CN110573804A - 用于管道通风的系统和方法 - Google Patents

Abstract

在一方面，公开了一种用于向通道(103)内的通风位置(101)提供通风的系统(100)。该系统(100)包括：管道(102)，管道布置成在入口位置(104)和通风位置(101)附近的出口位置(106)之间延伸；与管道装配的轴流式风扇(10)，轴流式风扇具有适于在入口位置(104)和出口位置(106)之间移动空气的叶轮(22)；位于管道(102)内、在叶轮(22)的相对上游的控制翼片(38)；传感器(108)，传感器位于叶轮(22)的相对下游，且适于提供指示从出口位置(106)排出的体积流速的测量结果；以及控制器(112)，控制器与传感器(108)和翼片(38)可操作地通信，控制器(112)可配置成确定体积流速并控制翼片(38)以将体积流速保持高于预定的最小体积流速。还公开了系统和相关方法的其他示例。

Description

用于管道通风的系统和方法

相关申请

本申请要求于2017年2月23日提交的澳大利亚临时专利No.2017900608以及于2017年7月9日提交的澳大利亚临时专利No.2017902986的优先权，两者的内容通过引用并入。

技术领域

本发明涉及一种用于管道通风的系统和方法，更具体地，本发明涉及一种用于运行高输出轴流式风扇的系统和方法，高输出轴流式风扇例如为用于通道、隧道地下巷道、建筑空间等非常宝贵的空间中通风的管道内的脉冲叶片轴流式风扇-。

背景技术

管道通风系统用于在例如在隧道、通道、建筑物和地下采矿中的各种应用中提供额外的气流。用于在限制性空间中通风的当前行业惯例是使用固定节距轴流式风扇。这些风扇可用于单级、两级和三级布置，并以恒定的节距和恒定速度运行。

随着所需气流距离的增加，对风扇性能和数量的需求必然增加，以提供气流来维持最小的通风和安全要求。随着阻力增加，压力升高并且流速降低。无论保持人员和机器安全的距离如何，这由于管道末端或射程末端的固定空气体积或最小空气体积而成为一个问题。

为了适应这种情况，在已知随着长度增加，体积流量将下降的情况下，现行做法是首先提供比所需更多的空气。这意味着当风扇提供比所需更多的空气体积时，是在浪费功率。考虑到在典型系统中运行的风扇数量，这种功率浪费可能是对邻近基础设施的大量消耗和大功率成本。

另一种在使用的方法是随着长度的增加，向风扇添加额外的级。然而，安装第二或第三级所需的场地工作使得这种方法在单位成本、服务和停机时间上都是昂贵的选择，同样地，风扇在一段时间内提供比所需更多的空气并使用更多的功率。

另一问题涉及对从管道排出空气的临时堵塞或流动阻力，该问题导致通向隧道、通道、建筑物的气流体积较低，并且在一些情况下，气流体积下降到所需的气流体积以下。

本文公开的本发明试图克服一个或多个上述问题或者至少提供有用的替代方案。

发明内容

根据第一宽泛方面，提供一种用于为通道内的通风位置提供通风的系统，该系统包括：管道，其布置成在入口位置和通风位置附近的出口位置之间延伸；与管道装配的轴流式风扇，该轴流式风扇具有适于在入口位置和出口位置之间移动空气的叶轮；位于管道内在叶轮的相对上游的可控制翼片；位于叶轮的相对下游的传感器，该传感器适于提供指示从出口位置排出的体积流速的测量结果；以及控制器，其与传感器和翼片可操作地通信，且可配置成确定体积流速并控制翼片，以便将体积流速保持为高于预定的最小体积流速。

在一方面，传感器位于管道的出口处或出口附近。

在另一方面，传感器适于测量流速，并且控制器配置成基于管道的直径计算体积流速。

在又一方面，传感器是皮托管或阿牛巴流量计，或包括皮托管或阿牛巴流量计。

在又一方面，叶轮是脉冲叶片叶轮。

在又一方面，叶轮的每个叶片具有基本恒定的厚度。

在又一方面，叶轮的直径和管道的直径基本相近。

在又一方面，可控制翼片以紧接地位于叶轮上游的多个径向翼片的形式设置，多个径向翼片经由与控制器可操作地通信的致动器可枢转地移动。

在又一方面，多个径向翼片可控制地移动到一角度，以在与叶轮的旋转方向相同的方向上产生气流的预盘旋，从而减小体积流速。

在又一方面，多个径向翼片可控制地移动到一角度，以在与叶轮的旋转方向相反的方向上产生气流的预盘旋，从而增加体积流速。

在又一方面，叶轮速度是恒定的。

在又一方面，叶轮速度是预定的并且是恒定的。

在又一方面，控制翼片能够在大约+30度到-30度的范围内成角度。

根据第二宽泛方面，提供一种用于为通道内的通风位置提供通风的系统，该系统包括：管道，其布置成在入口位置和通风位置附近的出口位置之间延伸；与管道装配的轴流式风扇，该轴流式风扇具有适于在入口位置和出口位置之间移动空气的叶轮，该叶轮布置成以固定的旋转速度运行；位于管道内在叶轮的相对上游的可控制翼片；位于叶轮的相对下游的传感器，该传感器适于测量管道内朝向出口位置的流速；以及控制器，其与传感器和翼片可操作地通信，且可配置成基于流速确定体积流速，并控制翼片以在将叶轮保持在固定的旋转速度的同时将体积流速保持为高于预定的最小体积流速。

根据第三宽泛方面，提供一种用于在通道中的第一位置和通道中的第二位置之间提供通风流量的系统，该系统包括：管道，其布置成在入口位置和第一位置附近的出口位置之间延伸；轴流式风扇，其适于在入口位置和出口位置之间移动空气，以便在通道中在第一位置和第二位置之间产生通风流量；位于管道内在轴流式风扇的相对上游的可控制翼片；位于管道内在轴流式风扇的相对下游的传感器，该传感器适于提供指示体积流速的测量结果；以及控制器，其与翼片和传感器可操作地通信，其中，该控制器和传感器配置成使得在第一位置和第二位置之间存在物体时，传感器可检测到可指示物体存在的体积流速的变化，并且翼片可被致动以将第一位置和第二位置之间的体积流速维持为高于预定的最小体积流速。

根据第四宽泛方面，提供一种用于为通道内的通风位置提供通风的方法，该方法包括：测量空气供应管道内的轴流式风扇的相对下游处指示排出到通风位置的体积流速的参数，该空气供应管道布置成为通道供应通风；以及选择性地移动位于轴流式风扇翼片的相对上游的控制翼片，以便将体积流速保持为高于预定的最小体积流速。

根据第五宽泛方面，提供一种用于为通道内的通风位置提供通风的方法，该方法包括：使用位于空气供应管道内的轴流式风扇的相对下游处的传感器测量指示排出到通风位置的测得的体积流速的参数，该空气供应管道布置成为通道供应通风；基于该参数，使用传感器和控制系统中的至少一者来确定测得的体积流速；使用控制系统将测得的体积流速与预定的最小体积流速比较；以及使与控制系统可操作地通信的控制翼片运行，控制翼片位于供应管道内的轴流式风扇的相对上游，以便将体积流速保持为高于预定的最小体积流速。

根据第六宽泛方面，提供一种用于在通道中位于通道的封闭端和开口端之间存在可移除物体的情况下将预定的体积通风状态维持到通道的封闭端的方法，该方法包括：使用具有管道轴流式风扇的管道供应通风空气，该管道轴流式风扇布置成将第一位置附近的空气朝向通道的封闭端排出，使用位于轴流式的相对下游的传感器测量可用于确定排出到第一位置的测得的体积流速的流量参数；基于该参数，使用传感器和控制系统中的至少一者确定测得的体积流速，测得的体积流速的变化指示可移除物体是可移除物体在第一位置和第二位置之间被移走和定位在第一位置和第二位置之间中的至少一者；使用控制系统将测得的体积流速与预定的体积通风比较，预定的体积通风包括预定的最小体积流速和预定的最大体积流速；以及使与控制系统可操作地通信的控制翼片运行，控制翼片位于供应管道内的轴流式风扇的相对上游，以便将体积流速大致保持在预定的最小体积流速和预定的最大体积流速之间。

根据第七宽泛方面，提供一种用于为通道内的通风位置提供通风的方法，该方法包括：设置管道，该管道布置成在入口位置和通风位置附近的出口位置之间延伸；在管道内设置适于在入口位置和出口位置之间移动空气的轴流式风扇；利用位于轴流式风扇的相对下游的传感器测量可用于确定从出口位置排出的体积流速的流量状态；移动位于管道内在轴流式风扇的相对上游的可控制翼片，以便将体积流速保持为高于预定的最小体积流速。

根据第八宽泛方面，提供一种用于为通道内的通风位置提供通风的方法，该方法包括：设置管道，该管道布置成在入口位置和通风位置附近的出口位置之间延伸；在管道内设置适于在入口位置和出口位置之间移动空气的轴流式风扇；使用控制系统设定轴流式风扇的叶轮的固定旋转速度；利用位于叶轮的相对下游的传感器测量可用于确定从出口位置排出的体积流速的流量状态；移动位于管道内在叶轮的相对上游的可控制翼片，以便将体积流速保持为高于预定的最小体积流速。

附图说明

仅通过非限制性示例，参照附图描述本发明，其中：

图1是用于为矿井通道或隧道提供通风的系统的示意图，该系统包括管道和风扇装置；

图2a是示出了具有上游可控制翼片和下游传感器的风扇装置的更详细示意图；

图2b是示出风扇装置、传感器和具有控制器的控制系统之间的通信的简化的方框图；

图3是示出在管道内设置和运行风扇装置以使通道通风的方法的流程图；

图4是示出风扇装置的负载曲线并且示出较低体积流速设定值和较高体积流速设定值之间的运行区域的图表；

图5是示出风扇装置的侧截面图；

图6是示出风扇装置的透视侧截面图；

图7是示出风扇装置的分解的部件侧透视图；

图8a是示出风扇装置的叶轮的前侧透视图；

图8b是示出风扇装置的叶轮的顶侧透视图；

图8c是示出叶轮的前视图；

图8d是示出叶轮的叶片的端视图；

图9是示出叶轮的叶片的前视图，示出了朝向叶片的梢部的截面A-A和朝向叶片的根部的截面D-D；

图10是示出如图9中所示的截面A-A的端视图；

图11是示出如图9中所示的截面D-D的端视图；

图12是将风扇装置与可相比的负载两级轴流式风扇进行比较的功率/体积曲线的示例；以及

图13是将风扇装置与可相比的负载两级轴流式风扇进行比较的噪音/体积曲线的示例。

具体实施方式

系统和方法

参照图1至图3，示出了用于为例如巷道、隧道、竖井、矿井通路等的通道103内的通风位置101提供通风的系统100。系统100包括管道102，管道102布置成在入口位置104和靠近通风位置101的出口位置106之间延伸。物体105，例如车辆、机器、结构或人员可能存在于通道103中，这导致对气流的阻力。

入口位置104可以位于外部环境附近以从中吸取新鲜空气，并且管道102可以相对较长，比如50至500米或更长。出口位置106可以位于通风位置101处或附近，通风位置101可以是通道103的流动端111附近的地下位置。物体105可以位于朝向通道103的通风位置101的第一位置113和朝向通道103的开口端117的第二位置115之间。应注意，本主题系统100不仅限于这些应用，并且可以找到其他应用，例如用于建筑物、地下停车场、隧道等中的通道。

系统100包括轴流式风扇装置10、位于轴流式风扇装置10相对下游且适于提供指示从出口位置106排出的体积流速的测量值的传感器108、以及包括控制器112的控制系统110。下面参照图5至图11详细描述合适的轴流式风扇装置10的示例。这种类型的风扇是高输出脉冲叶片轴流式风扇。

轴流式风扇装置10包括适于在入口位置104和出口位置106之间移动空气的叶轮22、以及可控流量调节器或流量引导装置35，可控流量调节器或流量引导装置35在该示例中是可操作的径向翼片38，位于管道102内在叶轮22的相对上游。翼片38由致动器39致动以改变翼片38的节距角。控制器112与传感器108、翼片致动器39和驱动叶轮22的马达46可操作地通信。控制器112可配置成控制翼片38的角度，以便将排出体积流速保持为高于预定的最小体积流速，并且优选地但不是必要地，低于预定的最大体积流速。控制器112可以是PLC

(可编程逻辑控制器)。

因此，可以理解，系统100提供具有径向翼片控制和体积流量测量的高输出脉冲叶片轴流式风扇装置10，以主动调节风扇装置10的输出。这允许操作者有效地减少消耗的功率消耗，但仍符合监管要求和限制。

更详细地转向流量测量，为了调节流量，通过使用传感器108测量流速来确定由风扇装置10提供的体积流速。相应地，传感器108可以以皮托管114的形式设置，皮托管114出于此目的安装在管道102的出口106处或出口106附近。皮托管114测量管道102中的静压力和总压力，并且这些值之间的差异提供与空气速度相关的速度压力。也可以使用阿牛巴流量计。

然后能够确定空气速度。由于已知管道102的直径和面积以及空气速度，因此能够计算以m³/s为单位的体积流量。通过测量排出部/出口106处的体积流量，这考虑了管道102中的任何泄漏，从而允许更大的体积输送精确度。

转向径向控制翼片38，径向翼片38以一系列可枢转调节的翼片38的形式设置，径向翼片38定位在叶轮22前方。翼片位置可以使用致动器39控制，从而引起空气以与叶轮旋转方向相同的方向盘旋(称为预盘旋)。该预盘旋通过将叶轮22保持在叶轮的较高效率范围(效率包络线，efficiency envelope)内工作减小了叶轮22的输出，并且还降低风扇装置10的功率消耗。为了增加体积流速，径向控制翼片38可以成角度以产生与叶轮22的旋转方向相反的反向预盘旋。因此，相对于风扇旋转的预盘旋方向允许控制来自叶轮22的体积流速。

现在转向控制系统110，控制器112、传感器108、致动器39和马达46之间的通信可以是有线和/或无线的，如图2b所示。操作者在控制器112的控制面板(未示出)上输入所需的流速，并启动风扇装置10(如果它们尚未运行)。在该示例中，输入包括预定的较低或最小流速和预定的较高或最大流速。运行区间或区域大体上是在预定的最小流速和预定的最大流速之间的流速，如图4所示。

风扇装置10启动并加速到全速。注意到，在该示例中叶轮22的旋转速度是恒定的并且在一些示例中可以设定为4极速度(例如1500rpm，但不限于此)，并且负载控制仅经由径向控制翼片38进行。然而，可以使用其他设定速度，例如50或60Hz的其他数量的极速度。

体积流量在管道102的排出部或外部106处测量，并且控制器112将该体积流量与可调节区间或与运行状态内的预定设定值进行比较，如图4所示。可调节区间或运行状态的体积流速可以是但不限于在约40至50m³/s的范围内。

如果测量的体积流量低于设定值，则增加径向翼片控制角度，从而增加风扇装置10的输出。如果测量的体积流量高于设定值，则可以减小径向翼片控制角度，从而减小风扇输出和功率消耗。如果测量的体积流量接近设定值(在死区间内)，则不需要改变径向翼片控制位置。

为了防止径向翼片位置的持续变化，控制系统110需要体积流量平均、时间延迟和设定值死区间。如果径向翼片控制已经处于其最大位置且体积流速仍低于设定值，则可以发出警报。

现在参照图3，示出了系统100的配置和运行的示例方法200。方法200包括：在步骤202，设置管道102，管道102布置成在入口位置104和通风位置101附近的出口位置106之间延伸；在步骤204，在管道102内设置适于在入口位置104和出口位置106之间移动空气的轴流式风扇装置10；以及在步骤206，设置位于轴流式风扇装置10的相对下游的传感器108。

在步骤208，操作者可以设定预定的最小流速和预定的最大流速，并且在叶轮22设定为恒定速度的情况下启动轴流式风扇装置10。在步骤210，传感器108提供指示管道102的出口106附近的测得的体积流速的测量数据。在步骤212，系统100，即控制系统110配置为将测量的体积流速与预定的最小体积流速和预定的最大体积流速比较。在步骤214，控制系统110配置成使与之可操作地通信的控制翼片38运行，以便将体积流速保持为高于预定的最小体积流速，并且低于预定的最大的体积流速。

在系统100的使用期间，诸如车辆、机器、结构或人的物体105可能存在于通道103中，这引起的对气流的阻力，可导致输送到通道103的体积流量的减小。对于轴流式风扇装置10的给定控制设置，对气流的阻力将导致管道102中的流速下降，这将经由皮托管114形式的传感器108测量。因此，系统100可以确定在管道102的出口106处或出口106附近的体积流速下降。这样，系统100能够提供指示体积流量阻力的测量结果，从而指示物体105在通道中的存在。

当确定体积流速下降时，控制系统110配置成使与之可操作地通信的控制翼片38运行，以便将体积流速保持为高于预定的最小体积流速，并且优选地，保持低于预定的最大体积流速。一旦物体105被移走，体积流速将再次增加，然后控制系统110可再次致动控制翼片38以减小体积流速。

应注意，在该示例中，传感器108是位于管道102的出口106处或出口106附近的皮托管，其更灵敏且更快地检测流速的变化并因此检测实际输送到通风位置101的体积流速。

系统的优点

较低的功率要求：由于该运行方法，风扇将仅使用所需的功率。因此，允许减少过度使用输入网络。

节省成本：由于风扇将在可能的情况下自动降低输出和功率消耗，这可以导致在不需要昂贵的速度控制设备的情况下，显着的效率增益和功率消耗降低。

节省安装成本：安装成本与标准轴流式风扇相当，但由于负载范围更广泛，高输出脉冲叶片轴流远远优于标准轴流，因此在大多数情况下，大大降低并省去了安装第二和第三风扇的需求。

设置和忽略：由于控制系统是自动化的，因此不需要改变级数或进行其他调整以维持所需的体积流量。

符合监管：由于风扇可以自动调整，因此体积流量不符合监管要求的可能性很小，从而降低了对地下工人的风险。

减少叶轮疲劳：使速度变化最小化是对需求系统通风中的一个重要点，在该系统中，每个速度变化都会导致叶轮使用其疲劳寿命，且在某些情况下将叶轮的寿命缩短至不到一年，而且使得不能与叶轮的固有频率保持一致。

示例轴流式风扇

上述系统100优选地配置成与叶轮22是脉冲叶片叶轮的风扇装置10一起运行，，这意味着叶片23的形状可以是非翼型的，并且通过施加到空气的速度而不像典型的翼型叶片那样通过压差来驱动流量。脉冲叶片叶轮对于系统100是重要的，因为翼片38可以移动通过相对较大的角度而不会使叶轮22失速。

参照图5至图13，示出了用于管道或管道系统(未示出)中移动或运输空气的风扇装置10。风扇装置10包括壳体布置12，壳体布置12具有外部壳体14和位于外部壳体14内的内部壳体16，以便在外部壳体14和内部壳体16之间限定通道17。内部壳体14和外部壳体16可以由彼此连接的一个或多个部段形成。

内部壳体16包括头部区段18、尾部区段20和位于头部区段18和尾部区段20之间的叶轮或风扇22。尾锥体19联接到尾部区段20，且朝向壳体布置12的轴向轴线向内渐缩。

叶轮22包括旋转轮毂21，旋转轮毂21承载多个同样的旋转叶片23，多个同样的旋转叶片23基本上在轮毂21和外部壳体14之间的径向方向上延伸。每个旋转叶片23都具有基本上平坦的轮廓，使得布置10可以被认为是脉冲叶片轴流式风扇，在该脉冲叶片轴流式风扇中，叶轮22通过赋予空气的动量驱动气流，而不是通过典型的翼型管道轴流式风扇所使用的压差。

外部壳体14包括入口24和出口27，入口24具有适于与管道连通或流体联接的入口锥体26，出口27适于与管道重新连通或流体联接。入口锥体26可以装配有格栅25。外部壳体14和内部壳体16至少部分地大致为圆柱形并且是长形。外部壳体14和内部壳体16围绕叶轮22的旋转轴线同心定位。头部区段18包括流线型端头30，在该示例中，流线型端头30是尖形或圆顶形状。叶轮22由具有适于使叶轮22旋转的马达46-例如，但不限于电动马达-的马达布置44驱动。

通道17的前置风扇区段32限定在头部区段18和外部壳体14之间。前置风扇区段32由此具有大致环形的横截面，空气由入口24通过前置风扇区段32到达叶轮22。通道17的在尾部区段20处的后置风扇区段34限定在内部壳体16和外部壳体14之间。后置风扇区段34由此也具有大致环形的横截面，空气由叶轮22通过后置风扇区段34流向出口27。与后置风扇区段34相比，前置风扇区段32具有相对较大的横截面积。尾部区段20可包括出风部28(向外渐缩扩散部区段)或以出风部28为终止，出风部28在尾锥体19和外部壳体14之间限定的扩展部区段29之前。

更具体地，在该示例中，外部壳体14沿其长度具有相对恒定的直径。然而，与后置风扇区段34相比，头部区段18具有相对更窄或更小的直径，从而前置风扇区段32与后置风扇区段34相比具有相对更大的横截面积。轮毂21成形为在头部区段18和尾部区段20之间的过渡部。在该示例中，轮毂21大致是截头圆锥形，以在头部区段18和尾部区段20之间的侧部轮廓中提供大致笔直的渐缩表面36。叶片23从轮毂21的渐缩表面36径向延伸。轮毂21的渐缩表面36在气流通过叶片23进入出口区段34时提供压缩的气流。头部区段18可包括又一相似的渐缩区段37，渐缩区段37紧接在轮毂21的渐缩表面36之前。

前置风扇区段32包括流量调节器35，流量调节器35以至少一个静态和可调节的预旋转叶片38的形式设置，该预旋转叶片38从头部区段18径向延伸到外部壳体14。在预旋转叶片38是可调节的示例中，预旋转叶片38可用于控制风扇特性。

预旋转叶片38或前置风扇叶片38将空气引导到叶轮布置22。后置风扇区段34包括一个或多个整流器40，整流器40以从尾部区段20径向地向外部壳体14延伸的导向翼片42的形式设置。预旋转叶片38和导向翼片42中的一者或两者将内部壳体16支撑并悬挂在外部壳体14内。壳体布置12通常可以由诸如低碳钢的金属形成。

参照图4a至图7，现在转向叶轮22，特别是叶片23，每个叶片包括扭转的叶片体50、根部52、梢部54、前边缘56和后边缘58。在该示例中，每个叶片23包括在叶片轮毂根部与叶片梢部之间的在约15至30度的范围内的扭转角度。

叶片体50在弦和长度的范围上具有大致恒定的厚度。为了获得恒定的厚度，每个叶片23可以由金属板形成，金属板被扭转以提供扭转角度。优选地，恒定厚度板在轮廓上是对称的而不是翼型形状，并且恒定厚度板是耐磨的，因此风扇装置的性能可以随时间保持。恒定厚度或扁平的叶片23通过增加赋予到通过叶轮22的流量的速度而基本上不增加压力来起作用。因此，恒定厚度或扁平的叶片23以与翼型形状不同的方式起作用，翼型形状主要依靠压差来驱动流量。前边缘56、后边缘58和梢部54可以是圆形的或弧形的以减少阻力或湍流。

叶轮22通常可以由诸如低碳钢的金属形成。从图8c可以看出，叶片23占据了空气通过其流过叶轮22的大部分空间。在正平面图形式视图中，如图8c所示，还可以理解，相邻叶片23的前边缘56和后边缘58基本平行。叶片扭转角度在图8d中最佳地示出，并且在叶片根部52和叶片梢部54之间测量。扭转角度范围是大约15到30度。然而，优选地，叶片扭转角度可以是大约或接近19至23度，并且最优选地，叶片扭转角度是大约21度。

在该示例中，叶片23的梢部54处的弦“CAt”相对于叶片23的基部或根部52处的弦“CDr”基本上更长(通过比较图6和图7可以最好地看到)。因此，梢部在截面“A-A”处的实积比“SRt”可以在约0.8至1.2的范围内，并且在截面“D-D”处的实积比“SRr”可以在约1.1至1.4的范围内。在另一个测量单位中，注意到叶片的纵横比(叶片跨度或叶片长度与其平均弦长的比率)由于相对较长的弦而非常低。

叶片梢部实积比“SRt”在本文中定义为所有叶片23在其梢部54处的梢部弦长“CAt”(即，测量如图9所示的叶片23在截面A-A处的弦)的总和除以叶片23在直径“D”处的周长。仅作为示例，叶片23在梢部54处的弦宽“CAt”可以是例如350mm。可能有11个叶片，因此，350mmx11＝3850mm。直径“D”可以是例如1320mm。因此，周长为π×D＝4147mm。本示例中的“SRt”比率为3850/4147＝0.93。可以使用“CAt”和“D”在如上限定的约0.8至1.2的范围内的其他变体。

类似地，叶片根部实积比“SRr”在本文中定义为所有叶片在轮毂21外径处的根部弦长“CDr”(即，测量叶片23在截面D-D处的根部52处的弦)的总和除以轮毂21的外周长“Hp”(在该示例中，在渐缩轮毂21的0.7*D的较大直径处测量周长，其中“D”是叶片23的直径)。

在该示例中，轮毂21具有相对较大的直径和周长，与例如典型的管道轴流式风扇相比，这导致实积比相对较低。轮毂21的渐缩形状可以从大约0.55×D变化到0.7×D，但不限于此。

仍参照图10和图11，可以理解，叶片23在根部52处的迎角“AD”小于在梢部54处的迎角“AA”。在该示例中，截面A-A和截面D-D之间的扭转角度在19至23度之间，可适用的风扇直径“D”的尺寸可以在约800mm至2000mm的梢部直径之间，并且叶片截面半径在200mm至500mm之间。然而，如前所述，合适的扭转角度可以在约15至30度的范围内。应注意，由于所施加的扭转，截面A-A和截面D-D通常是“弧形”，并且叶片23的轮廓基本上是恒定的。根部截面D-D处的“弧”大于梢部截面A-A处的“弧”。

还应注意，叶片23的弦长比脉冲叶片叶轮通常所使用的叶片的弦长长得多，并且这导致在叶轮22在有用范围内的较低的功率消耗，如图12所示。此外，与示例性轴流式风扇-可以是适用于直径高达约1400mm的管道的两级轴流式风扇-相比，更长的弦长提供相似的压力-体积(PV)曲线。因此，本文的风扇装置10特别适合于管道通风市场。与两级轴流式风扇相比，噪音也降低，如图13所示。

有利地，提供一种风扇装置，该风扇装置具有这样的叶轮：具有增加的弦长、增加的叶片数量、相对较高的叶片迎角以及由叶轮的渐缩轮毂产生的流量压缩。这提供一种有利的风扇装置，该风扇装置在风扇的有用范围内具有类似的压力特性。压力-体积(PV)曲线也是有利的并且适合于通风管道通风市场及适合于如上所述的管道通风系统100。

此外，风扇性能布置特征与两级轴流式风扇的功能相像，但安装包络范围较小，因此使得风扇比市场上的可相比的轴流式风扇更轻和更小并且使得安装更容易和更快速。需要较少风扇安装也是优点，并且较少风扇安装导致安装工作较少同时还使用现有布线。压力体积曲线的下端比市场上可相比的轴流式风扇升高，因此在管道长度变长时，减少了对额外风扇的需求。新叶轮尺寸较小，特点是具有降噪特性，因此对于给定负载，产生的噪音远远低于等效的、单个轴流式风扇安装。

叶轮叶片可以由板制成，而不是翼型形状的，因此不受磨损的影响。叶轮叶片设计的改进将其特性从通常高体积的PV(压力-体积)曲线改变为更陡、更低体积的更陡的PV曲线，但在大范围的体积流量中具有更低的功率消耗曲线。压力范围在下端明显高于市场上的可相比的风扇，从而延迟了安装额外风扇的需要。从根本上说，风扇装置对于相同的通风和压力范围提供了更小、更轻、更安静、更耐用的风扇，而且阻力更小，这意味着重新安置、维修和安全暴露更少。

可以有助于克服现有问题的特点如下所列：

·对相当的流量压力更高：叶片设计特点和高效转向翼片设计相结合，导致比市场上可获得的可相比的轴流式风扇更好的压力升高特性；

·重量：由于对于给定负载叶轮尺寸较小，因此叶轮的重量将小于目前市场上可相比的轴流式风扇的重量；

·噪音：由于叶轮较小，叶片梢部速度较小，因此产生的噪音较小；

·安装成本：由于对于给定负载，与两个标准轴流式风扇相比，只需要安装一个风扇，因此安装时间减半；

·节省维护：由于叶轮更坚固且对叶轮性能更少依赖于叶片形状，因此维护需求间隔可能更长；

·OH&S问题：由于标准轴流式磨损会显着降低性能，对于给定的管道长度，叶轮故障的可能性由于失速而增加。由于叶轮故障而造成伤害的风险也会增加。输送到管道末端的空气将减少到不足以进行作业的程度。由于产生的噪音较少，因此对高噪音源的暴露会更小；

·较低的功率特性：与标准轴流式风扇相比，新脉冲叶片风扇利用可用的马达功率以在曲线的较低体积端输送更大的压力，且在较低的压力需求下输送略微较高的体积。无需其他控制系统即可降低马达过载的风险。

·受失速影响较小，因此适于使用翼片控制来使叶轮之前的流量预旋转，从而在叶轮速度保持恒定的同时允许使用大范围的翼片角度。

最后，应注意，采用这种新叶轮设计使得对于相同负载，该风扇比现有的风扇小，并且重量可以减轻多达25％。改进的性能可以延迟更长管道长度中对于额外风扇的需求。这些特点还可以简化安装并改善OH&S而且能够使用现有布线。对于为风扇设计的实际负载范围，功率特性大大降低，从而减轻了风扇马达的过载。

在整个说明书和随附的权利要求中，除非上下文另有要求，否则词语“包括”以及诸如“包括有”和“包括了”的变体将被理解为暗示包括所述组成部分或步骤或者组成部分或步骤的组，但不排除任何其他组成部分或步骤或者组成部分或步骤的组。

本说明书中对任何已知事项或任何先前出版物的引用不是、也不应被视为确认或承认或暗示已知事项或现有技术出版物构成本说明书所涉及的领域的公知常识的一部分。

虽然已经描述了本发明的具体示例，但是应该理解，本发明扩展到所公开的或从本文提供的公开内容显而易见的特征的替代组合。

在不脱离所公开的或由本文提供的公开内容显而易见的本发明的范围的情况下，许多和各种修改对于本领域技术人员而言将是显而易见的。

Claims (20)

1.一种用于为通道内的通风位置提供通风的系统，所述系统包括：

管道，所述管道布置成在入口位置和所述通风位置附近的出口位置之间延伸；

与所述管道装配的轴流式风扇，所述轴流式风扇具有适于在所述入口位置和所述出口位置之间移动空气的叶轮；

位于所述管道内在所述叶轮的相对上游的可控制翼片；

位于所述叶轮的相对下游的传感器，所述传感器适于提供指示从所述出口位置排出的体积流速的测量结果；以及

控制器，所述控制器与所述传感器和所述翼片可操作地通信，且能够配置成确定所述体积流速并控制所述翼片，以便将所述体积流速保持为高于预定的最小体积流速。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述传感器位于所述管道的出口处或出口附近。

3.根据权利要求1或2所述的系统，其中，所述传感器适于测量流速，并且所述控制器配置成基于所述管道的直径计算所述体积流速。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的系统，其中，所述传感器是皮托管或阿牛巴流量计，或者包括皮托管或阿牛巴流量计。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的系统，其中，所述叶轮是脉冲叶片叶轮。

6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述叶轮的每个叶片具有基本恒定的厚度。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的系统，其中，所述叶轮的直径和所述管道的直径基本相近。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的系统，其中，所述可控制翼片以紧接地位于所述叶轮上游的多个径向翼片的形式设置，所述多个径向翼片经由与所述控制器可操作地通信的致动器能够枢转地移动。

9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述多个径向翼片能够可控制地移动到一角度，以在与所述叶轮的旋转方向相同的方向上产生气流的预盘旋，从而减小所述体积流速。

10.根据权利要求8所述的系统，其中，所述多个径向翼片能够可控制地移动到一角度，以在与所述叶轮的旋转方向相反的方向上产生气流的预盘旋，从而增加所述体积流速。

11.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述叶轮的速度是恒定的。

12.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述叶轮的速度是预定的并且是恒定的。

13.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述可控制翼片能够在大约+30度到-30度的范围内成角度。

14.一种用于为通道内的通风位置提供通风的系统，所述系统包括：

管道，所述管道布置成在入口位置和所述通风位置附近的出口位置之间延伸；

与所述管道装配的轴流式风扇，所述轴流式风扇具有适于在所述入口位置和所述出口位置之间移动空气的叶轮，所述叶轮布置成以固定的旋转速度运行；

位于所述管道内在所述叶轮的相对上游的可控制翼片；

位于所述叶轮的相对下游的传感器，所述传感器适于测量所述管道内朝向所述出口位置的流速；以及

控制器，所述控制器与所述传感器和所述翼片可操作地通信，所述控制器可配置成基于所述流速确定所述体积流速，并控制所述翼片以在将所述叶轮保持在所述固定的旋转速度的同时将所述体积流速保持为高于预定的最小体积流速。

15.一种用于在通道中的第一位置和所述通道中的第二位置之间提供通风流量的系统，所述系统包括：

管道，所述管道布置成在入口位置和所述第一位置附近的出口位置之间延伸；

轴流式风扇，所述轴流式风扇适于在所述入口位置和所述出口位置之间移动空气，以便在通道中在所述第一位置和所述第二位置之间产生所述通风流量；

位于所述管道内在所述轴流式风扇的相对上游的可控制翼片；

位于所述管道内在所述轴流式风扇的相对下游的传感器，所述传感器适于提供指示体积流速的测量结果；以及

控制器，所述控制器与所述翼片和所述传感器可操作地通信；

其中，所述控制器和所述传感器配置成使得在所述第一位置和所述第二位置之间存在物体时，所述传感器能够检测到指示所述物体存在的所述体积流速的变化，并且所述翼片能够被致动以将所述第一位置和所述第二位置之间的所述体积流速维持为高于预定的最小体积流速。

16.一种用于为通道内的通风位置提供通风的方法，所述方法包括：

测量空气供应管道内的轴流式风扇的相对下游处的指示排出到所述通风位置的体积流速的参数，所述空气供应管道布置成为所述通道供应通风；以及

选择性地移动位于所述轴流式风扇翼片的相对上游的控制翼片，以便将所述体积流速保持为高于预定的最小体积流速。

17.一种用于为通道内的通风位置提供通风的方法，所述方法包括：

使用位于空气供应管道内的轴流式风扇的相对下游处的传感器测量指示排出到所述通风位置的测得的体积流速的参数，所述空气供应管道布置成为所述通道供应通风；

基于所述参数，使用所述传感器和控制系统中的至少一者来确定所述测得的体积流速；

使用所述控制系统将所述测得的体积流速与预定的最小体积流速相比较；以及

使与所述控制系统可操作地通信的控制翼片运行，所述控制翼片位于所述供应管道内的所述轴流式风扇的相对上游，以便将所述体积流速保持为高于预定的最小体积流速。

18.一种用于在通道中在所述通道的封闭端和开口端之间存在可移除物体的情况下、将预定的体积通风状态维持到所述通道的所述封闭端的方法，所述方法包括：

使用具有管道轴流式风扇的管道供应通风空气，所述管道轴流式风扇布置成将第一位置附近的空气朝向所述通道的所述封闭端排出，

使用位于所述轴流式风扇的相对下游的传感器测量可用于确定排出到所述第一位置的测得的体积流速的流量参数；

基于所述参数，使用所述传感器和控制系统中的至少一者确定所述测得的体积流速，所述测得的体积流速的变化指示所述可移除物体是所述可移除物体从所述第一位置和第二位置之间被移走和定位在所述第一位置和所述第二位置之间中的至少一者；

使用所述控制系统将所述测得的体积流速与预定的体积通风比较，所述预定的体积通风包括预定的最小体积流速和预定的最大体积流速；以及

使与所述控制系统可操作地通信的控制翼片运行，所述控制翼片位于所述供应管道内的所述轴流式风扇的相对上游，以便将所述体积流速基本保持在所述预定的最小体积流速和所述预定的最大体积流速之间。

19.一种用于为通道内的通风位置提供通风的方法，所述方法包括：

设置管道，所述管道布置成在入口位置和所述通风位置附近的出口位置之间延伸；

在所述管道内设置适于在所述入口位置和所述出口位置之间移动空气的轴流式风扇；

利用位于所述轴流式风扇的相对下游的传感器测量可用于确定从所述出口位置排出的体积流速的流量状态；

移动位于所述管道内在所述轴流式风扇的相对上游的可控制翼片，以便将所述体积流速保持为高于预定的最小体积流速。

20.一种用于为通道内的通风位置提供通风的方法，所述方法包括：

设置管道，所述管道布置成在入口位置和所述通风位置附近的出口位置之间延伸；

在所述管道内设置适于在所述入口位置和所述出口位置之间移动空气的轴流式风扇；

使用控制系统设定所述轴流式风扇的叶轮的固定旋转速度；

利用位于所述叶轮的相对下游的传感器测量可用于确定从所述出口位置排出的体积流速的流量状态；

移动位于所述管道内在所述叶轮的相对上游的可控制翼片，以便将所述体积流速保持为高于预定的最小体积流速。