CN2047373U - 通风实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及矿内空气动力学性能多功能实验装置，它包括二段风筒，出风口调风帽，出口整流栅，消声器，主机箱，控制钮，皮托管测量计，整流格栅；增阻环，风量控制器，水平段，垂直段以及突扩与突缩风筒和渐扩与渐缩风筒，水平段可以根据实验需要进行拆装，整个装置装有移动轮子，因此机动性好，结构紧凑，占地面积少，能够定量地模拟矿内风流的流动规律，可以做多种空气动力性能测试。

Description

本实用新型涉及矿内空气动力学性能的多功能实验装置，作为冶金、煤炭、化工、建材、核工业等领域空气动力学教学课程的通风实验装置，是加深对通风基本理论理解的实验手段。

已有的通风实验装置多数采用卧式（风筒水平布置），为了进行两种状态下的压力测定，采用反通道通风，以改变风筒的风流方向。这种方法的缺点是反风后阻力大，风流分布不均匀，给汽场系数测定带来困难；另一个缺点在于这种方法的漏风问题不易解决。国外采用按实验项目设置单体装置的办法，但是这种办法占地面积大，造价高，使用也不方便。

本实用新型所提出的实验装置的目的是在不影响实验效果的前提下，尽量缩短装置的长度，实现小型化。另一目的是考虑有机玻璃风管道的摩擦阻力过小，则在风管内壁上安设增阻环，使试验收到满意效果。其它目的是提供可进行多功能测试的可移动和拆装方便的机动通风实验装置。

本实用新型采用立体，装配式结构（见附图一）。整个装置设有水平段（抽出）及直立段（压入式）二段风筒。压入式的压力实验在直立段内完成，为了得到较大的压力数值及减小出风口动压损失，在出风口安设移动式风帽。不设置反风道。其它实验均在水平段完成。为了缩短装置的长度，水平段采用组装式结构。即设置阻力测定，突然扩大与突然缩小，渐扩及渐缩三段风筒，实验者可以根据所需进行的实验项目自行选择组装。拆装部分的连接方式是采用翼形螺母，使拆装十分方便。为了控制噪音，风机设置在箱内，并采用适当的消音措施。装置的主机和风筒的支架均安设万向轮，整个装置可移动，减小占地面积。

附图1表示实验装置的示意图；

图2表示增阻环示意图。

下面将结合附图对本实用新型发明的内容作进一步的描述。

见图1，其中各部件表示的意义如下：1.出风口调风帽、2.出口整流栅、3.消声器、4.主机箱、5.电表、6.控制钮、7.轮子、8.皮托管测量计、9.整流格栅、10.增阻环、11.导风孔、12.风量控制器、13.进风口、14.突扩与突缩风筒、15.渐扩及渐缩风筒、16.移动支架、17.阻力测量风筒、18.        19.水平段。

在上述装置中，根据所需测量参数的不同，水平段的部件阻力测量风筒17可以由突扩与突缩风筒14或渐扩及渐缩风筒15所取代。

风筒管径的确定：

风筒管径在一定程度上决定实验装置的长度，对阻力、流场系数等实验项目的效果也有影响。风筒直径越小，越容易实现装置的小型化，但相对应的临界风速（雷诺数为10⁵）就越高，这对选择风机有困难，而高压风机噪声较高。反之，风筒管径越大，临界风速变小，但相应地需加大风筒长度和选用大尺寸的风机，这不利于装置的小型化。因此最佳管径应选在150－200毫米范围内。风机的选择应使其能保证风管测定段的风流雷诺数达到2×10⁵。

本实验装置的目的之一是在不影响实验效果的前提下，尽量缩短其长度，实现装置小型化。因此，由于有机玻璃风管摩阻系数过小，所以在风管内壁上设置增阻环10。经测定，有机玻璃风管的表面摩阻系数为0.00016kg·S²／M⁴，假如设计风管水平段总长为5米，测定段长为3米，则其摩擦风阻为31.8千缪，风管风量按0.5计算，则摩擦阻力为8个水柱。这样小的数值将导致实验误差的增大，同时由于摩阻太小，则雷诺数与风量关系的实验无法进行。因此，在风管内设置增阻环（见附图2），其中，a＝10毫米，b＝5毫米，φ₁＝170毫米，φ₂＝150毫米。增阻环安装靠自身的弹性与风管内壁挤紧，拆卸十分方便。为了确定阻力实验段风管长度，先要规定实验中最大阻力数值，该数值选用50毫米水柱（也就是倾斜式微压计置于K＝0.2档时，读数满刻度250毫米）。此时，实验数据的误差一般在4％以内。

在水平测定段19内有一个18孔的整流格栅，其风阻为50.2千缪。因此，测定段阻力与风阻、风量间有如下关系：

h_阻＝（R_环＋R_格＋R_摩）Q²

式中：R_环——增阻环风阻，Kμ

R_格——整流格栅风阻，Kμ

R_摩——风管摩擦风阻，Kμ

Q——阻力测定中最大风量，M³／S

其中：R_格＝50.2Kμ，R_摩很小，忽略不计，h_阻为50mm水柱，因此R_环由下式决定：

R_环＝ (h_阻)/(Q²) －R_格＝ 50/(Q²) －50.2

只要定下风量大小，就可以由上式求出相对应的R_环值，进而决定增阻片密度及风管测定段长度及装置的全长。从阻力实验来说，希望风量尽可能大些，此时风流雷诺数大，实验结果的曲线紊流段也长一些，但是这样求出的测定段风阻及长度偏小，考虑风路中其余部分的阻力，计算的风量应留有余地，以便计算的测定段风阻更为切合实际。由实验确定风量为0.40M³／S。计算后，相对应的测定段段风阻为262Kμ。

本装置的结构特点：

1.风管全部采用半透明有机玻璃制成，便于外部监视。

2.风管测定段及两个配件管的端部的法兰采用翼形螺母联接，可以根据实际需要进行组装，一机多用，有效地缩短了装置长度。

3.装置具有压入（直立段）及抽出式（水平段）两套风管，压入式实验在直立段风管完成，因此没有反风装置。

4.装置入风口采用圆弧形集流器，其平均静压的测定按标准在集流器四周加四个孔，各孔的外部联接方法采用均压环，由均压环内槽将四孔连通，再用一个接嘴将平均静压引出，其效果与标准相同，但外观更为整齐。

5.各测点均配用外径为4毫米的皮托管测量计8，其与风管配合的阻塞比为1.2％（标准规定阻塞比小于5％）。

6.为了提高风流稳定性，风机出入口均安设了整流格栅，为了减少噪音，风机出口处接有消声器3，机箱内壁贴衬消声泡沫，风机出口与机壳间采用软连接。

7.风机箱及风管支架下部安有万向脚轮，整机可以随意移动，风箱支架具有高度粗、细调功能，使风管拆装和移动方便。

实施例：

抽出式、压入式两种通风状态下的全压、动压、静压间关系实验数据见表3。测定的相对误差计算如下：

S_压＝ (h全－（h动＋h静）)/(h全) ×100％

＝ (99－（40＋58）)/99 ×100％

＝1％

S_抽＝ (h_全－（h_动＋h_静）)/(h_全) ×100％

＝ (（－7）－（34.6－42）)/－7 ×100％

＝－2.9％

圆形风管风量及流场系数的测定结果见表4。测点位置见图1中的Ⅰ点和Ⅱ点位置，Ⅰ，Ⅱ点间距L＝3米。在这两点处的风速分布见曲线5。

在Ⅰ点：平均风速 V_p1＝5.41

中心风速 V₂₁＝5.63

流场系数 K_L1＝0.96

在Ⅱ点：平均风速 V_p2＝5.24

中心风速 V₂₂＝7.09

流场系数 K_L2＝0.74

实验中采用等面积圆环法布置测点，分三个等面积环。动压测量用ISP－3压力计，精度百分之一毫米水柱。

不同纵口径管λ系数测定实验装置（见图3）。该实验集流器压差测定用ISP－3压差计，阻力测定用YYT－200B微压计，用出风口排风帽做上下移动调节风量。其中，Ⅰ，Ⅱ二点间距L＝3米。图中采用5片增阻环，风量用集流器压差算出，阻力采用皮托管压差计测量。

图4表示风机性能实验装置：其中电机效率为0.85，功率因素为0.85，流量通过用ISP－3压差计，测定入口集流器压差，求得静压差为风机的全压。

图5表示突扩及突缩局阻系数测定装置，在Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ三点平均动压与1点相同，0断面与Ⅰ，Ⅲ断面面积比为1：4。实验装置总的局阻为50毫米水柱。图6表示渐扩管及渐缩管局阻系数测定装置，三点平均动压与1点相同，大断面与小断面比值为4：1。

总之，本实验装置可完成矿井教学中有关矿内空气动力学的全部实验内容，真风流状态达到稳定紊流区，能够定量地模拟矿内风流的流动规律，其性能超过原有的大型装置。本装置结构紧凑，体积小，占地面积仅为原有大型装置的五分之一，并且机动性好，可进行多项实验和多种阻力系数的测定。

Claims (4)

1、一种通风实验装置，包括出风口调风帽，出口整流栅，消声器，主机箱，电表，控制钮，轮子，皮托测量计，整流格栅，导风孔，风量控制器，进风口，移动支架，阻力测量风筒，垂直段和水平段，其特征是在水平段内设置增阻环，所述的水平段与风筒之间是采用法兰连接。

2、如权利要求1所述的装置，其特征是所述的水平段可以是突扩与突缩风筒。

3、如权利要求1所述的装置，其特征是所述的水平段可以是渐扩与渐缩风筒。

4、如权利要求1－3所述的装置，其特征是所述的增阻环可以是5－8个。

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