено различием его плотности в зависимости от температуры наружного воздуха, и, как следствие, различие массового поступления в нагнетательный патрубок. А это при постоянной мощности на привод вентилятора и приводит к дополнительным энергозатратам, т.к. более низкая температура наружного воздуха соответствует более высокой мощности вентилятора, т.е. повышенному поступлению массового количества нагнетаемого воздуха, что энергетически не оправдано по условиям работы рециркуляционной воздушной завесы.

Известна рециркуляционная воздушная завеса для перекрытия дверного проема в стене здания с тамбуром (см. патент РФ №2426949, МПК F24F 9/00, F24F 11/053, опубл. 20.08.2011, Бюл. №23), содержащая расположенный с одной стороны проема вентиляционный блок, имеющий присоединенные соответственно к всасывающему и нагнетательному патрубкам вентилятора щелевые приемный и выпускной насадки, последний из которых размещен в тамбуре со стороны проема под острым углом к его плоскости, установленные в щели выпускного насадка разделительные щитки и прикрепленные к боковым стенкам тамбура направляющие полотнища, при этом выпускной насадок снабжен заслонкой, кинетически соединенной с одним из направляющих полотнищ, которые выполнены криволинейными с радиусом кривизны, равным ширине проема, и прикреплены к боковым стенкам тамбура с возможностью его открытия, причем полотнище выполнены из полимерно-композиционного материала с ориентированными по ходу движения рециркуляционного воздуха волокнами, а на внутренней поверхности всасывающего патрубка от входного до выходного отверстия расположены продольно-криволинейные канавки, соединенные с кольцевой канавкой, находящейся перед входным отверстием всасывающего патрубка, при этом кольцевая канавка в нижней своей части связана со сборником загрязнений, причем вентилятор снабжен приводом с регулятором скорости вращения в виде блока порошковых электромагнитных муфт и регулятором температуры с датчиком температуры наружного воздуха, причем регулятор температуры содержит блок сравнения и блок задания, при этом блок сравнения соединен с входом электронного усилителя, оборудованного блоком нелинейной обратной связи, кроме того, выход электронного усилителя соединен с входом магнитного усилителя с выпрямителем, выход которого подключен к регулятору скорости вращения в виде блока порошковых электромагнитных муфт привода вентилятора.

Недостатком является перерасход энергии на привод вентилятора при поступлении в него атмосферного воздуха с плотностью и концентрацией загрязнений, изменяющихся в течение года как от поголно-климатических воздействий, так и технологических загрязнений, что приводит к различному и значительно отличающемуся от нормативно необходимого по эффективному экранированию и массовому поступлению рециркуляционного потока в качестве воздушной завесы в производственном помещении.

Технической задачей предлагаемого изобретения является обеспечение поступления постоянного количества всасываемого воздуха в вентилятор и, соответственно, оптимальных энергозатрат на привод вентилятора, не зависящих от погодно-климатических воздействий и технологических загрязнений атмосферного воздуха, что обеспечивается поддержанием не изменяющегося с течением времени эксплуатации газодинамического наддува за счет его комплексного выполнения из эластичного и жесткого участков.

Технический результат достигается тем, что рециркуляционная воздушная завеса для перекрытия дверного проема в стене здания с тамбуром содержит расположенный с одной стороны проема вентиляционный блок, имеющий присоединенные соответственно к всасывающему и нагнетательному патрубкам вентилятора щелевые приемный и выпускной насадки, последний из которых размещен в тамбуре со стороны проема под острым углом к его плоскости, установленные в щели выпускного насадка разделительные щитки и прикрепленные к боковым стенкам тамбура направляющие полотнища, при этом выпускной насадок снабжен заслонкой, кинетически соединенной с одним из направляющих полотнищ, которые выполнены криволинейными с радиусом кривизны, равным ширине проема, и прикреплены к боковым стенкам тамбура с возможностью его открытия, причем полотнище выполнены из полимерно-композиционного материала с ориентированными по ходу движения рециркуляционного воздуха волокнами, а на внутренней поверхности всасывающего патрубка от входного до выходного отверстия расположены продольно-криволинейные канавки, соединенные с кольцевой канавкой, находящейся перед входным отверстием всасывающего патрубка, при этом кольцевая канавка в нижней своей части связана со сборником загрязнений, причем вентилятор снабжен приводом с регулятором скорости вращения в виде блока порошковых электромагнитных муфт и регулятором температуры с датчиком температуры наружного воздуха, причем регулятор температуры содержит блок сравнения и блок задания, при этом блок сравнения соединен с входом электронного усилителя, оборудованного блоком нелинейной обратной связи, кроме того, выход электронного усилителя соединен с входом магнитного усилителя с выпрямителем, выход которого подключен к регулятору скорости вращения в виде блока порошкообразных электромагнитных муфт привода вентилятора, при этом всасывающий патрубок выполнен в виде соединенных между собой первого по ходу всасываемого воздуха эластичного участка и жесткого с продольно-криволинейными и круговой канавками на внутренней поверхности, причем эластичный участок включает торцевую шайбу, установленную на входе всасывающего патрубка с возможностью перемещения на стержневых направляющих и герметично скрепленную с эластичным участком.

На фиг.1 изображена завеса, план; на фиг.2 - внутренняя поверхность жесткого участка всасывающего патрубка вентилятора с устройством накопления загрязнений; на фиг.3 - всасывающий участок, пространственно расположенный первым по ходу поступления атмосферного воздуха, и жесткий участок с устройством накопления загрязнений.

Рециркуляционная воздушная завеса для перекрытия дверного проема 1 в стене здания 2 с тамбуром 3 содержит расположенный с одной стороны проема 1 вентиляционный блок, имеющий присоединенные соответственно к всасывающему 4 и нагнетательному 5 патрубкам вентилятора 6 щелевые приемный насадок 7 и выпускной насадок 8, причем выпускной насадок 8 размещен в тамбуре 3, установленные в щели 9 выпускного насадка 8 разделительные щитки 10, прикрепленные к боковым стенкам тамбура 3 направляющие полотнища 11, выполненные из полимерно-композиционного материала с ориентированными по ходу движения рециркуляционного воздуха волокнами, выпускной насадок 8 снабжен заслонкой 12, кинетически соединенной с одним из направляющих полотнищ 11, при этом направляющие полотнища 11 выполнены криволинейными с радиусом R кривизны, равным ширине В проема 1, и прикреплены к боковым стенкам тамбура 3 с возможностью его открытия, а выпускной насадок 8 размещен со стороны проема 1 под острым углом ос к его плоскости, завеса дополнительно содержит наружный горизонтальный козырек 13. Кроме этого, на внутренней поверхности всасывающего патрубка 4 от входного отверстия 14 до выходного отверстия 15 расположены продольно-криволинейные канавки 16, входящие в кольцевую канавку 17, которая находится также на внутренней поверхности всасывающего патрубка 4 перед его выходным отверстием 15, причем кольцевая канавка 17 в нижней своей части соединена со сборником загрязнений 18. Вентилятор 6 снабжен приводом 19 с регулятором скорости вращения 20 в виде блока порошковых электромагнитных муфт и регулятора температуры 21 с датчиком температуры 22 наружного воздуха, причем регулятор температуры 21 содержит блок сравнения 23 и блок задания 24, при этом блок сравнения 23 соединен с входом электронного усилителя 25, оборудованного блоком нелинейной обратной связи 26, кроме того, выход электронного усилителя 25 соединен с входом магнитного усилителя 27 с выпрямителем на выходе, подключенным к регулятору скорости вращения 20 в виде блока порошковых электромагнитных муфт привода 19 вентилятора 6.

Всасывающий патрубок 4 выполнен в виде соединенных между собой первого по ходу всасываемого воздуха эластичного участка 28 и жесткого участка 29 с криволинейными канавками 16 и круговой канавкой 15 на его внутренней поверхности. Эластичный участок 28 включает торцевую шайбу 30, установленную на входе 31 всасывающего патрубка 4 с возможностью перемещения ее на стержневых направляющих 32 и герметично скрепленную с эластичным участком 28. Полость 33 представляет собой объем, заключенный между входным 31 и выходным 34 отверстиями всасывающего патрубка 4.

Рециркуляционная воздушная завеса работает следующим образом.

Снижение энергоемкости производства рециркуляционного воздуха достигается увеличением производительности вентилятора за счет резонансного наддува - использования резонансных колебаний столба воздуха во всасывающем патрубке.

Известно, что изменение объема полости внутри вентилятора при вращении его центробежного колеса и пульсирующего перемещения атмосферного воздуха по всасывающему патрубку вызывает колебание столба воздуха между входным и выходным отверстиями всасывающего патрубка. Эти колебания являются вынужденными, а при совпадении их частоты с частотой собственных колебаний столба воздуха наступает явление резонанса со значительными амплитудами колебаний давления. Если подобрать объем полости между входным и выходным отверстиями всасывающего патрубка таким, чтобы к моменту поступления воздуха на полости центробежного колеса вентилятора был максимум давления, то это увеличивает массовый заряд в полости вращения центробежного колеса, что и повышает производительность вентилятора (см. стр.69 Курчавин В.М., Мезенцев А.П. Экономия тепловой и электрической энергии в поршневых компрессорах. Ленинград: Наука, 1985. 328 с.)

Роль резонатора в предлагаемом изобретении выполняет полость 33, образованная эластичным 28 и жестким 29 участками всасывающего патрубка 4, при этом объем полости 33 определяется экспериментально в зависимости от усредненных погодно-климатических и технологических условий эксплуатации рециркуляционной воздушной завесы. Плотность воздуха, поступающего в полость 33, изменяется в зависимости от погодно-климатических и технологических условий эксплуатации рециркуляционной воздушной завесы, поэтому резонатор должен иметь переменный объем.

За начальные размеры объема резонатора принимаются размеры полости 33 всасывающего патрубка 4,. соответствующие максимальной температуре окружающей среды (известно, что чем выше температура воздуха, тем ниже его плотность) и минимальному количеству загрязнений, поступающих во всасывающий патрубок 4. Все это определяется экспериментальным путем согласно условиям эксплуатации вентилятора 6 рециркуляционной воздушной завесы.

По мере снижения температуры атмосферного воздуха или увеличения количества загрязнений в нем плотность всасываемого воздуха увеличивается и в результате энергия удара потока смеси (атмосферного воздуха и загрязнений в нем) о торцевую шайбу 30 увеличивается и последняя перемещается по направляющим стержням 32, сжимая эластичный участок 28. При перемещении эластичного участка 28 объем воздушного столба в полости 33 уменьшается.

В случае последующего уменьшения плотности потока всасываемого атмосферного воздуха (увеличилась температура атмосферного воздуха или уменьшилось количество загрязнений в нем) эластичный участок 28 под действием разжимающих усилий материала, из которого он выполнен, или пружины (на фиг3. не показано) перемещается с торцевой шайбой 30 в направлении, противоположном направлению поступления атмосферного воздуха, что увеличивает объем воздушного столба в полости 33. В результате наблюдается пульсирующее перемещение эластичного участка 28 с торцевой шайбой 30 на направляющих стержнях 32, что обеспечивает изменение резонансного объема и, соответственно, оптимальное воздействие резонансного поддува на величину наполнения полости вращения центробежного колеса вентилятора 6. А это приводит к снижению энергозатрат на привод вентилятора в изменяющихся погодно-климатических и технологических условиях эксплуатации рециркуляционной воздушной завесы.

При изменении температуры наружного воздуха, находящегося в тамбуре 3, например, в сторону снижения от нормированной (например, от 8°С) осуществляется фиксация датчиком температуры 22, который образует соответствующий сигнал в системе «датчик температуры 22 наружного воздуха - регулятор температуры 21. При этом сигнал, поступающий с датчика температуры 22 наружного воздуха, становится большим, чем сигнал от блока задания 24 и на выходе блока сравнения 23 появляется сигнал отрицательной полярности, который поступает на вход электронного усилителя 25 одновременно с сигналом отрицательной нелинейной связи блока 26. Сигнал с выхода электронного усилителя 25 поступает на вход магнитного усилителя 27, где усиливается по мощности, выпрямляется и поступает на регулятор скорости вращения 20 в виде блока порошковых электромагнитных муфт. Отрицательная полярность сигнала электронного усилителя 25 вызывает уменьшение тока возбуждения на выходе магнитного усилителя 27. В результате снижается момент от привода 19, передаваемый на регулятор скорости вращения 20 в виде блока порошковых электромагнитных муфт и подача воздуха вентилятором 6 по нагнетательному патрубку 5 уменьшается.

При открытии направляющих полотнищ 11 при помощи концевых выключателей, соединенных в схеме управления с электродвигателем, вентилятор 6 включается в работу. Под действием сил разрежения, создаваемых вентилятором 6, в приемном насадке 7 через его приемную щель набегающий поток холодного воздуха поступает во внутреннюю полость вентилятора 6, а оттуда через выпускной патрубок 8 с выпускной щелью 9 - в тамбур 3. Заслонка 12, сблокированная с направляющим полотнищем 11, находится в это время в открытом положении. Воздушный поток достигает искривленной поверхности направляющего полотнища 11, выполненного из полимерно-композиционного материала с ориентированными по ходу движения рециркуляционного воздуха волокнами, и разделяется при соударении с полотнищем 11 на два потока.

Внешний наиболее мощный поток воздуха направляется по поверхности направляющего полотнища 11, выполненного из полимерно-композиционного материала, вдоль ориентированных волокон и, вследствие этого, с наименьшим аэродинамическим сопротивлением навстречу врывающемуся ослабленному набегающему потоку холодного воздуха, препятствуя его дальнейшему продвижению по направлению к проему 1, одновременно изменяя направление его движения в сторону приемной щели приемного насадка 7. Воздух, находящийся в тамбуре 3 в зоне проема 1, вследствие этого начинает закручиваться, образуя вихревой столб.

В зоне тамбура 3 вихревой воздушный столб возникает вследствие дальнейшего продвижения части струи воздуха (за счет центробежных сил), прошедшего мимо приемной щели приемного насадка 7 и далее двигающегося по искривленной поверхности полотнища 11, выполненного из полимерно-композиционного материала, вдоль ориентированных волокон до пересечения с воздушной струей, истекающей из щели 9 выпускного насадка 8.

Здесь поток воздуха, несколько ослабленный, подхватывается струей воздуха из щели 9 выпускного насадка 8, которая придает столбу воздуха, находящегося в тамбуре 3, за счет сил трения между частицами воздуха вращательное движение в вертикальной плоскости с постепенным увеличением скорости вращения воздушного столба вокруг вертикальной оси, дополнительно увеличивая сопротивление для продвижения холодного наружного воздуха, врывающегося в тамбур 3.

Часть рециркуляционного воздуха из тамбура 3 смешивается с воздухом, поступающим из помещения в приемный насадок 7. Полученная смесь под действием сил разрежения, создаваемых вентилятором 6 в приемном насадке 7 посредством приемной щели, поступает через входное отверстие 14 во всасывающий патрубок 4, где, перемещаясь вдоль криволинейных канавок 16 к выходному отверстию 15 всасывающего патрубка 4, закручивается. Твердые и каплеобразные частицы загрязнений воздушной смеси, поступающей в приемный насадок 7 под действием центробежных сил во всасывающем патрубке 4, смещаются в полости криволинейных канавок, где коагулируют, слипаются, укрупняются и перемещаются от входного отверстия 14 в кольцевую канавку 17, находящуюся перед выходным отверстием 15. Из кольцевой канавки 17 твердые и каплеобразные частицы загрязнений под действием силы тяжести поступают в сборник загрязнений 18, из которого по мере накопления удаляются вручную или автоматически.

После прекращения движения транспортных средств через проем или окончания каких-либо работ направляющие полотнища 11 выполненные из полимерно-композиционного материала с ориентированными по ходу движения рециркуляционного воздуха волокнами, закрываются, при этом концевые выключатели разрывают цепь, питающую катушку пускателя (не показано), пускатель отключает электродвигатель от сети, а через тягу с пружинным компенсатором заслонка 12 перекрывает щель 9 выпускного насадка 8 по всей ее высоте, препятствуя проникновению холодного наружного воздуха в тамбур 3.

Оригинальность технического решения по снижению энергозатрат на привод вентилятора рециркуляционной воздушной завесы достигается тем, что всасывающий патрубок выполнен в виде резонатора, состоящего из последовательно соединенных первого по ходу поступления всасываемого атмосферного воздуха эластичного участка и жесткого участка с криволинейными канавками и устройством удаления загрязнений. При этом изменение резонансного объема во всасывающем патрубке в изменяющихся погодно-климатических и технологических условиях эксплуатации рециркуляционной воздушной завесы достигается путем изменения объема полости эластичного участка резонатора за счет перемещения его по направляющим стержням при воздействии атмосферного воздуха на торцевую шайбу, установленную у входного отверстия всасывающего патрубка.