用于排风系统的喷口与喷口风速的调节方法与流程

1.本发明属于通风空调技术领域，涉及一种用于排风系统的喷口与喷口风速的调节方法，尤其是涉及用于石油化工化验室变风量排风系统的喷口与喷口风速的调节方法。


背景技术：

2.目前，越来越多的石油化工中心化验室采用变风量排风系统。无论是在风机低频还是高频运行工况，为了维持风机出口处的风速满足规范要求，常规方案采用一种化验室专用高空排放风机。通过调节设置在风机吸入口的旁通阀开度大小，达到室内侧变风量、出风口定风量的目的，能将出风口处的风速相对稳定地控制在15～20米/秒范围内。但是由于风机采用的是定频运行，后期的运行费用高、振动及噪声相对于变频风机更大。当排风量变化范围较大时，一种方案是采用多个变频风机并联的模式，以保持排风系统喷口出风口处的风速，喷口出风口的开度是固定的。通过设置在排风系统最不利环路末端的静压传感器调节风机频率，来维持风管内的静压恒定；再通过设置在风机入口处的静压箱内的静压传感器控制风机的启停、调节旁通风阀开度，以维持静压箱内的静压恒定。当旁通风阀处于全开状态，且静压箱内的静压超过设定的最高限值时，关闭一台风机；当旁通风阀处于关闭状态，且静压箱内的静压低于设定的最低限值时，开启一台风机。由于该多风机并联控制模式的设备数量多、控制复杂，其初始投资费用以及后期运行及维护费用都比较高。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种用于排风系统的喷口与喷口风速的调节方法，以解决现有排风系统为了保持喷口出风口处的风速稳定而导致排风系统的费用高、控制复杂等问题。
4.为解决上述问题，本发明采用的技术方案是：一种用于排风系统的喷口，其特征在于：它设有内筒、内调节片、外调节片，内调节片和外调节片间隔设置，每个内调节片和外调节片的一端靠近内筒出风口，并分别与一个调节片铰支座可转动连接，相邻的内调节片和外调节片的另一端用调节片连接件连接，在任意一个内调节片的两侧，每一侧的外表面分别与相邻的外调节片一侧的内表面接触，并可相对滑动，沿内筒的轴向设有连杆，连杆可沿内筒的轴向移动，内筒上设有文丘里管，连杆与内筒出风口相邻的一端设有连杆固定支座，在内调节片和/或外调节片上设有调节杆支座，连杆固定支座与调节杆支座之间设有调节杆，调节杆的两端分别与连杆固定支座和调节杆支座可转动连接，内筒内在文丘里管与连杆固定支座之间设有第一固定支架，文丘里管的扩散段内设有截头锥体，截头锥体固定在连杆上，连杆与内筒进风口相邻的一端与驱动臂连接件的一端可转动连接，驱动臂连接件的另一端与执行机构驱动臂的一端可转动连接。
5.一种用于排风系统的喷口的喷口风速的调节方法，用于变风量排风系统，其特征在于：风速检测机构中的风速传感器检测出通过风速检测机构中的风速检测风管的风速，并将该风速数据传送到控制器，控制器根据该风速以及风速检测风管的横截面积计算出排
风系统的排风量，从而得到风速检测机构测得风速与排风系统排风量的关系曲线，并将该曲线的数据内置于控制器中，控制器再根据风速检测机构测得的风速以及喷口出风口处风速的期望值计算出喷口出风口开度的期望值，再得到执行机构驱动臂角位移的期望值，并将执行机构驱动臂角位移的实际值与该期望值进行对比，当执行机构驱动臂角位移的实际值小于或大于执行机构驱动臂角位移的期望值时，控制器向执行机构发出调节指令，执行机构调节执行机构驱动臂的角位移，执行机构驱动臂再通过连杆机构带动内调节片和外调节片转动，使喷口出风口的开度扩大或缩小，当执行机构驱动臂角位移的实际值等于执行机构驱动臂角位移的期望值时，喷口出风口开度的实际值也等于喷口出风口开度的期望值，喷口出风口处的风速被调节到期望值。
6.采用本发明，具有如下的有益效果：(1)采用风速检测机构和控制器控制喷口的动作。执行机构通过执行机构驱动臂和连杆机构带动内调节片和外调节片转动，使喷口出风口的开度及空气流通面积扩大或缩小，将喷口出风口处的风速调节到期望值。操作过程比较简单，风速控制精度高。(2)喷口结构简单，只有一个执行机构。排风系统只需使用一台风机即可，无需采用多风机并联模式就能满足喷口出风口处风速恒定的要求，喷口也只需设置一个，从而使排风系统的控制较为简单。(3)排风风机能够继续使用变频控制来调节排风系统的排风量，从而达到节能目的。采用本发明喷口以及使用该喷口的排风系统(包括风速调节装置)，其初始投资费用、后期运行及维护费用都比较低。
7.本发明主要用于石油化工化验室的变风量排风系统，也可用于其它领域化验室的变风量排风系统。
8.下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。附图和具体实施方式并不限制本发明要求保护的范围。
附图说明
9.图1是本发明的一种用于排风系统的喷口的结构示意图。
10.图2是本发明的另一种用于排风系统的喷口的结构示意图。
11.图3是设置了调节片连接件的内调节片和外调节片的端部的局部放大图。
12.图4是内调节片或外调节片的横截面放大示意图。
13.图5是本发明风速调节装置的示意图。
14.图1中，调节片组合件、内筒、外筒和文丘里管局部剖开，图2中，调节片组合件、内筒和文丘里管局部剖开。图1至图5中，相同附图标记表示相同的技术特征。附图标记表示：1—内筒；2—内调节片；3—外调节片；4—调节片连接件；5—文丘里管；6—内调节片2或外调节片3的折弯线；7—第一固定支架；8—截头锥体；81—截头锥体迎风面；82—截头锥体背风面；9—连杆；10—调节杆；11—调节杆支座；12—第二固定支架；13—连杆固定支座；14—柱体；15—调节片铰支座；16—外筒；17—内筒进风口；18—喷口出风口；19—驱动臂连接件；20—执行机构驱动臂；21—执行机构；22—本发明喷口；23—控制线；24—风机出口风管；25—风机；26—风机入口风管；27—风速检测机构；28—排风系统主风管；29—控制器。
具体实施方式
15.参见图1、图2、图3和图4，本发明用于排风系统的喷口(简称为喷口)，设有内筒1、
内调节片2、外调节片3，内调节片2和外调节片3间隔设置，设于内筒1外部。每个内调节片2和外调节片3的一端靠近内筒1出风口，并分别与一个调节片铰支座15可转动连接(例如铰链连接)。相邻的内调节片2和外调节片3的另一端用调节片连接件4连接。在任意一个内调节片2的两侧，每一侧的外表面分别与相邻的外调节片3一侧的内表面接触，并可相对滑动。在任意一个外调节片3的两侧，每一侧的内表面分别与相邻的内调节片2一侧的外表面接触，并可相对滑动。所有内调节片2和外调节片3组成一个调节片组合件，随着内调节片2和外调节片3绕各自的调节片铰支座15转动至不同的位置，调节片组合件的总体形状大致在圆筒形(喷口出风口18的开度最大)和圆台侧面形之间变化。圆筒形和圆台侧面形的轴心线与内筒1的轴心线同轴，组成本发明喷口轴心线。内调节片2和外调节片3靠近内筒1出风口的一端位于内筒1的外侧，内筒1出风口伸入调节片组合件内。内调节片2和外调节片3设置了调节片连接件4的端部的端头围成喷口出风口18。
16.本发明喷口沿内筒1的轴向设有连杆9，连杆9可沿内筒1的轴向移动；连杆9一般位于喷口轴心线上。内筒1上同轴设有文丘里管5，文丘里管5由收缩段、喉道和扩散段组成，自内筒进风口17至内筒1出风口的方向排列。连杆9与内筒1出风口相邻的一端固定有连杆固定支座13，连杆9的另一端与内筒进风口17相邻。
17.在一部分或全部内调节片2和/或外调节片3上固定有调节杆支座11，连杆固定支座13与调节杆支座11之间设有调节杆10，调节杆10的两端分别与连杆固定支座13和调节杆支座11可转动连接。调节杆支座11和调节杆10一般最少各设置3个；最多设置数量与内调节片2和外调节片3的总数量相同，即对应于一个内调节片2或外调节片3设置一个调节杆支座11和一根调节杆10。调节杆10绕喷口轴心线均匀分布。图1和图2所示，几个外调节片3上固定有调节杆支座11。
18.内筒1内在文丘里管5与连杆固定支座13之间设有第一固定支架7，第一固定支架7固定在内筒1上。第一固定支架7的中心带有中心孔，连杆9从所述的中心孔穿过。本发明喷口一般是竖直设置，喷口出风口18向上。本发明喷口也可以水平或倾斜设置。
19.文丘里管5的扩散段内设有截头锥体8，截头锥体8固定在连杆9上。连杆9与内筒进风口17相邻的一端与驱动臂连接件19的一端可转动连接，驱动臂连接件19的另一端与执行机构驱动臂20的一端可转动连接，执行机构驱动臂20的另一端与执行机构21中的驱动构件相连。执行机构驱动臂20从内筒1上的开孔穿过。
20.内调节片2和外调节片3一般为人字形板片，横截面形状为人字形，展开成平面的形状为矩形或梯形。图4示出了内调节片2或外调节片3的横截面形状、折弯角v以及折弯线6。内调节片2和外调节片3的折弯角v一般为120～160度，厚度一般为0.5～2毫米。内调节片2和外调节片3一般各设置3～9个，且数量相同。
21.参见图3以及图1和图2，本发明所用的一种调节片连接件4为条形板，带有条形孔。在相邻的内调节片2和外调节片3中，调节片连接件4的一端固定在内调节片2一侧的外表面上，与所述内调节片2一侧相邻的外调节片3一侧的外表面上固定有柱体14。或者是，调节片连接件4的一端固定在外调节片3一侧的外表面上，与所述外调节片3一侧相邻的内调节片2一侧的外表面上固定有柱体14(图略)。或者是，调节片连接件4的一端固定在内调节片2一侧的内表面上，与所述内调节片2一侧相邻的外调节片3一侧的内表面上固定有柱体14(图略)。或者是，调节片连接件4的一端固定在外调节片3一侧的内表面上，与所述外调节片3一
侧相邻的内调节片2一侧的内表面上固定有柱体14(图略)。在各种设置方式下，柱体14插入调节片连接件4上的条形孔内，在内调节片2和外调节片3绕调节片铰支座15转动的过程中，柱体14可相对于该条形孔滑动(主要是沿条形孔的长度方向滑动)。在条形孔的宽度方向上，柱体14与条形孔之间需要留有一定的间隙，不阻碍内调节片2和外调节片3之间在条形孔宽度方向上的相对滑动。柱体14端部设置阻挡件(例如销)，以防止柱体14与条形孔分开。柱体14一般为圆柱或棱柱。
22.本发明的一种具体实施方式是，调节片铰支座15带有固定轴，固定轴外套有外套管，外套管可绕固定轴转动。在内调节片2和外调节片3与调节片铰支座15可转动连接的一端，内调节片2和外调节片3的折弯线的端部与所述的外套管固定连接(例如焊接)。
23.截头锥体8一般为旋转体或截头棱锥体，中心线与连杆9的轴心线重合，带有两个与喷口轴心线垂直的底面。靠近文丘里管5喉道出口的底面为截头锥体迎风面81，另一个底面为截头锥体背风面82，截头锥体背风面82的面积大于截头锥体迎风面81的面积。自文丘里管5喉道至扩散段出口的方向，截头锥体8的横截面积逐渐增大。截头锥体8为旋转体时，侧面的母线可以为直线或圆弧线等；母线为直线时，截头锥体8为圆台形(即截头圆锥形)。
24.通常，内筒1内在文丘里管5与内筒进风口17之间还设有第二固定支架12，第二固定支架12固定在内筒1上。第二固定支架12的中心带有中心孔，连杆9从所述的中心孔穿过。
25.如图2所示，调节片铰支座15固定于内筒1上。如图1所示，还可以在内筒1的外部围绕内筒1设置外筒16，外筒16使用常用的方法和构件固定于内筒1上(图略)，调节片铰支座15固定于外筒16上。调节片铰支座15固定于内筒1或外筒16上时，可在固定处设置补强结构(图略)。内筒1除文丘里管5以外的部分为圆筒形，外筒16为圆筒形，内筒1与外筒16一般同轴设置。图1所示喷口出风口18的开度处于扩大状态，图2所示喷口出风口18的开度处于缩小状态。图1所示喷口与图2所示喷口其它未说明的部分相同。
26.本发明喷口各构件的材料，一般从不锈钢、镀锌钢、铝合金以及其它耐腐蚀且具有一定强度的非金属材料中选择。内调节片2、外调节片3和调节片连接件4的材料，还应具有一定的弹性变形能力。存在相对运动的构件之间，可以加润滑油、润滑脂。
27.排风系统使用本发明喷口，可以构成一种新的风速调节装置。参见图5，所述风速调节装置包括本发明上述的喷口22，还有控制器29、风速检测机构27等。本发明喷口22的内筒进风口17与排风系统风机25的出口或者风机出口风管24的出口相连，风机25入口通过风机入口风管26与风速检测机构27的出口相连，风速检测机构27的入口与排风系统主风管28的出口相连。风速检测机构27由现有的风速传感器和风速检测风管组成；风速检测风管的横截面积已知，按风速检测风管的内径计算，并事先内置于控制器29中。风速传感器可以使用现有的皮托管式风速传感器、螺旋桨式风速传感器、超声波式风速传感器等。风机25使用现有的变频风机，控制器29通过控制线23控制风机25的转速和输送风量。控制器29与本发明喷口22的执行机构21、风机25和风速检测机构27之间均通过控制线23相连。控制器29可以使用现有的可编程序控制器(plc)、直接数字控制器(ddc)等，执行机构21可以使用现有的电动、气动或液动执行机构。
28.连杆9、连杆固定支座13、调节杆10、调节杆支座11、截头锥体8、驱动臂连接件19等构件组成一个连杆机构。通过该连杆机构，可分别建立起喷口出风口18开度实际值与执行机构驱动臂20角位移实际值之间的、喷口出风口18开度期望值与执行机构驱动臂20角位移
期望值之间的一一对应且准确的关系。本发明所述的期望值，是期望实际值所要达到的值。
29.排风系统排风时，排风量发生变化(增大或减小)，图5所示的风速调节装置工作。风速检测机构27中的风速传感器检测出风速检测风管内的风速，并将该风速数据通过控制线23传送到控制器29。控制器29根据该风速以及风速检测风管的横截面积计算出排风系统的排风量，从而得到风速检测机构27测得风速与排风系统排风量的关系曲线，并将该曲线的数据内置于控制器29中。控制器29再根据风速检测机构27测得的风速以及喷口出风口18处风速的期望值计算出喷口出风口18开度的期望值，再得到执行机构驱动臂20角位移的期望值，并将执行机构驱动臂20角位移的实际值与该期望值进行对比。执行机构21将执行机构驱动臂20角位移的实际值通过控制线23传送到控制器29。以下的风速调节过程，以本发明附图所示的喷口为例进行说明。
30.当执行机构驱动臂20角位移的实际值小于执行机构驱动臂20角位移的期望值时，喷口出风口18开度的实际值小于喷口出风口18开度的期望值，喷口出风口18处实际的风速值大于期望值。此时，控制器29通过控制线23向执行机构21发出调节指令，执行机构21调节执行机构驱动臂20的角位移、使该角位移增大，执行机构驱动臂20再通过驱动臂连接件19带动连杆9向靠近喷口出风口18的方向移动，连杆固定支座13和截头锥体8随连杆9移动。调节杆10随连杆固定支座13移动，且调节杆10的两端分别相对于连杆固定支座13和调节杆支座11发生转动，推动设有调节杆支座11的外调节片3绕各自的调节片铰支座15转动。该外调节片3再通过调节片连接件4以及内调节片2侧部外表面与外调节片3侧部内表面之间的接触、挤压，依次带动内调节片2和其它未设有调节杆支座11的外调节片3绕各自的调节片铰支座15转动。内调节片2和外调节片3设置调节片连接件4的端部向离开喷口轴心线的方向移动，使喷口出风口18的开度扩大。当执行机构驱动臂20角位移的实际值等于执行机构驱动臂20角位移的期望值时，喷口出风口18开度的实际值也等于喷口出风口18开度的期望值，喷口出风口18处的风速被调节到期望值。
31.当执行机构驱动臂20角位移的实际值大于执行机构驱动臂20角位移的期望值时，喷口出风口18开度的实际值大于喷口出风口18开度的期望值，喷口出风口18处实际的风速值小于期望值。此时，控制器29通过控制线23向执行机构21发出调节指令，执行机构21调节执行机构驱动臂20的角位移、使该角位移减小，执行机构驱动臂20再通过驱动臂连接件19带动连杆9向离开喷口出风口18的方向移动，连杆固定支座13和截头锥体8随连杆9移动。调节杆10随连杆固定支座13移动，且调节杆10的两端分别相对于连杆固定支座13和调节杆支座11发生转动，拉动设有调节杆支座11的外调节片3绕各自的调节片铰支座15转动。该外调节片3再通过外调节片3侧部内表面与内调节片2侧部外表面之间的接触、挤压以及调节片连接件4，依次带动内调节片2和其它未设有调节杆支座11的外调节片3绕各自的调节片铰支座15转动。内调节片2和外调节片3设置调节片连接件4的端部向靠近喷口轴心线的方向移动，使喷口出风口18的开度减小。当执行机构驱动臂20角位移的实际值等于执行机构驱动臂20角位移的期望值时，喷口出风口18开度的实际值也等于喷口出风口18开度的期望值，喷口出风口18处的风速被调节到期望值。
32.在上述的操作过程中，排风系统主风管28内的气体经风速检测机构27、风机入口风管26进入风机25，再经风机出口风管24或风机25的出口进入内筒1，最后由喷口出风口18排出。图1、图2和图5中，未注附图标记的箭头表示气体(风)的流动方向。对于石油化工化验
室的变风量排风系统，排放的气体一般是含有挥发性有机物(vocs)的腐蚀性气体与空气的混合气体。
33.本发明喷口出风口18处风速的期望值，一般为15～20米/秒。也可以根据工程实际需要设定其它的风速期望值。
34.在全部内调节片2和外调节片3上均固定有调节杆支座11的情况下，对应于每个内调节片2和外调节片3各设置一根调节杆10，调节杆10直接带动每个内调节片2和外调节片3绕各自的调节片铰支座15转动。在部分内调节片2和外调节片3上固定有调节杆支座11的情况下，对应于每个所述的内调节片2和外调节片3各设置一根调节杆10，调节杆10直接带动每个所述的内调节片2和外调节片3绕各自的调节片铰支座15转动；所述的内调节片2和外调节片3再通过调节片连接件4以及内调节片2侧部外表面与外调节片3侧部内表面之间的接触、挤压，依次带动其它未设有调节杆支座11的内调节片2和外调节片3绕各自的调节片铰支座15转动。
35.当排风系统的排风量增大时，进入内筒1的风量增大，文丘里管5喉道内和喉道出口处的风速增大，截头锥体迎风面81受到的气体推力增大。当连杆9向靠近喷口出风口18的方向移动时，上述的推力有利于减小执行机构驱动臂20对连杆9的转角力矩输出。在本发明喷口竖直设置、喷口出风口18向上设置的情况下，当排风系统的排风量减小时，进入内筒1的风量减小，文丘里管5喉道内和喉道出口处的风速减小，截头锥体迎风面81受到的气体推力减小。当连杆9向离开喷口出风口18的方向移动时(即向下移动时)，连杆9、截头锥体8、连杆固定支座13、调节杆10、调节杆支座11、内调节片2和外调节片3的部分重量可以抵消截头锥体迎风面81受到的减小的气体推力的作用，不会大量增加执行机构驱动臂20对连杆9的转角力矩输出。
36.内调节片2和外调节片3靠近内筒1出风口的一端与内筒1外表面之间存在一定的间隙。在上述的排风过程中，本发明喷口外部的空气经该间隙被吸入喷口内，与喷口内部的气体混合后从喷口出风口18喷出。内调节片2侧部外表面与外调节片3侧部内表面的接触处会存在一些缝隙并漏风，但漏风量较小，可以忽略不计。
37.内调节片2和外调节片3转动时，每一根折弯线6一般是在通过该根折弯线6和喷口轴心线的平面内转动。每一根调节杆10一般是在通过该根调节杆10和喷口轴心线的平面内转动和移动。执行机构驱动臂20一般是绕其与执行机构21中驱动构件相连的一端摆动，大致在通过执行机构驱动臂20和喷口轴心线的平面内摆动。摆动时，执行机构驱动臂20与驱动臂连接件19相连的一端靠近或离开喷口出风口18；靠近喷口出风口18时，执行机构驱动臂20的角位移增大；离开喷口出风口18时，执行机构驱动臂20的角位移减小。可以选择适当的基准确定执行机构驱动臂20的角位移。例如，选取一条自执行机构驱动臂20上的一点向离开喷口出风口18的方向延伸、且与喷口轴心线平行的直线，再选取执行机构驱动臂20位于上述执行机构驱动臂20上的一点至执行机构驱动臂20与驱动臂连接件19相连的一端之间的部分，以该部分与上述直线之间的夹角作为执行机构驱动臂20的角位移a(如图1所示)。
38.对于不同结构参数的喷口以及风速检测风管横截面积已知的风速检测机构27，根据本说明书的说明，通过进行有限的计算和试验，可以事先得到风速检测机构27所测得的风速检测风管内的风速与排风系统排风量之间的关系曲线，再得到喷口出风口18的开度与
风速检测机构27所测得的风速、喷口出风口18处的风速之间的关系曲线，该曲线的数据内置于控制器29中。对于控制器29，本领域技术人员可以容易地进行程序设计、数据设定、控制线23连接等，以实现对本发明风速调节过程所要求的控制，使喷口出风口18处的风速保持在需要的范围内。详细说明从略。
39.上述的喷口风速调节方法，不仅限于使用本发明的喷口。根据本发明构思提出的与本发明喷口的结构和工作原理相近的喷口，也可用于本发明方法。