CZ22037U1 - Zařízení pro regulaci průtoku vzduchu v systémech vzduchotechniky - Google Patents

Description

Zařízeni pro regulaci průtoku vzduchu v systémech vzduchotechniky

Oblast techniky

Technické řešení se týká Zařízení pro regulaci průtoku vzduchu v systémech vzduchotechniky opatřeného regulačním prvkem.

Dosavadní stav techniky

V České republice je většina nových staveb určených pro pobyt lidí vybavena vzduchotechnickými zařízeními. Tato zařízení, i když splňují tepelně technické požadavky na ně kladené, jsou často nevyhovující z hlediska hlukového. Před koncové elementy - vyůstky přiváděči i odváděči se vkládají regulační klapky. Tyto klapky jsou nastaveny buď na stabilní polohu, nebojsou plynule regulovatelné podle požadovaného průtoku vzduchu. Jejich nežádoucí vlastností je značný aerodynamický hluk, který již není obvykle možno potlačit dodatečnými protihlukovými úpravami.

U stávajících provedení regulačních klapek je známo, že natočením listu klapky od zcela otevřené polohy se zpočátku téměř nemění součinitel místní tlakové ztráty. Teprve od úhlů výrazně vyšších - cca od 60°, začne odpor klapky prudce narůstat. Tato vlastnost výrazně omezuje regu15 lační schopnost klapek, protože více než 50 % rozsahu nastavení není vhodných pro regulování průtoku vzduchu.

Pokud se bude sledovat hlučnost regulačních klapek, tak lze na základě experimentů prokázat, že se akustický výkon odpovídající generování aerodynamického hluku klapkou dá vyjádřit funkční závislostí

FF « K.w” kde je K (-) konstanta úměrnosti, (m/s) rychlost proudění vzduchu, n (-) exponent závislý na hodnotě Machova čísla.

Pro oblast Ma < 0,2 činí exponent n = 6. Tento poznatek znamená, že se vyzařovaný akustický výkon zvýší 64x pokud se zvýší rychlost proudění 2x. Při snaze o snížení hlučnosti regulačních klapek je tedy třeba přednostně snižovat rychlost pro dění vzduchu.

Podstata technického řešení

Výše uvedené nedostatky jsou do značné míry odstraněny zařízením pro regulaci průtoku vzduchu v systémech vzduchotechniky podle tohoto technického řešení. Jeho podstatou je to, že regu30 lační prvek je tvořen dvojicí klapek, umístěných v potrubí koncového elementu za sebou ve vzdálenosti větší než je poloměr potrubí, přičemž alespoň jedna klapka je propojena s regulačním zařízením.

Alespoň jedna klapka může být opatřena na 30 až 60 % své plochy perforací, popřípadě může být průměr alespoň jedné klapky o 4 až 8 % menší než je vnitřní průměr potrubí.

Ve výhodném provedení jsou klapky navzájem propojeny pro současné naklápění pod stejným úhlem. Úhel naklápění klapek může být nastaven po 15° od 0 do 90°.

Úprava koncového elementu je založena na kaskádové expanzi vzduchu. Podstatou konstrukční úpravy je zařazení dvou klapek za sebou, které tvoří jeden konstrukční celek. Požadovaná tlaková ztráta se rozloží na dvě klapky, Čímž se sníží potřebná rychlost proudění vzduchu v jejím zú40 ženém průřezu

Za předpokladu, že obě klapky budou natočeny na stejný úhel a tudíž budou vykazovat stejný součinitel místní tlakové ztráty a tedy i stejnou tlakovou ztrátu - při sériově řazených odporech se

-1CZ 22037 Ul tlakové ztráty sečítají, tak pro vytvoření požadované tlakové ztráty může poklesnout rychlost proudění na 70 % původní hodnoty u jednoduché klapky.

Vzhledem ke shora uvedeným skutečnostem tj. závislost akustického výkonu na 6. mocnině rychlosti proudění, poklesne generovaný aerodynamický hluk na 1/8. Tomu teoreticky odpovídá pokles hladiny akustického výkonu o 9 dB.

Druhou nezanedbatelnou vlastností prezentované konstrukce klapky je skutečnost, že se výrazně zlepší regulační schopnost tohoto řešení, což je dokumentováno průběhem součinitele místní tlakové ztráty pro dvojitou klapku (viz obr. 2 a 3).

V praxi se běžně pracuje se jmenovitým průtokem, tzv. A* hodnotou - v rámci dříve používané ío terminologie průtokový součinitel, vyjadřující objemový průtok klapkou A* [m³/h] při definovaném rozdílu tlaků Ap_k. Provede-li se přepočet součinitelů ζ na poměr kfkuw, je možno v grafech v bezrozměrných souřadnicích sledovat chování soustavy klapek.

Technické řešení má nízkou hlučnost a lineární regulační charakteristiku.

Objasnění obrázků na výkresech

Zařízení pro regulaci průtoku vzduchu v systémech vzduchotechniky podle tohoto technického provedení bude podrobněji popsáno na konkrétním příkladu s pomocí přiložených výkresů, kde na Obr. 1 je schéma dvou sériově řazených regulačních klapek. Na Obr. 2 je znázorněna závislost poměrného průtoku k^kiaw pro soustavu dvou těsných klapek na poměrném úhlu natočení regulačního listu klapky Θ/Θιμ pro nastavený konstantní úhel klapky A. Na Obr. 3 je znázorněna zá20 vislost poměrného průtoku k^k^oo pro soustavu perforované klapky s perforací 35 % a těsné klapky na poměrném úhlu natočení regulačního listu klapky θ/θ_}οο pro nastavený konstantní úhel klapky B. Na Obr. 4a až 4d je zobrazen pohled na regulační list klapky.

Příklady uskutečnění technického řešení

Příkladné zařízení pro regulaci průtoku vzduchu v systémech vzduchotechniky je opatřeno regu25 lačním prvkem i, tvořeným dvojicí klapek 11, 12. umístěných v potrubí 2 koncového elementu za sebou ve vzdálenosti větší než je poloměr potrubí 2. Jedna klapka LL je propojena s regulačním zařízením a je opatřena na 35 % své plochy perforací. Klapky 11, 12 jsou navzájem propojeny pro současné naklápění pod stejným úhlem.

V dalším provedení je regulační prvek 1 tvořen dvojicí klapek li, 12, umístěných v potrubí 2 30 koncového elementu, za sebou ve vzdálenosti větší než je poloměr potrubí 2. Jedna klapka 12 je propojena s regulačním zařízením a její průměr je o 4 % menší, než je vnitřní průměr potrubí 2,

Úhel naklápění klapek 11, 12 je nastaven po 15° od 0 do 90°.

Na Obr. 1 d označuje průměr regulačního listu klapky H, 12, D vnitřní průměr potrubí 2, w rychlost nabíhajícího proudu, w_c rychlost v zúženém průřezu a Θúhel natočení klapky 11, 12.

Nezanedbatelnou vlastností klapek LL, 12 je jejich regulační schopnost. Závislost tlakové ztráty na klapce LL, 12 lze vyjádřit funkční závislostí a

kde je ξ (-) součinitel místní tlakové ztráty, w (m/s) rychlost proudění, p (kg/m³) hustota vzduchu.

Zobrazená soustava dvou klapek 11, 12 je určena do potrubí 2 o průměru 180 mm. Tento rozměr byl zvolen z důvodů, aby byl eliminován negativní vliv přechodu z experimentální trati na měřený element, současně byla kladena podmínka na tlakovou odolnost celého měřicího řetězce včet40

-2CZ 22037 Ul ně měřené klapky li, 12 a připojovacího potrubí. Vhodně se podařilo nalézt plastové potrubí o vnitřním průměru 0,175 m, s tlakovou odolností min. 0,1 MPa, což bylo dostačující pro plánované experimenty.

Prakticky je možné klapku 11, 12 konstruovat z jakéhokoliv běžně používaného materiálu, nej5 častěji z pozinkovaného plechu, tak jak je zvykem v systémech vzduchotechniky.

Prstenec instalovaný po obvodu potrubí 2 plní nosnou funkci hřídelí klapky LL 12 a současně je na obou stranách osazen aretačním prvkem pro přesné nastavení požadovaného úhlu natočení klapky H, 12. Nastavení úhluje rozděleno po 15° od plného otevření úhel 0° do plného uzavření 90°.

io Pro konstrukci soustavy klapek 11. 12 účinně snižující akustický výkon generovaný při škrcení průtoku vzduchu se ukazují jako nej vhodnější řešení regulační listy zobrazené na Obr. 4. Jejich vhodnou kombinací je možné pro požadované parametry v potrubí 2 dosáhnout snížení celkové hladiny akustického výkonu min. o 5 dB. Všechny regulační listy jednotlivých klapek U, 12 mají vnější průměr 0,175 m a tloušťku 2 mm - perforované 1 mm, výjimkou je regulační klapka, jejíž list má průměr snížen na 93 %. Podle typu jsou jednotlivé listy plné či perforované s perforací 35 a 58 %. Tyto perforace byly voleny s ohledem na běžnou dostupnost a praktické využití v systémech vzduchotechniky.

Tloušťka regulačního listu má bezprostřední souvislost s množstvím v zářené akustické energie při obtékání turbulentním proudem. Tento rozměr má souvislost se vznikem čistých tónových složek ve spektru daných bezrozměrným Strouhalovým Číslem, v němž je charakteristickým rozměrem právě tloušťka obtékané desky. Tloušťky listů klapek 11, 12 byly voleny s ohledem na tuhost listu a prakticky používané rozměry.

Akustický výkon generovaný klapkou závisí nejen na tlakové ztrátě klapky 11.12, ale také na rozměru a geometrii regulačního listu. Je-li dán požadavek na porovnání různých typů klapek IT,

12, je nutné všechny tyto informace vzít v úvahu.

V tab. 1 je provedeno porovnání jednotlivých soustav klapek 11, 12 pro tlakovou ztrátu Ap_k = 100 Pa. Porovnání je provedeno pro tři vybrané střední rychlosti proudění v potrubí w_s 3, 6, 9 a 12 m/s. Prázdná pole v tabulce vyjadřují, že daný typ klapky není schopen požadovanou tlakovou ztrátu dosáhnout.

V soustavě jsou vždy obě klapky 11. 12 natočeny na stejný úhel. Pro soustavu perforované klapky 35 % a těsné klapky jsou v tabulce uvedeny dvě varianty nastavení. První variantou je perforovaná klapka pevně nastavena na úhel 75° (A75°). Druhý případ je pro pevně nastavenou těsnou klapku na úhel 15° (B15°), průtok je pak regulován perforovanou klapkou. Tato varianta byla vybrána s přihlédnutím k velmi dobrým výsledkům, přinášejícím možnost linearizace regulační charakteristiky.

Klapky ii, 12 byly posuzovány jako samostatný prvek včleněný do potrubní sítě bez vlivu úseků regulovaných klapkou. Na základě tohoto přístupu lze považovat získané měřené hodnoty za hodnoty příslušející autoritě klapky P_k = 1. V grafech značí Θιμ úhel natočení listu při plném otevření klapky.

Na obr, 2 je zobrazena soustava dvou těsných klapek li, 12, kde d = D 3. Z grafů je patrné, že lineární průběh je nejlépe popsán křivkami A30° a A45°. A označuje klapku instalovanou jako první v proudu vzduchu. V oblasti odpovídající 50 % otevření jsou křivky A30° i A45° výrazně vzdáleny od lineárního průběhu, V této oblasti by bylo výhodné přejít na jiné přednastavení klapky A.

Vhodně navržená soustava sestavená z klapky perforované s perforací 35 % a těsné klapky je zobrazena na obr. 5, Při nastavení druhé klapky na úhel 15° (B15) dosáhne se, jak zobrazuje graf, výrazné lineární odezvy. Průtok je pak plynule regulován perforovanou klapkou. Lineární regulační schopnost reprezentuje v obrázcích čárkovaná čára.

-3CZ 22037 Ul

Na obr. 4 - a) Regulační list těsné klapky, b) List regulační klapky, c) List klapky s perforací 35 %, d) List klapky s perforací 58 %.

Tab. 1 Porovnání jednotlivých klapek a soustav klapek (obě klapky natočeny na stejný úhel) při tlakové ztrátě Ap_k = 100 Pa a střední rychlosti proudění v potrubí w_s

Typ klapky	e ΙΊ	Lev JdBl	e	fdBJ	e ΙΊ	Lev 1<»1	S n	Lev I<»1
w, * 3 nVs -100 Pa	w, = 6 m/i 4/^=100 Pa	w, « 9 m/j Jp* -100 Pa	w,- 12 ra/s dpt-lOOPa
těsná klapka	46,8	603	34,3	67,4	27,7	75	21,6	763
soust, dvou těsných klapek	40,7	61,6	27,4	703	19,5	733	153	763
perforovaná klapka 35 %	-	-	59,8	59,4	44,4	653	35	69,7
soust. dvou perforovaných klapek 35%	78,9	52,7	45,5	61,9	333	663	26	70,7
perforovaná klapka 58 %	-	-	-	-	71.5	«2	523	66,7
soust. dvou perforovaných klapek 58%	-	-	81,2	593	49,7	643	36	683
soust, perforovaná 35 %/těsná(A75)	43,6	58	-	-	-	-	-	-
soust perforovaná 35 %/těsná(BI5)	-	-	60	61,9	42,5	673	29	723

Průmyslová využitelnost

Zařízení pro regulaci průtoku vzduchu v systémech vzduchotechniky podle tohoto technického řešení nalezne uplatnění v širokém rozsahu výrobků pro vzduchotechnická zařízení a to zejména v případech, kdy je požadovaná nízká hlučnost těchto zařízení a kvalitní regulovatelnost průtoku ío vzduchu.

Claims (6)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Zařízení pro regulaci průtoku vzduchu v systémech vzduchotechniky opatřené regulačním prvkem, vyznačující se tím, že regulační prvek (1) je tvořen dvojicí klapek (11,12), umístěných v potrubí (2) koncového elementu za sebou ve vzdálenosti větší než je poloměr po5 trubí (2), přičemž alespoň jedna klapka (11, 12) je propojena s regulačním zařízením.
2. 2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že alespoň jedna klapka (11, 12) je opatřena na 30 až 60 % své plochy perforací,
3. 3. Zařízení podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že průměr alespoň jedné klapky (11,12) je o
4. 4 až 8 % menší než je vnitřní průměr potrubí (2).

   ío 4. Zařízení podle kteréhokoli z předchozích nároků, vyznačující se tím, že klapky (11, 12) jsou navzájem propojeny pro současné naklápění.
5. 5. Zařízení podle kteréhokoli z předchozích nároků, vyznačující se tím, že úhel naklápění klapek (11, 12) je nastaven po 15° od 0 do 90°.
6. 6. Zařízení podle kteréhokoli z předchozích nároků, vyznačující se tím, že je sou15 částí koncového distribučního elementu.