涡街流量计 漏风量试验涡街流量计 测量防火阀门漏风量设备

涡街流量计 漏风量试验涡街流量计 测量防火阀门漏风量设备

涡街流量计基于卡曼涡街测量原理，主要用于测量工业管道内气体、液体、蒸气等流体的流量，涡街流量计的特点是压力损失小，量程范围大，无可动机械零件，因此可靠性高,维护量小，可以在-20℃～+350℃温度范围内工作，应用广泛。

工作原理：

在流体中设置非流线型旋涡发生体（阻流体），则从旋涡发生体两侧交替地产生两列有规则的旋涡，这种旋涡称为卡曼涡街，如图所示。

旋涡列在旋涡发生体下游非对称地排列，设旋涡的发生频率为f，被测介质来流的平均速度为V，旋涡发生体迎流面宽度为d，表体通径为D，根据卡曼涡街原理，有如下关系式:
                         f=StV/d                 

式中：

f－发生体一侧产生的卡门旋涡频率

St－斯特罗哈尔数（无量纲数）

V－流体的平均流速

d－旋涡发生体的宽度

由此可见，通过测量卡门涡街分离频率便可算出瞬时流量。 

技术参数：

测量范围：

外形尺寸：

安装要求：

一、安装环境要求：

1．尽可能避开强电设备、高频设备、强开关电源设备，仪表的供电电源尽可能与这些设备分离。

2．避开高温热源和 源的直接影响，若必须安装，须有隔热通风措施。

3．避开高湿环境和强腐蚀气体环境，若必须安装，须有通风措施。

4．涡街流量仪表应尽量避免安装在振动较强的管道上，若必须安装，须在其上下游2D处加设管道紧固装置，并加防振垫，加强抗振效果。

5．仪表建议安装在室内，安装在室外应注意防水，特别注意在电气接口处应将电缆线弯成U形，避免水顺着电缆线进入放大器壳内。

6．仪表安装点周围应该留有较充裕的空间，以便安装接线和定期维护。

二、管道安装要求：

1．涡街流量仪表对安装点的上下游直管段有一定要求，否则会影响介质在管道中的流场，影响仪表的测量精度。

2．上、下游配管内径应相同，如有差异，则配管内径Dp与涡街仪表表体内径Db，应满足以下关系：

0.98Db≤Dp≤1.05Db，上、下游配管应与流量仪表表体内径同心，它们之间的不同轴度应小于0.05Db

3．仪表与法兰之间的密封垫，在安装时不能凸入管内，其内径应比表体内径大1-2mm

4．测压孔和测温孔的安装设计，被测管道需要安装温度和压力变送器时，测压孔应设置在下游3-5D处，测温孔应设置在下游6-8D处。

防火阀门漏风量试验流量计选择及不确定度分析，文章报告了笔者通过一系列试验设计, 选用以标准孔板流量计作为测量防火阀门漏风量设备和以涡街流量计作为测量防火阀门漏风量设备, 分别对同一样品进行环境温度漏风量测量, 同时分析了两种测量方式所得结果的测量不确定度。通过笔者的详细阐述及分析, 两种测量方式的测试数据均完全符合要求, 验证了标准建议的测试方法的可行性, 同时也为标准制定测试方法提供了补充。

1 概述

防火阀门为建筑防排烟系统中的重要产品。现行的国家标准GB15930-2007《建筑通风和排烟系统用防火阀门》规定了防火阀门的各项性能, 其中阀门漏风量是考察阀门性能的一项非常重要的指标。对于阀门的漏风量采用何种流量计测量, GB15930中没有强制规定, 建议采用加工、制作、安装均符合GB/T2624规定的标准孔板流量计。大家熟知气体流量计有很多种, 对于标准孔板流量计以外的其他类型流量计, 是不是同样可以作为测量阀门漏风量的测试仪器呢?笔者进行了一系列试验设计, 选用一台标称尺寸为400mm×400mm的防火阀, 以GB15930规定的常温下漏风量作为考核项目, 先后分别采用标准孔板流量计和涡街流量计测量阀门漏风量, 并对试验结果进行不确定度计算和结果比对。

2 选用标准孔板流量计测试防火阀门漏风量

2.1 测试使用的仪器设备

标准孔板, 孔径Φ55.23mm, 不确定度为1.3% (由设计资料得) ;

孔板前压力变送器, 型号:0～3000Pa, 准确度:0.2级;

动槽式水银气压计, 型号:DYM-1福丁式, 量程810～1070hPa (600～800mmHg) , 准确度:0.4hPa (0.3mmHg) ;

工业热电阻, 型号:PT100, 量程:0～100℃, 分辨力:B级, 准确度:B级;

钢卷尺, 量程:5m, 准确度:±1mm。

2.2 测试程序

在标准状态, 环境温度下, 采用以标准孔板流量计作为测量设备的防火阀耐火性能智能化试验装置检测防火阀环境温度下漏风量时, 首先根据试样外形测量长度、宽度, 计算截面积S;然后将防火阀安装到试验管道上, 启动引风机, 调整试件前后差压到 (300±15) Pa, 用工业热电阻测量管道内气体温度T, 从动槽式水银气压计上读取大气压力B, 用差压变送器测量孔板前压力P, 在同一试验条件下, 试验共进行5min, 每分钟采集1次, 共计5次。测试结果见图1。

3 选用涡街流量计测试防火阀门漏风量

3.1 测试使用的仪器设备

涡街流量计, 流量范围18～5600m³/h, 精度为±0.86% (由资料得) ;

微机接口板的精度为±0.25%;

流量计前压力变送器, 型号:0～3000Pa, 准确度:0.2级;

动槽式水银气压计, 型号:DYM-1福丁式, 量程810～1070hPa (600～800mmHg) , 准确度:0.4hPa (0.3mmHg) ;

工业热电阻, 型号:PT100, 量程:0～100℃, 分辨力:B级, 准确度:B级;

钢卷尺, 量程:5m, 准确度:±1mm。

3.2 测试程序

在标准状态, 环境温度下, 采用以涡街流量计作为测量设备的排烟阀 (口) 试验装置检测防火阀环境温度下漏风量时, 首先根据试样外形测量长度、宽度, 计算截面积S;然后将防火阀安装到试验管道上, 启动引风机, 调整试件前后差压到 (300±15) Pa, 用工业热电阻测量管道内气体温度T, 从动槽式水银气压计上读取大气压力B, 用差压变送器测量涡街流量计处压力P, 在同一试验条件下, 试验共进行5min, 每分钟采集1次, 共计5次。测试结果见图2。

图1.选用标准孔板流量计测试防火阀门漏风量测试结果

4 测量结果不确定度分析及结果比对

4.1 测量模型

式中:

Q′——环境温度下阀门单位面积的漏风量 (标准状态) , 单位为立方米每平方米每小时[m³/ (m²·h) ];

Q_标——环境温度下阀门的漏风量 (标准状态) , 单位为立方米每小时 (m³/h) ;

S——阀门洞口净面积, 单位为平方米 (m²) ;

Q——实测孔板 (或涡街流量计) 处漏风量, 单位为立方米每小时 (m³/h) ;.

T——实测管道内的气体温度, 单位为摄氏度 (℃) ;

B——实测大气压力, 单位为帕斯卡 (Pa) ;

P——实测孔板前压力, 单位为帕斯卡 (Pa) 。

注:S=a×b

其中a——阀门洞口宽度;

b——阀门洞口高度。

图2.选用涡街流量计测试防火阀门漏风量测试结果

4.2 采用标准孔板流量计测量阀门漏风量测试结果的不确定度分析

4.2.1 不确定度来源

防火阀环境温度下漏风量Q测量结果不确定度来源主要包括:

(1) .孔板处漏风量测量重复性引入的标准不确定度, 采用A类方法评定;

(2) .孔板引入的标准不确定度, 采用B类方法评定;

(3) .试件面积引入的标准不确定度, 采用A类方法评定;

(4) .钢卷尺允差引入的标准不确定度, 采用B类方法评定;

(5) .工业热电阻允差引入的标准不确定度, 采用B类方法评定;

(6) .差压变送器允差引入的标准不确定度, 采用B类方法评定;

(7) .动槽式水银气压计允差引入的标准不确定度, 采用B类方法评定。

4.2.2 不确定度评定

(1) .系统漏风量的不确定度计算

5min试验过程中实测孔板处的流量 (m³/m²·h) 分别为:25.751, 24.632, 24.631, 24.632, 24.632。

(注:将5min试验过程中试件流量分别代入公式

经计算系统漏风量的A类不确定度为:u_FA10.2239

根据孔板流量计的设计, 采用孔径为Φ55.23mm的孔板, 其流量相对不确定度为1.3%。

根据测试试件差压产生的系统不确定度为u_sjc=.0001。

系统漏风量。

其中:Q_c24.856, T₁28, P₁278, B₁100060

根据系统设计各仪表的精度, 温度1T的相对不确定度为1%, 1P的相对不确定度为0.5%, 1B的相对不确定度为0.04%。

经计算得出计算过程中的防火阀系统漏风量的不确定度为u_FQS1=0.004

采用5m钢卷尺测量防火阀洞口尺寸a和b。5m钢卷尺的不确定度为0.058mm, 根据公式A=a×b计算得出u_A=0.0000026mm。

用公式求出单位面积系统的漏风量。

其中:Q_S22.0 2, u_FQS1.0004, A.10, u_A0.0000026

该计算产生的防火阀单位面积系统漏风量的不确定度如下:u_FX10.025

合成的防火阀单位面积*终系统漏风量的不确定度为:

(2) ..试件漏风量的不确定度计算

5min试验过程中实测孔板处的流量 (m³/m²·h) 分别为:18.455, 18.634, 18.634, 18.635, 18.635。

(注:将5min试验过程中试件流量分别代入公式

反推计算得)

经计算试件漏风量的A类不确定度为:u_FA20.8366

根据孔板流量计的设计, 采用孔径为Φ55.23mm的孔板, 其流量相对不确定度为1.3%。

根据测试试件差压产生的系统不确定度为u_sjc=.0001。

采集流量Q_c通过公式算出系统漏风量。

其中Q_c18.599, T₁28, P₁300, B₁100060

根据系统设计各仪表的精度, 温度1T的相对不确定度为1%, 1P的相对不确定度为0.5%, 1B的相对不确定度0.04%, 5m钢卷尺的不确定度为0.058mm。

经计算得出计算过程中的防火阀试件漏风量的不确定度为u_FQS2=0.6173

采用5m钢卷尺测量防火阀洞口尺寸a和b。5m钢卷尺的不确定度为0.058mm, 根据公式A=a×b计算得出u_A=.00000026mm。

用公式求出单位面积漏风量。

其中:Q_S16.16, A.016, u_A0.0000026

该计算产生的防火阀单位面积试件漏风量的不确定度如下:u_FX23.68

因为试件漏风量计算中, 要去掉系统漏风量, 即:

因此得出的不确定度为:

该试件漏风量的合成标准不确定度如下:

扩展不确定度, 置信概率为95%, k=2

4.3 采用涡街流量计测量阀门漏风量测试结果的不确定度分析

4.3.1 不确定度来源

防火阀环境温度下漏风量Q测量结果不确定度来源主要包括:

(1) .流量计处漏风量测量重复性引入的标准不确定度, 采用A类方法评定;

(2) .流量计引入的标准不确定度, 采用B类方法评定;

(3) .试件面积引入的标准不确定度, 采用A类方法评定;

(4) .钢卷尺允差引入的标准不确定度, 采用B类方法评定;

(5) .工业热电阻允差引入的标准不确定度, 采用B类方法评定;

(6) .差压变送器允差引入的标准不确定度, 采用B类方法评定;

(7) .动槽式水银气压计允差引入的标准不确定度, 采用B类方法评定。

4.3.2 不确定度评定

(1) .系统漏风量的不确定度计算

5min试验数据流量换算成m³/m²·h分别为:3998.3172, 3989.9022, 3979.605, 3990.9726, 3996.1566 (平均值为3990.99072)

系统漏风量的A类不确定度为u_PA10.649

流量计 (流量范围18～5600m³/h) 的精度为±0.86%, 微机接口板的精度为±0.25%, 各仪表精度算术相加, 为±1.11%。根据仪表精度定义, 得出流量计的相对不确定度0.555%

根据测试试件差压产生的系统不确定度为u_sjc=.0001。

采集流量Q_c通过公式算出系统漏风量。

其中:Q_c712.6662, T₁26, P₁624.894B₁100060

根据系统设计各仪表的精度, 温度1T的相对不确定度为1%, 1P的相对不确定度为0.5%, 1B的相对不确定度0.04%。

经计算得出计算过程中的不确定度为u_PQS1=0.6447Q_s

用公式求出单位面积漏风量。

其中:Q_S 638.559, A 0.16, u _A 0.0000026

该计算产生的不确定度如下:u_PX3.8068₁

该系统漏风量的合成标准度如下:

(2) .试件漏风量的不确定度计算

5min试验数据流量换算成m³/m²·h, 去掉系统漏风量, 得到试件漏风量如下:98.754、103.453、85.161、94.491、93.405。

系统漏风量的A类不确定度为u_PA20.5437

其它计算过程中的不确定度u_PX2同系统漏风量不确定度u_PX1的计算, u_PX25.7244;

因为试件漏风量计算中, 要去掉系统漏风量, 即:Q=Q_标-Q_系

得到的不确定度为:u_PX2 6.875

该试件漏风量的合成标准不确定度如下:

扩展不确定度U₂ku _XZ2, 置信概率为95%, k=2

4.4 两种流量计测量阀门漏风量的试验结果比对

由以上分析计算所得:

采用标准孔板流量计的防火阀耐火性能智能化试验装置测量结果及其不确定为:

采用涡街流量计的排烟阀 (口) 试验装置测量结果及其不确定为:

将上述结果代入比对公式计算得符合判定准则

的要求。

由此得出通过两个设备测试的结果均满足检测要求。

5 综述

(1) 通过笔者的比对研究发现, 在测试防火阀门常温下漏风量时, 采用标准孔板流量计和采用涡街流量计, 测试数据均完全符合要求。

(2) 测试结果的比对, 不仅验证了标准GB15930建议选用标准孔板流量计测试方法的可行性, 同时采用涡街流量计测量阀门漏风量的方法也为标准在制修订测试方法时提供了补充。