一种通风系统可调通径圆形风门及其设计方法

一种通风系统可调通径圆形风门及其设计方法
【专利摘要】本发明公开一种通风系统可调通径圆形风门及其设计方法，一种通风系统可调通径圆形风门，包括风门基座(100)、动板(200)、转臂(220)、若干叶片(300)、定板(400)、调节手柄(500)、调节箱(600)和密封盖板(700)；其特征在于，调节箱(600)与风门基座(100)固定连接，动板(200)安置于风门基座内，动板(200)上的转臂(220)伸到调节箱(600)内，若干叶片(300)均匀地叠在动板(200)上。本发明可变通径圆形风门，可用于风量调节要求较高的通风系统，多叶片交错重叠不会发生变形和磨损，长期工作稳定可靠性好。
【专利说明】
-种通风系统可调通径圆形风口及其设计方法
技术领域
[0001] 本发明公开一种通风系统可调通径圆形风口及其设计方法。
【背景技术】
[0002] 风口在工业生产、生活中被广泛应用于调节流量，其主要工作原理是，当送风在流 经装有节流式风口的管道时，由于风口的局部阻力，产生部分能量损耗，使风口后的流体压 力降低；同时装设风口会改变相应出口管道特性，减少通过风口后的送风风量。
[0003] 目前，工业厂房、楼宇等通风系统内使用较多的风口均为固定口径，无法进行调 节，当偏离相应工况的要求值时，若偏差在可控范围内，则忽视其问题，若偏离过大则更换 不同规格的风口。在此基础上，也有部分工程中使用可调式风口，其多为百叶窗风口，它的 工作原理是通过叶片的摆动实现通风出口大小的改变。但该百叶窗式风口一般只能用作粗 调，无法满足精密调节要求;同时它在使用过程中晃动间隙较大，随意的抖动严重影响风孔 大小的准确性，并且百叶窗的叶片彼此分开，使用较长时间后容易发生磨损，从而失去调节 有效性。
[0004] 鉴于此类常规风口结构限制与使用特性，开发具备可调操作性、使用耐久性及调 节精确性的风口，对于提升通风系统的高效性、安全性和经济性具有非常重要的意义。

【发明内容】

[0005] 发明目的：为了解决传统工业通风系统中管网节流风口不可调节或调节效果差的 问题，本发明提出了一种通风系统可调通径圆形风口及设计方法。该风口能像常规风口一 样紧固在管道上使用，并且能够在规定风孔大小范围内进行精确调节，真正实现通风系统 运行的准确性与安全性。
[0006] 技术方案:为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0007] -种通风系统可调通径圆形风口，包括风口基座、动板、转臂、若干叶片、定板、调 节手柄、调节箱和密封盖板;调节箱与风口基座固定连接，动板安置于风口基座内，动板上 的转臂伸到调节箱内，若干叶片均匀地叠在动板上，定板盖在若干叶片上且与风口基座焊 接，调节手柄套在转臂栓孔中，在调节完成后将密封盖板固定在调节箱操作区；
[000引所述风口基座为圆环型结构，一个侧面设有凹圈，内部有一段径向扁平扇形孔，外 缘开设若干法兰螺栓孔；
[0009] 所述动板主体为圆环型结构，其上均匀地开设与叶片数相同的滑销导槽；
[0010] 所述转臂固定在动板的外周，其外端部设有多边形栓孔；
[0011] 所述叶片为弧形叶片，两端分设定销与滑销；
[0012] 所述定板为圆环状，均匀分布与叶片数相同的定销孔；
[0013] 所述调节手柄为L型，顶端设有多边形栓，套在转臂的栓孔中；
[0014] 所述调节箱为弧带状，内部开设与扁平扇形孔一样角度的弧槽，操作区设置有密 封盖板进行密封;可调通径圆形风口和管道法兰通过螺栓与螺母紧固。
[0015] 优选的，调节箱与风口基座焊接，其内部弧槽与扁平扇形孔完全对接，同时在其表 面刻有通径标尺，在调节过程中用于直接读取孔径大小。
[0016] 优选的，所述动板安置于风口基座凹圈内，转臂穿过扁平扇形孔伸到调节箱内。
[0017] 优选的，所述叶片围成一圈，均匀地叠在动板上，滑销嵌在动板的滑销导槽中，定 销嵌在定板的定销孔中，定板固定在风口基座上;叶片采用内外弧均为圆弧的规则叶片。
[0018] 优选的，该方法包括如下步骤：
[0019] 步骤1:对管径为Dp的管道，根据设计要求的风口通径变化范围，由最大通径Dmax确 定叶片的内径化n;
[0020] 步骤2:根据风口允许的最大厚度，确定叶片数目n与叶片弧度01;
[0021] 步骤3:根据选用销钉直径确定叶片定销位置^;
[0022] 步骤4:基于步骤1管道节流孔径Dmax~Dmin设计要求及步骤2、步骤3内选定的相关 参数，计算出叶片的最大转角a:由构造的多边形通孔与要求的圆孔面积相等关系求出多边 形内径X;根据内切圆特性及叶片内径计算旋转后叶片内弧圆屯、与节流孔中屯、的距离Y;由 距离Y和叶片定销位置^计算出叶片最大转角a;
[0023] 步骤5:由确定的叶片最大转角a、叶片内径化n和叶片弧度01，计算出滑销在叶片上 的位置L2和叶片的最小外径Dcmt。
[0024] 优选的，该方法包括如下步骤：
[0025] 步骤1:将叶片最大转角a、叶片上的滑销位置L2及叶片定销位置^代入S角形余弦 定理中，计算出滑销在动板上的理论运动轨迹L3;
[0026] 步骤2:由叶片滑销与定销距离Z和叶片转角a确定滑销相对于固定的风口基座移 动的直线距离V;
[0027] 步骤3:根据步骤1与2计算出的滑销理论运动轨迹L3与滑销直线移动距离VW及滑 销位置L2,确定理论转角Si;
[002引步骤4:根据要求的调节手柄转角SpW及理论转角Si、滑销位置L2和理论运动轨迹 13,最终确定滑销在动板上的实际运动轨迹L4,由此确定滑销导槽的结构参数。
[00巧]有益效果：
[0030] 1、本发明能够与普通风口一样紧固在管道上使用，同时通过调节手柄驱动动板的 旋转改变通风截面大小，从而实现风孔的可调化，能够控制流经管路的风压、流量W适应工 况的变化要求，调节精度高、能损低。
[0031] 2、本发明与现有技术相比，风口内部叶片相互叠加，增加了彼此的刚度，在使用过 程中不易产生磨损；另外相比于百叶窗式风口，本发明晃动间隙小，操作可靠性更高，并且 能够进行精细调节。
[0032] 3、本发明设计能满足较宽的调节手柄旋转角度要求，同时具有刻度标识，在调节 过程中具备流量-压差变化平滑、内漏量小、密封性好、工作可靠和性能稳定的优点。
【附图说明】
[0033] 图1为本发明的一种通风系统可调通径圆形风口及其设计方法的装置结构图。
[0034] 图2为本发明的一种通风系统可调通径圆形风口及其设计方法总装图。
[0035] 图3为本发明的一种通风系统可调通径圆形风口及其设计方法的调节箱示意图。
[0036] 图4为本发明的一种通风系统可调通径圆形风口及设其计方法变风孔原理图。
[0037] 图5为本发明的一种通风系统可调通径圆形风口及其设计方法叶宽几何关系图。
[0038] 图6为本发明的一种通风系统可调通径圆形风口及其设计方法调节手柄旋转角度 原理图。
[0039] 图7为本发明的一种通风系统可调通径圆形风口及其设计方法的结构尺寸设计流 程图。
[0040] 图8为本发明的一种通风系统可调通径圆形风口及其设计方法具体实例。
【具体实施方式】
[0041] 下面结合附图与实施例对本发明技术方案进行详细描述，但本发明的保护范围不 局限于实施例。
[0042] 本发明提供的通风系统可调通径圆形风口，包括风口基座100、动板200、转臂220、 若干叶片300、定板400、调节手柄500、调节箱600和密封盖板700;调节箱600与风口基座100 固定连接，动板200安置于风口基座内，动板200上的转臂220伸到调节箱600内，若干叶片 300均匀地叠在动板200上，定板400盖在若干叶片300上且与风口基座100焊接，调节手柄 500套在转臂220栓孔中，在调节完成后将密封盖板700固定在调节箱600操作区；
[0043] 所述风口基座100为圆环型结构，一个侧面设有凹圈，内部有一段径向扁平扇形孔 110，外缘开设若干法兰螺栓孔120;
[0044] 所述动板200主体为圆环型结构，其上均匀地开设与叶片数相同的滑销导槽210;
[0045] 所述转臂220固定在动板200的外周，其外端部设有多边形栓孔；
[0046] 所述叶片300为弧形叶片，两端分设定销310与滑销320;
[0047] 所述定板400为圆环状，均匀分布与叶片数相同的定销孔410;
[004引所述调节手柄500为L型，顶端设有多边形栓，套在转臂220的栓孔中；
[0049] 所述调节箱600为弧带状，内部开设与扁平扇形孔110-样角度的弧槽，操作区设 置有密封盖板700进行密封;可调通径圆形风口和管道法兰通过螺栓810与螺母820紧固。
[0050] 调节箱600与风口基座100焊接，其内部弧槽与扁平扇形孔110完全对接，同时在其 表面刻有通径标尺610,在调节过程中用于直接读取孔径大小。
[0051] 所述动板200安置于风口基座100凹圈内，转臂220穿过扁平扇形孔110伸到调节箱 600 内。
[0052] 所述叶片300围成一圈，均匀地叠在动板200上，滑销320嵌在动板200的滑销导槽 210中，定销310嵌在定板400的定销孔410中，定板400固定在风口基座100上；叶片300采用 内外弧均为圆弧的规则叶片。
[0053] 叶片的设计方法，该方法包括如下步骤：
[0054] 步骤1:对管径为Dp的管道，根据设计要求的风口通径变化范围，由最大通径Dmax确 定叶片的内径化n;
[005引步骤2:根据风口允许的最大厚度，确定叶片数目n与叶片弧度01;
[0056] 步骤3:根据选用销钉直径确定叶片定销位置。；
[0057] 步骤4:基于步骤1管道节流孔径Dmax~Dmin设计要求及步骤2、步骤3内选定的相关 参数，计算出叶片的最大转角a:由构造的多边形通孔与要求的圆孔面积相等关系求出多边 形内径X;根据内切圆特性及叶片内径计算旋转后叶片内弧圆屯、与节流孔中屯、的距离Y;由 距离Y和叶片定销位置^计算出叶片最大转角a;
[0058] 步骤5:由确定的叶片最大转角a、叶片内径化n和叶片弧度01，计算出滑销在叶片上 的位置L2和叶片的最小外径Dcmt。
[0059] 动板上的滑销导槽的设计方法，该方法包括如下步骤：
[0060] 步骤1:将叶片最大转角CU叶片上的滑销位置L2及叶片定销位置^代入S角形余弦 定理中，计算出滑销在动板上的理论运动轨迹L3;
[0061] 步骤2:由叶片滑销与定销距离Z和叶片转角a确定滑销相对于固定的风口基座移 动的直线距离V;
[0062] 步骤3:根据步骤1与2计算出的滑销理论运动轨迹L3与滑销直线移动距离VW及滑 销位置L2,确定理论转角Si;
[0063] 步骤4:根据要求的调节手柄转角SpW及理论转角Si、滑销位置L2和理论运动轨迹 13,最终确定滑销在动板上的实际运动轨迹L4,由此确定滑销导槽的结构参数。
[0064] 如图1、2所示的一种通风系统可调通径圆形风口，包括风口基座100、动板200、转 臂220、6~18片叶片300、定板400、调节手柄500、调节箱600和密封盖板700。调节箱600与风 口基座100固定连接，动板200安置于风口基座100内，动板200上的转臂220伸到调节箱600 内，6~18叶片300均匀地叠在动板200上，定板400盖在叶片300上，与风口基座100焊接，调 节手柄500套在转臂220栓孔中，在调节完成后将密封盖板700固定在调节箱600操作区。
[0065] 本实施例风口基座100为圆环型结构，一个侧面上设有凹圈，内部设有径向扁平扇 形孔110，外缘开设与给定管道匹配的法兰螺栓孔120，其余部分皆为实屯、钢板。
[0066] 本实施例所述动板200主体为圆环型结构，其上均匀分布着与叶片数目相同的滑 销导槽210,动板200置于风口基座100凹圈内，固定于动板200外周的转臂220穿过扁平扇形 孔110伸到调节箱600内，其外端设有多边形栓孔。
[0067] 本实施例叶片300为弧形叶片，两端分别焊接有定销310与滑销320,该方式既能起 到一定的支撑作用，有助于减缓叶片300在前后压差作用下产生的变形，同时可更好地固定 叶片300而不引起相对滑移。
[0068] 本实施例所述定板400亦为圆环状，均匀分布与叶片数一致的定销孔410。
[0069] 本实施例所述调节手柄500为L型，顶端设有多边形栓，可套在转臂的栓孔中。
[0070] 如图2、3所示，本实施例调节箱600为弧状结构，内部开设与扁平扇形孔110同样角 度的弧槽，其通过焊接的方式与风口基座100完全对接；同时在调节箱表面刻有通径标尺 610,在调节风口通径过程中可直观的读取风孔大小；操作区域内还设有密封盖板紧固螺 孔。
[0071] 如图2,本实施例为了提高风口的精密性，在调节完成并卸下调节手柄500后，在调 节箱上操作区域紧固密封盖板700W消除风口在正常工作状态下的漏风。
[0072] 本实施例所述叶片300围成一圈，均匀地叠在动板200上；定销310与定板400的定 销孔410较接，可自由旋转，定板焊接固定在风口基座100上;滑销320嵌在动板200的滑销导 槽210中，可沿型线来回运动。叶片300优先采用内外弧均为圆弧的规则叶片，其结构尺寸设 计方法步骤如下：
[0073] 步骤一:对于管径为Dp的风管，根据设计要求的风口通径变化范围[Dmax~Dmin], W 最大孔径Dmax确定风口基座孔径、动板内径、定板内径及叶片内径化n，即：
[0074] Din = EWx
[0075] 步骤二:根据风口允许的最大厚度，合理选择叶片数目n与叶片弧度01;若叶片数n 越多，重叠越厚，n太少，则无法满足构成通孔的要求;若叶片弧度01太大，则重叠片数增多， 弧度过小，不能满足设计要求。
[0076] 步骤根据选用销钉的直径，确定定销在叶片上的位置，即是定销中屯、距离叶片 内弧圆屯、的长度^。
[0077] 步骤四：如图4所示，表示风口在调节过程中叶片的旋转，基于步骤一中管道节流 孔径Dmax~Dmin设计要求及步骤二、=内选定的相关参数，计算出叶片的最大转角a: (1)由构 造的多边形通孔与要求的圆孔面积相等关系求出多边形内径X;
[007引
[0079] (2)根据内切圖特性必叶片内爸计算旋转后叶片内弧圖屯、与节流孔中屯、的距离Y;
[0080] Y = R ? COS人-X ? cos(180/n)
[0081 ] (3)由距离Y巧奸片定销位置。计算出叶片最大转角a;
[0082]
[0083] 式中，X为召^与召5的长度，随着叶片的转动而发生改变;R为叶片内半径，即R = Din/2 = Dmax/2 ;n为叶片数目；Dmin为要求的风口最小通孔;Y为而的长度山表示定销位置， 即叶片上定销中屯、与叶片内弧圆屯、之间的距离，在叶片旋转过程中始终保持5^ =戒=A。
[0084] 由于11、1?、0。1。及。均为已知量，因此叶片转角a的数学模型可表示为：
[0085] a = f(n，R，Li，Dmin)
[0086] 步骤五:在可调风口设计过程中，若叶片选取太窄，无法满足通孔W外的全覆盖要 求;叶片设计太宽，则会扩大风口动板的外径，造成风管与可调风口无法匹配安装的结果。 如图5所示，由确定的叶片最大转角a、最大通径Dmax和叶片弧度01，建立了滑销在叶片上的 位置L2数学模型关系式：
[0087]
[008引式中，L2表示滑销中屯、到叶片内弧圆屯、的距离，即。下:=:才厅=L ;Z为叶片定销与 滑销的距离，即忍"=盈才=Z的长度;a为步骤四所求叶片转角。因 b、R、9i及a均为已知量，贝U 滑销位置L2数学表达式为：
[0089] L2 = fai，R，目i，n，Dmin)
[0090] 考虑到设计裕量要求，同时滑销本身具有一定的直径，叶片外径取DDut = 2(l + 0 L2 O
[0091] 如图6,可调通径圆形风口由最大通径变到最小通径，为满足调节手柄要求的旋转 角度Sp,动板上的滑销导槽结构设计方法如下：
[0092] 步骤一:调节手柄带动动板旋转，动板引导滑销在滑销导槽内移动，并绕叶片定销 旋转，最终达到一新的位置;将叶片最大转角〇、叶片上的滑销位置L2及叶片定销位置^代入 =角形余弦定理，计算出滑销在动板上的理论运动轨迹L3:
[0093]
[0094] 式中，L3表示滑销的理论运动轨迹r谷;Li、L2与Z分别为已设计的叶片结构参数，即
;W为滑销理论位置与风口中屯、的距离，即
[00M] 步骤二：由叶片滑销与定销距离Z和叶片转角a确定滑销相对于固定的风口基座移 动的直线距离V:
[0096] V = 2(Z ? sin(a/2))
[0097] 步骤=:根据步骤一与二计算出的滑销理论运动轨迹L3与滑销直线移动距离VW 及滑销仿置^，确巧理论按角Si:
[009引
[0099] 步骤四：根据要求的调节手柄转角SpW及理论转角Si、滑销位置L2和理论运动轨迹 13,最终确定滑销在动板上的实际运动轨迹L4,由此确定滑销导槽的结构参数：
[0100
[0101
[0102] 式中，02表示根据要求的调节手柄转角设计的滑销导槽倾斜角度;L4为设计的滑销 导槽的长度
[0103] 图8为管径Dp = IOOmm的管道具体实施例，采用图7所示的结构尺寸设计方法流程 得:风口通径设计要求为Dmax = 95mm、Dmin = 70mrn，调节手柄转角设计要求为36%可调通径圆 形风口采用8片厚度约0.5mm的叶片，其最终设计叶片外径Dnut= 115mm，叶片宽度为(Dout- Din)/2=10mm;动板外径为115mm，8个对称分布的滑销导槽倾角为35%整个可调通径圆形风 口总厚度控制在7.5mm;由于该管道单边法兰各有20mm的宽度，可设计出d) =HOmm的风口 基座正好能通过螺栓和螺母与管道固定。此实例的孔管径比可达95/100 = 0.95,几近为1; 当设计的孔管径比小于该值时，尺寸限制条件逐步削弱，设计出的风口均能安装在管道上 使用。由设计方法与该例子可W看出，本发明的突出特点为应用面广、匹配度高，作为常用 节流孔具备较强的实用价值。
[0104] W上所述仅是本发明的优选实施方式，尽管该实施例已表述了本发明，但本发明 的保护范围并不局限于此。对于任何熟悉本技术领域的技术人员来讲，在不脱离所附权利 要求定义的发明原理前提下，可对其在形式上与细节上做出各种变化与修饰，运些均应视 为本发明的保护范围。
【主权项】
1. 一种通风系统可调通径圆形风门，包括风门基座（100)、动板(200)、转臂（220)、若干 叶片(300)、定板(400)、调节手柄(500)、调节箱(600)和密封盖板(700);其特征在于，调节 箱（600)与风门基座（100)固定连接，动板（200)安置于风门基座内，动板（200)上的转臂 (220)伸到调节箱(600)内，若干叶片(300)均匀地叠在动板(200)上，定板(400)盖在若干叶 片(300)上且与风门基座（100)焊接，调节手柄(500)套在转臂（220)栓孔中，在调节完成后 将密封盖板(700)固定在调节箱(600)操作区； 所述风门基座（100)为圆环型结构，一个侧面设有凹圈，内部有一段径向扁平扇形孔 (110)，外缘开设若干法兰螺栓孔(120); 所述动板(200)主体为圆环型结构，其上均匀地开设与叶片数相同的滑销导槽(210); 所述转臂(220)固定在动板(200)的外周，其外端部设有多边形栓孔； 所述叶片(300)为弧形叶片，两端分设定销(310)与滑销(320); 所述定板(400)为圆环状，均匀分布与叶片数相同的定销孔(410); 所述调节手柄(500)为L型，顶端设有多边形栓，套在转臂(220)的栓孔中； 所述调节箱(600)为弧带状，内部开设与扁平扇形孔（110)-样角度的弧槽，操作区设 置有密封盖板(700)进行密封;可调通径圆形风门和管道法兰通过螺栓(810)与螺母(820) 紧固。2. 根据权利要求1所述的通风系统可调通径圆形风门，其特征在于，调节箱(600)与风 门基座（100)焊接，其内部弧槽与扁平扇形孔（110)完全对接，同时在其表面刻有通径标尺 (610)，在调节过程中用于直接读取孔径大小。3. 根据权利要求1或2所述的通风系统可调通径圆形风门，其特征在于，所述动板(200) 安置于风门基座(100)凹圈内，转臂(220)穿过扁平扇形孔(110)伸到调节箱(600)内。4. 根据权利要求1所述的通风系统可调通径圆形风门，其特征在于，所述叶片（300)围 成一圈，均匀地叠在动板（200)上，滑销（320)嵌在动板（200)的滑销导槽（210)中，定销 (310)嵌在定板(400)的定销孔(410)中，定板(400)固定在风门基座（100)上;叶片(300)采 用内外弧均为圆弧的规则叶片。5. 权利要求1-4所述的叶片的设计方法，其特征在于，该方法包括如下步骤： 步骤1:对管径为叫的管道，根据设计要求的风门通径变化范围，由最大通径Dmax确定叶 片的内径Din; 步骤2:根据风门允许的最大厚度，确定叶片数目η与叶片弧度θ1; 步骤3:根据选用销钉直径确定叶片定销位置L1; 步骤4:基于步骤1管道节流孔径Dmax~Dmin设计要求及步骤2、步骤3内选定的相关参数， 计算出叶片的最大转角α:由构造的多边形通孔与要求的圆孔面积相等关系求出多边形内 径X;根据内切圆特性及叶片内径计算旋转后叶片内弧圆心与节流孔中心的距离Υ;由距离Y 和叶片定销位置L1计算出叶片最大转角α; 步骤5:由确定的叶片最大转角α、叶片内径Din和叶片弧度Q1，计算出滑销在叶片上的位 置L2和叶片的最小外径Dcmt。6. 权利要求1-4所述的动板上的滑销导槽的设计方法，其特征在于，该方法包括如下步 骤： 步骤1:将叶片最大转角CU叶片上的滑销位置L2及叶片定销位置1^代入三角形余弦定理 中，计算出滑销在动板上的理论运动轨迹L3; 步骤2:由叶片滑销与定销距离Z和叶片转角α确定滑销相对于固定的风门基座移动的 直线距离V; 步骤3:根据步骤1与2计算出的滑销理论运动轨迹L3与滑销直线移动距离V以及滑销位 置L2，确定理论转角δ 1; 步骤4:根据要求的调节手柄转角δρ以及理论转角S1、滑销位置LdP理论运动轨迹L3,最 终确定滑销在动板上的实际运动轨迹L4,由此确定滑销导槽的结构参数。
【文档编号】F24F13/10GK105910253SQ201610239830
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年4月18日
【发明人】杨建明, 解李杨
【申请人】东南大学