實驗室空氣測量裝置設(shè)計論文

1、實驗室空氣測量裝置設(shè)計論文 摘要：根據(jù)高溫行車空調(diào)器熱工性能測試的特殊要求，提出了一套適用于空氣焓值法實驗系統(tǒng)的空氣取樣及測量裝置設(shè)計方法，著重討論了取樣風(fēng)機、溫濕度測量箱、空氣接收混合箱和循環(huán)風(fēng)量測量箱的設(shè)計問題。該方法在提高特種空調(diào)熱工性能測試精度方面作了一些嘗試。 關(guān)鍵詞：行車空調(diào)空氣焓值法取樣風(fēng)機空氣混合箱流量箱 0前言 在冶金企業(yè)的煉鋼、焦化、初軋、煉鐵等工廠中，通常采用高溫行車空調(diào)對高溫車間行車操縱室進(jìn)行局部空氣調(diào)節(jié)，以改善操作人員的工作條件，提高勞動效率。高溫行車空調(diào)的工作環(huán)境比較惡劣，具有環(huán)境溫度高、空氣污染較為嚴(yán)重、行車運行時振動大等特點。環(huán)境溫度可達(dá)45，甚至達(dá)到60以上，

2、這些都對空調(diào)器的性能和可靠性提出了更高要求。因此，有必要建立高溫行車空調(diào)專用的熱工性能實驗室，根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求對其各項性能指標(biāo)進(jìn)行嚴(yán)格測試，以達(dá)到優(yōu)化產(chǎn)品質(zhì)量，提高競爭力的目的13。 空氣焓值法實驗裝置主要由絕熱庫房，空氣再處理裝置，空氣取樣裝置，空氣接受混合裝置，風(fēng)量測量裝置及電氣控制等部分組成。高溫行車空調(diào)作為特種空調(diào)的一種，目前我國尚無專門的測試規(guī)范。根據(jù)一些生產(chǎn)廠家的技術(shù)資料，行車室內(nèi)的空氣干球溫度一般取2830。且根據(jù)文獻(xiàn)4，本文采用空氣焓值法測定高溫行車空調(diào)的制冷量，著重探討空氣取樣測量裝置的設(shè)計方法，通過對取樣風(fēng)機、溫濕度測量箱、空氣接收混合箱和循環(huán)風(fēng)量測量箱的合理設(shè)計，達(dá)到盡

3、可能高的測試精度。 用空氣焓值法測量空調(diào)器性能，需要測量空調(diào)器室內(nèi)側(cè)進(jìn)出口處空氣焓值及空調(diào)器的循環(huán)風(fēng)量。因為目前無直接測量焓值的設(shè)備，只能靠間接測量獲得，即需通過測量當(dāng)?shù)氐拇髿鈮毫?、空氣干球溫度和濕球溫度求得?？照{(diào)器循環(huán)風(fēng)量測試采用差壓法，即通過測量空氣經(jīng)過噴嘴的壓力降及噴嘴前的空氣參數(shù)間接計算出空氣流量4，5。 1空氣取樣及測量裝置設(shè)計 1.1總體設(shè)計 空氣取樣及測量裝置主要由取樣風(fēng)機、取樣笛管及溫濕度測量箱組成。利用取樣風(fēng)機及取樣笛管引入空調(diào)器進(jìn)出口的典型樣本空氣，將其送入溫濕度測量箱測量。要求如下： （1）取樣風(fēng)機與取樣笛管相互獨立，兩者間用鋁箔軟管連接，無需保溫； （2）溫濕度測量箱采

4、用有機玻璃膠合而成，主要由風(fēng)道、水盒（用于測量濕球溫度）、補水杯組成。其標(biāo)準(zhǔn)流通截面尺寸為100mm100mm，長250mm； （3）取樣笛管采用不銹鋼管焊接而成，包括匯合管和笛管。每根笛管開有吸風(fēng)口，兩邊等量交錯開孔。 1.2取樣風(fēng)機的選擇 （1）風(fēng)量計算 取樣風(fēng)機的風(fēng)量V可按公式（1）計算： （1） 式中：vt為溫濕度測量箱內(nèi)垂直于溫度傳感器方向的風(fēng)速，取5m/s；At為測量箱內(nèi)流通截面積，取0.01m2。計算結(jié)果為0.05m3/s（180m3/h）。 （2）風(fēng)壓計算 空氣取樣裝置的風(fēng)阻包括取樣笛管到風(fēng)機進(jìn)口的沿程阻力及局部阻力?？捎脠D1的模型表示。為計算簡便，對空氣取樣系統(tǒng)的各段風(fēng)管作如

5、下簡化： A1-2為取樣笛管段：1-2的阻力由三部分組成：笛管吸風(fēng)阻力，笛管合流阻力及匯合管合流阻力； 圖1空氣取樣系統(tǒng)風(fēng)道壓力損失模型? B2-3為連接軟管段：在此按最不利管路情況模擬：有四個90的彎頭，中心彎曲半徑為100，同時管長按拉伸計算。2-3的阻力由兩部分組成：風(fēng)管沿程阻力和四個彎頭阻力； C3-4為溫濕度測量箱段：3-4阻力由兩部分組成：風(fēng)管到測量箱的突然擴大與測量箱到風(fēng)機入口的突然縮小阻力； D4-5為風(fēng)機段：空氣從風(fēng)機出口排出時存在阻力，因風(fēng)機尚未選定，故暫不做考慮。 根據(jù)以上分析，計算結(jié)果匯總于表1。風(fēng)機所需的風(fēng)壓為： （2） 式中：P為風(fēng)機所需全壓，Pa；v為出風(fēng)口的風(fēng)速

6、，m/s；P為總風(fēng)阻，Pa；為空氣密度，取1.2kg/m3。計算結(jié)果為P=247Pa。 （3）風(fēng)機選擇 由于整個裝置的風(fēng)阻較大，且希望風(fēng)機出口具有較大的全壓，以減小對被測空調(diào)器回風(fēng)口的影響，同時也使安裝方便，根據(jù)所需風(fēng)量180m3/h及風(fēng)壓247Pa（全壓），可按相關(guān)風(fēng)機樣本的風(fēng)量和全壓參數(shù)選擇風(fēng)機型號。取樣風(fēng)機選用意大利NICOTRA公司的離心風(fēng)機，型號為DD146/190，其主要參數(shù)為風(fēng)量300m3/h，全壓410Pa。 2空氣混合箱和流量箱的一體化設(shè)計 2.1空氣混合箱設(shè)計 空氣混合箱用于接收并精確測量被測空調(diào)器室內(nèi)側(cè)出風(fēng)溫濕度。因為空調(diào)器出風(fēng)溫度與環(huán)境溫度相差較大，為了減少出風(fēng)溫濕度測

7、量裝置的漏熱量，將溫濕度測量裝置置于混合箱內(nèi)。具體要求如下： 表1空氣取樣系統(tǒng)風(fēng)阻匯總管段號構(gòu)件名稱重要參數(shù)局部阻力系數(shù)壓力損失P=v2/2 1-2側(cè)孔吸風(fēng)支面積比：0.106風(fēng)量比：0.125支風(fēng)速：4.8m/s支風(fēng)速：4m/s0.050.69 主0.98.64 總9.33 笛管合流（選取最不利管路a）支通道面積比：0.25風(fēng)量比：1主風(fēng)速：1m/s支風(fēng)速：4m/s11.82113.47 主0.3250.2 總113.67 匯合管合流支匯合管風(fēng)速：5m/s出口風(fēng)速：6.4m/s1.319.5 主0.819.66 2-3風(fēng)管內(nèi)沿程阻力空氣流量：0.05m3/s管徑：100mm查得Rm=8.5P

8、a管長：4m中心彎曲半徑等于管直徑的90彎風(fēng)速：6.4m/s34 四個彎頭0.2221.64 3-4突然擴大面積比：0.79計算風(fēng)速：6.4m/s0.051.23 突然縮小0.143.44 總計222.5 （1）箱體采用=100mm雙面彩鋼聚氨酯保溫板，以使漏熱量不大于5%； （2）取樣管采用100mm不銹鋼開孔圓管，開孔率為4%，均勻開孔，引風(fēng)管為400mm不銹鋼管； （3）混合箱進(jìn)口處靜壓測量采用壁面測壓法。取壓板結(jié)構(gòu)尺寸如圖2所示，材質(zhì)為青銅，壓力出管尾部有螺紋，用于連接帶螺帽的三通接頭； （4）為了提高氣流均勻性，需要增加各氣流間的相互擾動，故我們考慮在接受室出口前設(shè)置混合器，其形式如

9、圖3所示。 根據(jù)混合箱內(nèi)的風(fēng)速小于0.77m/s4以及最大接受風(fēng)量，可計算出箱體空氣流動方向的最小截面積。對于制冷量范圍為200020000kW，風(fēng)量范圍為4004000m3/h的高溫行車空調(diào)器6，可求得箱體最小截面積為1.44m2，取35%的安全余量，則為0.507m2。最后確定箱體截面尺寸為13001500（寬高）。 2.2流量箱總體設(shè)計 流量測量箱主要包括噴嘴、噴嘴前后的整流板及取壓板。其外圍用不銹鋼板焊接而成，并與混合箱合為一體，這樣既節(jié)省了材料又增強了系統(tǒng)的緊湊性，其結(jié)構(gòu)如圖4所示。噴嘴前后箱壁設(shè)有取壓板，將四周的取壓管匯合后接到壓差變送器，以測量噴嘴前后壓差P。 圖3混合器示意圖

10、在噴嘴后正壁面上開設(shè)操作門，用來手動開關(guān)噴嘴及檢查噴嘴開關(guān)狀態(tài)。具體要求如下： （1）箱體采用=50mm雙面不銹鋼聚氨酯保溫板； （2）為使噴嘴前后空氣充分混合均勻，在噴嘴前后各設(shè)置一塊整流板，整流板由不銹鋼板加工，開孔率為50%左右； （3）為防止因風(fēng)機震動影響風(fēng)量測量，流量箱與調(diào)零風(fēng)機分離放置，兩者之間采用鋁箔軟管連接。 圖4空氣測量裝置總體結(jié)構(gòu)示意圖 2.3噴嘴的選擇計算 根據(jù)高溫行車空調(diào)器的風(fēng)量范圍、設(shè)計要求及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)46，選用長徑低比值標(biāo)準(zhǔn)噴嘴4只（0.20 表2噴嘴的技術(shù)數(shù)據(jù)dmm材料流量范圍m3/hD1mmD2mmHmmhmmLmmn 80鑄鋁L104271-6631962261

11、571314 110515-11972662961871806 圖5噴嘴的結(jié)構(gòu)尺寸? 3結(jié)論 作為一個完整的空調(diào)器熱工性能測試系統(tǒng)，每一部分的準(zhǔn)確嚴(yán)格設(shè)計都十分關(guān)鍵，直接關(guān)系到測量結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。本文僅就處于核心地位的空氣取樣裝置、溫濕度測量裝置及風(fēng)量測量裝置的設(shè)計問題進(jìn)行了討論。本設(shè)計以常規(guī)空調(diào)測試標(biāo)準(zhǔn)為參考，在設(shè)計中充分考慮高溫行車空調(diào)的工作條件及特點，在系統(tǒng)設(shè)計、標(biāo)準(zhǔn)件選擇、運行操作等方面均以可靠、方便、降低成本為出發(fā)點，在提高特種空調(diào)器熱工性能測試精度及可靠性方面做了一些有益的嘗試。 參考文獻(xiàn) 1.李安桂.特種空調(diào)機.北京：科學(xué)出版社，2001. 2.陸甘華，茅清希，吳利瑞.某大型鋼鐵企業(yè)煉鋼車間行車電氣室空調(diào)系統(tǒng)現(xiàn)狀的調(diào)查研究.建筑熱能通風(fēng)空調(diào)，2002，（6）：12-14. 3.何立江，鄔志敏，周大漢.R134a工質(zhì)用于高溫空調(diào)器的理論及實驗研究.流體機械，2003，31（10）：41-43. 4.中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會.房間空調(diào)器