Лабораторная работа 2 Определение расхода воздуха в системах кондиционирования воздуха и вентиляции
ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Целью работы является измерение скорости движения потока воздуха и давления для нахождения расхода воздуха в системах вентиляции и кондиционирования воздуха с помощью анемометра и микроманометра ММН с пневмометрической трубкой.
ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
При испытаниях систем кондиционирования воздуха и вентиляции одним из основных параметров, подлежащих определению, является расход воздуха. Расход воздуха определяется с помощью крыльчатого или чашечного анемометров в выходных сечениях и в закрытых воздуховодах большого сечения с помощью микроманометра.
При измерениях определяют расход мгновенный и средний, массовый (кг/с) и объемный (м3/с). Под мгновенным расходом воздуха понимается расход воздуха в момент измерения. Под средним расходом воздуха понимается средняя величина расхода за данный промежуток времени t, в течение которого производится измерение нескольких мгновенных расходов: V1, V2,..., Vn. Средний объемный расход воздуха за определенный промежуток времени рассчитывается как среднеарифметическая величина измеренных мгновенных значений расходов:
(9)
где n - количество измерений за данный промежуток времени.
Расход объемный связан со скоростью потока воздуха уравнением сплошности
Vср = wср F, (10)
где wср - средняя скорость движения воздуха, м/с;
F - площадь поперечного сечения воздуховода, м2.
Массовый расход определяется по уравнению
Gср = Vср r = wср F r , (11)
где r - плотность воздуха, кг/м3.
Измерение скорости движения потока воздуха с помощью анемометра.
Приборы для измерения скорости воздуха называются анемометрами. По принципу действия анемометры бывают механические и электрические. К механическим анемометрам относятся крыльчатые и чашечные. Крыльчатые анемометры (рис. 11) служат для измерения малых скоростей от 0,1 до 15 м/сек с погрешностью ± (0,1 - 0,3) м/сек. Чашечные анемометры (рис. 12) позволяют измерять более высокие скорости от 0,5 до 50 м/сек с погрешностью ±(0,2 - 0,4) м/с.
Крыльчатые анемометры находят ограниченное применение при измерении невысоких скоростей открытых воздушных потоков. Чашечные анемометры, имея, меньшие габариты и более высокие пределы измерения, чаще используются для измерения скоростей открытых воздушных потоков, а иногда применяются и для измерения скоростей воздуха внутри воздуховодов больших диаметров или выходных патрубков.
Крыльчатый анемометр представляет собой лопастное колесо с восемью лопатками, устроенное по типу осевого вентилятора. Вал колеса соединен со счетным механизмом, состоящим из системы зубчатых передач, размещенных в корпусе прибора. Стрелки счетного механизма обычно показывают на шкалах циферблата путь, проходимый воздухом за время работы прибора. Для включения и выключения стрелок счетного механизма служит арретир. При измерении скорости воздуха ось анемометра должна быть установлена параллельно воздушному потоку.
Рис. 11. Крыльчатый анемометр АСО – 3
Принцип работы крыльчатого анемометра основан на использовании составляющей силы давления воздушного потока на крыло лопастного колеса, которое повернуто под углом 45° к направлению движения воздушного потока, что создает крутящий момент на валу крыльчатого колеса. Чем больше скорость воздуха, тем больше сила давления и тем больше скорость вращения колеса. Крыльчатый анемометр нельзя устанавливать в воздушный поток, имеющий скорость выше допустимого предела измерения прибора, так как это приведет к отрыву лопастей под действием центробежных сил.
Основными недостатками крыльчатых анемометров являются малые пределы измерения и большие, габариты; точность измерения в большой степени зависит от наклона оси прибора к направлению воздушного потока. Этих недостатков не имеют чашечные анемометры.
Чашечный анемометр (рис.12) представляет собой четырехчашечную вертушку 1, закрепленную на конце вала 2. На нижнем конце вала нарезан червяк 3, сообщающий вращение червячному колесу, от которого через промежуточные шестерни вращение передается трем стрелкам шкалы счетного механизма. Центральная стрелка 4 показывает на шкале 5 единицы, левая стрелка 6 - сотни, а правая стрелка 7 - тысячи.
Рис. 12. Чашечный анемометр МС – 13
1 – вертушка, 2 – вал, 3 – червяк, 4, 6, 7 – стрелки,
5 – шкала, 8, 10, - стойки, 9 – арретир, 11 – винт
крепления прибора
Включение и выключение стрелок счетного механизма осуществляется арретиром 9. Наружный конец арретира может передвигаться в пазу корпуса прибора. Внутренний конец арретира перемещает червячное колесо в осевом направлении и выводит его из зацепления с червяком. При включении стрелок счетного механизма арретир поворачивают к стойке 8, при выключении стойке 10. Через отверстия стоек 8 и. 10 может быть пропущен шнурок для включения и выключения стрелок счетного механизма на расстоянии.
В нижней части пластмассового корпуса имеется винт 11 для крепления чашечного анемометра к деревянной ручке.
При измерении скорости воздуха чашечным анемометром ось прибора должна быть установлена перпендикулярно направлению движения воздушного потока.
Принцип работы чашечного анемометра основан на использовании разности сил давления воздушного потока на правую и левую чашки вертушки. Независимо от направления воздушного потока, перпендикулярного оси прибора, сила давления на левую чашку, у которой обдувается открытая часть, будет больше, чем на правую чашку, у которой обдувается сферическое донышко. Поэтому чашечная вертушка имеет всегда одно направление вращения, в данном случае - по часовой стрелке.
Чем больше разность между коэффициентами аэродинамического сопротивления правой и левой чашек вертушки анемометра, тем больше крутящий момент на валу. Чем выше скорость воздуха, тем больше крутящий момент и тем больше скорость вращения стрелок счетного механизма.
Шкала анемометра градуирована обычно на путь воздуха в м/с учетом поправочного коэффициента.
Микроманометр ММН с пневмометрической трубкой.
Для измерения избыточных давлений Н, применяется микроманометр типа ММН (микроманометр многопредельный) – рис. 13.
Микроманометр состоит из металлического корпуса 3, цилиндрической неподвижной металлической чашки 5 с вертикальной осью, поворотной стеклянной трубки 7 со шкалой, которая закреплена на рамке и может поворачиваться относительно оси корпуса на угол, а от 10 до 90°. Геометрическая ось вращения трубки совпадает с нулевым делением шкалы.
Положение рамки с трубкой 7 фиксируется в определенном положении на скобе 1 фиксатором. Корпус микроманометра устанавливается на трех опорах, из которых правая опора является неподвижной, а левые опоры - винты - позволяют установить прибор в горизонтальном положении по уровням 2, вмонтированным в плиту корпуса.
Нижний конец измерительной трубки 7 соединен с чашкой резиновой трубкой 6. Спирт заливают в чашку 5 через специальное отверстие, закрытое пробкой 8. Для установки мениска спирта в трубке на нуль шкалы имеется регулятор уровня. При вращении винта регулятора по часовой стрелке происходит вытеснение спирта из чашки в трубку и увеличение его уровня в чашке и трубке.
Рис. 13. Микроманометр ММН с неподвижным резервуаром:
1 - скоба; 2 - уровни; 3 - станина; 4 - диск; 5 - цилиндрический сосуд;
6 - трубка; 7 - трубка стеклянная; 8 - винт; 9 - кран переключения;
10,11 - ниппеля; 12 - резиновая трубка.
В крышку чашки вмонтирован трехходовой кран 9, в корпусе крана имеются три штуцера (рис. 14).
Рис. 14. Схема включения трехходового крана:
слева – при контроле нуля; справа – при измерении давления.
Штуцер 10 («плюс») служит для подвода давления к чашке, штуцер 11 («минус») предназначен для приема давления и передачи его на спирт в трубке, посредством третьего штуцера, соединенного постоянно резиновой трубкой 12 с верхним концом измерительной стеклянной трубки 7. В корпусе крана имеется отверстие «нуль», через которое атмосферное давление передается в чашку и трубку, когда ручка крана 9 повернута против часовой стрелки до упора. Это положение крана применяется при установке мениска спирта в трубке против нулевого деления шкалы. При этом измерительные штуцеры чашки («плюс») и трубки («минус») отключаются.
Схема включения трехходового крана при настройке нуля показана на рис. 15 слева. После установки мениска на нуль шкалы с помощью регулятора уровня ручку крана 9 поворачивают по часовой стрелке до упора для измерения давления. Трехходовой кран занимает положение, показанное на рис. 15 справа. При этом отверстие «нуль» в корпусе крана перекрывается и отключает прибор от атмосферы. Соединяя верхний конец измерительной трубки 7 с «минусом» штуцера. Штуцер 10 («плюс») соединяется с чашкой, штуцер 11 («минус») соединяется посредством кольцевой выточки в пробке крана со штуцером стеклянной трубки. Коэффициент прибора при измерении давлений указан на скобе около фиксатора 1 - k.
Микроманометр типа ММН имеет следующую техническую характеристику:
1. длина шкалы 250 мм;
2. пределы измерения: максимальный – до 200 мм вод. ст. (первый минимальный предел при коэффициенте прибора k = 0,2 – до 50 мм вод. ст., второй предел при k = 0,3 – до 75 мм вод. ст., третий предел при k = 0,4 –до 100 мм вод. ст., четвертый предел при k = 0,6 – до 150 мм вод. ст. пятый предел при k = 0,8 – до 200 мм вод. ст. При этих пределах цена 1 мм шкалы соответствует давлению в 0,2; 0,3; 0,4; 0,6 и 0,8 мм вод. ст);
3. заполнитель – этиловый спирт с удельным весом 0,8095 Г/см3;
4. погрешность измерения не превышает 0,5 – 1,0 % от верхнего предела измерения;
5. допустимое давление при проверке герметичности чашки и трубки прибора – до 2000 мм вод. ст.
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ