EN
Защо топлините нуждаят от механична вентилация изобщо
Затворена топлина се нагрява по-бързо от почти всяка друга селскостопанска сграда в слънчев ден. Слънчевата радиация преминава през остъклената повърхност, абсорбира се от почвата, растенията и конструкцията и се преизлъчва на дължина на вълната, която остъклената повърхност не пропуска. Без вентилация вътрешната температура се покачва до нива, които растенията не могат да понесат, само за няколко часа.
Вентилацията също регулира влажността и нивото на CO₂. Изпаряващите се растения повишават влажността вътре, а продължително високата влажност предизвиква гъбични заболявания; гъста култура в герметична оранжерия може да намали концентрацията на CO₂ дотолкова, че фотосинтезата да забави темпото си. Отварянето на вентилационните отвори решава и трите проблема, което е причината контролът на вентилацията да заема централно място в климатичното управление на оранжериите, а не периферно положение.
Въпросът е механичен: как се отварят няколко стотици квадратни метра вентилационни крила надеждно хиляди пъти през сезона във влажна среда? За търговските многосвободни оранжерии доминиращият отговор е вентилация на оранжерии чрез зъбчато-рейков механизъм .
Петте компонента на вентилационна система със зъбчато-рейков механизъм Зубчаст motor
Моторът с редуктор е източникът на мощност — електрически мотор с интегриран редуктор. Редукцията има по-голямо значение от мотора. Вентилационните крила изискват висок въртящ момент при много ниска скорост, тъй като се движи голяма панелна конструкция, подложена на вятърно натоварване, бавно и под контрол. Изходните скорости в тези системи обикновено са няколко оборота в минута, а не стотици.
Редукторът също обикновено осигурява самоблокираща или високорезистентна характеристика, така че вентил, оставен частично отворен, не се затваря под въздействието на вятърното налягане, което действа обратно през предавателната система.
Приводен вал
Валът на предавателната система е стоманена тръба или прът, простиращ се по цялата дължина на вентилационната секция и поддържан на интервали чрез лагерни корпуси, закрепени към рамката на парника. Той е разпределителният елемент: един мотор задвижва един вал, а това единствено въртене се предава едновременно на всички вентилационни позиции по цялата секция.
Това е архитектурното решение, което прави системата икономична. Шейсетметровият отвор с двайсет вентилационни позиции не изисква двайсет двигателя. Той изисква един двигател, един вал и двайсет точки на преобразуване.
PINION
Шестернята-зъбчато колело е малкото зъбчато колело, закрепено върху задвижващия вал на всяка вентилационна позиция. Това е мястото, където въртенето става достъпно като движение в тази конкретна вентилация.
На практика шестернята-зъбчато колело рядко е просто оголено зъбчато колело върху вала. Тя се намира вътре в задвижващ блок със зъбчато колело и рейка — стоманена рамка, която поддържа шестернята-зъбчато колело, удръжа рейката в зацепление и се закрепва към вала. Тази рамка осигурява надеждността на преобразуването под товар, за което ще се върнем по-долу.
Зъбена лента
Рейката е стоманена пръчка със зъбци. Зъбците ѝ зацепват с шестернята-зъбчато колело и, тъй като рейката не може да се върти, въртенето на шестернята-зъбчато колело кара рейката да се движи по дължината ѝ. Това е действителното преобразуване: входящо въртеливо движение, изходящо линейно движение .
Решетките за топлинни оранжерии обикновено са праворезни (с прави зъби), а не хеликоидни. Зъбите с прави зъби не създават осева тяга — силата остава в равнината на движението, вместо да опитва да измести шестероката встрани по оста. За компонент, който трябва да запази положението си върху оста при хиляди цикъла, това има по-голямо значение от незначителната гладкост, която биха предложили хеликоидните зъби. Вижте нашата оцинкована оранжерийна решетка за формата на зъбите, използвана в тези системи.
Тласъчен прът и подпорна ръка
Решетката рядко се монтира директно с болтове към вентилационната плочка. Тласъчният прът предава линейното движение на решетката към подпорна ръка, закрепена с шарнир към плочката, а подпорната ръка преобразува този тласък в ъгловото размахване на вентилационното отворяне.
Тази кинематична връзка извършва истинска работа. Тя променя посоката на силата, осигурява механично предимство в началото на хода, когато плочката е най-тежка и трябва да се освободи, и позволява на решетката да се движи по удобна права линия, докато плочката се завърта по дъга.
Принципът на отваряне и затваряне, стъпка по стъпка
За отваряне:
1. Климатичният контролер изисква вентилация и задейства електромотора с предавка.
2. Изходният вал на мотора се върти бавно при висок въртящ момент.
3. Предавателният вал се върти по цялата дължина на отвора.
4. Във всяка позиция на вентила шестеренката, закрепена към вала, се върти заедно с него.
5. Зъбите на шестеренката зацепват зъбите на линейната предавка и я привеждат в линейно движение.
6. Линейната предавка бута тласкателния прът.
7. Тласкателният прът задвижва подпорната рамка, която отваря фурната.
8. Контролерът спира мотора в целевата позиция на отваряне.
За затваряне , моторът работи в обратна посока и същата верига от действия протича в обратна последователност — линейната предавка се прибира, подпорната рамка дърпа фурната надолу и вентилът се уплътнява срещу рамката си.
Цялата верига е механично положителна. Няма хидравлична течност, която да изтича, няма пневматично налягане, което да се губи, и няма кабел, който да се удължи. Всеки елемент представлява директна механична връзка, а положението на клапана във всеки момент е директна функция на ъгъла, с който е завъртял моторът. Тази детерминираност е причината контролерите да могат да задържат клапана отворен на 30 % и да имат доверие, че той действително е отворен на 30 %.
Разбиране на хода на зъбчатата рейка
Ход на рейката е линейното разстояние, което рейката изминава от напълно затворено до напълно отворено положение. Той определя колко широко се отваря клапанът ви и се задава от две неща: обиколката по стъпала на шестерока и броя завъртания на задвижващия вал.
Всяко пълно завъртане на шестерока премества рейката с една обиколка по стъпала. По-голямата шестерока премества рейката по-нататък при всяко завъртане, но изисква по-голям въртящ момент от мотора за същата товарна сила, тъй като радиусът на шестероката действа като лостов ръчка спрямо мотора. По-малката шестерока изисква по-малко въртящ момент, но изисква повече завъртания на вала за постигане на същия отвор.
Следват два практически резултата:
Зъбчатата рейка трябва да е достатъчно дълга, за да осигури пълния ход плюс включване. Рейка с размер точно колкото разстоянието на хода изчерпва зъбите си в края на хода, а последните зъби поемат цялата товарна сила в най-неблагоприятния възможен момент. Правилният подбор на размера е описан в как да се избере подходящата рейка .
Ходът трябва да се ограничи преди достигане на механичния край. Крайни превключватели или ограничения на положението в контролера трябва да спрат двигателя, преди рейката да достигне края на своите зъби. Да се разчита на механизма да се заклини в собствените си граници е начинът, по който зъбите се чупят.
Системи за вентилация на покриви
Покривните вентилационни отвори се разполагат по гребена и при конструкции от тип Venlo и подобни ферми те са основният канал за вентилация. Топлият въздух се издига, събира се в гребена и излиза през покривния вентилационен отвор — най-термично ефективното място за поставяне на отвор.
Механично вентилационните покривни отвори са по-тежкият случай. Стъклото се повдига срещу гравитацията, така че механизмът носи теглото на панела през целия ход. По-значимо е, че отвореният покривен вентилационен отвор представлява издадена повърхност към вятъра, а ветровата натовареност може значително да надвишава статичното тегло на стъклото. Движителните компоненти са проектирани за този ветров случай, а не за теглото.
Покривните позиции също изпитват най-много кондензация. Топлият влажен въздух се събира в гребена, а металните повърхности там преминават през цикъл на овлажняване и изсушаване всяка нощ — затова галванизираните компоненти са стандарт, а не опция в тези области.
Тъй като един вал задвижва целия ред, всички вентилационни отвори в един отсек се отварят едновременно. Всеки двигателен блок следователно трябва да бъде закрепен към вала в една и съща фаза, за да се движат вентилационните отвори като комплект. Вентилационен отвор, закрепен извън фаза, изпреварва или изостава от съседите си и поема непропорционално голяма част от натоварването в краищата на хода.
Системи за странични вентилационни отвори
Странните вентилационни отвори се отварят в страничната стена и работят заедно с покривните вентилационни отвори, за да осигурят кръстосано проветряване — студен въздух влиза отдолу през страничната стена, а топлият въздух излиза отгоре през гребена. Това вертикално движение на въздуха е по-ефективно при отвеждане на топлината в сравнение с всеки от отворите поотделно.
Механизмите за странните вентилационни отвори следват същия принцип на преобразуване на ротационно в линейно движение, но са изложени на различни условия. Натоварването от собствената тежест е по-ниско, тъй като рамката се завърта, а не се повдига. Въздействието на вятъра е по-непосредствено, но действа върху по-малка ефективна площ. Реалната разлика е замърсяването: компонентите в страничната стена са разположени близо до нивото на земята и събират пръст, която се разпръсва при дъжд или поливане, както и прах.
Това замърсяване е основният фактор, определящ необходимостта от поддръжка. Отломките, натрупани в корените на зъбците, са най-честата причина за сковани или рязки движения при отваряне на странните вентилационни отвори и обикновено се проявяват много преди да се наблюдава измеримо износване на самите зъбци.
Някои дизайн-решения за страничните стени използват вертикално отваряне, при което рамката се издига по водачна релса, а зъбчатата предавка и шестернята задвижват това вертикално движение. Принципът на преобразуване е идентичен; променя се само геометрията на предавателната система.
Защо зъбчатата предавка и шестерня, а не цилиндър за бутане-дръпване
Съществуват алтернативни вентилационни задвижвания — пневматични цилиндри, електрически линейни актуатори, кабелни системи с лебедки. Зъбчатата предавка и шестерня доминират в търговското оранжерийно вентилиране поради конструктивни причини.
Един двигател обслужва много вентилационни отвори. Линейният актуатор движи една рамка; валът със зъбчатата предавка и шестерня обслужва цяла секция от единичен задвижващ механизъм. При обект с площ от няколко хектара разликата в броя на двигателите, електрическите кабели и контролни точки е значителна.
Позицията е детерминирана. Позицията на зъбчатата рейка е фиксирана функция от завъртането на вала, без натрупване на люфт. Кабелните системи се удължават; пневматичните системи се отклоняват при промяна на налягането.
Дължината на хода не е ограничена от актуатора. Ходът на цилиндъра е ограничен от собствената му дължина. Пътуването на зъбчатата рейка е ограничено само от дължината на рейката.
То издържа околната среда. Няма уплътнение, което да се развали, няма течност, която да се замърси, няма налягане в линията, което да предизвика умора. Галванизирана стоманена рейка и шестерня в стоманен рамка са приблизително толкова прости, колкото може да бъде задвижван механизъм, а простотата е това, което издържа петнадесет години ежедневна кондензация.
Места, където тези системи не работят в практиката
Разбирането на начините на повреда ви казва повече за механизма, отколкото техническата документация.
Загуба на дълбочина на зацепване. Под вятърната натовареност рейката има тенденция да се вдигне от шестернята, намалявайки дълбочината на зацепване на зъбите и концентрирайки силата върху върховете на зъбите. Точно това предотвратяват водещите болтове, монтирани от двете страни на шестернята в подходящия задвижващ блок — те опират в задната част на рейката и я задържат в зацепване точно когато натоварването е най-високо.
Неправилно подравняване. Релсата, която не е успоредна на посоката си на движение, се заклещва на част от хода. Монтажниците понякога реагират, като увеличават въртящия момент на мотора, което превръща геометричен проблем в счупен зъб.
Прогибане на неподдържани участъци. Дълга релса без междинна подкрепа се огъва под собственото си тегло, като загубва дълбочина на зацепване в средата на хода, докато в двата края остава коректна.
Несъвпадаща форма на зъбите. Правозъбата релса, работеща срещу косозъбно пиньон, осигурява точков контакт вместо линеен контакт по цялата повърхност на зъба. Изглежда, че работи правилно при монтажа, но се поврежда в рамките на един сезон. Изборът на подходяща геометрия е разгледан в как да се избере подходящата рейка .
Чужди частици в корените на зъбите. Най-честата причина за трудно задвижване и най-лесната за отстраняване. В прашен дом смазката улавя абразивни частици и ускорява износването вместо да го намали.
ЧЗВ
В: Колко въртящ момент е необходим за мотора на вентилационна система за оранжерии?
Това зависи от теглото на рамката, броя на вентилационните отвори на всеки вал, размера на шестеренката и проектната вятърна натовареност за вашата площадка — а не от една-единствена публикувана стойност. Обикновено определящо е вятърното натоварване, а не статичното тегло. Изчислете го специфично за вашата конструкция, вместо да правите предположения въз основа на подобна сграда.
В: Един двигател може ли да задвижва както покривните, така и страничните вентилационни отвори?
На практика те се задвижват отделно. Покривните и страничните вентилационни отвори се контролират независимо, тъй като климатичната стратегия изисква различни положения на отваряне в различни моменти — често искате страничните стени отворени, докато покривът е частично затворен, или обратното при вятър.
В: До каква степен трябва да се отваря покривният вентилационен отвор на оранжерия?
Това е решение, свързано с климатичния контрол, а не с механиката, и варира според културата, външната температура и вятъра. От механична гледна точка има значение само това, че системата може надеждно да достигне пълно отваряне и да удръжа всяко междинно положение без отклонение.
В: Каква е разликата между хода на зъбчатата рейка и ъгъла на отваряне на вентилационния отвор?
Пътят на каретката е линейното разстояние, което каретката изминава. Отвореният ъгъл е ъгловото отклонение на рамката. Геометрията на връзката — дължината на толковащия прът и положението на завъртането на подпорната ръка — преобразува едната величина в другата, като зависимостта не е линейна по цялата дължина на хода.
В: Защо каретките за оранжерии са цинковани вместо боядисани?
Боята се поврежда първо по фланците на зъбите, тъй като там възниква метал-в-метал контакт при всеки цикъл. Веднага щом покритието се износи в точката на контакт, корозията започва точно там, където се предава товарът. Цинковото покритие издържа в кондензиращата среда, без да зависи от непокътнатостта на филма.
В: Може ли вентилационната система с каретка и зъбчато колело да се управлява ръчно при изключване на електрозахранването?
Това зависи от скоростната кутия. Много двигателни редуктори за оранжерии включват ръчно преминаване или ръчна дръжка именно по тази причина — оранжерията без вентилация в слънчев ден може бързо да загуби реколтата. Потвърдете тази функция при специфициране на двигателя.
Заключение
Системата за вентилация на топлините оранжерии с реечно-зъбчато предаване е верига от прости преобразувания: електрическата енергия се превръща в бавно въртене с висок въртящ момент в зъбчатия двигател, това въртене се предава по цялата дължина на отсека чрез предавателния вал, всеки зъбчато колело го преобразува в линейно движение на рейката в позицията на вентилационното отворение, а толкова-прътът и подпорната рамка превръщат това движение в завъртането на фурната.
Нищо в тази верига не е сложно поотделно. Това, което прави системата работоспособна през целия ѝ експлоатационен живот от петнадесет години, е правилното задържане на всяко преобразуване — зъбчатото колело е здраво стегнато и в правилна фаза върху вала, рейката е задържана на пълната дълбочина на зъбите чрез водещите шипове, цялата конструкция е подравнена така, че нищо да не се заклещва по средата на хода, а всички стоманени повърхности, изложени на нощна кондензация, са цинковани.
Когато тези системи излизат от строя, това рядко се дължи на недостатъчност на самата концепция. Причината обикновено е неправилно монтирана рейка, несъвместима форма на зъбите или остатъци от замърсявания, оставени в корените на зъбите в продължение на три сезона.