Вопросы для самопроверки
1. Назначение осевых вентиляторов местного проветривания типа ВМ.
2. Область применения осевых вентиляторов местного проветривания.
3. Конструкция и назначение направляющего аппарата.
4. Устройство рабочего колеса вентилятора.
5. Устройство и назначение глушителя.
6. Проверка вентилятора перед спуском в шахту.
Практическая работа № 2. Изучение устройства и принципа действия измерительных приборов для контроля работы вентилятора
Цель работы: изучить устройство и принцип действия измерительных приборов микроманометра, дифманометра, анемометра. Научиться определять скорость воздушной струи воздуха при помощи анемометра.
Необходимое оборудование: микроманометр, дифманометры, анемометр, инструкции по эксплуатации этих приборов, стенд измерительных приборов подключенных к вентиляторной установке местного проветривания в лаборатории.
План отчета
Назначение, конструкция и принцип действия микроманометра.
Назначение, конструкция и принцип работы дифманометра.
Назначение, конструкция и принцип работы анемометра.
Определение скорости воздушной струи воздуха в вентиляционной
трубе при помощи анемометра.
5. Подготовить отчет
Порядок выполнения работы
Изучить при помощи инструкции по эксплуатации, назначение конструкцию и принцип работы микроманометра, продемонстрировать это на стенде в лаборатории.
Изучить при помощи инструкции по эксплуатации назначение, конструкцию и принцип работы дифманометра и продемонстрировать на стенде в лаборатории.
Изучить назначение и конструкцию анемометра.
Определить скорость воздушной струи воздуха развиваемую вентиляторной установкой местного проветривания в вентиляционной трубе анемометром и расход воздуха в сечении вентиляционной трубы в лаборатории.
Методические указания
1.Назначение, конструкция и принцип действия микроманометра.
Микроманометр (рис. 1) обеспечивает большую точность замера давления, резервуар 1 заполнен этиловым спиртом. Для включения прибора имеется кран 2, измерительная трубка 3 шлангом 4 соединяется через штуцер 5 с краном 2. Винтом 6, воздействуя на поплавок, устанавливает уровень спирта, соответствующий нулевому делению шкалы. Для изменения пределов измерения трубка 3 может быть установлена под различными углами, для чего на стойке 7 предусмотрены четыре отверстия, а на кожухе 8 трубки - защелка.
Рис 1. Микроманометр
При замерах штуцер 9 (+) присоединяют трубкой к пункту с большим давлением. А штуцер 10 (-) – к пункту с меньшим давлением. При смещении уровня в трубке 3 на длину l (м) измеряемое давление (Па) равно.
Н = glρспsin, Па (1)
где сп – плотность спирта, кг/м3; , - угол установки трубки относительно горизонта.
Для удобства пользования формулой (1) на стойке микроманометра нанесены значения k = ρспsin, соответствующие указанным выше четырем положениям трубки 3.
Статическое давление Нст – давление, которое оказывает на стенки трубопровода воздух, протекающий параллельно этой стенке, затрачивается на преодоление сопротивлений вентиляционной сети.
Динамическое давление Нд (Па) – давление, необходимое для перемещения воздуха со скоростью п,
 , Па (2)
где - плотность воздуха, кг/м3.
При нормальных атмосферных условиях (давление 101,3 кПа, температура 293К, влажность 50%) = 1,293 кг/м3.
Схема измерения полного Н, статического Нст и динамического Нд давлений на всасывающей и нагнетательной сторонах вентилятора показана на рис. 2. При работе вентилятора на всасывание (главные вентиляторные установки) динамическое давление представляет собой потери на выходе из диффузора, поэтому рабочий режим вентилятора определяют по характеристике Q – Нст и экономичность работы оценивают статическим к.п.д. Если вентилятор работает на нагнетание, что имеет место в вентиляторных установках местного проветривания, то динамическое давление относят к потерям в вентиляционной сети и поэтому для определения рабочего режима вентилятора пользуются характеристикой Q – Н, а его экономичность оценивают полным к.п.д.
Рис. 2. Схема измерения давлений
2. Назначение, конструкция и принцип работы дифманометра.
Постоянный контроль производительности и давления вентиляторов осуществляют дифференциальными манометрами (дифманометрами). Наибольшее применение получили кольцевые, поплавковые и мембранные дифманометры (рис. 3.). Применяются также кольцевые, сильфонные, тензометрические и другие дифманометры. Эти приборы являются первичными – они непосредственно воспринимают импульс от измеряемой величины. Первичный прибор может иметь шкалу или не иметь, а также может быть самопишущим. Для дистанционного контроля производительности и давления вентиляторов применяют вторичные приборы со шкалами, электрически связанные с первичными.
На рис. 3 показана схема кольцевого дифманометра. Полое кольцо 1 квадратного или круглого сечения, частично заполненное водой, трансформаторным маслом или ртутью, имеет внутри перегородку 2, разделяющую незаполненное пространство на две камеры. Кольцо подвешено на призматической основе 3. 
Рис. 3. Кольцевой дифманометр
Правая и левая камеры трубками 4 и 5 соединены с вентиляционным каналом. Если в одной из камер давление будет больше, чем в другой, то произойдет изменение уровней заполнителя в камерах, отчего кольцо начнет проворачиваться до тех пор, пока вращающий момент и момент, создаваемый грузом 6, не уровняются. При повороте кольца ролик, скользящий по лекалу 7,приведет в движение рычажную систему 8 и стрелка 9 покажет на шкале 10 измеряемую величину Н. В это же время рычаг 11, скользящий по лекалу 12, через зубчатую передачу 13 повернет рамки ферродинамических датчиков 14 дистанционной передачи показаний на вторичный прибор. Эти рамки, включенные встречно с рамками ферродинамических датчиков вторичного прибора, образуют сбалансированную систему. При повороте рамок первичного прибора э.д.с. разбаланса подается на электронный усилитель, а за тем на двигатель, который повернет рамки вторичного прибора до установления баланса, а также приведет в движение стрелку, показывающую измеряемую величину, и перо записывающего устройства.
Поплавковый дифманометр (рис.4б) представляет собой два сообщающихся сосуда, частично заполненных жидкостью или ртутью. В большом сосуде, к которому подводится большее давление, находится пустотелый поплавок 1. При различных давлениях в сосудах будет изменяться уровень рабочей жидкости, и поплавок, следуя за уровнем, приведет в движение рычажную систему и стрелку, а также плунжер 2 индукционной системы дистанционной передачи показаний на вторичный прибор. Эта система является мостовой, находящейся в равновесии, схемой.
Перемещение плунжера вызовет перераспределение напряжений в двух плечах моста в первичном приборе и по нейтрале моста потечет уравнительный ток. В результате произойдет перераспределение напряжений в двух плечах моста и вторичного прибора и плунжер вторичного прибора начнет перемещаться до установления равновесия в мосте. При этом придут в движение стрелка и записывающее устройство.
Производительность вентилятора
Может быть определена по скорости vп воздушного потока, устанавливаемой по измеренному динамическому давлению на основании формулы (2), или замерена анемометром.
Назначение прибора
Анемометр АПР-2 (в дальнейшем - анемометр) предназначен для определения средней скорости воздушного потока при метеорологических измерениях на суше и море, в шахтах и рудниках всех категорий, а также в системах промышленной вентиляции, Рекомендуется для укомплектования лабораторий по охране труда предприятий и санэпиднадзора.
Анемометр определяет среднее значение скорости воздушного потока за интервал времени измерения произвольной длительности в диапазоне от 10 до 999 с. Текущее значение длительности интервала измерения в секундах непрерывно индицируется на цифровом индикаторе анемометра в процессе проведения замера.
Анемометр позволяет также вычислить средневзвешенное значение (в дальнейшем - среднее значение) скорости воздушного потока ряда последовательно выполненных замеров. При этом длительность замеров может быть произвольной в диапазоне от 10 до 999 с. Информация об отдельных замерах накапливается в памяти анемометра до завершения измерения и используется в дальнейшем для вычисления среднего результата.
Техническая характеристика прибора АПР 2
Чувствительность на момент начала вращения крыльчатки первичного преобразователя, м/с, не более
|
0,15
|
Диапазон измерений скорости воздушного потока, м/с
|
0,2 -20,0
|
Цена деления младшего разряда, м/с, в диапазоне измерения:
от 0,2 до 1,99
от 2,0 до 20,0
|
0,01
0,1
|
Погрешность измерения скорости воздушного потока, м/с, не более
где V - значение измеряемой скорости, м/с.
|
± (0,1 + 0,05V),
|
Диапазон интервала измерения, в пределах которого гарантируется значение погрешности измерения, указанное в п. 2.4, с от
|
10 до 99
|
Количество последовательно произведённых замеров скорости, допускающее вычисление их среднего значения, не более
|
6
|
Предельная допустимая скорость воздействия воздушного потока на первичный преобразователь, м/с, не более
|
25
|
Цена деления младшего разряда секундомера, с
|
1
|
Потребляемый ток от источника питания при напряжении 5 В, мА, не более
|
3
|
Габаритные размеры, мм
с выдвинутой штангой
с удлинителем штанги
|
500х70х
820х70х
|
Принцип работы
Работа анемометра основана на тахометрическом принципе преобразования скорости воздушного потока в частоту электрического сигнала с помощью металлической крыльчатки, угловая скорость вращения которой линейно зависит от скорости набегающего воздушного потока. При этом её лопасти пересекают магнитное поле катушки индуктивности и вносят в нее активные потери, что используется для формирования последовательности импульсов напряжения, частота следования которых также линейно связана со скоростью воздушного потока.
Средняя скорость воздушного потока вычисляется как частное от деления суммы числа импульсов напряжения первичного преобразователя, образованной за время измерения, на сумму числа импульсов тактового генератора, являющуюся числовым выражением длительности измерительного интервала. Начало и окончание каждого измерения задаются оператором кратковременным нажатием на кнопку управления. Длительность интервала измерения может быть произвольной в диапазоне от 10 до 999 с.
Устройство и работа составных частей
Анемометр снабжен легкосъёмным сменным первичным преобразователем. Для каждого экземпляра первичного преобразователя определяется его индивидуальная градуировочная характеристика. Коэффициенты этой характеристики кодируются двухразрядным кодом, который записывается в формуляр первичного преобразователя и наносится на его корпус. Символами кода в каждом разряде являются десять цифр от 0 до 9 и шесть букв латинского алфавита А, b, С, d, Е, F. С помощью органов управлений анемометром индивидуальный градуировочный код первичного преобразователя (в дальнейшем градуировочный код) вводится в электронный блок и затем автоматически используется при вычислении результатов измерения средней скорости воздушного потока.
Указанные операции обеспечивают строгое соблюдение нормированных метрологических характеристик анемометра без каких-либо дополнительных регулировок. Ввод кода необходим также после замены первичного преобразователя вследствие его повреждения или выработки межповерочного интервала.
Электронная схема анемометра включает в себя:
узел формирования входного сигнала;
узел микроконтроллера семейства МС851;
узел контроля напряжения источника питания.
Узел формирования входного сигнала содержит автогенератор колебательный контур которого включает в себя катушку индуктивности, расположенную в основании пластмассового корпуса первичного преобразователя. При вращении крыльчатки каждая ее лопает поочередно проходит через высокочастотное магнитное поле катушки вносит в контур потери, вследствие чего в этот момент происходи снижение амплитуды генерируемых колебаний. Промодулированные таким способом высокочастотные колебания автогенератора детектируются амплитудным детектором, на выходе которого образуется последовательность импульсов напряжения с частотой следования, пропорциональной угловой скорости вращения крыльчатки.
Узел также содержит цепь, которая автоматически стабилизирует режим работы автогенератора при замене первичного преобразователя и компенсирует временной дрейф добротности колебательного контура
Узел микроконтроллера выполняет следующие основные операции:
ввод и хранение градуировочного кода;
контроль введенного градуировочного кода в период экс плуатации;
определение длительности интервала измерения и индикацию его текущих значений и суммарной длительности;
вычисление и индикацию средней за интервал измерена скорости воздушного потока;
вычисление и индикацию среднего значения ряда последовательно произведённых замеров средней скорости воздушного потока;
формирование и индикацию сообщения о результате измерения, превышающем верхний предел измерения;
автоматический выбор цены деления младшего разряда в диапазоне измерения;
стирание старого и ввод нового градуировочного кода при замене первичного преобразователя;
индикацию разряженного состояния элементов питания;
автоматический останов измерения при реализации предельной длительности интервала измерения, индикацию его длительности, автоматическое вычисление и индикацию результата измерения.
Узел контроля напряжения источника питания выдает сигнал о снижении напряжения элементов питания ниже установленной нормы вследствие ее разрядки в процессе эксплуатации или хранения. Анемометр имеет два органа управления - левую кнопку 1 и правую кнопку 2, расположенные на лицевой панели измерительного блока 3 (рис. 4). Левая кнопка - с фиксацией, служит для включения и выключения питания анемометра. Правая кнопка - без фиксации, служит для управления режимами работы прибора.
Рис. 4. Анемометр АПР-2. Основные функциональные элементы:
1,2- кнопки управления; 3 - измерительный блок; 4 - индикатор; 5 - вывод контрольной точки; 6 - первичный преобразователь; 7 - выдвижная штанга; 8 - накидная гайка; 9 -винт; 10 - удлинитель; 11,12 - разъёмы; 13 - резьбовая втулка; 14 - накидная гайка.
Конструкция
Анемометр состоит из двух блоков: первичного преобразователе и измерительного блока 3 (рис. 8).
Первичный преобразователь выполнен в корпусе, отлитом из ударопрочной пластмассы. В цилиндрической обечайке корпуса установлена шестилопастная крыльчатка из алюминиевого сплава с лопастями, закрученными на угол 45°. Она посажена на ось, прошедшую специальную термообработку. Опоры оси выполнены из агата или ситалла и вмонтированы в латунные подпятники, расположенные на геометрической оси обечайки. В основании корпуса закреплена катушка индуктивности, намотанная на кольцевом ферритовом сердечнике. Первичный преобразователь с помощью унифицированного штыревого разъема сочленяется с выдвижной штангой 7 и крепится к ней накидной гайкой 8.
Выдвижная штанга выполнена из тонкостенной трубы, имеющей специальную формовку, которая препятствует её вращению относительно продольной оси. В штанге размещен спиральный проводник соединяющий с помощью разъема первичный преобразователь с мерительным блоком 3 анемометра.
Корпус измерительного блока отлит из ударопрочной пластмассы. В нем размещены электронная схема, источник питания, органы; управления и выдвижная штанга, на которой закреплен первичный преобразователь. В нерабочем положении анемометра первичный] преобразователь вдвигается в специальную нишу корпуса, что надежно предохраняет его от повреждения. В верхней части крышки корпуса расположено смотровое окошко, закрытое небьющимся стеклом предназначенное для наблюдения за показаниями индикатора. В ручке корпуса расположен отсек питания, который закрывается крышкой с винтом 9. Электронная схема смонтирована на плате из фольгированного стеклотекстолита с двусторонней печатью. На этой же плате креплены цифровой индикатор анемометра, микроконтроллер МСS5 и подстроечные элементы схемы.
Удлинитель выдвижной штанги 10 выполнен из тонкостенной трубы, на концах которой вмонтированы разъёмы 11 и 12. Соединение удлинителя с измерительным блоком и первичным преобразователем осуществляется с помощью резьбовой втулки 13 и накидной гайки 14.
Степень защиты корпуса анемометра и удлинителя штанги от воздействия внешней среды IР54 обеспечивается конструкцией, заливкой соединений герметикам, установкой специальных уплотнителей в месте выхода выдвижной штанги из корпуса, а также защитой органов управления и контроля резиновыми протекторами.
Порядок работы
Измерения скорости воздушного потока должны производиться в следующем порядке.
Включите анемометр левой кнопкой. На индикаторе должна появиться надпись «III».
Выдвиньте первичный преобразователь из корпуса анемометра до упора и внесите его в контролируемый воздушный поток. Нажмите и отпустите правую кнопку. Момент отпускания правой кнопки соответствует началу интервала измерения. При этом начинает индицироваться текущее время с начала замера в секундах
Для окончания замера нажмите и удерживайте правую кнопку. При этом индицируется длительность интервала измерения в секундах. Отпустите правую кнопку - на индикаторе анемометра появится результат измерения скорости воздушного потока. Выключите анемометр левой кнопкой.
Если средняя скорость воздушного потока за интервал измерения превышает 20,0 м/с, то анемометр после выполнения, индицирует надпись «О Г О ».
Если интервал измерения длится более 999 секунд, то анемометр автоматически останавливает измерение и индицирует число «9 9 9 ». Нажмите и отпустите правую кнопку, на индикаторе появится результат измерения средней скорости воздушного потока за время 999 с.
Анемометр может производить измерения не ранее, чем через 30 с после установки элементов питания.
Выполнение ряда последовательных замеров скорости воздушного потока с вычислением его среднего значения должно производиться в следующем порядке.
Выполните первый замер в соответствии с инструкцией. Не выключая анемометр, нажмите и удерживайте правую кнопку. На индикаторе появится надпись «II2». Момент отпускания правой кнопки соответствует началу второго интервала измерения.
Для окончания второго замера нажмите и удерживайте правую кнопку. При этом индицируется длительность второго интервала измерения в секундах. Отпустите правую кнопку - на индикаторе анемометра появится результат второго замера.
Выключите анемометр левой кнопкой, и сразу же нажмите и удерживайте правую кнопку. На индикаторе появится среднее значение скорости ряда произведённых замеров. Отпустите правую кнопку, после чего должна индицироваться надпись о количестве произведённых замеров. Например, если было произведено три замера, то должна появиться надпись «II с 3 ».
Признаком выключенного состояния прибора является погашенный индикатор или наличие на индикаторе надписи ' типа «IIС3», которая автоматически гаснет через шесть секунд.
Вопросы для самопроверки
Какими приборами контролируют давление?
Чем производят замер скорости воздушной струи воздуха?
Как определить расход воздуха при помощи анемометра в сечении вентиляционной трубы?
Принцип действия работы микроманометра.
Практическая работа № 3. Выбор вентиляторной установки местного проветривания по индивидуальным заданиям
Цель работы: приобрести и получить практические навыки выбора и расчета шахтной водоотливной установки
Необходимое оборудование: методический материал, каталоги насосов, инструкции.
|
