皮托管與機(jī)械風(fēng)表測(cè)風(fēng)法在現(xiàn)實(shí)中的運(yùn)用與分析

摘要：瓦斯治理規(guī)定的“十二字”方針要求：“先抽后采、監(jiān)測(cè)監(jiān)控、以風(fēng)定產(chǎn)”，由此可見，通風(fēng)在礦井生產(chǎn)中處于一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)，影響各個(gè)工作地點(diǎn)的施工進(jìn)度；為保證通風(fēng)系統(tǒng)的合理化，各個(gè)地點(diǎn)的風(fēng)量測(cè)定工作就顯得尤為重要；本文重點(diǎn)分析與討論皮托管測(cè)風(fēng)法與機(jī)械風(fēng)表測(cè)風(fēng)法在風(fēng)量測(cè)定中的運(yùn)用。

關(guān)鍵詞：皮托管機(jī)械風(fēng)表測(cè)風(fēng)法

0 引言

皮托管又稱空速管、畢托管，是測(cè)量流體點(diǎn)速度的裝置；礦井測(cè)定風(fēng)量所常用的是L型皮托管，是一個(gè)彎成直角的金屬管，直角的一端為測(cè)頭，測(cè)頭的頂部是總壓孔，側(cè)面是靜壓孔，另一端是支桿，在支桿的末端是定向桿，通過(guò)軟膠皮管同時(shí)將靜壓和全壓的定向桿與微壓計(jì)相連讀取壓差的方式進(jìn)行流速測(cè)量，其校準(zhǔn)系數(shù)α一般為0.99-1.01，是目前最完善的一種皮托管。而機(jī)械風(fēng)表主要由翼輪、蝸輪、蝸輪軸、計(jì)數(shù)器、指示針、回零閘壓桿、離合閘、護(hù)殼、提環(huán)、底座等部件構(gòu)成，按測(cè)量范圍分為高速風(fēng)表、中速風(fēng)表和低速風(fēng)表三種，通過(guò)葉輪旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)計(jì)數(shù)器的指針轉(zhuǎn)動(dòng)的方式來(lái)測(cè)量風(fēng)量，是測(cè)量礦井風(fēng)流平均速度的儀表。

根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》第一百零五條規(guī)定：礦井必須建立測(cè)風(fēng)制度，每十天進(jìn)行一次全面測(cè)風(fēng)。對(duì)采掘工作面和其他用風(fēng)地點(diǎn)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要隨時(shí)測(cè)風(fēng)，每次測(cè)風(fēng)結(jié)果應(yīng)記錄并寫在測(cè)風(fēng)地點(diǎn)的記錄牌上。因此，合理選擇測(cè)風(fēng)方法是安全生產(chǎn)的保障。

1 皮托管測(cè)風(fēng)法

1.1 測(cè)風(fēng)原理

皮托管測(cè)風(fēng)法的工作原理是根據(jù)伯努利方程，通過(guò)壓差確定流場(chǎng)中某處的流速，由流速與面積的乘積計(jì)算出流量。計(jì)算公式如下：P-P0=1/2ρV2，（式中：P——所測(cè)點(diǎn)風(fēng)流全壓，P0——所測(cè)點(diǎn)風(fēng)流靜壓，ρ——空氣密度，V——所測(cè)點(diǎn)風(fēng)流速度），由此可以推出測(cè)點(diǎn)的流速：V=■=■，△P為全壓與靜壓之差，可以通過(guò)連接皮托管的微壓計(jì)讀出；考慮到全壓與靜壓的測(cè)量誤差，利用他們的測(cè)量讀數(shù)進(jìn)行流速計(jì)算時(shí)，應(yīng)做適當(dāng)?shù)男拚?，其校?zhǔn)系數(shù)α一般為0.99-1.01，即可得出修正后測(cè)點(diǎn)的流速V=α■，因同一斷面上速度場(chǎng)發(fā)布均勻，根據(jù)斷面的大小不同，采用等面積環(huán)法，沿水平方向在每個(gè)面積環(huán)的面積平分線上布置測(cè)點(diǎn)（點(diǎn)數(shù)n根據(jù)面積決定），各測(cè)點(diǎn)至圓心距離Ri通過(guò)下式計(jì)算：Ri=D■式中：i-從中心算起等面積環(huán)的編號(hào)，n-圓環(huán)數(shù)，D-斷面直徑；分別測(cè)定Ri處的風(fēng)速V，求取n個(gè)測(cè)點(diǎn)風(fēng)速的平均值V0，帶入風(fēng)量計(jì)算公式：Q=V0×S，S為測(cè)量處斷面面積；即可得出測(cè)量地點(diǎn)的風(fēng)量。

1.2 影響風(fēng)量測(cè)定精度的因素

皮托管測(cè)風(fēng)法主要運(yùn)用于風(fēng)筒內(nèi)風(fēng)量的測(cè)點(diǎn)，因此，在測(cè)定的過(guò)程中，主要的影響因素包括：

1.2.1 氣流的壓縮性 壓縮性是指氣流在溫度發(fā)生變化時(shí)，體積也發(fā)生變化的特性。通過(guò)對(duì)壓縮性最重要的影響因素馬赫數(shù)Ma來(lái)衡量（馬赫數(shù)是指氣流速度與當(dāng)?shù)匾羲貱=341m/s之比），在絕熱流動(dòng)中，速度增大，Ma值也增大，Ma越大，氣流密度變化也越大。當(dāng)v≤50m/s時(shí)，不必考慮空氣壓縮性，當(dāng)Ma＞0.25（v≥85m/s）時(shí)，就必須考慮壓縮性。但是在井筒內(nèi)測(cè)風(fēng)時(shí)，《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定最大允許風(fēng)速不超過(guò)15米，因此井筒測(cè)風(fēng)可不考慮空氣的壓縮性。

1.2.2 軟膠皮管長(zhǎng)短的影響 由于膠皮管的選取不同，有時(shí)膠皮管內(nèi)部比較粗糙，在測(cè)量的過(guò)程中，會(huì)增加風(fēng)流的阻力，影響風(fēng)流的速度，造成在測(cè)量風(fēng)速時(shí)微壓計(jì)的壓差偏?。煌瑫r(shí)，由于膠皮管的長(zhǎng)度不同，在測(cè)量的過(guò)程中可能會(huì)使膠皮管卷曲，增大測(cè)量阻力。所以合理選取膠皮管及其長(zhǎng)度非常有必要，一般取0.3-0.4米長(zhǎng)的優(yōu)質(zhì)、光滑膠皮管為宜。

1.2.3 風(fēng)筒的平直程度 用皮托管測(cè)風(fēng)時(shí)，測(cè)頭要伸入風(fēng)筒內(nèi)，并且測(cè)頭垂直于風(fēng)筒側(cè)壁并迎著風(fēng)流方向，根據(jù)皮托管延伸入風(fēng)筒內(nèi)測(cè)點(diǎn)的計(jì)算選擇，勢(shì)必有一個(gè)測(cè)點(diǎn)靠近風(fēng)筒側(cè)壁；如果風(fēng)筒不平直或采用骨架風(fēng)筒，在測(cè)量風(fēng)量時(shí)，靠近風(fēng)筒壁的風(fēng)流必定產(chǎn)生紊流，直接影響測(cè)風(fēng)的數(shù)據(jù)。

1.2.4 人為因素產(chǎn)生的誤差

①微壓計(jì)讀數(shù)誤差 由于風(fēng)流在風(fēng)筒內(nèi)流動(dòng)的過(guò)程中存在喘息的現(xiàn)象，因此微壓計(jì)通過(guò)全壓與靜壓產(chǎn)生的壓差存在上下波動(dòng)，壓差時(shí)高時(shí)低，在讀數(shù)的過(guò)程中，只能估讀，這就造成數(shù)據(jù)上的明顯誤差，根據(jù)伯努利方程式可以知道，數(shù)據(jù)估讀造成的誤差在5m3左右。

②測(cè)風(fēng)操作誤差 在測(cè)風(fēng)操作時(shí)，有可能皮托管為垂直于風(fēng)筒側(cè)壁，導(dǎo)致皮托管測(cè)頭未能迎著風(fēng)流方向，造成讀數(shù)偏差。

③皮托管自身產(chǎn)生的誤差 皮托管的總壓孔位于支桿內(nèi)部，有時(shí)空氣潮濕或皮托管進(jìn)水，風(fēng)流通過(guò)皮托管測(cè)頭進(jìn)入支桿后，由于總壓孔沾在支桿側(cè)壁上，風(fēng)流不能有效的通過(guò)總壓孔進(jìn)入微壓計(jì)，造成壓差明顯偏小。

2 機(jī)械風(fēng)表測(cè)風(fēng)法

2.1 測(cè)風(fēng)原理

機(jī)械風(fēng)表測(cè)風(fēng)法常用于巷道內(nèi)或風(fēng)筒出口處的風(fēng)量測(cè)定，多用于測(cè)量平均風(fēng)速，也可以用于點(diǎn)風(fēng)速的測(cè)定。根據(jù)測(cè)量風(fēng)速的范圍，風(fēng)表又可分為高速(υ>10m/s)、中速(υ=0.5～10m/s)、低速(υ=0.3～5m/s)三種。它是通過(guò)風(fēng)流吹動(dòng)由八個(gè)葉片組成的翼輪，再由翼輪通過(guò)聯(lián)動(dòng)裝置將其轉(zhuǎn)動(dòng)傳給計(jì)數(shù)器，使指針轉(zhuǎn)動(dòng)，指示出翼輪轉(zhuǎn)速V表=n/t，n—計(jì)數(shù)器指針讀數(shù)，t—計(jì)時(shí)時(shí)間；再通過(guò)實(shí)際檢定曲線圖表所對(duì)應(yīng)的曲線方程式，計(jì)算出實(shí)際風(fēng)速Vs。由風(fēng)量計(jì)算公式Q=Vs×（S-0.4），S-測(cè)風(fēng)地點(diǎn)的斷面，即可計(jì)算出測(cè)風(fēng)地點(diǎn)的風(fēng)量。

2.2 影響風(fēng)量測(cè)定精度的因素

2.2.1 根據(jù)風(fēng)表移動(dòng)路線不同，有路線測(cè)風(fēng)法和定點(diǎn)測(cè)風(fēng)法兩種，路線測(cè)風(fēng)法是讓風(fēng)表在巷道斷面上均勻的運(yùn)動(dòng)，即常說(shuō)的四線法、六線法等，定點(diǎn)測(cè)風(fēng)法即在巷道斷面上選取一定數(shù)量的固定點(diǎn)進(jìn)行測(cè)風(fēng)；由于巷道中心部位和巷道壁附近的風(fēng)速不同，若不能時(shí)刻保證風(fēng)表移動(dòng)的速度均勻或測(cè)風(fēng)點(diǎn)分均勻布，將影響風(fēng)量的測(cè)定精度。

2.2.2 風(fēng)表距人體或巷道壁太近，容易引起較大的誤差。

2.2.3 風(fēng)表未與風(fēng)流方向垂直，偏角超過(guò)10°，尤其在傾斜巷道測(cè)風(fēng)時(shí)，容易造成測(cè)量數(shù)據(jù)偏小。

2.2.4 未能根據(jù)所測(cè)定地點(diǎn)的風(fēng)速合理選擇風(fēng)表，容易損壞風(fēng)表或造成測(cè)量不準(zhǔn)確。

2.2.5 測(cè)風(fēng)時(shí)有人或車輛通過(guò)造成風(fēng)量不穩(wěn)定，容易出現(xiàn)誤差。

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