一种用于排风系统的喷口以及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以及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以及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以及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、外筒、内调节片、外调节片，内筒与外筒之间形成环形空间，内调节片和外调节片间隔设置，内调节片和外调节片的形状均为球台侧面的一段，内调节片和外调节片的一端位于环形空间之内，另一端位于环形空间之外，相邻的内调节片和外调节片位于环形空间之外的端部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，连杆上固定有拉杆支座，内筒内在拉杆支座与内筒出风口之间设有第一固定支架，在内调节片和/或外调节片上设有调节杆支座，第一固定支架与调节杆支座之间设有调节杆，调节杆的两端分别与第一固定支架和调节杆支座连接，调节杆上固定有调节杆连接件，拉杆支座与调节杆连接件之间设有拉杆，拉杆的两端分别与拉杆支座和调节杆连接件可转动连接，环形空间内，在外筒与内调节片和外调节片之间设有弹簧，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：风量检测机构检测排风系统的排风量，并将该排风量数据传送到控制器，由控制器根据该排风量数据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)采用风量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沿轴向的剖视图，喷口出风口的开度处于扩大状态。
10.图2是本发明的一种用于排风系统的喷口沿轴向的剖视图，喷口出风口的开度处于缩小状态。
11.图3是本发明的一种用于排风系统的喷口的立体结构示意图。
12.图4是本发明的一种用于排风系统的喷口的立体外观图。
13.图5是本发明风速调节装置的示意图。
14.图3中，调节片组合件、内筒、外筒、第一环形板和第二环形板局部剖开。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—拉杆支座；6—弹簧；7—第一固定支架；8—拉杆；9—连杆；10—调节杆；11—调节杆支座；12—第二固定支架；13—驱动臂连接件；14—柱体；15—执行机构驱动臂；16—外筒；161—第一环形板；162—第二环形板；163—环形空间；171—内筒进风口；172—内筒出风口；18—喷口出风口；19—执行机构；20—调节杆连接件；21—本发明喷口；22—风机出口风管；23—风机；24—风机入口风管；25—风量检测机构；26—排风系统主风管；27—控制器；28—控制线。
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、外筒16、内调节片2、外调节片3。内筒1和外筒16均为圆筒形，一般同轴设置，内筒1与外筒16之间形成环形空间163。内调节片2和外调节片3间隔设置；内调节片2和外调节片3的形状均为球台侧面的一段，由完整的球台侧面截断形成。内调节片2和外调节片3的一端位于环形空间163之内；另一端位于环形空间163之外并与内筒出风口172相邻，相邻的内调节片2和外调节片3位于环形空间163之外的端部用调节片连接件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，总体形状大致为球台侧面。调节片组合件的轴心线与内筒1和外筒16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位于环形空间163之外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轴向移动；连杆9一般位于内筒1的轴心线上。连杆9上固定有拉杆支座5。内筒1内在拉杆支座5与内筒出风口172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。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，第一固定支架7与调节杆支座11之间设有调节杆10。调节杆10的一端与第一固定支架7可转动连接，调节杆10的另一端与调节杆支座11可转动连接或固定连接。调节杆10上固定有调节杆连接件20，拉杆支座5与调节杆连接件20之间设有拉杆8，拉杆8的两端分别与拉杆支座5和调节杆连接件20可转动连接。调节杆10最少设置3根，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和外调节片3设置一根调节杆10，绕喷口轴心线均匀分布。拉杆8与调节杆10成对设置。本发明附图所示，几个内调节片2上固定有调节杆支座11。
17.环形空间163内，在外筒16与内调节片2和外调节片3之间设有弹簧6。弹簧6一般为片状弹簧，固定于外筒16上。弹簧6处于压缩状态，与内调节片2和外调节片3的外表面接触，起到限制内调节片2和外调节片3位于环形空间163之内的端部发生振动的作用，并引导内调节片2和外调节片3进行转动。对于每个内调节片2和外调节片3，可在外筒16的两端附近各设置1～2个弹簧6。
18.连杆9与内筒进风口171相邻的一端与驱动臂连接件13的一端可转动连接，驱动臂连接件13的另一端与执行机构驱动臂15的一端可转动连接，执行机构驱动臂15的另一端与执行机构19中的驱动构件相连。执行机构驱动臂15从内筒1上的开孔穿过。
19.调节片连接件4为条形板，形状大致为球台侧面的一段，可大致与内调节片2和外调节片3的表面贴合；调节片连接件4上带有条形孔。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，如图3、图4所示。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之间的相对滑动。柱体14端部可设置阻挡件(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。
20.内调节片2和外调节片3一般各设置3～8个，且数量相同。内调节片2和外调节片3的厚度一般为0.5～2毫米。
21.通常，内筒1内在连杆9与内筒进风口171相邻的一端与拉杆支座5之间设有第二固定支架12，第二固定支架12固定于内筒1上。第一固定支架7和第二固定支架12均带有中心孔，连杆9从所述的中心孔穿过。
22.外筒16的一端与内调节片2和外调节片3之间设有第一环形板161，外筒16的另一端与内筒1之间设有第二环形板162。第一环形板161的内边缘与内调节片2和外调节片3的外表面之间留有间隙。第一环形板161与外筒16固定连接，第二环形板162与外筒16和内筒1固定连接。
23.本发明喷口一般是竖直设置，喷口出风口18向上。本发明喷口还可以水平或倾斜设置。
24.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。
25.图1所示喷口出风口18的开度处于扩大状态，图2以及图3、图4所示喷口出风口18的开度处于缩小状态。图1至图4所示喷口其它未说明的部分基本相同。
26.内调节片2和外调节片3的内外表面所在球面的球心应当重合并定位于喷口轴心线上。内调节片2转动时，应大致围绕所述的球心、贴合着内调节片2内表面所在的球面(假想球面)进行转动。调节杆10与第一固定支架7的可转动连接点应尽量靠近所述的球心，调节杆10的长度应大致等于内调节片2内表面所在球面的半径。
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21，还有控制器27、风量检测机构25等。本发明喷口21的内筒进风口171与排风系统风机23的出口或者风机出口风管22的出口相连，风机23入口通过风机入口风管24与风量检测机构25的出口相连，风量检测机构25的入口与排风系统主风管26的出口相连。风机23使用现有的变频风机，控制器27通过控制线28控制风机23的转速和输送风量。风量检测机构25可以使用现有的文丘里流量计，本发明喷口21的执行机构19可以使用现有的电动、气动或液动执行机构。控制器27与执行机构19、风机23和风量检测机构25之间均通过控制线28相连。
28.连杆9、拉杆8、调节杆10、调节杆支座11、拉杆支座5、调节杆连接件20、驱动臂连接件13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15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15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，通过风量检测机构25检测排风系统的排风量，并将该排风量数据通过控制线28传送到控制
器27，由控制器27根据该排风量数据以及喷口出风口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15角位移的期望值，并将执行机构驱动臂15角位移的实际值与该期望值进行对比。执行机构19将执行机构驱动臂15角位移的实际值通过控制线28传送到控制器27。以下的风速调节过程，以本发明图1至图4所示的喷口为例进行说明。
30.当执行机构驱动臂15角位移的实际值小于执行机构驱动臂15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27通过控制线28向执行机构19发出调节指令，执行机构19调节执行机构驱动臂15的角位移、使该角位移增大，执行机构驱动臂15再通过驱动臂连接件13带动连杆9向离开喷口出风口18的方向移动，执行机构驱动臂15与驱动臂连接件13相连的一端也向离开喷口出风口18的方向移动。拉杆支座5随连杆9移动，拉杆8随拉杆支座5移动，且拉杆8的两端分别相对于拉杆支座5和调节杆连接件20发生转动。在拉杆8和调节杆连接件20的带动下，调节杆10绕其一端与第一固定支架7的可转动连接点发生转动，调节杆10与喷口轴心线之间的夹角增大。调节杆10与调节杆支座11相连的一端通过调节杆支座11带动设有调节杆支座11的内调节片2转动，该内调节片2再通过调节片连接件4和柱体14依次带动外调节片3和其它未设有调节杆支座11的内调节片2转动，内调节片2和外调节片3有更多的部分进入环形空间163之内。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转动，使喷口出风口18开度扩大。当执行机构驱动臂15角位移的实际值等于执行机构驱动臂15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15角位移的实际值大于执行机构驱动臂15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27通过控制线28向执行机构19发出调节指令，执行机构19调节执行机构驱动臂15的角位移、使该角位移减小，执行机构驱动臂15再通过驱动臂连接件13带动连杆9向靠近喷口出风口18的方向移动，执行机构驱动臂15与驱动臂连接件13相连的一端也向靠近喷口出风口18的方向移动。拉杆支座5随连杆9移动，拉杆8随拉杆支座5移动，且拉杆8的两端分别相对于拉杆支座5和调节杆连接件20发生转动。在拉杆8和调节杆连接件20的带动下，调节杆10绕其一端与第一固定支架7的可转动连接点发生转动，调节杆10与喷口轴心线之间的夹角减小。调节杆10与调节杆支座11相连的一端通过调节杆支座11带动设有调节杆支座11的内调节片2转动，该内调节片2再通过调节片连接件4和柱体14依次带动外调节片3和其它未设有调节杆支座11的内调节片2转动，内调节片2和外调节片3有更多的部分进入环形空间163之外。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转动，使喷口出风口18开度减小。当执行机构驱动臂15角位移的实际值等于执行机构驱动臂15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26内的气体经风量检测机构25、风机入口风管24进入风机23，再经风机出口风管22或风机23的出口进入内筒1，最后由喷口出风口18排出。图1至图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。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。
33.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和一根拉杆8，调节杆10和拉杆8直接带动每个内调节片2和外调节片3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和一根拉杆8，调节杆10和拉杆8直接带动每个所述的内调节片2和外调节片3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和柱体14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转动。
34.对于不同结构参数的喷口及排风系统排风量，根据本说明书的说明，通过进行有限的计算和试验，可以事先得到喷口出风口18的开度、执行机构驱动臂15的角位移与排风量之间的关系曲线，该曲线的数据内置于控制器27中。控制器27可以使用现有的可编程序控制器(plc)、直接数字控制器(ddc)等。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28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。
35.在上述的操作过程中，本发明喷口外部的空气经内调节片2和外调节片3与第一环形板161之间的间隙被吸入喷口内，再经内调节片2和外调节片3与内筒1之间的间隙与喷口内部的气体混合，最后从喷口出风口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。
36.每一根拉杆8移动和转动时，大致在通过该根拉杆8和喷口轴心线的平面内移动和转动。每一根调节杆10转动时，大致在通过该根调节杆10和喷口轴心线的平面内转动。执行机构驱动臂15一般是绕其与执行机构19中驱动构件相连的一端摆动，大致在通过执行机构驱动臂15和喷口轴心线的平面内摆动。摆动时，执行机构驱动臂15与驱动臂连接件13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15的角位移减小；离开喷口出风口18时，执行机构驱动臂15的角位移增大。可以选择适当的基准确定执行机构驱动臂15的角位移。例如，选取一条自执行机构驱动臂15上的一点向靠近喷口出风口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15位于上述执行机构驱动臂15上的一点至执行机构驱动臂15与驱动臂连接件13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15的角位移a(如图1所示)。
37.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。