Выбор прибора для наладки вентиляционных систем и газоходов
Опубликовано: 24 августа 2010 г.
416
М. Коротков, И. Адаев, И. Левин
При контроле работы отопительного оборудования и наладке систем вентиляции возникает вопрос, какой прибор использовать для измерения в воздуховодах (газоходах) таких параметров воздушного (газового) потока, как скорость и объемный расход. На рынке представлено большое количество приборов: крыльчатые анемометры с различными диаметрами крыльчаток, термоанемометры, дифференциальные манометры с различными пневмометрическими (напорными) трубками, комбинированные приборы и т.д. Выбор прибора зависит от того, где проводятся измерения – на вентиляционной решетке или непосредственно в воздуховоде (газоходе), каковы диапазон скоростей, температура, запыленность. В этой статье рассматриваются принципиальные различия между приборами, а также даны советы по выбору приборов в зависимости от задачи, решаемой наладчиком. Указанные в статье технические характеристики приборов – ориентировочные, так как существует множество моделей с различными параметрами.
Подписаться на статьи можно на главной странице сайта.
Конструктивные особенности приборов
На рис. 1 показана линейка приборов для измерения параметров воздушного потока на примере продукции одной из фирм-производителей (KIMO Instruments), в порядке перечисления: термоанемометр, крыльчатый анемометр, дифференциальный манометр, пневмометрические трубки, комбинированный прибор со сменными зондами, воронки для определения объемного расхода. Принципы действия, области применения и технические характеристики трех первых из перечисленных приборов приведены в табл. К ней следует сделать два примечания: во-первых, функция усреднения, расчета объемного расхода, а в случае с дифманометром и функция расчета скорости, могут быть заложены в прибор или отсутствовать; во-вторых, дифференциальный манометр, как правило, более надежен и доступен, чем анемометры.
Комбинированный (многофункциональный) прибор – совокупность перечисленных в табл. – представляет собой измерительный блок с возможностью подключения различных зондов: пневмометрических трубок, зондов-крыльчаток, термоанемометров, зондов скорости вращения, температуры и влажности и др.
Для измерения объемного расхода на вентиляционных решетках и диффузорах совместно с анемометрами используются воронки. Их применение делает процесс измерения проще и точнее, так как проводится один замер, а не несколько, как в случае работы только с анемометром с последующим усреднением результатов. Необходимо, чтобы воронка полностью накрывала решетку (диффузор), то есть имела соответствующие размеры и форму. При использовании воронки в память прибора вносится ее коэффициент, поэтому чаще всего анемометр можно использовать только той фирмы, которая производит и воронки к нему.
Отметим: когда задачей наладчика является измерение нескольких параметров (например, давления, скорости потока, влажности, температуры), удобнее всего воспользоваться комбинированным прибором, но это далеко не всегда дешевле покупки отдельно дифманометра, анемометра, гигрометра и т.п.
Ограничения по использованию приборов
Термоанемометры и трубки Пито не следует применять для измерения параметров потоков воздуха или другой газовой среды с большой запыленностью, а термоанемометры также и в высокоскоростных потоках (более 20 м/с). В трубках Пито отверстие, воспринимающее полное давление, имеет небольшой диаметр и может засориться (в этом случае лучше использовать трубку НИИОГАЗ или подобную ей). А в термоанемометре может порваться чувствительный элемент – «обогреваемая струна». Большая запыленность встречается, например, при производстве цемента, муки, сахара, в металлургии, при наладке вентсистем в период строительства и др.
Нежелательно использование приборов вне диапазонов температур, предписанных для измерительного блока и зондов. При высоких температурах лучше применять пневмометрические трубки из нержавеющей стали или высокотемпературные крыльчатки из специальных сплавов, нежели скоростные зонды, изготовленные с пластиковыми элементами. Например, при измерениях в газоходах, где чаще всего преобладают высокие температуры.
При проведении замеров необходимо, чтобы чувствительный элемент зонда был направлен строго навстречу потоку воздуха. При отклонении от этой оси увеличивается погрешность измерений, и чем больше угол отклонения, тем больше погрешность.
Измерения на вентиляционной решетке
Для измерений можно использовать любой анемометр или термоанемометр, но замеры будут произведены быстрее и точнее, если использовать анемометр с крыльчаткой большого (60–100 мм) диаметра, так как в этом случае диаметр крыльчатки сопоставим с размерами решетки. Для упрощения измерений и уменьшения погрешности можно использовать вместе с прибором воронку. Если необходимо проводить замеры в труднодоступных местах (например, под потолком), используется телескопический зонд или зонд с удлинителем.
Другой вариант – проведение измерений анемометром с крыльчаткой малого (16–25 мм) диаметра и термоанемометром.
При их использовании требуется провести большее количество измерений, нежели при использовании анемометра с крыльчаткой большого диаметра. Это занимает больше времени, а также уменьшает точность измерений ввиду того, что увеличивается вероятность отклонения от оси измерений при каждом замере. При использовании любого из вышеперечисленных приборов желательно, чтобы он имел функцию расчета объемного расхода, а также усреднения по времени и количеству замеров.
В противном случае наладчику придется рассчитывать эти значения самостоятельно. Необходимо провести измерения скорости потока в нескольких точках, распределенных по решетке, например, как показано на рис. 2. После этого рассчитывается средняя скорость потока – vср: полученные при каждом измерении значения складываются, а сумма делится на число замеров. Значение объемного расхода определяется по формуле:
Q = vср × F × 3600, м3/ч,
где vср – средняя скорость потока, м/с; F – площадь поперечного сечения на измеряемом участке (решетки), м2.
Анемометры с функциями расчета и усреднения облегчают работу наладчика, автоматически определяя параметры воздушного потока. Однако остается необходимость проводить измерения по точкам сечения, а также вводить в прибор значение площади сечения.
Использование прибора с воронкой исключает необходимость проведения множества замеров; осуществляется только одно измерение.
В случае с измерениями на диффузоре без воронки вообще очень трудно обойтись. После установки воронки с анемометром на вентиляционную решетку (диффузор), как показано на рис. 3, однородный поток воздуха устремляется прямо на чувствительный элемент прибора, благодаря чему будет измерена средняя скорость. Анемометры с функцией расчета объемного расхода отображают его автоматически. При этом следует учесть, что у каждой воронки есть свой коэффициент преобразования, который необходимо предварительно ввести в прибор. Если прибор не рассчитывает объемный расход, то его можно рассчитать по формуле:
Q = Kв × vср, м3/ч,
где vср – средняя скорость потока, м/с, Kв – коэффициент преобразования воронки.
Иногда замеры необходимо производить в труднодоступных местах, когда решетки находятся на потолке или сразу под потолком. В этих случаях, чтобы не пользоваться стремянкой, можно использовать зонды с телескопической рукояткой или удлинители зондов.
Измерение непосредственно в воздуховоде (газоходе) Перед работой следует убедиться, что в стенке воздуховода есть отверстие, диаметр которого соответствует диаметру измерительного зонда. Необходимо, чтобы это отверстие было
на прямом участке воздуховода, так как в этом случае воздушный поток максимально однороден. Прямой участок должен быть длиной не менее пяти диаметров воздуховода. Точка замера выбирается с условием, что до нее должно быть расстояние, равное трем диаметрам воздуховода, и после нее – двум диаметрам.
Для проведения замеров используются термоанемометры, крыльчатые анемометры с малым (16–25 мм) диаметром крыльчатки и дифференциальные манометры с пневмометрическими трубками. Если в воздуховоде бывают потоки малой (< 2 м/с) скорости, то дифференциальный манометр для их измерения не подходит. В этом случае используются крыльчатые анемометры или термоанемометры. Ограничения по использованию приборов приведены выше. Когда воздуховод расположен достаточно высоко, можно использовать зонды с телескопической рукояткой или удлинители зондов, при работе с пневмометрической трубкой – выбирать ее соответствующей длины.
Отметим: при осуществлении замера чувствительный элемент прибора должен быть направлен строго навстречу потоку, иначе погрешность заметно увеличится.
Анемометры с крыльчаткой диаметром 16–25 мм и термоанемометры можно применять в чистых воздушных потоках для измерения низких (< 2 м/с) и более высоких скоростей, а анемометры с крыльчаткой также и в запыленных потоках. При высоких (> 80°С) температурах среды используются высокотемпературные крыльчатки.
Измерения проводятся в тех же точках, что и в случае с вентиляционной решеткой (рис. 2). При использовании анемометров в зависимости от того, есть ли у прибора функция расчета объемного расхода и функция усреднения по времени и количеству замеров, искомые значения средней скорости и объемного расхода либо рассчитывает прибор, либо вычисляются самостоятельно по указанным выше формулам.
Дифференциальные манометры с пневмометрической трубкой используются при высоких (> 80°С) температурах и (или) скорости потока более 2 м/с. Приборы можно условно разделить на две группы: одни измеряют только перепад давлений (динамический напор), другие имеют также функцию усреднения и рассчитывают скорость потока и объемный расход.
Обращаем внимание на необходимость введения в расчеты (в алгоритм прибора) специального коэффициента (как в случае применения воронок) при использовании пневмометрических трубок. Кроме того, в прибор следует вводить значения площади сечения воздуховода и температуры потока. Можно использовать дифманометры с автоматическим каналом ввода значения температуры и пневмометрические трубки со встроенной термопарой для упрощения вычислений. Применять пневмометрическую трубку Пито в запыленных потоках не рекомендуется – лучше проводить измерения с трубкой НИИОГАЗ. И здесь замеры делаются в тех же точках, что и в случае с вентиляционной решеткой.
При отсутствии у дифманометров функции расчета скорости потока и объемного расхода (например, ДМЦ-01О), можно использовать упрощенные (точные, с расчетом плотности среды в общем случае приведены в ГОСТ 17.2.4.06-90) формулы.
Динамический напор, измеряемый прибором, определяется как разность полного и статического давлений:
Pd = Pt – Ps, Па.
Скорость потока в точке замера:
vi = 0,07523 × (Pdi × (Тр+273) × Kт)1/2, м/с,
где Pdi – динамический напор в точке замера, Па; Тр – температура среды, °С; Kт – коэффициент пневмометрической трубки.
Если значение динамического напора выражено в мм вод. ст., константа 0,07523 в формуле расчета скорости потока vi меняется на 0,2356.
Среднее значения скорости потока и объемного расхода определяется, как в случае с замерами на вентиляционной решетке без использования воронки.
В качестве резюме изложенного материала на рис. 4 приведена блок-схема с алгоритмом выбора прибора для аэродинамических измерений в газоходах и системах вентиляции.
Нормативные документы
ГОСТ 17.2.4.06-90 «Методы определения скорости и расхода газопылевых потоков, отходящих от стационарных источников загрязнения».
ГОСТ 8.361-79 «Расход жидкости и газа. Методика выполнения измерений по скорости в одной точке сечения трубы».
ГОСТ 12.3.018-79 «Системы вентиляционные. Методы аэродинамических испытаний».
Статья напечатана в журнале «Аква-Терм» #5(39) 2007