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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


防火閥門漏風量試驗流量計選擇及不確定度分析,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18~5600m3/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。

圖1.選用標準孔板流量計測試防火閥門漏風量測試結果

4 測量結果不確定度分析及結果比對

4.1 測量模型

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[m3/ (m2·h) ];

Q——環境溫度下閥門的漏風量 (標準狀態) , 單位為立方米每小時 (m3/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 (m3/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。

圖2.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

(1) .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 (m3/m2·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

經計算系統漏風量的A類不確定度為:uFA10.2239

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%。

根據測試試件差壓產生的系統不確定度為usjc=.0001。

系統漏風量。

其中:Qc24.856, T128, P1278, B1100060

根據系統設計各儀表的精度, 溫度1T的相對不確定度為1%, 1P的相對不確定度為0.5%, 1B的相對不確定度為0.04%。

經計算得出計算過程中的防火閥系統漏風量的不確定度為uFQS1=0.004

采用5m鋼卷尺測量防火閥洞口尺寸a和b。5m鋼卷尺的不確定度為0.058mm, 根據公式A=a×b計算得出uA=0.0000026mm。

用公式求出單位面積系統的漏風量。

其中:QS22.0 2, uFQS1.0004, A.10, uA0.0000026

該計算產生的防火閥單位面積系統漏風量的不確定度如下:uFX10.025

合成的防火閥單位面積*終系統漏風量的不確定度為:

(2) ..試件漏風量的不確定度計算

5min試驗過程中實測孔板處的流量 (m3/m2·h) 分別為:18.455, 18.634, 18.634, 18.635, 18.635。

(注:將5min試驗過程中試件流量分別代入公式

反推計算得)

經計算試件漏風量的A類不確定度為:uFA20.8366

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%。

根據測試試件差壓產生的系統不確定度為usjc=.0001。

采集流量Qc通過公式算出系統漏風量。

其中Qc18.599, T128, P1300, B1100060

根據系統設計各儀表的精度, 溫度1T的相對不確定度為1%, 1P的相對不確定度為0.5%, 1B的相對不確定度0.04%, 5m鋼卷尺的不確定度為0.058mm。

經計算得出計算過程中的防火閥試件漏風量的不確定度為uFQS2=0.6173

采用5m鋼卷尺測量防火閥洞口尺寸a和b。5m鋼卷尺的不確定度為0.058mm, 根據公式A=a×b計算得出uA=.00000026mm。

用公式求出單位面積漏風量。

其中:QS16.16, A.016, uA0.0000026

該計算產生的防火閥單位面積試件漏風量的不確定度如下:uFX23.68

因為試件漏風量計算中, 要去掉系統漏風量, 即:

因此得出的不確定度為:

該試件漏風量的合成標準不確定度如下:

擴展不確定度, 置信概率為95%, k=2

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

(1) .系統漏風量的不確定度計算

5min試驗數據流量換算成m3/m2·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uPA10.649

流量計 (流量范圍18~5600m3/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%

根據測試試件差壓產生的系統不確定度為usjc=.0001。

采集流量Qc通過公式算出系統漏風量。

其中:Qc712.6662, T126, P1624.894B1100060

根據系統設計各儀表的精度, 溫度1T的相對不確定度為1%, 1P的相對不確定度為0.5%, 1B的相對不確定度0.04%。

經計算得出計算過程中的不確定度為uPQS1=0.6447Qs

用公式求出單位面積漏風量。

其中:QS 638.559, A 0.16, u A 0.0000026

該計算產生的不確定度如下:uPX3.80681

該系統漏風量的合成標準度如下:

(2) .試件漏風量的不確定度計算

5min試驗數據流量換算成m3/m2·h, 去掉系統漏風量, 得到試件漏風量如下:98.754、103.453、85.161、94.491、93.405。

系統漏風量的A類不確定度為uPA20.5437

其它計算過程中的不確定度uPX2同系統漏風量不確定度uPX1的計算, uPX25.7244;

因為試件漏風量計算中, 要去掉系統漏風量, 即:Q=Q-Q

得到的不確定度為:uPX2 6.875

該試件漏風量的合成標準不確定度如下:

擴展不確定度U2ku XZ2, 置信概率為95%, k=2

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:

采用渦街流量計的排煙閥 (口) 試驗裝置測量結果及其不確定為:

將上述結果代入比對公式計算得符合判定準則

的要求。

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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