孫勝登　呂蒙

摘要：正壓式排煙裝置對于排煙消防車、排煙機(jī)器人等機(jī)械性能的發(fā)揮起著至關(guān)重要的作用。針對正壓式排煙裝置的性能參數(shù)測試展開研究，依據(jù)GB/T 1236-2017《工業(yè)通風(fēng)機(jī)用標(biāo)準(zhǔn)化風(fēng)道性能試驗(yàn)》開發(fā)制造了一套采用標(biāo)準(zhǔn)化風(fēng)管采集系統(tǒng)進(jìn)行性能參數(shù)檢測的測試設(shè)備，即采用24點(diǎn)式標(biāo)準(zhǔn)化橫動(dòng)測量方法，將采集到的溫度、濕度、風(fēng)壓、風(fēng)速等參數(shù)傳輸至人機(jī)交互界面，該系統(tǒng)能準(zhǔn)確、可靠地進(jìn)行分析、處理相關(guān)性能參數(shù)，可為排煙裝置設(shè)計(jì)制造廠家提供理論依據(jù)，也能給消防隊(duì)伍及其他用戶群體提供數(shù)據(jù)支撐，能更好地了解掌握裝備性能，更好地制定戰(zhàn)術(shù)以及提高作戰(zhàn)效率。

關(guān)鍵詞：正壓式排煙裝置；排煙消防車；24點(diǎn)式標(biāo)準(zhǔn)化；數(shù)據(jù)采集；性能測試

中圖分類號：U467? 收稿日期：2023-03-12

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2023.06.025

1 前言

近年來，隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，地鐵、隧道、大型建筑電梯管井以及樓宇通道的設(shè)計(jì)越來越復(fù)雜，火災(zāi)發(fā)生的隱患極有可能劇增。由于火場發(fā)生條件不同，火災(zāi)產(chǎn)生的煙霧成分非常復(fù)雜，一般包含一氧化碳、硫化氫等有毒物質(zhì)，這是造成人員死亡的一大因素。因此，降低火場煙霧濃度以及控制火場煙霧蔓延成為火災(zāi)現(xiàn)場撲救的重要一環(huán)。

如今，火場煙霧排除方法主要分為三種：自然排煙、水霧排煙降塵以及機(jī)械排煙。自然排煙方式借助空氣流通產(chǎn)生風(fēng)向作用，火場內(nèi)部復(fù)雜成分的氣體與火場外部空氣產(chǎn)生對流，使得火場煙霧逐步排出建筑物，但自然排煙受建筑結(jié)構(gòu)影響，其排煙效果差異很大，且消防人員難以發(fā)揮主觀能動(dòng)性。水霧排煙降塵則是在火災(zāi)現(xiàn)場排放大量水霧，利用微小水霧滴與火場煙霧中的塵埃粒子結(jié)合，在水霧滴表面力、重力以及靜電等作用下凝結(jié)、沉降，使得火場煙霧濃度降低，但此方法不宜在結(jié)構(gòu)復(fù)雜且較為封閉的建筑中使用，水霧難以進(jìn)入其中發(fā)揮作用。

日常作戰(zhàn)中，驅(qū)散火災(zāi)中彌漫煙霧常規(guī)策略是采用排煙裝置進(jìn)行排煙驅(qū)霧的，依靠消防排煙風(fēng)機(jī)有組織地往室內(nèi)輸入潔凈空氣或排出室內(nèi)煙霧，消防排煙風(fēng)機(jī)作為重要的消防防煙排煙設(shè)備，能有效改變煙霧的流動(dòng)、擴(kuò)散速度和方向，向?yàn)?zāi)害事故現(xiàn)場輸送新鮮的空氣。它能保證固定的排煙量，不受建筑物構(gòu)造等外界環(huán)境的限制，在控制火場煙霧方面發(fā)揮著重要的作用[1]。

隨著科技的穩(wěn)步提升，排煙消防車以及其他排煙系統(tǒng)新產(chǎn)品層出不窮，市場需求與日俱增。消防排煙風(fēng)機(jī)作為最重要的消防救援設(shè)備之一，其可靠性及性能優(yōu)劣直接關(guān)系到人民的生命財(cái)產(chǎn)安全[2-3]，但消防排煙機(jī)使用環(huán)境惡劣，通常在高溫環(huán)境下工作，因此需要定期對消防排煙風(fēng)機(jī)進(jìn)行檢測[4]，測試其各項(xiàng)性能指標(biāo)是否滿足要求。目前，正壓式排煙風(fēng)機(jī)被納入消防裝備中火災(zāi)防護(hù)類系列產(chǎn)品，且納入消防產(chǎn)品強(qiáng)制性認(rèn)證范圍。

國際上消防正壓式排煙裝置產(chǎn)品檢測主要依據(jù)的兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是：ISO 5801：2007和AMCA 210-2017。中國等效采用的是ISO 5801：2007，即GB/T 1236-2017《工業(yè)通風(fēng)機(jī)用標(biāo)準(zhǔn)化風(fēng)道性能試驗(yàn)》[5]。試驗(yàn)裝置一般分兩種，即風(fēng)室法和風(fēng)管法，兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)測試方法基本相同，對風(fēng)室法和風(fēng)管法都有所涉及，但側(cè)重點(diǎn)有所不同，ISO 5801對風(fēng)室法和風(fēng)管法沒有進(jìn)行特別強(qiáng)調(diào)，而AMCA 210則側(cè)重于風(fēng)室法，對風(fēng)室法進(jìn)行了特別的描述，從它的認(rèn)證范圍中也可以反映出來，對各國的風(fēng)機(jī)檢測裝置認(rèn)證只對檢測風(fēng)室進(jìn)行了認(rèn)證，未包含風(fēng)管法。當(dāng)前，正壓式排煙裝置產(chǎn)品性能的測試多采用人工傳統(tǒng)手段，會(huì)產(chǎn)生參與人員多、規(guī)范性差、偏差值大等問題，不能很好地測量獲得正壓式排煙裝置的性能特性。

才旺等[6]基于虛擬儀器設(shè)計(jì)冷卻風(fēng)機(jī)性能測試系統(tǒng)，該檢測設(shè)備思路來源于GB/T 1236-2017相關(guān)方法，其測試風(fēng)室采用出口側(cè)多噴嘴試驗(yàn)風(fēng)室，風(fēng)室共設(shè)有６個(gè)噴嘴，可根據(jù)試驗(yàn)需要選取噴嘴數(shù)量，最終在7片葉片某風(fēng)機(jī)上測試性能良好。楊長春等[7]結(jié)合流態(tài)化速凍設(shè)備的特點(diǎn)，研制出一套離心風(fēng)機(jī)性能檢測裝置，可以為離心式風(fēng)機(jī)在前端產(chǎn)品設(shè)計(jì)與后端驗(yàn)證測試過程提供充足的理論支撐。周海燕[8]首次應(yīng)用二維軸對稱模型對孔板、文丘里管及V形錐三種節(jié)流裝置進(jìn)行數(shù)值模擬分析，最后確定采用V形錐節(jié)流裝置測量流量，并分析處理得出了該類型風(fēng)機(jī)的性能曲線。

基于此，本文設(shè)計(jì)研制了一套風(fēng)管性能測試裝置，采用24點(diǎn)式標(biāo)準(zhǔn)化橫動(dòng)測量方法，最后將采集到的溫度、濕度、風(fēng)速、風(fēng)壓等參數(shù)采集后傳輸至人機(jī)交互界面。

2 正壓式排煙裝置性能測試裝置

車載正壓式排煙風(fēng)機(jī)檢測裝置如圖1所示，標(biāo)準(zhǔn)測試管道主要分為公用風(fēng)管段、風(fēng)管整流段、風(fēng)管支撐架、風(fēng)管風(fēng)量測量段、風(fēng)管風(fēng)量調(diào)節(jié)段幾個(gè)重要組成部分。

2.1 風(fēng)量測量段

風(fēng)量的測定需要依據(jù)ISO 5167-1和ISO 3966進(jìn)行，在不考慮實(shí)際渦流的情況下，允許采用兩種基本的風(fēng)量測量方法，即使用管路內(nèi)流量計(jì)法和橫動(dòng)測量法。

管路內(nèi)風(fēng)量計(jì)法可以使用的風(fēng)量計(jì)有文丘里噴管、孔板、錐形進(jìn)口和進(jìn)口噴嘴。前兩種風(fēng)量計(jì)可以接在風(fēng)道的進(jìn)口或出口，也可以在風(fēng)道的兩個(gè)截面之間使用。錐形和弧形進(jìn)口僅能用于從自由空間吸入空氣的風(fēng)道的進(jìn)口端；多噴嘴僅用于試驗(yàn)風(fēng)室。文丘里噴管具有相對較低的壓力損失，以及對空氣來流擾動(dòng)較小的靈敏度。但對于孔板，會(huì)產(chǎn)生較高的壓力損失，如果需要將通風(fēng)機(jī)的特性曲線擴(kuò)展到最大容積風(fēng)量，則需要采用輔助增壓通風(fēng)機(jī)。對于在通風(fēng)機(jī)特性曲線上預(yù)設(shè)一個(gè)或多個(gè)工況點(diǎn)的試驗(yàn)，孔板能夠在風(fēng)量測量的同時(shí)控制壓降，這是孔板的一個(gè)有用的特性。

橫動(dòng)法即在管道截面的數(shù)個(gè)位置上測量就地風(fēng)速，通過數(shù)據(jù)采集卡采集管道內(nèi)24個(gè)點(diǎn)處的平均風(fēng)速，并測量計(jì)算管道內(nèi)橫動(dòng)面積，從而可以計(jì)算得出風(fēng)量值。

對比選擇后，確定選用畢托靜壓管橫動(dòng)法測定風(fēng)量。畢托靜壓管于風(fēng)道橫斷截面上沿三個(gè)對稱分布直徑上間隔選定的24個(gè)測試點(diǎn)上進(jìn)行安裝固定，如圖2所示。

風(fēng)量測量段的結(jié)構(gòu)簡圖如圖3所示。風(fēng)管外側(cè)壁焊接畢托靜壓管螺紋底座，通過連接螺套將畢托靜壓管擰緊在螺紋底座上，調(diào)整好畢托靜壓管的插圖管壁長度及與風(fēng)管軸線平行后，再通過螺紋將密封錐套擰緊，保證桿體位置無漏氣現(xiàn)象。

2.2 整流器

通風(fēng)機(jī)出口的旋流只有在均勻直管﹑經(jīng)過相當(dāng)長距離（>100 D）之后，方能部分回收其能量。在有旋流的情形，不可能有簡單的測量方法獲得有效壓力或容積流量，此時(shí)，要在通風(fēng)機(jī)出口側(cè)管道進(jìn)行測試必須將旋流消除，有效流動(dòng)整流器可以實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。

整流器選擇AMCA蜂窩狀整流器形式，僅用于防止正常軸向流動(dòng)中的旋流生成，不會(huì)改變非對稱速度分布，裝置由方形截面的相同單元構(gòu)成的網(wǎng)格組成，其壓力損失極小，當(dāng)要求獲得完整特性，且需要克服風(fēng)道阻力而使用輔助增壓通風(fēng)機(jī)時(shí)，可將其安裝在輔助通風(fēng)機(jī)的任意一側(cè)，如圖4所示。

2.3 風(fēng)量調(diào)節(jié)段

風(fēng)量調(diào)節(jié)段置于裝置尾部，其末端設(shè)計(jì)有錐形調(diào)風(fēng)擋板，如圖5所示。通過絲桿螺紋副來調(diào)節(jié)錐形擋板與風(fēng)管出口的距離來改變風(fēng)管排氣的截面面積，以此調(diào)節(jié)裝置排氣速度。

2.4 公用風(fēng)道段

標(biāo)準(zhǔn)測試風(fēng)管采用不同規(guī)格的鋼制圓形管道制成。在制造上風(fēng)管內(nèi)壁要求平滑光潔無毛刺。此外，正壓式排煙裝置額定工況下其風(fēng)速非常高，容易引發(fā)裝置體共振，影響測量結(jié)果準(zhǔn)確性，其壁厚應(yīng)采用3 mm以上鋼材焊接成形，并以精鋼加強(qiáng)法蘭進(jìn)行圓度保證。由于風(fēng)管直徑較長，在設(shè)計(jì)加工過程中采用分體式結(jié)構(gòu)，方便加工和安裝調(diào)試，相鄰管段之間采用螺栓連接形式，采用密封圈填充防止法蘭之間空隙漏氣，提供測試結(jié)果準(zhǔn)確性，如圖6所示。

3 正壓式排煙裝置性能測試

3.1 正壓式排煙裝置性能測試原理

排煙風(fēng)機(jī)體積流量和環(huán)境空氣密度、風(fēng)道空氣密度有關(guān)，因此通過溫濕度傳感器、大氣體傳感器和相對氣壓傳感器的數(shù)據(jù)分別計(jì)算當(dāng)前環(huán)境空氣密度和風(fēng)道空氣密度，進(jìn)而得到排煙風(fēng)機(jī)的體積流量。

3.2 正壓式排煙裝置性能測試裝置結(jié)構(gòu)組成

正壓式排煙裝置主要由試驗(yàn)風(fēng)機(jī)、整流段、過渡段、靜壓測量段、流量測量段和節(jié)流裝置組成。整流段主要用于防止風(fēng)的旋轉(zhuǎn)；靜壓測量段用于管道內(nèi)靜壓測量；流量測量段用于測量通風(fēng)管道內(nèi)空氣流量。靜壓測量段布置在具有4個(gè)側(cè)孔接頭的管組之間，風(fēng)道內(nèi)平均靜壓取4個(gè)壁孔靜壓的平均值。流量測量段使用標(biāo)準(zhǔn)化風(fēng)道內(nèi)橫動(dòng)測量法，畢托管靜壓頭部中心依次置于風(fēng)道沿3個(gè)對稱分布直徑上間隔的24個(gè)測試點(diǎn)上。正壓式排煙裝置性能測試裝置的結(jié)構(gòu)組成如圖7所示，其中1代表試驗(yàn)通風(fēng)機(jī)，圖示為管道軸流式；2代表整流器，僅當(dāng)存在旋流時(shí)需要，圖示為星形整流器；3代表過渡段，D6≠D4時(shí)收縮，夾角為20°；4代表畢托靜壓管橫動(dòng)；5代表節(jié)流裝置。正壓式排煙裝置性能測試裝置的整體結(jié)構(gòu)如圖8所示。

3.3 正壓式排煙裝置性能測試

為了驗(yàn)證上述正壓式排煙裝置性能測試裝置的可靠性和準(zhǔn)確性，試驗(yàn)針對某風(fēng)機(jī)制造企業(yè)生產(chǎn)的ZXPY-70型消防排煙風(fēng)機(jī)（標(biāo)定風(fēng)量為135 000 m?/h）進(jìn)行臺架測試。測試開始前，首先將性能測試裝置與消防排煙風(fēng)機(jī)裝置固定連接，如圖9所示。

測試開始時(shí)，啟動(dòng)消防排煙風(fēng)機(jī)，待其完全啟動(dòng)后，啟動(dòng)正壓式排煙裝置性能測試裝置，傳感器記錄數(shù)據(jù)并實(shí)時(shí)返回到上位機(jī)界面，測試場地環(huán)境各項(xiàng)數(shù)值如表1所示。在上述環(huán)境中對消防排煙裝置進(jìn)行多次測量并取平均值，性能測試裝置中傳感器收集到的數(shù)據(jù)如表2所示。

4 結(jié)語

隨著正壓式排煙裝置在消防排煙工程中的推廣應(yīng)用，對排煙裝置的風(fēng)量和風(fēng)壓的測試標(biāo)定，便具有重要意義。本文依據(jù)GB/T 1236-2017《工業(yè)通風(fēng)機(jī) 用標(biāo)準(zhǔn)化風(fēng)道性能試驗(yàn)》標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)研制了一套針對正壓式排煙裝置風(fēng)量及風(fēng)壓測試的標(biāo)準(zhǔn)化風(fēng)管性能測試裝置，采用24點(diǎn)式橫動(dòng)測量方法測量風(fēng)機(jī)風(fēng)量、風(fēng)壓等性能特性。通過對已標(biāo)定的消防排煙風(fēng)機(jī)進(jìn)行風(fēng)量測定，對比數(shù)據(jù)分析處理后，得到平均相對誤差為1.03%，驗(yàn)證了本文所述的正壓式排煙裝置性能測試裝置測試的可行性，且具有較高的數(shù)據(jù)采集精度。同時(shí)，本文所述的正壓式排煙裝置性能測試裝置具有操作簡單、安裝方便、適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)，也能較好地對排煙消防車，排煙機(jī)器人等進(jìn)行風(fēng)量-風(fēng)壓性能特性的有效檢測。

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