FI79407C - Foerfarande och anordning foer reglering av volymstroemmen i ventilationsanlaeggningar. - Google Patents

Description

79407 1 Menetelmä ja laite tilavuusvirran säätämiseksi ilmastointilaitoksissa Förfarande och anordning för regiering av volymströmmen 1 ventilationsanläggnlngar 5

Keksinnön kohteena on menetelmä tilavuusvirran säätämiseksi ilmastointi-laitoksissa, jossa menetelmässä säädetään ilmastointlkanavaan sovitetun säätölaitteen avulla ilmakanavassa kulkevaa tilavuusvirtaa säätölaitteen 1C säätöpeltiä tai vastaavaa avaamalla tai sulkemalla.

Ilmanvaihtokanaviin sovitettujen säätöventtiilien ja säätöpeltien suurena haittana on niiden huono säädettävyys. Säätöpeltiä avattaessa alkaa säätöpellin kautta kulkeva ilmamäärä kasvaa jyrkästi ja ilmamäärän kasvu 15 tasaantuu säätöpellin saavuttaessa toisen ääriasentonsa. Kuitenkin tarvitaan usein tarkkaa ilmamäärän säätöä ja juuri sellaista säätöä, jossa säätösuureella saavutetaan tarkkaan haluttu tllavuusvlrta. Tunnetut säätöpeltiratkalsut eivät kuitenkaan mahdollista tällaista toimintaa, vaan venttiilin toiminta on hyvin epälineaarista ja siten myös monesti . . 20 ei-hallittua.

Tällä hetkellä ilmastointilaitoksessa ilmavirtausten hallinnassa vaikeimpia ongelmia on suurten ilmavirtojen säätö. Ilmavirtausten säätöön käytetään tavallisimmin kääntyvin sälein varustettua säätöpeltiä.

25

Ilmastointijärjestelmät on mitoitettava ja rakennettava siten, että järjestelmässä ei synny tarpeetonta painehäviötä. Suuret painehäviöt aiheuttavat kanavlstossa ääniongelmia sekä vaativat suurempia ja tehokkaampia puhaltimia ja vahvempia kanavia. Kyseiset seikat lisäävät suo-30 raan laitoksen rakennus- ja käyttökustannuksia sekä huonontavat sen käyttömukavuutta. Kyseiset seikat aiheuttavat erityisvaatimuksia myös kanavistokomponenteille, kuten säätöpelleille. Mm. palnehäviöongelman ta-kia säätöpellit rakennetaan nlmelllsmitoiltaan kanavistojen kanssa yhteneviksi, jotta täysin auki ollessaan ne eivät aiheuttaisi suurta pai-35 nehäviötä. Tästä syystä säätöpellit ovat säätötekniseeti ylimitoitettuja. Näin ollen myös niiden tehollinen ominaiskäyrä on hyvin epälineaarinen ja edelleen niiden tehollinen säätöalue jää kapeaksi. Epälineaa- 2 79407 1 rinen tehollinen ominaiskäyrä aiheuttaa sen, että säätöpellin ohjaus-suureen muutos (0-100 X) ei muuta suorassa suhteessa tilavuusvirtaa, vaan ohjattu tilavuusvirta voi olla haluttuun tilavuusvirtaan nähden pahimmillaan moninkertainen.

5

Keksinnön päämääränä on ensisijaisesti sellainen laiteratkaisu ja mene-telmäratkaisu, jolla pystytään muuttamaan säätöpellin tehollista omi-naiskäyrää niin, että tietty ohjausviestin muutos vastaa haluttua tilavuusvirran muutosta. Keksinnön päämääränä on myös sellainen menetelmä ja 10 laiteratkaisu, jolla pystytään nimenomaan linearisoimaan säätöpellin avautuminen siten, että ohjearvomuutos 0-100 %:a vastaa lineaarisesti tilavuusvirran muutosta 0-100 X:a.

Keksinnön päämäärään päästään menetelmäratkaisulla, jolle on pääaslalll-15 sesti tunnusomaista, että menetelmässä säätölaitteen säätöpellin tai vastaavan ilmavirtausta säätävän elimen ohjausvlesti epälinearlsoldaan säätölaitteen tehollisen ominalskäyrän ja halutun tehollisen ominaiskäy-rän perusteella ja kyseisen epälinearisoidun ohjausviestifunktion avulla ohjataan säätölaitteen säätöpellin tai vastaavan avautumista ja sulkeu-20 tumista.

Keksinnön mukaiselle laitteistolle on pääasiallisesti tunnusomaista, että laite käsittää säätöpeltlä tai vastaavaa liikuttavaan toimilaitteeseen liitetyn muunnosykslkön, jonka avulla säätöpellin tai vastaavan 25 liikuttamiseen tarkoitettu ohjausviesti epälinearlsoldaan säätölaitteen tehollisen ominalskäyrän ja halutun tehollisen ominalskäyrän perusteella ja jossa laitteessa kyseisen epälinearisoidun ohjausviestifunktion avulla ohjataan säätölaitteen säätöpellin tai vastaavan avautumista ja sulkeutumista.

30

Keksintöä selostetaan seuraavassa viittaamalla oheisien piirustuksien kuvioissa esitettyihin keksinnön eräisiin edullisiin suoritusmuotoihin, joihin keksintöä ei ole tarkoitus kuitenkaan yksinomaan rajoittaa.

35 Kuviossa 1 on esitetty keksinnön mukainen menetelmä graafisesti.

3 79407 1 Kuviossa 2A on esitetty keksinnön mukaisen menetelmän eräs sähköinen toteutus lohkokaaviona.

Kuviossa 2B on esitetty keksinnön mukaisen menetelmän eräs mekaaninen 5 toteutus lohkokaavioesityksenä.

Kuviossa 3A on esitetty eräs keksinnön mukaisen laitteiston edullinen mekaaninen suoritusmuoto.

10 Kuviossa 3B on esitetty eräs toinen keksinnön mukaisen laitteen edullinen suoritusmuoto.

Kuviossa 3C on esitetty kolmas keksinnön mukaisen laitteen edullinen mekaaninen suoritusmuoto.

15

Keksinnön mukainen menetelmä ja laitteisto soveltuu ilmavirtausten säätöön. Se soveltuu ilmavirtojen säätöön ilmanvaihtolaltoksissa käytettävien säätölaitteiden, kuten säätöpeltien yhteydessä.

20 Kuviossa IA on esitetty graafisesti tavanomaisen epälineaarisen säätöpel-lin ominaiskäyrä. Vaakakoordinaatistossa on esitetty säätöpellin ohjaus-viesti eli ohjaussuure prosentuaalisena. Pystykoordinaatlstossa on esitetty säädetty tilavuusvirta eli tässä toimisuure.

25 Kuviosta nähdään, että säätöpellin avautuessa kasvaa säätöpellin kautta kulkeva ilmamäärä voimakkaasti ja säätöpellin saavuttaessa äärimmäisen aukioloasentonsa tasaantuu kyseinen ilmamäärän kasvu. Kuvioon IB on piirretty muunnetun ohjausviestin ominaiskäyrä, joka on säätöpellin tehollisen ominalskäyrän käänteisfunktio.

30

Kuviossa IB on esitetty suurennetussa mittakaavassa keksinnön mukainen menetelmäperiaate. Vaakakoordinaatistossa on esitetty alkuperäinen oh-jausviesti prosentuaalisena eli ohjaussuure. Pystykoordinaatlstossa on esitetty muunnettu ohjausvlesti eli toimisuure. Toimisuure keksinnön 35 mukaisessa menetelmässä on säädetty ilmamäärä. Keksinnön mukaisessa menetelmässä ohjausvlesti epällnearisoldaan käänteisesti järjestelmäs- 4 79407 1 sä käytettävän toimilaitteen tehollisen ominaiskäyrän epälineaarisuuteen ja haluttuun teholliseen ominaiskäyrään nähden.

Kuviossa IB on esitetty eräs keksinnön mukainen säätö. Halutaan tila-5 vuusvirta V^, joka on esim. 30 Z maksimi-ilmamäärästä. 30 %:n ohjaus-viestiarvolla saavutetaan, kuten kuviosta nähdään, yli 70 %:n tilavuus-virta. Päämääränä linearisoinnissa on, että 30 Z:n tilavuusvirtamäärään päästään nimenomaan 30 £:n ohjausviestillä eli että ohjausviesti on suuruudeltaan 30 Z koko ohjaussuurealueesta.

1C

Kuviossa IB esitetysti suoritetaan linearisointi siten, että ensin toimilaitteen teholliselle ominaiskäyrälle f muodostetaan käänteisfunktio halutun tehollisen ominaiskäyrän f suhteen. Kyseisen käänteisfunktion kuvaaja f^ on tehollisen ominaiskäyrän kuvaajan f peili-15 kuva käyrän f suhteen. Tällöin saadaan kuviossa IB esitetty käyrä f^. Kuviosta nähdään, että pyrittäessä 30 Z:n ohjausviestillä 30 %:n tilavuusvirtamäärään tulee ohjausviestin olla käänteisfunktiokäyrän pisteen B oordinaatta eli noin 10 Z:a.

20 Kuviossa IB esittää pystykoordinaatti myös muunnettua ohjausviestiä prosentuaalisesti. Kuvioon IB on piirretty säätöpellin haluttu lineaarinen tehollinen ominaiskäyrä ja sitä on merkitty kirjaimella fc.

Kuviossa 2A on esitetty lohkokaavioesityksenä keksinnön mukaisen menetel-25 män toteutus sähköisesti. Kuviossa on ensimmäistä lohkoa merkitty kirjaimella Mq, toista lohkoa kirjaimella ja viimeistä lohkoa kirjaimella P . Sähköinen alkuperäinen ohjausviesti tuodaan sähkömoottorin ohjausyksikköön Mq, joka suorittaa alkuperäisen ohjausviestin muokkauksen sähköisessä muunnosyksikössä L niin, että muodostetaan säätöpellin tai vastaa- o 30 van laitteen tehollisen ominaiskäyrän muotoa vastaava epällnearlsoldun ohjausviestin käyrä. Muunnosyksikkö tuottaa muunnetun ohjausviestin S^, jolla liikutetaan säätöpellin 11 pyörityeakselia 11a tai vastaavaa. Li-nearisoidussa mallissa kyseinen epälinearisoitu ohjausviestikäyrä on säätölaitteen tehollisen ominaiskäyrän käänteisfunktio ja se antaa sen 35 ohjausviestiarvon, jolla tiettyä prosentuaalista alkuperäistä ohjaus-vlestiarvoa vastaa vastaavan prosenttiosuuden omaava toimlsuureen arvo 5 79407 1 ollen tässä suoritusmuodossa nimenomaan säädettävä Ilman tllavuusvirta V. Epälinearisointi voidaan sähköisessä menetelmässä toteuttaa analogia- tai digitaalitekniikalla tai niiden yhdistelmällä.

5 Sähköiselle menetelmälle on myös ominaista, että sille voidaan syöttää todellinen tehollinen ominaiskäyrä ja haluttu tehollinen ominaiskäyrä, jolloin menetelmässä määritetään edelleen niiden perusteella epälineari-sointifunktio.

10 Keksinnön mukaisesti voidaan erityisesti sähköisessä menetelmässä käyttää erilaisia epälinearisointifunktioita. Tietyn ja halutun muunnoksen suorittamiseksi voi käyttäjä valita erilaisista valmiista tietokoneen muistissa olevista epälinearisointifunktiokäyristä haluamansa. Käyttäjä voi myös vaikuttaa säätöpeltiin liittyvän liitännän avulla suoraan oh- 15 jausviestin epälineaarisuuteen. Käyttäjä voi virittää epälineaarisuus-käyrän säädettävän järjestelmän mukaiseksi sellaisilla parametreillä, jotka on mitattu säädettävästä järjestelmästä ja jotka on syötetty epä-linearisointiyksikölle. Erityisesti sähköisessä menetelmässä voidaan määrittää ilmastointikanavaan tarkoitetun säätölaitteen tehollinen omi-. . 20 naiskäyrä (funktio), jossa muuttujina säätölaitteen säätöpellin asento ja sillä saavutettu tllavuusvirta. Tämän jälkeen voidaan syöttää mikroprosessoriin tai tietokoneeseen halutun tehollisen ominaiskäyrän käyrä-muoto ja mikroprosessori tai vastaava määrittää näiden perusteella epä-lineaarisuuskäyrän.

25

Kuviossa 2B on esitetty havainnollisena lohkokaavioesityksenä eräs mekaanisesti toteutettu säätöpellin avautumista ohjaavan toimilaitteen ohjaus-suureen muunnos. Muunnos voi toteuttaa linaarisen säätöpellin avautumisen tai halutun epälineaarisen säätöpellin avautumisen.

30

Ohjausviesti Sj tuodaan mekaanisessa ratkaisussa esim. kääntöliikkeenä hammaspyörän akselille. Kyseistä mekaanista välitystä on merkitty kirjaimella Mj. Säätöpellin akselin 11a ja kyseisen mekaanisen välityksen Mj väliin on kytketty mekaaninen muunnin Lj esim. käyräpyörä, joka muuntaa 35 yksikköön Mj tuodun ohjausviestin Sj muunnetuksi ohjausvlestiksl , jolla avataan ja suljetaan säätöpeltlä 11 liikuttamalla sen akselia 11a tai vastaavaa.

6 79407 1 Mekaanisessa menetelmässä voi olla valmiiksi tehtynä erilaisia epäli-nearisointikäyriä, joista valitaan haluttuun tapaukseen sopiva. Näin ollen keksinnön mukaisella menetelmällä ja laitteella voidaan saavuttaa säätöpellin mikä tahansa haluttu säätö myös haluttaessa epälineaarinen 5 säätö.

Kuviossa 3A esitetysti tuodaan sähkömoottoriin 12 tietty ohjaussuure. Ohjaussuureen määrä voi olla esim. p-prosenttia ohjaussuureen kokonaismäärästä. Halutaan lineaarinen säätöpellin 11 avautuminen ja siten, että 10 tietyn prosentin suuruista ohjaussuuremäärää vastaten saavutetaan halutun prosenttimäärän suuruinen ilmavirtausmäärä.

Kuviossa 3A esitetysti tämä toteutetaan siten, että sähkömoottorin 12 akselille 12a on kytketty käyräplnnan 13a omaava lieriökappale 13 ja 15 hihnavälityksen 14 kautta pyörintäliike siirretään edelleen säätölaitteen 10 säätöpellin 11 akselille 11a sen vastepyörän 15 kautta. Hihnaa 14a siirretään halutun linearisoinnin toteuttamiseksi siirtäjällä 14b pitkin lieriökappaleen 13 ja 15 pintaa 13a ja 15a (nuoli L^), jotka on muodostettu siten, että toteutetaan haluttu linearisointi tai epä-20 linearisointi siten, että saadaan tiettyä ohjaussuuretta vastaamaan halutun suuruinen venttiilin tai säätöpellin 11 kautta kulkeva ilma-määrä.

Kuviossa 3B on esitetty eräs toinen keksinnön mukaisen mekaanisen li-25 nearisoinnin toteutus. Moottorin 12 akseli 12a on varustettu hammaspyörällä 16, joka liikuttaa edelleen hammastankoa 17. Hammastangon 17 toinen pääty on sovitettu liikkumaan vasteosan 17' avulla lulstiurassa 18, jonka käyrämuoto vastaa epälinearisointikäyrää. Näin ollen saadaan liike siirtymään hammaspyörään 12 kytkeytyvästä tangosta 17 edelleen 30 välivivun 19 kautta kanavassa K olevan pellin 11 tai säleen akselille 11a. Käyrän 18 muotoa muuttamalla saadaan haluttu muunnos ja näin ollen voidaan toteuttaa esim. säätöpellin linearisointi.

Kuviossa 3C on esitetty kolmas keksinnön mukaisesti mekaanisesti toteu-35 tettu menetelmän toteuttava laiteratkaisu. Toimlsuure tuodaan hammaspyörän 20 askelin 20a kautta hammastangolle 21. Hammaspyörä 20 on sovitettu kytkeytymään hammastangon 21 hammastukseen 21a. Hammastanko 21 7 79407 1 kytkeytyy edelleen käyräpyörään 22, joka on sovitettu pyörimään hammaspyörästä 20 välityksien, edullisesti välihammaspyörien 23 kautta pyörityksen saaneena. Näin hammaspyörän 20 pyörinnästä riippuen siirtyy käyrä-pyörän 22 käyrän 22a luistlpintojen ja hammastangon 21 vasteosan 21' vä-5 linen kosketuspiste D käyrällä ja näin välittyy hammaspyörän 20 liike käyräpyörän 22 käyrän 22a muodosta riippuen edelleen välivivun 24 kautta säätöpellin 11 tai vastaavan akselille 11a. Epälinearisointlkäyrän uran tai vastaavan muotoa muuttamalla saadaan aikaan haluttu säätö.

10 Keksinnön mukaista menetelmää voidaan soveltaa myös säätöratkalsulhin, joissa säädetään säätöpellin akselille siirtyvää voimaa. Säätöpellin ollessa kiinni on voimantarve säätöpeltlä tällöin avattaessa suurempi kuin muissa säätötilanteissa. Näin ollen keksinnön mukaista muunnosta käyttämällä saadaan suurempi avautumiavoima kohdistettua säätöpeltiin 15 tilanteessa, jolloin säätöpeltlä aletaan liikuttaa sen kiinnioloasen-nosta sen aukioloasentoon tai päinvastoin. Suurin momentin tai voimantarve esiintyy juuri siinä valheessa, jolloin säätöpellin vastepinnat kohtaavat kanavan tai siihen liitetyn vasteosan vastepinnat.

20 25 30 35

Claims (12)

1. Menetelmä tilavuusvirran säätämiseksi ilmastointilaitokslssa, jossa menetelmässä säädetään ilmastointikanavaan sovitetun säätölaitteen (10) 5 avulla ilmakanavassa kulkevaa tilavuusvirtaa säätölaitteen (10) säätö-peltiä (11) tai vastaavaa avaamalla tai sulkemalla, tunnettu siitä, että menetelmässä säätölaitteen (10) säätöpellin (11) tai vastaavan ilmavirtausta säätävän elimen ohjausviesti epälinearisoidaan säätölaitteen tehollisen ominaiskäyrän ja halutun tehollisen ominais-10 käyrän perusteella ja kyseisen epälinearisoidun ohjausvienstifunktion avulla ohjataan säätölaitteen säätöpellin tai vastaavan avautumista ja sulkeutumista.

1 Patenttivaatimukset

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, 15 että menetelmässä säätölaitteen (10) säätöpellin (11) avautuminen linearlsoidaan muuttamalla ohjausviestin ohjausfunktio säätölaitteen tehollisen ominaiskäyrän käänteisfunktioksi halutun tehollisen ominaiskäyrän suhteen.

3. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tun nettu siitä, että käyttäjä valitsee erilaisista valmiista epä-linearisointifunktiokäyristä halutun.

4. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, t u n -25 n e t t u siitä, että käyttäjä vaikuttaa säätöpeltiin (11) liittyvän liitännän avulla ohjausviestin epälineaarisuuteen.

5. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että käyttäjä virittää epälineaarlsuuskäyrän säädettävän 30 järjestelmän mukaiseksi sellaisilla parametreille, jotka on mitattu säädettävästä järjestelmästä ja jotka on syötetty epälinearisointlyksi-kölle.

6. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, 35 tunnettu siitä, että menetelmässä käytetään muunnoslaitteenä mekaanista muunninta, edullisesti luistikäyrää, käyräpyörää tai vastaavaa. 9 79407

7. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että epälinearisolnti suoritetaan mekaanisena epälineaarisena välityksenä, jolloin alkuperäinen ohjausviesti muunnetaan muunnetuksi ohjausviestlksl mekaanisesti siirtämällä ohjausviesti 5 hammaspyörältä (16;20) hammastankoon (17;21) ja ohjaamalla hammastankoa muunnoslaitteen (18;22), esim. luistikäyrän (18) avulla, joka vastaa halutun epälinearisointifunktion kuvaajan muotoa ja jossa laitteessa ham-mastangon (17;21) liike siirretään edelleen ilmastointilaitteen säätö-pellin (11) tai säleen tai vastaavan sulkijaosaa liikuttavalle akselille 10 (11a) tai vastaavalle.

8. Edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että menetelmässä käytetään mekaanisena muunnosyksikkönä käyrä-pyörää (22), jonka käyrän muoto vastaa haluttua epälinearisointikäyrää 15 ja jossa on sovitettu liikkumaan säätöpellin (11) akselille (11a) liikkeen antava toimilaite (21), joka on kytketty myös saamaan liikkeen hammaspyörältä (20) tai vastaavalta, johon alkuperäinen ohjausviesti siirretään ja jossa laitteessa käyräpyörää (22) liikuttamaan on sovitettu erillinen hammaspyörältä (20) liikkeen saava liikkeen välityslaitteisto (23). 20

8 79407

9. Laite tilavuusvlrtauksen säätämiseksi ilmastointilaitoksissa, jossa tilavuusvirtaa säädetään säätölaitteen (10) säätöpeltiä (11) tai vastaavaa avaamalla tai sulkemalla, tunnettu siitä, että laite käsittää säätöpeltiä (11) tai vastaavaa liikuttavaan toimilaitteeseen liite- 25 tyn muunnosyksikön (L^L^; 18;22) , jonka avulla säätöpellin (11) tai vastaavan liikuttamiseen tarkoitettu ohjausviesti epälinearisoidaan säätölaitteen tehollisen ominaiskäyrän (fa) ja halutun ominaiskäyrän (fc) perusteella ja jossa laitteessa kyseisen epälinearlsoidun ohjausviesti-funktion (fb) avulla ohjataan säätölaitteen (10) säätöpellin (11) tai 30 vastaavan avautumista ja sulkeutumista.

10. Edellisen patenttivaatimuksen mukainen laite, tunnettu siitä, että laite käsittää sähköisen muunnosyksikön (Lq) ohjausviesti-funktion epällnearisoimiseksi. 35

11. Patenttivaatimuksen 8 tai 9 mukainen laite, tunnettu siitä, että laite käsittää epälineaarisen välityksen toteuttavat toimielimet, 10 79407 1 joilla alkuperäinen ohjausviesti (sp muunnetaan muunnetuksi (sp ohjaus-viestiksi ja että laite käsittää hammaspyörän (16;20) ja hammastangon (17;21) ja luistikäyrän (18;22a), jolloin ohjausviesti (Sp on mekaanisesti siirrettävissä hammaspyörältä (16;20) hammastankoon (17;21) ja 5 jolloin edelleen hammastankoa (17;21) ohjataan luistikäyrän (18;22a) avulla, joka vastaa halutun epälinearisointifunktion kuvaajan muotoa ja jossa laitteessa hammastangon (17;21) liike lopuksi siirretään ilmastointilaitteen säätöpeltiä (11) tai vastaavaa liikuttavalle akselille (11a).

12. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen 8-10 mukainen laite, tunnettu siltä, että laite käsittää mekaanisena muunnosyksikkönä (Lp käyräpyörän (22;13), jonka muoto vastaa haluttua epälinearisointi-käyrää. 15 20 25 30 35 π 79407