高温行车空调热工性能实验室中空气测量装置设计

1、高温行车空调热工性能实验室中空气测 量装置设计摘要:根据高温行车空调器热工性能测试的特殊要求, 提出了一套适用于空气焓值法实验系统的空气取样及测量装 置设计方法,着重讨论了取样风机、温湿度测量箱、空气接 收混合箱和循环风量测量箱的设计问题。该方法在提高特种 空调热工性能测试精度方面作了一些尝试。关键词:行车空调空气焓值法取样风机空气混合箱流量 箱 0前言在冶金企业的炼钢、焦化、初轧、炼铁等工厂中, 通常采用高温行车空调对高温车间行车操纵室进行局部空气 调节,以改善操作人员的工作条件,提高劳动效率。高温行 车空调的工作环境比较恶劣,具有环境温度高、空气污染较 为严重、行车运行时振动大等特点。环境

2、温度可达 45 ,甚 至达到 60 以上,这些都对空调器的性能和可靠性提出了更 高要求。因此,有必要建立高温行车空调专用的热工性能实 验室, 根据相关标准的要求对其各项性能指标进行严格测试, 以达到优化产品质量,提高竞争力的目的 13。空气焓值 法实验装置主要由绝热库房,空气再处理装置,空气取样装置,空气接受混合装置,风量测量装置及电气控制等部分组 成。高温行车空调作为特种空调的一种,目前我国尚无专门 的测试规范。根据一些生产厂家的技术资料,行车室内的空 气干球温度一般取 2830 。 且根据文献 4, 本文采用空气 焓值法测定高温行车空调的制冷量,着重探讨空气取样测量 装置的设计方法,通过对

3、取样风机、温湿度测量箱、空气接 收混合箱和循环风量测量箱的合理设计,达到尽可能高的测 试精度。用空气焓值法测量空调器性能,需要测量空调器室 内侧进出口处空气焓值及空调器的循环风量。因为目前无直 接测量焓值的设备,只能靠间接测量获得,即需通过测量当 地的大气压力、空气干球温度和湿球温度求得。空调器循环 风量测试采用差压法,即通过测量空气经过喷嘴的压力降及 喷嘴前的空气参数间接计算出空气流量 4, 5。 1空气取样及 测量装置设计 1.1总体设计空气取样及测量装置主要由取样 风机、取样笛管及温湿度测量箱组成。利用取样风机及取样 笛管引入空调器进出口的典型样本空气,将其送入温湿度测 量箱测量。要求如

4、下:(1取样风机与取样笛管相互独立, 两者间用铝箔软管连接,无需保温; (2温湿度测量箱采用 有机玻璃胶合而成, 主要由风道、 水盒 (用于测量湿球温度 、 补水杯组成。其标准流通截面尺寸为 100mm×100mm,长 250mm ; (3取样笛管采用不锈钢管焊接而成,包括汇合管和 笛管。 每根笛管开有吸风口, 两边等量交错开孔。 1.2取样风机的选择(1风量计算取样风机的风量 V 可按公式(1计 算:(1式中:vt 为温湿度测量箱内垂直于温度传感器方向 的风速, 取 5m/s; At 为测量箱内流通截面积, 取 0.01m2。 计 算结果为 0.05m3/s(180m3/h 。 (

5、2风压计算空气取样装置 的风阻包括取样笛管到风机进口的沿程阻力及局部阻力。可 用图 1的模型表示。为计算简便,对空气取样系统的各段风 管作如下简化:A . 1-2为取样笛管段:1-2的阻力由三部分 组成:笛管吸风阻力,笛管合流阻力及汇合管合流阻力;图 1空气取样系统风道压力损失模型 ?B . 2-3为连接软管 段:在此按最不利管路情况模拟:有四个 90°的弯头, 中心弯曲半径为 100, 同时管长按拉伸计算。 2-3的阻力由 两部分组成:风管沿程阻力和四个弯头阻力; C . 3-4为温湿 度测量箱段:3-4阻力由两部分组成:风管到测量箱的突然扩 大与测量箱到风机入口的突然缩小阻力;

6、D . 4-5为风机段:空气从风机出口排出时存在阻力,因风机尚未选定,故暂不 做考虑。 根据以上分析, 计算结果汇总于表 1。 风机所需的风 压为:(2 式中:P 为风机所需全压, Pa ; v 为出风口的风速, m/s; P 为总风阻, Pa ; 为空气密度,取 1.2kg/m3。计算 结果为 P=247Pa。 (3 风机选择由于整个装置的风阻较大, 且 希望风机出口具有较大的全压,以减小对被测空调器回风口 的影响,同时也使安装方便,根据所需风量 180m3/h及风压247Pa (全压 ,可按相关风机样本的风量和全压参数选择风 机型号。取样风机选用意大利 NICOTRA 公司的离心风机,型

7、号为 DD146/190, 其主要参数为风量 300m3/h, 全压 410Pa 。 2空气混合箱和流量箱的一体化设计 2.1空气混合箱设计空气 混合箱用于接收并精确测量被测空调器室内侧出风温湿度。 因为空调器出风温度与环境温度相差较大,为了减少出风温 湿度测量装置的漏热量,将温湿度测量装置置于混合箱内。 具体要求如下:表 1空气取样系统风阻汇总管段号构件名称 重要参数局部阻力系数 压力损失 P=v2/21-2侧孔吸风 支面积比:0.106风量比:0.125支风速:4.8m/s支风速: 4m/s0.050.69主 0.98.64总 9.33笛管合流 (选取最不利管路 a 支通道面积比:0.25

8、风量比:1主风速:1m/s支风速: 4m/s11.82113.47主 0.3250.2总 113.67汇合管合流支汇合管 风速:5m/s出口风速:6.4m/s1.319.5主 0.819.662-3风管 内沿程阻力空气流量:0.05m3/s管径:100mm 查得 Rm=8.5Pa管长:4m 中心弯曲半径等于管直径的 90°弯风速: 6.4m/s34四个弯头 0.2221.643-4突然扩大面积比:0.79计 算风速:6.4m/s0.051.23突然缩小 0.143.44总计 222.5(1 箱体采用 =100mm双面彩钢聚氨酯保温板, 以使漏热量不大 于 5%; (2取样管采用 10

9、0mm 不锈钢开孔圆管,开孔率为 4%,均匀开孔,引风管为 400mm 不锈钢管; (3混合箱进 口处静压测量采用壁面测压法。 取压板结构尺寸如图 2所示,材质为青铜,压力出管尾部有螺纹,用于连接带螺帽的三通 接头; (4为了提高气流均匀性,需要增加各气流间的相互 扰动, 故我们考虑在接受室出口前设置混合器, 其形式如图 3所示。根据混合箱内的风速小于 0.77m/s4以及最大接受风 量,可计算出箱体空气流动方向的最小截面积。对于制冷量 范围为 200020000kW , 风量范围为 4004000m3/h的高温行 车空调器 6, 可求得箱体最小截面积为 1.44m2, 取 35%的安 全 余

10、 量 , 则 为 0.507m2。 最 后 确 定 箱 体 截 面 尺 寸 为 1300×1500(宽 ×高 。图 2取压板的结构 2.2流量箱总体设计流量测量箱主要 包括喷嘴、喷嘴前后的整流板及取压板。其外围用不锈钢板 焊接而成,并与混合箱合为一体,这样既节省了材料又增强 了系统的紧凑性,其结构如图 4所示。喷嘴前后箱壁设有取 压板,将四周的取压管汇合后接到压差变送器,以测量喷嘴 前后压差 P 。图 3混合器示意图在喷嘴后正壁面上开设操作门,用来 手动开关喷嘴及检查喷嘴开关状态。具体要求如下:(1箱 体采用 =50mm双面不锈钢聚氨酯保温板; (2为使喷嘴前 后空气充分混

11、合均匀,在喷嘴前后各设置一块整流板,整流 板由不锈钢板加工, 开孔率为 50%左右; (3 为防止因风机震动影响风量测量，流量箱与调零风机分离放置，两者之间采 用铝箔软管连接。 图 4 空气测量装置总体结构示意图 2.3 喷嘴的选择计算 根据高温行车空调器的风量范围、设计要求及相关标准4 6，选用长径低比值标准喷嘴 4 只（0.20B0.50，=d/D，d 为喷嘴喉部直径， 为上游管道内径） 其中 d 为 80 的喷嘴 D ， 1 只，110 的喷嘴 3 只。喷嘴的结构尺寸见图 5，其技术数 据如表 2 所示。喷嘴的选择遵循了使设计风量范围 400 4000m3/h 处于喷嘴组合中间范围内的原

12、则，各喷嘴风量范围 相 互 之 间 有 一 定 的 迭 加 ， 总 的 风 量 测 试 范 围 为 271 4254m3/h 。 表 2 喷 嘴 的 技 术 数 据 dmm 材 料 流 量 范 围 m3/hD1mmD2mmHmmhmmLmmn80 铸 铝 L104271-6631962261571314110515-11972662961871806 图 5 喷嘴的结构尺寸?3 结论作为一个完整的空调器热工 性能测试系统，每一部分的准确严格设计都十分关键，直接 关系到测量结果的准确性和可靠性。本文仅就处于核心地位 的空气取样装置、温湿度测量装置及风量测量装置的设计问 题进行了讨论。本设计以常规空调测试标准为参考，在设计 中充分考虑高温行车空调的工作条件及特点，在系统设计、 标准件选择、运行操作等方面均以可靠、方便、降低成本为 6 出发点，在提高特种空调器热工性能测试精度及可靠性方面 做了一些有益的尝试。 参考文献 1.李安桂.特种空调机.北京： 科学出版社，2001.2.陆甘华，茅清希，吴利瑞.某大型钢铁 企业炼钢车间行车电气室空调系统现状的调查研究.建筑热 能通风空调，2002， （6） ：12