PL177781B1

PL177781B1 - Czujnik przepływu w układzie wentylacyjnym pomieszczenia

Info

Publication number: PL177781B1
Application number: PL95319487A
Authority: PL
Inventors: Daniel Berckmans; Erik Vranken; Victor Goedseels; Gijs Jansen
Original assignee: Fancom Bv
Priority date: 1994-10-04
Filing date: 1995-10-03
Publication date: 2000-01-31
Also published as: WO1996010733A1; ES2120235T3; PL319487A1; NL9401632A; CZ285968B6; DE69503928D1; ATE169398T1; KR100406597B1; DE69503928T2; DK0805958T3; US6009763A; EP0805958A1; CZ99397A3; CA2201641A1; EP0805958B1; AU3710795A; CA2201641C

Abstract

1. Czujnik przeplywu w ukladzie wentylacyjnym po- mieszczenia, zawierajacy wirnik, zawieszony obrotowo w odcinku rury i który zawiera centralny rdzen i lopatki od- chodzace od rdzenia, przy czym co najmniej jedna lopatka rozciaga sie od rdzenia do sasiedztwa wewnetrznej scianki odcinka rury, a ponadto czujnik zawiera zespól pomiaru li- czby obrotów wirnika w jednostce czasu, znamienny tym, ze lopatka (16) wirnika (12) ma co najmniej dla szeregu przekroi poprzecznych kat H(r) spelniajacy równanie: [tg(H(r)) · Caldeb · C]/[r · D2] = Calrev gdzie: r - odleglosc danej czesci lopatki od srodka rdzenia (m); H(r) - kat lopatki w czesci, znajdujacej sie w odleglosci r od srodka rdzenia (°); Caldeb - kalibracyjna szybkosc przeplywu (m3 /h) Calrev - kalibracyjna predkosc obrotów (obr/min) D - srednica odcinka rury (m) przy czym 0.003 < C < 0.004 i jest korzystnie równe 6.67/1974. FIG. 3 F I G . 2 PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest czujnik przepływu w układzie wentylacyjnym pomieszczenia, w szczególności do pomiarów szybkości przepływu powietrza.

W znanych np. z EP 0545498 czujnikach przepływu tego typu, jako wirnik jest stosowany na przykład wirnik wentylatorowy, umieszczony w odcinku rury tak, aby mógł się w niej swobodnie obracać. Mierzona jest szybkość obrotów wirnika i na tej podstawie jest określana z

177 781 pewną dokładnością szybkość przepływu powietrza przez rurę. W przypadku znanych czujników przepływu, zależność między zmierzoną prędkością obrotową a szybkością przepływu przez odcinek rury nie jest liniowa, a ponadto zależy od spadku ciśnienia w układzie pomiarowym. W szczególności, przy niskich prędkościach obrotowych i małych szybkościach przepływu oraz przy dużych różnicach ciśnienia w odcinku rury, można uzyskać bardzo niepewne wskazania urządzenia.

Wirnik wenty latorowy jest tak skonstruowany, aby jego energię obrotów można było przekształcać na ruch powietrza. Odpowiednio do tego celu są dobierane liczba łopatek i kształt łopatek wirnika wentylatorowego. Kiedy wirnik zostanie użyty jako wirnik swobodnie obracający się, tj. wirnik, który nie jest napędzany przy pomocy silnika lub podobnych środków, zależność między prędkością obrotów wirnika a szybkością przepływu powietrza przez powierzchnię obrotów wirnika jest wyliczana w zasadzie z liniowej zależności, w szczególności przy niskich prędkościach i/lub dużych różnicach ciśnienia między dwiema stronami wirnika, a ponadto jest bezpośrednio zależna od różnicy ciśnienia między końcami odcinka rury.

Przy niskich prędkościach i dużych różnicach ciśnienia, powietrze będzie wracało przez wirnik (tak zwany przepływ wsteczny), co powoduje, że prędkość obrotów wirnika zmienia się przy stałej szybkości przepływu, na przykład w wyniku znajdującego się w sąsiedztwie wentylatora. Ponadto, wirnik wentylatorowy zwykle powoduje silne zaburzenia powietrza, które również ujemnie wpływają na działanie czujnika przepływu. Oznacza to, że takie czujniki przepływu mają gorsze charakterystyki pomiarowe, w szczególności przy niskich szybkościach przepływu, oraz że działanie znanych czujników przepływu w szczególności niejest niezależnie od ciśnienia.

Celem wynalazku jest opracowanie czujnika przepływu o dobrej charakterystyce przepływu.

Czujnik przepływu w układzie wentylacyjnym pomieszczenia, zawierający wirnik, zawieszony obrotowo w odcinku rury i który zawiera centralny rdzeń i łopatki odchodzące od rdzenia, przy czym co najmniej jedna łopatka rozciąga się od rdzenia do sąsiedztwa wewnętrznej ścianki odcinka rury, a ponadto czujnik zawiera zespół pomiaru liczby obrotów wirnika wjednostce czasu, według wynalazku charakteryzuje się tym, że łopatka wirnika ma co najmniej dla szeregu przekroi poprzecznych kąt spełniający równanie:

[tg(H(r)) · Caldeb · C]/[r · D²] = Całrev gdzie:

r - odległość danej części łopatki od środka rdzenia (m);

H(r) - kąt łopatki w części, znajdującej się w odległości r od środka rdzenia (°);

Caldeb - kalibracyjna szybkość przepływu (m³/h)

Calrev - kalibracyjna prędkość obrotów (obr/min)

D - średnica odcinka rury (m) przy czym 0.003 <C <0.004 i jest korzystnie równe 6.67/1974.

Korzystnie w przypadku każdego przekroju poprzecznego łopatki kąt łopatki spełnia wyrażenia:

[tg(H(r)max) · Maxdeb · C]/[r · D²] < Maxrev i [tg(H(r)min) · Mindeb · C]/[r · D2] <Minrev gdzie:

H(r)_max - maksymalny kąt łopatki w odległości r od rdzenia (°);

H(r)_min - minimalny kąt łopatki w odległości r od rdzenia (°);

Maxdeb - maksymalna mierzona szybkość przepływu (m3/h)

Mindeb - minimalna mierzona szybkość przepływu (m3/h)

Maxrev - maksymalna mierzona prędkość obrotowa (obr/min)

Minrev - minimalna mierzona prędkość obrotowa (obr/min).

m 781

Korzystnie dla każdej kombinacji dwóch przekroi poprzecznych łopatki spełnione jest równanie:

[r · cos(Hi) · Bi]/[r2 · cos(H2) · B2] > 1 gdzie:

η - odległość pierwszej części od środka rdzenia (m); r2 - odległość drugiej części od środka rdzenia (m); przy czym υ>η;

Hi - kąt łopatki w pierwszej części (°);

H2 - kąt łopatki w drugiej części (°);

Bi - szerokość łopatki w pierwszej części (m),

B2 - szerokość łopatki w drugiej części (m), gdzie wszystkie kąty łopatki wirnika leżą w pierwszej ćwiartce, zaś kąt łopatki i szerokość łopatki mają gładkie funkcje ponad łopatką.

Korzystnie wirnik zawiera dwie łopatki, które wraz z rdzeniem obejmują całą średnicę przekroju poprzecznego odcinka rury, przy czym łopatki korzystnie są umieszczone naprzeciw siebie, wzdłuż średnicy odcinka rury.

Korzystnie odległość między swobodnym końcem łopatki a wewnętrzną ścianką odcinka rury jest mniejsza niż 2%, a korzystnie równa około 1% średnicy odcinka rury.

Korzystnie krzywizna łopatki w części prowadzącej jest mniejsza niż 5°, a korzystnie równa w przybliżeniu 0°.

Korzystnie w przekroju poprzecznym każdej łopatki największa grubość występuje mniej więcej w 1/3 szerokości łopatki, mierząc od przedniej części łopatki, przy czym największa grubość jest równa korzystnie około 10% szerokości łopatki.

Korzystnie rdzeń wirnika ma przednią powierzchnię równą nie więcej niż około 10% powierzchni wewnętrznego przekroju poprzecznego odcinka rury.

Korzystnie w odcinku rury, za wirnikiem, umieszczony jest wentylator.

Korzystnie odległość między łopatkami wentylatora i łopatkami wirnika jest równa przynajmniej średnicy odcinka rury.

Korzystnie od strony wirnika odcinek rury posiada wygiętą na zewnątrz krawędź wlotu, której promień krzywizny jest większy niż 10% średnicy odcinka rury, przy czym wirnik jest umieszczony na poziomie krawędzi dopływu.

Korzystnie od strony wirnika, odcinek rury, zawiera wygiętą na zewnątrz krawędź wlotu, której promień krzywizny jest większy niż 10% średnicy odcinka rury, przy czym wirnik jest oddalony od krawędzi wlotu, o co najmniej połowę średnicy odcinka rury.

Korzystnie dla każdej kombinacji dwóch przekroi poprzecznych łopatki kąty łopatki spełniaj ą równanie:

(u/n) · tan(Hi) = tan(H2) gdzie:

ri - odległość pierwszej części od środka rdzenia (m), r2 - odległość drugiej części od środka rdzenia (m),

Hi - kąt łopatki w pierwszej części (°),

H2 - kąt łopatki w drugiej części (°).

Korzystnie dla każdego przekroju poprzecznego łopatki kąt łopatki spełnia równanie: [tg(H(r)) · Caldeb · C]/[r · D2] = Calrev gdzie:

r - odległość danej części łopatki od środka rdzenia (m);

Caldeb - kalibracyjna szybkość przepływu (m3/h)

Calrev - kalibracyjna prędkość obrotów (obr/min)

177 781

Kąty łopatek w różnych przekrojach poprzecznych łopatek wirnika czujnika przepływu według wynalazku powodują, że czujnik przepływu, ma niemal niezależną od ciśnienia charakterystykę pomiarową w swoim zakresie pomiarowym czujnika. Parametry kalibracyjne zwane parą konstrukcyjną. składające się z kalibracyjnej szybkości przepływu i kalibracyjnej prędkości obrotów, mogąbyć tak dobrane, że charakterystyki pomiarowe mogąbyć łatwo dobrane do środków pomiarowych i innych, ewentualnie, środków w celu określenia sposobu przetwarzania zarejestrowanych prędkości obrotowych wirnika podczas jego eksploatacji. Charakterystyka, dana według wynalazku, wartości kąta łopatki wzdłuż długości łopatki wirnika ma tę zaletę, że zaczynając od pary konstrukcyjnej odpowiedniej dla danego zastosowania i od odpowiedniej średnicy odcinka rury, może być zawsze uzyskany w zasadzie niezależny od ciśnienia czujnik przepływu, tj. dla każdego zastosowania można zaproj ektować czuj nik przepływu, maj ący w zasadzie liniową charakterystykę pomiarową, przy czym charakterystyka pomiarowa zawiera przynajmniej wybraną parę konstrukcyjną. Dzięki swojej konstrukcji, w szczególności w połączeniu z wyborem odpowiedniego materiału, czujnik przepływu może być stosowany w zakurzonym i wywołującym korozję środowisku, przy znacznych wahaniach temperatury i przy różnych wartościach wilgotności. Czujnik przepływu może być używany do pomiaru szybkości przepływu gazu, ale może być również wykorzystany do pomiaru szybkości przepływu cieczy.

Czujnik przepływu według wynalazku jest w szczególności odpowiedni do wykorzystania w przemysłowych, rolniczych i cywilnych zastosowaniach, związanych z klimatyzacją, kontrolą przebiegu procesów technologicznych, kontrolą emisji, pomiarem emisji w warunkach roboczych i tym podobnie.

Kiedy stosowany jest czujnik przepływu ze swobodnie obracającym się wirnikiem, ważne jest, żeby prędkość obrotów wirnika podczas pracy pozostawała w ustalonych granicach przy minimalnej i maksymalnej szybkości mierzonego przepływu, aby uniknąć zakłóceń charakterystyki pomiarowej. Przy zbyt dużych prędkościach, ruchy łopatek wywołują nieprawidłowe działanie wirnika, co ujemnie wpływa na dokładność pomiaru i czułość. Ponadto, przy zbyt dużych prędkościach wirnika, występuje niedopuszczalny hałas oraz zużycie materiału. Przy zbyt niskich prędkościach, dokładność pomiaru czujnika przepływu staje się zbyt niska.

Wyposażaj ąc wirnik w dwie łopatki, korzystnie ustawione naprzeciw siebie wzdłuż średnicy, uzyskiwany jest stabilny wirnik, który może być zamontowany łożyskowo w prosty sposób, ponieważ tylko minimalne siły są wywierane na łożysko. Mimo wszystko, w przeciwieństwie do wirników znanych czujników przepływu, wirnik według wynalazku nie jest przeznaczony do przekazywania energii. Musi być pokonane tylko tarcie łożyska. Ponadto, tylko bardzo mała część przedniej powierzchni odcinka rury jest zakryta przez stacjonarny wirnik. Dzięki temu, opór przepływu, a zatem i wpływ wirnika na charakter przepływu w odcinku rury są minimalne. Ponieważ łopatki sięgają w sąsiedztwo wewnętrznej ścianki odcinka rury, cały odcinek rury jest obejmowany przez obracający się wirnik. W przypadku wirnika, ma to tę zaletę, że charakterystyka ruchu wirnika jest niezależna od charakterystyki przepływu w odcinku rury. Czujnik przepływu według wynalazku może być stosowany zarówno w turbulencyjnym, jak i laminarnym przepływie gazu przez odcinek rury bez zmiany charakterystyk pomiaru, przy czym w każdym przypadku czujnik przepływu zachowuje swoją dokładność.

Dzięki umieszczeniu wentylatora w odcinku rury, uzyskiwane jest zwarte urządzenie, które może być łatwo instalowane, przy czym wirnik i wentylator mogą być ustawione względem siebie w optymalny sposób. Umieszczenie wentylatora za wirnikiem, pozwala uzyskiwać dokładniejsze wskazania czujnika przepływu.

Przeciwne kierunki obrotów wentylatora i wirnika wytwarzają korzystne charakterystyki przepływu wewnątrz odcinka rury i zapobiegają niekorzystnym zakłóceniom charakterystyk pomiarowych, wywołanym na przykład przez niepożądane drgania.

Wirnik może być szczególnie korzystnie umieszczony wewnątrz odcinka rury i może wówczas być używany w czujniku przepływu, ponieważ ma charakterystykę obracania się w zasadzie niezaleznąod ciśnienia. Wirnik może być łatwo przystosowany do średnicy odpowiednie177 781 go odcinka rury w taki sposób, że przy jednym obrocie wirnika wewnątrz odcinka rury, w zasadzie cały przekrój poprzeczny odcinka rury jest obejmowany przez łopatki.

Przedmiot wynalazku w przykładzie wykonaniajest przedstawiony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia przekrój przez stajnię, zawierającą urządzenie wentylujące, fig. 2 - widok z boku, częściowo w przekroju, czujnika przepływu według wynalazku, fig. 3 - widok wirnika wzdłuż linii III-III z fig. 2, fig. 4 - schematycznie dolną część przekroju poprzecznego łopatki według fig. 3, fig. 5 - widok wirnika z przodu.

Stajnia 1, zawiera pomieszczenie wewnętrzne 5, ograniczone przez ściany 2, dach 3 i podłogę 4. W pomieszczeniu wewnętrznym 5 znajdują się grzejniki 6 i zespół pomiarowy 7 dla określania składu powietrza w pomieszczeniu 5. W dachu 3 umieszczony jest odcinek rury 8, łączący się pierwszym otwartym końcem 9 z pomieszczeniem wewnętrznym 5, zaś przeciwnym, drugim otwartym końcem 10 z otoczeniem 11 stajni 1. W odcinku rury 8, który ma kołowy przekrój poprzeczny, wirnik 12 jest zawieszony w sposób umożliwiający swobodne obracanie się w sąsiedztwie skierowanego do wewnątrz pomieszczenia wewnętrznego 5 pierwszego końca 9, przy czym wirnik 12 będzie opisany poniżej. W sąsiedztwie drugiego otwartego końca 10 w odcinku rury 8 umieszczony j est wentylator 13, przy pomocy którego powietrze może być usuwane z pomieszczenia wewnętrznego 5 do otoczenia 11 poprzez odcinek rury 8.

Grzejnik 6, zespół pomiarowy 7 do pomiaru składu powietrza, wirnik 12 i wentylator 13 są połączone z urządzeniem sterującym 14, na przykład z urządzeniem sterowanym przez komputer. Do urządzenia sterującego 14 sąrównież dołączone regulujące wentylację zawory 15 w ścianach 2, dachu 3 i/lub podłodze 4. Na podstawie zmierzonego składu powietrza, regulujące wentylację zawory 15 są ustawiane w pozycjach otwartej lub zamkniętej, wentylator 13 jest sterowany w ten sposób, że pożądany strumień powietrza, konieczny dla odświeżania powietrza w pomieszczeniu wewnętrznym 5 jest usuwany przez odcinek rury 8. W związku z tym, ważne jest, aby szybkość przepływu usuwanego powietrza była dokładnie określona i regulowana w celu uzyskania optymalnej wentylacji pomieszczenia wewnętrznego 5, bez, na przykład, zużywania zbyt dużej ilości ciepła i bez wywoływania przeciągów.

Wirnik 12 zawiera dwie płytki 16, umieszczone naprzeciw siebie wzdłuż średnicy i przymocowane do rdzenia 30, który jest zamontowany przy pomocy łożyska w obudowie 32 tak, aby mógł płynnie obracać się, przy czym obudowa 32 jest centralnie zawieszona w odcinku rury 8 przy pomocy pewnej liczby radialnych wsporników 33. Rdzeń 30 ma małą powierzchnię widzianą od przodu i jest ukształtowany aerodynamicznie tak, że charakterystyka przepływu powietrza wewnątrz odcinka rury 8 jest minimalnie zakłócona przez rdzeń 30. Oś obrotów S wirnika 12 pokrywa się z wzdłużną osią odcinka rury 8. Łopatki 16 sięgająw pobliże wewnętrznej ściany odcinka rury 8. Odległość między wewnętrzną ścianą odcinka rury 8 i wolnym końcem łopatki 16 jest mniejsza niż 2% średnicy odcinka rury 8, korzystnie równa jest w przybliżeniu 1 %. Zatem niemal cały przekrój poprzeczny odcinka rury 8 jest objęty przez łopatki 16 podczas użytkowania wirnika 12, dzięki czemu czujnik przepływu może być stosowany zarówno w przypadku przepływu turbulencyjnego, jak i w przypadku przepływu laminamego w odcinku rury 8. Korzystnie, kierunek obrotów wirnika 12 jest przeciwny do kierunku obrotów wentylatora 13.

W pokazanym przykładzie wykonania, odcinek rury 8 jest w pierwszym otwartym końcu 9 wyposażony w odchyloną na zewnątrz krawędź wlotu 31, której promień krzywizny r j est większy niż 10% średnicy D odcinka rury 8. Wirnik 12 jest korzystnie umieszczony albo na poziomie krawędzi wlotu 31 lub w pewnej odległości od krawędzi wlotu 31, przy czym odległość ta jest równa przynajmniej połowie średnicy D przekroju rury 8. Przy zastosowaniu jednej z tych konfiguracji, charakterystyka wlotu powietrza do odcinka rury 8 nie wpływa na charakterystyki pomiarowe czujnika przepływu. Dalej, wtym celu, wirnik 12 i wentylator 13 są oddalone od siebie o odległość przynajmniej zbliżoną do średnicy D odcinka rury 8.

W celu mierzenia szybkości przepływu powietrza przez odcinek rury 8, wirnik 12 zawiera zespół pomiaru szybkości 17 w celu określania prędkości obrotów wirnika 12. Zmierzona prędkość jest funkcją szybkości przepływu powietrza i najej podstawie można, na przykład, przy po8

177 781 mocy urządzenia sterującego 14, regulować prędkość obrotową wentylatora 13, ustalać pozycje różnych zaworów regulacyjnych 15 i regulować grzejnik 6.

Aby można było wyliczać szybkość przepływu powietrza z prędkości obrotów wirnika 12 w tani i wiarygodny sposób, istotne jest, aby była liniowa zależność między szybkością przepływu a zmierzonąprędkościąobrotów, niezależnie od różnicy ciśnień między pomieszczeniem wewnętrznym 5 a otoczeniem 11 i niezależnie od charakterystyki przepływu w odcinku rury 8. Ta liniowa zależność jest w zasadzie określona przez konfigurację wirnika 12, a w szczególności przez konfigurację łopatki.

W tym celu, w łopatkach 16 wirnika 12, jak pokazano na fig. 2, kąt H łopatki 16 w każdym przekroju spełnia zależność:

[tg(H(r)) · Caldeb · C]/[r · D2] = Calrev /1/ gdzie:

r - odległość danej części łopatki od środka rdzenia (m),

H(r) - kąt łopatki w odległości r od środka rdzenia (°),

Caldeb - kalibracyjna szybkość przepływu (m3/h)

Calrev - kalibracyjna prędkość obrotów (obr/min)

D - średnica odcinka rury (m) przy czym C jest zawarte między 0.003 a 0.004 i jest korzystnie równe 6.67/1974. W praktyce, kąt H łopatki 16 powinien korzystnie różnić się od optymalnego kąta H łopatki 16 maksymalnie o 3°.

Kąt H łopatki jest określony jako kąt między łopatką 16 a osią obrotów S wirnika 12, jak pokazano na fig. 3.

W celu obliczenia odpowiedniej konfiguracji dla łopatek 16, należy dobrać kombinację kalibracyjnąK, która może być określana mianem pary konstrukcyjnej, odpowiedniej dla danego zastosowania i składa się z kalibracyjnej szybkości przepływu Caldeb i związanej z niąkalibracyjnej prędkości obrotów Calrev. Para konstrukcyjna Kjest dobierana między innymi w zależności od stosowanego urządzenia sterującego 14 i zespołu pomiaru prędkości 17 i tworzy punkt na charakterystyce pomiarowej czujnika przepływu. Jako przykład, tabela 1 przedstawia kąty H łopatki 16 wirnika 12, którego działanie jest niezależne od ciśnienia, a zatem jest szczególnie odpowiednie w przypadku czujnika przepływu według wynalazku.

Tabela 1

Caldeb Calrev D C	500 m³/h 125 obr/min 0.45 m O.OO34		Maxdeb Maxrev Mindeb Minrev	8000 m³/h 2000 obr/min 120 m³/h 30 obr/min
r(m)	H(r) (°)	B (m)
1	2	3
	0.05	36.8		0.100
	0.06	42.0
	0.07	46.4
	0.08	50.2
	0.09	53.4
	0.10	56.3		0.061
	0.11	58.8
	0.12	60.9
	0.13	62.8

177 781 cd. tabeli 1

1	2	3
0.14 0.15 0.16 0.17 0.18 0.19 0.20 0.21	64.5 66.0 67.4 68.6 69.7 70.6 71.5 72.4	0.051 0.047

Następnie, w celu dalszej optymalizacji czujnika przepływu, a w szczególności wirnika 12, dla przynajmniej większej części każdej łopatki 16 określona jest szerokość B łopatki, spełniająca równanie:

[rj •cos(H1) · Bi]/[r2 · cos(H2) · B2]>1 /2/ gdzie:

η - odległość pierwszej części od środka rdzenia 30 (m); ty - odległość drugiej części od środka rdzenia 30 (m); przy czymty>r1

H1- kąt łopatki w pierwszej części (°);

H2 - kąt łopatki w drugiej części (°);

B1 - szerokość łopatki w pierwszej części (m);

B2 - szerokość łopatki w drugiej części (m), gdzie wszystkie kąty łopatki 16 wirnika 12 leżą w pierwszej ćwiartce, zaś kąt łopatki H i szerokość łopatki B są gładkimi funkcjami r. W celu stosowania wirnika 12 w czujniku przepływu powietrza w przypadku pokazanym na fig. 1, szerokość łopatki 16 powinna być równa korzystnie między 1a 15 cm. Dla przykładu wykonania opisanego w tabeli 1, szerokość B łopatki 16 jest równa 10 cm w odległości 5 cm od środka rdzenia 30. Funkcja szerokości łopatki 16 w zależności od rjest pokazana w tabeli 1 w prawej kolumnie. W pokazanym przykładzie wykonania, rdzeń 30 ma średnicę około 10 cm.

W przypadku pomiaru przepływu powietrza przy pomocy swobodnie obracającego się wirnika 12, prędkość powinna być korzystnie utrzymywana w odpowiednim zakresie wartości. Przy zbyt wysokich prędkościach obrotów wirnika 12 rośnie prawdopodobieństwo powstania niestabilności łopatek 16 wirnika 12, co ujemnie wpływa na charakterystyki pomiarowe. Ponadto, powoduje to znaczne zużycie różnych elementów urządzenia i wywołuje nieprzyjemny hałas. Przy zbyt niskich prędkościach obrotów, dokładność pomiaru czujnika przepływujest zbyt podatna na czynniki zakłócające.

Dla danej maksymalnej i minimalnej dopuszczalnej prędkości obrotowej, maksymalna i minimalna szybkość przepływu może być określona dla każdego wirnika 12 z zależności [tg(H(r)_ma) · Maxdeb · C]/[r · d2] < Maxrev 131 i

[tg(H(r)m>n) · Mindeb · C]/[r · d2] < Minrev /-4/ gdzie:

H(r)_ma - maksymalny kąt łopatki w odległości r (°);

H(r)_min - minimalny kąt łopatki w odległości r (°);

Maxdeb - maksymalna mierzona szybkość przepływu (m3/h)

Mindeb - minimalna mierzona szybkość przepływu (m3/h)

Maxrev - maksymalna mierzona prędkość obrotowa (obr/min)

Minrev - minimalna mierzona prędkość obrotowa (obr/min)

Wprowadzając do górnego równania /3/kąt H łopatki 16 i maksymalnąosiągalnąprędkość obrotową, łatwo można określić maksymalną, mierzalną szybkość przepływu, zaś wprowa10

177 781 dzając do dolnego równania /4/ kąt H łopatki 16 i minimalną dopuszczalną prędkość obrotową, można łatwo określić minimalną szybkość przepływu, jaką można zmierzyć.

Na odwrót, na podstawie tych samych równań /3/ i /4/, można również wyliczyć maksymalny, dopuszczalny kąt H łopatki 16 dla każdej części na podstawie maksymalnej szybkość przepływu, jaka ma być mierzona i maksymalnej dopuszczalnej prędkości obrotowej i, podobnie, wyliczyć minimalny kąt H łopatki 16 dla każdej części przez wprowadzenie minimalnej szybkości przepływu, jaka ma być mierzona i minimalnej, pożądanej prędkości obrotowej. Umożliwia to określeniem przed oszacowaniem kątów (H) łopatki 16 wirnika 12, ograniczeń konstrukcyjnych, na podstawie których można dobrać korzystną kombinację kalibracyjnąK. Tabela 2 przedstawia maksymalny H(r)_ma_X i minimalny H(r)_min kąt H łopatki 16 dla różnych części wirnika 12, poczynając od kryterium konstrukcyjnego, podanego w nagłówku tabeli 2.

Tabela 2

Maxdeb 6OOO m /h Maxrev 2OOO obr/min Mindeb 200 m /h Minrev 30 obr/min D 0.45 m C 0.0034
promień r (m)	kąt minimalny H((),„_d (°)	kąt maksymalny H(r)_ma_[ (°)
O.O5	24.2	45
0.06	28.3	50.2
0.07	32.2	54.4
0.08	35.7	58
O.O9	39	60.9
0.10	42	63.4
0.11	44.7	65.5
0.12	47.2	67.4
0.13	49.4	68.9
0.14	51.5	70.3
0.15	53.4	71.5
0.16	55.2	72.6
0.17	56.8	73.6
0.18	58.3	74.5
0.19	59.7	75.2
0.20	60.9	76
0.21	62.1	76.6
0.22	63.2	77.2
0.23	64.2	77.7
0.24	65.1	78.2
0.25	66	78.7
0.26	66.8	79.1
0.27	67.6	79.5
0.28	68.3	79.9

177 781

Po wybraniu pary konstrukcyjnej K, można określić optymalne kąty H łopatki 16, korzystając z pierwszego równania /1/. Jeśli okaże się, że wyliczone kąty H łopatki 16 wykraczają za bardzo poza wartości graniczne, wyliczone przy pomocy trzeciego i czwartego równania /3/, /4/, można dobrać bardziej dopasowanąparę konstrukcyjną. K. W ten sposób można łatwo optymalizować krzywą kątów H łopatki 16. Następnie, dla każdej części łopatki 16 można określić szerokość w oparciu o drugie równanie /2/ w taki sposób, aby konfiguracja łopatki 16 spełniała założenia, czyli aby łopatka 16 działała niezależnie od ciśnienia i posiadała pożądaną, liniową charakterystykę pomiarową o odpowiedniej dokładności.

Figura 3 przedstawia przekrój poprzeczny łopatki 16 wirnika 12. Łopatka 16 mą część przednią 18, część tylną 19, część prowadzącą 20 i wygiętą część górną 21. W pokazanym przykładzie wykonania, część prowadząca 20 jest zasadniczo płaska, co ma pozytywny wpływ na niezależność pracy wirnika 12 od ciśnienia. Krzywizna łopatki 16, dana przez różnicę między kątem dopływu β, i kątem odpływu β₂, jak widać na fig. 4, jest mniejsza niż 5°, a korzystnie jest równa około 0°. Maksymalna grubość łopatki 16 jest równa około 10% szerokości łopatki 16 i znajduje się mniej więcej w 1/3 szerokości łopatki 16, mierząc od części przedniej 18 łopatki 16. Kąt H łopatki 16 odpowiada średniej z wartości kąta dopływu β, i kąta odpływu β, .

F igura 5 przedstawia wirnik 40 odpowiedni do zastosowania w czujniku przepływu, którego działanie jest niezależne od ciśnienia. Kąty łopatki H_b H₂ dwu części o różnych odl^głłc^i^cinic^h ri, r2 od rdzenia 30, spełniają zależność:

(r2/ri) · tan(Hi) = tan(H2) 1/31 gdzie:

η - odległość pierwszej części od środka rdzenia (m), r2 - odległość drugiej części od środka rdzenia (m),

Hi - kąt łopatki w pierwszej części (°),

H₂ - kąt łopatki w drugiej części (°).

Po skonstruowaniu takiego wirnika 40, można w prosty sposób zmontować czujnik przepływu, którego działanie niemal nie zależy od ciśnienia. W tym celu można określić na przykład odpowiednią średnicę D odcinka rury 8, na podstawie wybranego kąta łopatki 41 dla jednego z przekroi poprzecznych łopatki 41 i dla odpowiedniej pary konstrukcyjnej K, poprzez wprowadzenie tych wartości do pierwszego równania /1/. Następnie może być dobrana dla danej średnicy odcinka rury 8 długość L łopatek 41. Kiedy uzyskane wartości i maksymalna dopuszczalna prędkość obrotowa zostaną wprowadzone do drugiego równania 121, uzyskuje się górną granicę dla mierzonego zakresu miernika przepływu i, podobnie, przy wykorzystaniu trzeciego równania /3/, uzyskuje się dolną granicę. Ponieważ czujnik przepływu ma liniowe charakterystyki pomiarowe, można łatwo określić, czy może wystąpić maksymalną prędkość obrotowa. W celu uniknięcia takiego zagrożenia, może być konieczne dobranie innej kombinacji kalibracyjnej, z którą, odpowiednio, może być związana inna średnica odcinka rury 8. W ten sposób, zaczynając od wirnika 40, w każdym przypadku można uzyskać odpowiednią konfigurację czujnika przepływu, mającego pożądany zakres pomiarowy i o działaniu niezależnym od ciśnienia. Oczywiście, zaczynając od pary konstrukcyjnej, można również określić dla każdej średnicy odcinka rury 8 odpowiedni kąt H łopatki 41 przez wprowadzenie obliczonych wartości do równania /1/.

Czujnik przepływu, może być użyty, na przykład, w rolnictwie, przemyśle lub gospodarstwie domowym w klimatyzacji, kontroli procesów technologicznych, pomiarach emisji i tym podobnie. Czujnik przepływu może być użyty, na przykład, przy pomiarach przepływu powietrza i cieczy w środowisku zakurzonym lub agresywnym, przy różnych temperaturach i wilgotności.

Czujnik przepływu może być opracowany do pomiaru przepływu między 200 a 6000 m³/h, ale większe i mniej sze szybkości przepływu mogąbyć również mierzone. Długość łopatki 16 wirnika może wahać się co najmniej między 15 a 40 cm, ale większe i mniejsze długości łopatki 16 mogą być również stosowane. Czujnik przepływu według wynalazku może być stosowany co

177 781 najmniej przy różnicy ciśnienia między Oa 120 Pa i może osiągnąć dokładność pomiaru około 60 m³/h lub mniej w danym zakresie pomiarowym.

Wirnik 12 może być wyposażony w inną liczbę łopatek 16, a czujnik przepływu może być stosowany bez wentylatora 13, na przykład w przypadku naturalnej wentylacji. Inne czujniki mogą być dołączone do urządzenia sterującego 14, takie na przykład, jak wyłączniki mechaniczne i wyłączniki czasowe.

Urządzenie sterujące 14 może realizować różne programy sterujące, przystosowane do sterowania procesem, w którym jest zastosowany czujnik przepływu.

Zaczynając zjednego lub więcej zadanych parametrów, można w każdym przypadku optymalnie dobrać do procesu, który ma być kontrolowany, odpowiedni czujnik przepływu lub wirnik. Można przyjąć, że dobór wielkości parametrów jest w zasięgu możliwości każdego specjalisty w danej dziedzinie.

3i ¹⁶

U

13 iii£ £ni

3012' '32

7Λ

FIG. 2

FIG. 3

177 781

FIG. 5

ΠΊ 781

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 70 egz. Cena 4,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Czujnik przepływu w układzie wentylacyjnym pomieszczenia, zawierający wirnik, zawieszony obrotowo w odcinku rury i który zawiera centralny rdzeń i łopatki odchodzące od rdzenia, przy czym co najmniej jedna łopatka rozciąga się od rdzenia do sąsiedztwa wewnętrznej ścianki odcinka rury, a ponadto czujnik zawiera zespół pomiaru liczby obrotów wirnika w jednostce czasu, znamienny tym, że łopatka (16) wirnika (12) ma co najmniej dla szeregu przekroi poprzecznych kąt H(r) spełniający równanie:

[tg(H(r)) · Caldeb · C]/[r · D²] = Calrev gdzie:

r - odległość danej części łopatki od środka rdzenia (m);

H(r) - kąt łopatki w części, znajdującej się w odległości r od środka rdzenia (°);

Caldeb - kalibracyjna szybkość przepływu (m³/h)

Calrev - kalibracyjna prędkość obrotów (obr/min)

D - średnica odcinka rury (m) przy czym 0.003 <C <0.004 i jest korzystnie równe 6.67/1974.
2. Czujnik według zastrz. 1, znamienny tym, że w przypadku każdego przekroju poprzecznego łopatki (16) kąt H(r) łopatki (16) spełnia wyrażenia:

[tg(H(r)max) · Maxdeb · C]/[r · d2] <Maxrev i [tg(H(r)_min) · Mindeb · C]/[r · d2] <Minrev gdzie:

H(r)_max - maksymalny kąt łopatki w odległości r od rdzenia (°);

H(r)_mi„ - minimalny kąt łopatki w odległości r od rdzenia (°);

Maxdeb - maksymalna mierzona szybkość przepływu (m3/h)

Mindeb - minimalna mierzona szybkość przepływu (m3/h)

Maxrev - maksymalna mierzona prędkość obrotowa (obr/min)

Minrev - minimalna mierzona prędkość obrotowa (obr/min).
3. Czujnik według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że dla każdej kombinacji dwóch przekroi poprzecznych łopatki (16) spełnione jest równanie:

[ri · cos(Hi) ·Βι]/[^ ·cos(H2) · B2] < 1 gdzie:

η - odległość pierwszej części od środka rdzenia (30) (m); ty - odległość drugiej części od środka rdzenia (30) (m); przy czym ty>ty;

H - kąt łopatki (16) w pierwszej części (°);

H2 - kąt łopatki (16) w drugiej części (°);

B1 - szerokość łopatki (16) w drugiej części (m), gdzie wszystkie kąty H(r) łopatki (16) wirnika (12) leżą w pierwszej ćwiartce, zaś kąt (H) łopatki (16) i szerokość (B) łopatki (16) mają gładkie funkcje ponad łopatką (16).
4. Czujnik według zastrz. 1, znamienny tym, że wirnik (12) zawiera dwie łopatki (16), które wraz z rdzeniem (30) obejmują całą średnicę przekroju poprzecznego odcinka rury (8), przy czym łopatki (16) korzystnie sąumieszczone naprzeciw siebie, wzdłuż średnicy odcinka rury (8).

177 781
5. Czujnik według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że odległość między swobodnym końcem łopatki (16) a wewnętrzną ścianką odcinka rury (8) jest mniejsza niż 2%, a korzystnie równa około 1% średnicy odcinka rury (8).
6. Czujnik według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że krzywizna łopatki (16) w części prowadzącej (20) jest mniejsza niż 5°, a korzystnie równa w przybliżeniu 0°.
7. Czujnik według zastrz. 1, znamienny tym, że w przekroju poprzecznym każdej łopatki (16) największa grubość występuje mniej więcej w 1/3 szerokości łopatki (16), mierząc od przedniej części (18) łopatki (16), przy czym największa grubość jest równa korzystnie około 10% szerokości łopatki (16).
8. Czujnik według zastrz. 1, znamienny tym, że rdzeń (30) wirnika (12) ma przednią powierzchnię równą nie więcej niż około 10% powierzchni wewnętrznego przekroju poprzecznego odcinka rury (8).
9. Czujnik według zastrz. 1, znamienny tym, że w odcinku rury (8), za wirnikiem (12), umieszczony jest wentylator (13).
10. Czujnik według zastrz. 9, znamienny tym, że odległość między łopatkami wentylatora (13) i łopatkami (16) wirnika (12) jest równa przynajmniej średnicy odcinka rury.
11. Czujnik według zastrz. 9 albo 10, znamienny tym, że od strony wirnika (12) odcinek rury (8) posiada wygiętą na zewnątrz krawędź wlotu, której promień krzywizny ( r) jest większy niż 10% średnicy odcinka rury, przy czym wirnik (12) jest umieszczony na poziomie krawędzi dopływu.
12. Czujnik według zastrz. 9 albo 10, znamienny tym, że od strony wirnika (12), odcinek rury (8) zawiera wygiętą na zewnątrz krawędź wlotu, której promień krzywizny jest większy niż 10% średnicy odcinka rury, przy czym wirnik (12) jest oddalony od krawędzi wlotu, o co najmniej połowę średnicy odcinka rury (8).
13. Czujnik według zastrz. 1, znamienny tym, że dla każdej kombinacji dwóch przekroi poprzecznych łopatki (16) kąty łopatki (16) spełniają równanie:

(r2/r₁)-an(Hi) = tan(H₂) gdzie:

η - odległość pierwszej części od środka rdzenia (m), r, - odległość drugiej części od środka rdzenia (m),

H - kąt łopatki w pierwszej części (°),

H₂ - kąt łopatki w drugiej części (°).
14. Czujnik według zastrz. 13, znamienny tym, że dla każdego przekroju poprzecznego łopatki (16) kąt łopatki (16) spełnia równanie:

[tg(H(r)) · Caldeb · C]/[r · D²] = Calrev gdzie:

r - odległość danej części łopatki od środka rdzenia (m);

H(r) - kąt łopatki w części, znajdującej się w odległości r od środka rdzenia (°);

Caldeb - kalibracyjna szybkość przepływu (m³/h)

Calrev - kalibracyjna prędkość obrotów (obr/min)

D - średnica odcinka rury (m) przy czym 0.003 <C <0.004 i jest korzystnie równe 6.67/1974.