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关于通风定压旁通阀装置介绍

1前言

目前技术中,通风、空调系统中的风量和风压调整,方法和手段较多,但基本上是靠多叶调节阀来完成的。它有结构简单、价格低廉等优势而被广泛采用。但其缺点主要表现在调控误差大、噪声大、波动性大而且不易掌控。究其原因:首先是介质的可压缩性导致了介质流动时因压力源波动、截面变化等影响而使流量容易产生忽大忽小的波动(远远大于液体的波动情况),气体的可压缩性,在流量控制方面可谓先天不足。其次则是多叶调节风阀的结构形式严重破坏了流体的原有的流动线型方式。这就决定了风量的控制精度无法达到人们希望达到的要求。所以只适合一般非实验性的通风空调场合。对于各类指标和精度要求高的环境,如P3实验室、SPF等级及以上的动物实验室、生物类产品生产环境、气流分析实验室等场所,再用多叶调节阀来主控通风空调系统的风量和风压就显然不合适了。一般会考虑选用产品造价高出几倍至几十倍的高精度定风量阀或变风量阀来精确控制。如采用妥思(TROX)产品或菲尼克斯(Phoenix)产品。尽管如此,据产品销售商及产品说明介绍、以及以往的产品实际使用中得知,在一定要求范围内,其风量控制精度偏差可控制在5%左右。若风量、风压(产品背压)等超出一定的要求范围,其控制精度偏差有可能降低到15%~20%。由于这种超差的可能性在实际运用中是难以估计和避免的,因而随之带来的实验数据,其可信度也将有所下降。另外,风机风量的变频控制为典型的随动控制,严重的电源电压波动、时间滞后效应和通风系统的多因素多重性扰动等,也会给自控系统的PI控制和PD控制带来实际调试中的难度。甚至还可能造成系统的压力振荡等不良结果。可见,维持和提高通风空调系统的风量和风压稳定性,确切地说,是维持高精度定风量阀或变风量阀的背压、不让其超出波动范围,是上述几类实验室“高精度控制”的关键点。本定压旁通阀装置的构思就是由此产生的。

2产品构成

本发明涉及一种风量风压精确控制系统的定压旁通阀装置。其特征在于:它由壳体、设置与壳体内的稳压装置、调压装置等三部分组成。其中:壳体分A腔(高压腔)和B腔(低压腔),稳压装置由阀片、滑杆、压簧、轴承、主支撑架、导向支撑架等组成,调压装置由偏心凸轮、小支撑架、连杆、传动齿轮组及调压旋钮等组成。参见图1、图2。

图1

图2

3 动作原理

动作原理是这样的:当管内风压小于限压设定值时,A腔1和B腔7隔离,橡塑密封圈2因压簧6的作用而处于紧闭状态。当b点风压大于限压设定值时,阀片3因受力失衡而向右移动,A腔1和B腔7内部相通,过量的空气将从系统的b点经本装置进入f点,回入通风空调机组。滑杆10与滚动轴承9之间、滑杆10与导向支架11之间的摩擦力很小,可忽略不计。当需要对限压设定值进行调整时,可旋动调压旋钮18,通过齿轮组17与22及连杆15,使偏心凸轮13转动,推动轴承9向左或向右滑动,调节压簧6的松紧,从而实现限压调节功能。方形件12为本装置装配装拆而设,微压差计23为调压时作参考。

4 应用领域

1)应用领域一:参见图3,该实验室为拟建的多功能气流分析及热工参数分析实验室。

本发明装置位于图中回风段电动二通阀与三通回流口的两侧,跨接在送风与回风主管道之间(该实验室气流方向可上、下双向切换,故配用二套本发明装置)。在此,仅阐述该通风系统的单向工作原理和本发明装置的动作原理:系统风由室外新风和室内回风经组合式空调器混合段混合,由风机段压出,经出风多叶调节风阀、消声器、再经送风三通调节阀 ,根据实验室的送风要求,从a点经变风量阀进入实验室e点。除部分空气从排风系统排至室外,大部分系统风将从d点经变风量阀、回风三通阀、f点、回风消声器、回入组合式空调器内,进行下一次循环。设计中,已按常规考虑了风机变频、进入实验室的风管道上配置变风量阀。但是,仅此设计是不够的,以往的实践证明,送风量的误差基本上是由风压波动造成的,而很多因素都会引起变风量阀的背压波动(图中b点或c点)。

如电压波动、变频器周期性控制、气流设计不合理、人为因素等都会造成风压(背压)的波动。本发明装置的作用就是吸收,准确地说是泄放这部分增加的、扰动的波动风量。

图3

从实验室整体通风空调系统来看,本装置的设立,稳定了变风量阀的背压,从而稳定了其出口风量。另外,本装置的设立,明显减少和降低了压力波的产生和波幅。因而,大大提高了实验室实验风量的精度。

2)应用领域二:动物实验室及动物饲养室送风定风量系统,阐述省略。

3)应用领域三:小风量多房间具有稳定压差的生物实验和生产场所,参见图4和图5。

图4是某生物类产品生产单元。图5为该系统原理图的一部分。从图4中可知,各房间的压差控制是很有讲究的。也就是说,各房间的送风量和排风量应维持在稳定的范围内。这一要求对于大面积的环境,应该说不成问题。但是,对于辅助面积只有几平方米(基本在3m2~6m2)范围的环境来说,全送全排,且维持相对稳定的压差,困难就大了。从图5中可知,系统中的每一房间,送排风管上,已经全部使用了定风量调节阀,但是实际效果仍不理想,实际送风量的相对误差与标定值相比甚至成倍增加。原因是多方面的。但其根本原因是:1)送风量过小(个别房间只有70m3/h~80m3/h),2)定风量阀门的背压不够稳定。

对此情况,同样可以采用通风定压旁通阀装置的设置来得到很好的解决。

图4

图5

4结束语

为了提高参数精度,人们往往将主要精力集中在提高测量精度、提高传感器配置精度、提高控制器的控制精度等元器件的选配之上,资金花费了不少,而其结果不甚满意。定压旁通阀装置的引入,开辟了新思路,提供了新方法。在高精度控制的通风及空调系统领域,值得推广和应用、研究。