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                          防火閥門漏風量試驗流量計選擇及不確定度分析

                          作者: 來源: 發布時間:2019-03-30 15:58:17
                               摘 要:文章報告了筆者通過一系列試驗設計,選用以標準孔板流量計作為測量防火閥門漏風量設備和以渦街流量計作為測量防火閥門漏風量設備,分別對同一樣品進行環境溫度漏風量測量,同時分析了兩種測量方式所得結果的測量不確定度。通過筆者的詳細闡述及分析,兩種測量方式的測試數據均完全符合要求,驗證了標準建議的測試方法的可行性,同時也為標準制定測試方法提供了補充。
                          1 概述
                               防火閥門為建筑防排煙系統中的重要產品。現行的國家標準GB15930-2007《建筑通風和排煙系統用防火閥門》規定了防火閥門的各項性能,其中閥門漏風量是考察閥門性能的一項非常重要的指標。對于閥門的漏風量采用何種流量計測量,GB15930 中沒有強制規定,建議采用加工、制作、安裝均符合 GB/T2624 規定的標準孔板流量計。大家熟知氣體流量計有很多種,對于標準孔板流量計以外的其他類型流量計,是不是同樣可以作為測量閥門漏風量的測試儀器呢 ? 筆者進行了一系列試驗設計,選用一臺標稱尺寸為 400mm×400mm 的防火閥,以 GB15930 規定的常溫下漏風量作為考核項目,先后分別采用標準孔板流量計和渦街流量計測量閥門漏風量,并對試驗結果進行不確定度計算和結果比對。
                          2 選用標準孔板流量計測試防火閥門漏風量
                          2.1 測試使用的儀器設備
                               標準孔板,孔徑 Φ55.23mm,不確定度為 1.3%(由設計資料得);
                               孔板前壓力變送器,型號:0~3000Pa,準確度:0.2級;
                               動槽式水銀氣壓計,型號:DYM-1 福丁式,量程810~1070hPa(600~800mmHg),準確度:0.4hPa(0.3mmHg) ;
                               工業熱電阻,型號:PT100,量程:0 ~ 100℃,分辨力:B 級,準確度:B 級;
                               鋼卷尺,量程:5m,準確度:±1mm。
                          2.2 測試程序
                               在標準狀態,環境溫度下,采用以標準孔板流量計作為測量設備的防火閥耐火性能智能化試驗裝置檢測防火閥環境溫度下漏風量時,首先根據試樣外形測量長度、寬度,計算截面積 S;然后將防火閥安裝到試驗管道上,啟動引風機,調整試件前后差壓到(300±15)Pa,用工業熱電阻測量管道內氣體溫度 T,從動槽式水銀氣壓計上讀取大氣壓力 B,用差壓變送器測量孔板前壓力 P,在同一試驗條件下,試驗共進行 5min,每分鐘采集 1 次,共計 5 次。測試結果見圖 1。
                          3 選用渦街流量計測試防火閥門漏風量
                          3.1 測試使用的儀器設備
                               渦 街 流 量 計, 流 量 范 圍 18 ~ 5600m 3 /h, 精 度 為±0.86%(由資料得);
                               微機接口板的精度為 ±0.25%;
                               流量計前壓力變送器,型號:0 ~ 3000Pa,準確度:0.2 級;
                               動槽式水銀氣壓計,型號:DYM-1 福丁式,量程810~1070hPa(600~800mmHg),準確度:0.4hPa(0.3mmHg) ;
                               工業熱電阻,型號:PT100,量程:0 ~ 100℃,分辨力:B 級,準確度:B 級;
                               鋼卷尺,量程:5m,準確度:±1mm。
                          3.2 測試程序
                               在標準狀態,環境溫度下,采用以渦街流量計作為測量設備的排煙閥(口)試驗裝置檢測防火閥環境溫度下漏 選用標準孔板流量計測試防火閥門漏風量測試結果風量時,首先根據試樣外形測量長度、寬度,計算截面積S;然后將防火閥安裝到試驗管道上,啟動引風機,調整試件前后差壓到(300±15)Pa,用工業熱電阻測量管道內氣體溫度 T,從動槽式水銀氣壓計上讀取大氣壓力 B,用差壓變送器測量渦街流量計處壓力 P,在同一試驗條件下,試驗共進行 5min,每分鐘采集 1 次,共計 5 次。測試結果見圖 2。
                          4 測量結果不確定度分析及結果比對
                          4.1 測量模型
                          20190330161720.jpg
                          式中:
                               Q′——環境溫度下閥門單位面積的漏風量(標準狀態),單位為立方米每平方米每小時〔m 3 /(m 2 ·h)〕;
                               Q標 ——環境溫度下閥門的漏風量(標準狀態),單位為立方米每小時(m 3 /h);
                               S ——閥門洞口凈面積,單位為平方米(m2 );
                               Q——實測孔板(或渦街流量計)處漏風量,單位為立方米每小時(m 3 /h);.
                               T——實測管道內的氣體溫度,單位為攝氏度(℃);
                               B——實測大氣壓力,單位為帕斯卡(Pa);
                               P——實測孔板前壓力,單位為帕斯卡(Pa)。
                               注: S =a×b
                               其中 a——閥門洞口寬度;
                               b——閥門洞口高度。
                          選用渦街流量計測試防火閥門漏風量測試結果
                          4.2 采用標準孔板流量計測量閥門漏風量測試結果的不確定度分析
                          4.2.1 不確定度來源
                               防火閥環境溫度下漏風量 Q 測量結果不確定度來源主要包括:
                               ①.孔板處漏風量測量重復性引入的標準不確定度,采用 A 類方法評定;
                               ②.孔板引入的標準不確定度,采用 B 類方法評定;
                               ③.試件面積引入的標準不確定度,采用A類方法評定;
                               ④.鋼卷尺允差引入的標準不確定度,采用 B 類方法評定;
                               ⑤.工業熱電阻允差引入的標準不確定度,采用 B 類方法評定;
                               ⑥.差壓變送器允差引入的標準不確定度,采用 B 類方法評定;
                               ⑦.動槽式水銀氣壓計允差引入的標準不確定度,采用 B 類方法評定。
                          4.2.2 不確定度評定
                          系統漏風量的不確定度計算
                               5min 試驗過程中實測孔板處的流量(m 3 /m 2 ·h)分別為:25.751,24.632,24.631,24.632,24.632。(注:將 5min 試驗過程中試件流量分別代入公式
                          20190330161807.jpg
                               根據孔板流量計的設計,采用孔徑為 Φ55.23mm 的孔板,其流量相對不確定度為 1.3%。
                          20190330161837.jpg
                          4.3 采用渦街流量計測量閥門漏風量測試結果的不確定度分析
                          4.3.1 不確定度來源
                          防火閥環境溫度下漏風量 Q 測量結果不確定度來源主要包括:
                               ①.流量計處漏風量測量重復性引入的標準不確定度,采用 A 類方法評定;
                               ②.流量計引入的標準不確定度,采用 B 類方法評定;
                               ③.試件面積引入的標準不確定度,采用A類方法評定;
                               ④.鋼卷尺允差引入的標準不確定度,采用 B 類方法評定;
                               ⑤.工業熱電阻允差引入的標準不確定度,采用 B 類方法評定;
                               ⑥.差壓變送器允差引入的標準不確定度,采用 B 類方法評定;
                               ⑦.動槽式水銀氣壓計允差引入的標準不確定度,采用 B 類方法評定。
                          4.3.2 不確定度評定
                               系統漏風量的不確定度計算5min 試 驗 數 據 流 量 換 算 成 m 3 /m 2 ·h 分 別 為:3998.3172,3989.9022,3979.605,3990.9726,3996.1566(平均值為 3990.99072)系統漏風量的 A 類不確定度為UPAI=0.649流 量 計( 流 量 范 圍 18 ~ 5600m 3 /h) 的 精 度 為±0.86%,微機接口板的精度為 ±0.25%,各儀表精度算術相加,為 ±1.11%。根據儀表精度定義,得出流量計的相對不確定度 0.555%
                          20190330161914.jpg
                          4.4 兩種流量計測量閥門漏風量的試驗結果比對
                               由以上分析計算所得:
                               采用標準孔板流量計的防火閥耐火性能智能化試驗裝置測量結果及其不確定為:
                          20190330161939.jpg
                               由此得出通過兩個設備測試的結果均滿足檢測要求。
                          5 綜述
                               (1) 通過筆者的比對研究發現,在測試防火閥門常溫下漏風量時,采用標準孔板流量計和采用渦街流量計,測試數據均完全符合要求。
                               (2) 測試結果的比對,不僅驗證了標準 GB15930 建議選用標準孔板流量計測試方法的可行性,同時采用渦街流量計測量閥門漏風量的方法也為標準在制修訂測試方法時提供了補充。

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