RU169029U1

RU169029U1 - Воздушно-тепловая завеса

Info

Publication number: RU169029U1
Application number: RU2016114725U
Authority: RU
Inventors: Владимир Григорьевич Булыгин; Даниил Владимирович Голубев; Юрий Николаевич Марр
Original assignee: Закрытое акционерное общество "НПО "Тепломаш"
Priority date: 2016-04-14
Filing date: 2016-04-14
Publication date: 2017-03-01

Abstract

Полезная модель - воздушно-тепловая завеса - как машиностроительное изделие относится к устройствам локализованной вентиляции и предназначена для организации защиты открытого проема от протекания воздуха сквозь проем или для интенсивного перемешивания нагретыми струями втекающего через проем наружного воздуха. Полезная модель имеет в воздушном тракте по размаху сопла несколько радиальных вентиляторов двустороннего всасывания, нагнетательные окна которых соединены патрубками со сборным каналом воздуховыпускного устройства. В полезной модели улитки вентиляторов поочередно ориентированы в противоположные стороны. При этом встречные всасывающие окна на торцевых стенках двух ближайших улиток одинаковой ориентации направлены в свободное пространство, образованное торцевыми стенками этих улиток и криволинейной стенкой улитки противоположной ориентации, разделяющей их. Ориентация улиток в противоположные стороны позволяет до минимума сократить перекрытие всасывающих окон и за счет этого сдвинуть вентиляторы по размаху завесы настолько близко друг к другу, насколько допускает выступающий из улитки встроенный электродвигатель.Устройство полезной модели обеспечивает соответствие вентиляторов каталожным характеристикам и исключает уменьшение производительности, повышает удельную аэродинамическую мощность завесы (увеличивается расход воздуха в модуле тех же габаритов). Возрастает энергоэффективность завесы посредством выравнивания потока в водяном теплообменнике. Повышается надежность ТЭНов в равномерном потоке. Увеличивается дальнобойность струи через исключение неравномерности

Description

Область техники

Воздушно-тепловая завеса как машиностроительное изделие относится к устройствам локализованной вентиляции и предназначена для организации защиты открытого проема от протекания воздуха сквозь проем (шиберующая защита) или для интенсивного перемешивания нагретыми струями втекающего через проем наружного воздуха (защита смесительного типа). В общем случае, воздушно-тепловая завеса состоит из одного или группы вентиляторов в воздушном тракте корпуса, теплообменного аппарата (воздухоподогревателя), полости всасывания и выходного (соплового) устройства, формирующего струю. Вентиляторы могут быть тангенциальные, радиальные и осевые.

Уровень техники

Известна и широко применяется конструкция завес с радиальными вентиляторами двустороннего всасывания, например, в конструкции завесы с тремя параллельными воздушными трактами - патент Air curtain device/ ЕР 0 699 873 А2. Int. CI. F24F 9/00// Publication 06.03.1996 [1]. Используются как встроенные в вентиляторы электродвигатели, так и двухвальные двигатели (на два вентилятора), вынесенные и расположенные между вентиляторами. Конструкцию первого типа иллюстрирует каталог фирмы biddle Gmbh «Luftschleier Тур СА» http://www.biddle.de [2] и фирмы Teddington «Серия L» www.teddington.de [3]. Конструкция второго типа представлена в каталоге фирмы Powered Aire Inc. «Air Curtains» в разделе Additianal Advantages of Powered Aire Units www.poweredaire.com [4] и в каталоге фирмы Mars «Маrs Air Doors Brand Air Curtains» коммерческие и промышленные серии www.marsair.com [5]. Чаще всего, в завесах используются вентиляторы с колесами барабанного типа (лопатки, загнутые вперед). Достоинством радиальных вентиляторов, особенно с колесами барабанного типа, является возможность развивать высокое давление и, соответственно, добиваться более высоких скоростей струи в сопле завесы.

Недостаток конструкции по патенту [1] и по каталогам [2-5] состоит в одинаковой ориентации улиток радиальных вентиляторов. При одинаковой ориентации улиток радиальные вентиляторы двустороннего всасывания должны располагаться по размаху завесы на расстоянии друг от друга порядка длины самого вентилятора для обеспечения минимально деформированного потока на входе во всасывающие окна. Более близкое расположение вентиляторов неизбежно приведет к нарушению нормальной аэродинамики во всасывающих окнах и, тем самым, к ухудшению характеристики вентилятора.

Основное следствие этого заключается в ограничении удельного расхода воздуха на 1 м размаха завесы. При нормально раздвинутом варианте вентиляторов удельный расход почти в два раза меньше принципиально возможного по характеристике вентиляторов.

Требуемое раздвинутое расположение вентиляторов создает ощутимую неравномерность потока воздуха, подтекающего к вентиляторам: наиболее интенсивный поток возникает в пространстве между всасывающими окнами вентиляторов, тогда как над поверхностью корпусов вентиляторов поток весьма слаб. Учитывая, что трубные пучки теплообменников завес имеют малую протяженность в направлении потока воздуха (от двух до трех рядов труб или трубчатых электронагревателей (ТЭНов)), неравномерность потока от организации всасывания пронизывает теплообменник и приводит или к снижению эффективности водяного воздухоподогревателя, или к опасному локальному перегреву ТЭНов.

Еще более сильную неравномерность раздвинутые радиальные вентиляторы формируют в выходном устройстве по размаху струи: участки с максимальной скоростью располагаются против нагнетательных патрубков вентиляторов, участки с минимальной скоростью - в пространстве между вентиляторами. От этого не спасает даже схема Powered Aire Air Curtains в [4]. Неравномерность скорости в сопле по размаху интенсифицирует размывание струи и сокращает ее дальнобойность.

Прототипом полезной модели является устройство воздушной завесы по патенту ЕР 0699873 А2 [1]. Прототип решает задачу достижения высоких скоростей в сопле завесы. Недостаток прототипа заключается в одинаковой ориентации улиток радиальных вентиляторов, требующей их раздвинутого размещения вдоль размаха завесы, что приводит к значительному занижению принципиально возможного удельного расхода завесы, к неравномерности потока по размаху и соответствующему снижению эффективности теплообменников или локальному перегреву трубчатых электронагревателей (ТЭНов), а также к снижению дальнобойности струи.

Решаемой технической задачей является создание конструкции завесы, обеспечивающей достижение максимально близкого к предельным возможностям завесы удельного расхода и способствующей максимальному ослаблению отрицательных последствий неравномерности потока по размаху завесы.

Достигаемый технический результат заключается в повышении удельной аэродинамической мощности завесы (увеличение расхода воздуха в модуле тех же габаритов), в увеличении энергоэффективности завесы при исключении неравномерности потока через водяной теплообменник, повышение надежности при исключении неравномерности потока через пучок ТЭНов, увеличение дальнобойности струи и, значит, увеличение эффективности защиты проема завесами как инженерными сооружениями.

Раскрытие полезной модели

Сущность полезной модели заключается в следующем. Воздушно-тепловая завеса, как и прототип [1], независимо от числа параллельных воздушных трактов, например, один тракт, оснащена радиальными вентиляторами с двусторонним всасыванием. Вентиляторы имеют встроенные электродвигатели. Нагнетательные окна вентиляторов соединены, например, через промежуточные соединительные патрубки со сборным каналом воздуховыпускного устройства. В отличие от прототипа, в полезной модели улитки вентиляторов поочередно ориентированы в противоположные стороны. При этом встречные всасывающие окна на торцевых стенках двух ближайших улиток одинаковой ориентации направлены в свободное пространство, образованное торцевыми стенками этих улиток и криволинейной стенкой улитки противоположной ориентации, разделяющей их. Ориентация улиток в противоположные стороны позволяет до минимума сократить перекрытие всасывающих окон и за счет этого сдвинуть вентиляторы по размаху завесы настолько близко друг к другу, насколько допускает выступающий из улитки встроенный электродвигатель.

Представленные признаки являются существенными и достаточными для решения технической задачи и достижения технического результата. В самом деле, поочередная ориентация улиток в противоположные стороны разводит всасывающие окна двух смежных улиток по разные стороны плоскости симметрии завесы настолько, что перед каждым из окон образуется свободное пространство для правильно организованного всасывания. Это позволяет придвинуть вентиляторы друг к другу по размаху завесы настолько близко, насколько допускают выступающие из корпуса электродвигатели. Встречные всасывающие окна на торцевых стенках двух ближайших улиток одинаковой ориентации направлены в свободное незагроможденное пространство и удалены друг от друга как минимум на расстояние, равное сумме длин улитки и выступающей части электродвигателя.

Указанное расположение вентиляторов решает поставленную техническую задачу достижения максимально близкого к предельным возможностям конструкции завесы удельного расхода и максимального ослабления отрицательных последствий неравномерности потока на всасывании и на выходе из сопла.

Предельно близкое расположение вентиляторов, с поочередно ориентированными в противоположные стороны улитками, полностью обеспечивает достижение технического результата. Во-первых, незагроможденные всасывающие окна вентиляторов обеспечивают соответствие каталожным характеристикам и исключают уменьшение производительности. Во-вторых, повышается удельная аэродинамическая мощность завесы (увеличивается расход воздуха в модуле тех же габаритов). В-третьих, возрастает энергоэффективность завесы через исключение неравномерности потока в водяном теплообменнике, через повышение надежности ТЭНов в равномерном потоке. В-четвертых, увеличивается дальнобойность струи через исключение неравномерности потока по размаху завесы. И, наконец, все вместе повышает эффективность защиты проема завесами как инженерными сооружениями, т.е. возникает возможность защищать проем тех же размеров при более высокой разности давлений в проеме (при более низкой наружной температуре) или защищать проем больших размеров.

Описание чертежей

На фиг. 1 показано поперечное сечение прямоточной завесы с поочередно ориентированными в противоположные стороны улитками радиальных вентиляторов.

На фиг. 2 показано поперечное сечение завесы с фронтальным всасыванием и выходом струи под углом 90° к направлению всасывания с поочередно ориентированными в противоположные стороны улитками радиальных вентиляторов.

На фиг. 3 показано продольное сечение завесы без воздухонагревателя с поочередно ориентированными в противоположные стороны улитками радиальных вентиляторов.

На фиг. 4 представлена фотография опытной завесы со снятой перфорированной решеткой всасывающего окна с видом на поочередно ориентированные в противоположные стороны улитки радиальных вентиляторов.

Описание практических вариантов выполнения

Воздушно-тепловая завеса, например, с одним воздушным трактом устроена следующим образом. В корпусе 1 вдоль размаха сопла установлены радиальные вентиляторы 2 и 4 двустороннего всасывания, поочередно ориентированные улитками в противоположные стороны. Электродвигатель 6 вентилятора встроен в одно из окон всасывания 5. На стороне всасывания завесы установлен воздухоподогреватель 3 (на фиг. 1 и 2 показан водяной теплообменник, на фиг. 3 и 4 показана воздушная завеса без источника тепла). Вентиляторы могут располагаться электродвигателями как в одну сторону (на чертежах не показано), так и попарно навстречу друг другу (фиг. 3). Нагнетательные окна вентиляторов присоединены посредством соединительных патрубков 7 к сборному каналу воздуховыпускного устройства 8. Ориентация улиток двух смежных вентиляторов в противоположные стороны разводит встречные всасывающие окна настолько далеко друг от друга, что перекрытие всасывающего окна корпусом ближайшего вентилятора становится минимальным и не приводит к необратимой деформации потока на всасывании с последующим ухудшением аэродинамических характеристик вентилятора.

На фиг. 1 представлена завеса прямоточной конструкции, на фиг. 2 такая же завесы с поворотом потока на 90°. Всасываемый воздух (стрелки А) проходит через воздухоподогреватель 3, где повышается его температура и далее распределяется по пространствам между двумя вентиляторами с одинаково ориентированными улитками. Из этих пространств нагретый воздух поступает через всасывающие окна 5 в рабочие колеса и нагнетается в сборный канал воздуховыпускного устройства 8, откуда вытекает высокоскоростной струей (стрелки В). В специальных случаях воздухоподогреватель может быть заменен воздухоохладителем или вообще исключен из состава завесы.

Были проведены испытания завесы с поочередно ориентированными в противоположные стороны улитками радиальных вентиляторов. Опытный образец завесы без источника тепла представлен на фиг. 4 со снятой перфорированной решеткой всасывающего окна. Длина завесы 2,4 м. Завеса имеет 6 радиальных вентиляторов типа DD 9-9. Ширина сопла завесы 103 мм. Расход воздуха 19000 м³/час. Скорость струи на выходе из сопла 22,0 м/с. Удельный расход воздуха (на единицу длины завесы) 8000 м³/час/м. Расход воздуха на один вентилятор 3170 м³/час, что соответствует рабочей точке аэродинамической характеристики вентилятора DD 9-9, принятой за основу при разработке завесы. Таким образом, испытания полностью подтвердили ожидаемый технический эффект.

Уровень техники позволяет реализовать полезную модель без дополнительного изобретательского творчества, причем такие геометрические параметры завесы, как модель и номер вентилятора, длина и конфигурация теплообменного аппарата, форма воздушного тракта (направления всасывания и истечения струи) могут быть оптимизированы в зависимости от требуемых характеристик воздушно-тепловой завесы. Кроме того, в завесе может отсутствовать теплообменный аппарат (воздушная завеса без источника тепла). Наконец, форма корпуса завесы и реализация выпускных устройств допускает любые дизайнерские решения.

Claims

Воздушно-тепловая завеса преимущественно с одним воздушным трактом и, например, воздухоподогревателем, оснащенная радиальными вентиляторами двустороннего всасывания с встроенными в улитки электродвигателями, имеющая соединительные патрубки между нагнетательными окнами вентиляторов и сборным каналом воздуховыпускного устройства, отличающаяся тем, что улитки вентиляторов поочередно ориентированы в противоположные стороны, а вентиляторы сдвинуты по размаху завесы настолько близко друг к другу, насколько позволяют выступающие из улиток встроенные электродвигатели.