專利名稱：惰性氣體滅火系統(tǒng)噴嘴流量特性的測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及測(cè)定惰性氣體滅火系統(tǒng)的方法，特別涉及一種惰性氣體滅火系統(tǒng)噴嘴
流量特性的測(cè)量方法。 惰性氣體滅火系統(tǒng)噴嘴流量特性是描述噴嘴在噴射過(guò)程中氣體噴射率與噴嘴靜 壓力之間的關(guān)系。目前，噴嘴流量特性的測(cè)量主要是通過(guò)測(cè)量噴嘴入口處的靜壓力和鋼瓶 內(nèi)惰性氣體的質(zhì)量變化量來(lái)計(jì)算噴嘴的流量特性。使用該方法，主要測(cè)定兩個(gè)參數(shù)， 一是測(cè) 量噴嘴入口處的靜壓力，另一個(gè)是通過(guò)稱重法測(cè)量鋼瓶?jī)?nèi)的氣體質(zhì)量，從而得到噴嘴噴出 氣體的質(zhì)量，再通過(guò)質(zhì)量變化量求解出質(zhì)量流量。由于惰性氣體滅火系統(tǒng)噴射是一種高壓 高速非穩(wěn)態(tài)的流動(dòng)狀況，應(yīng)用該方法測(cè)量質(zhì)量，測(cè)量過(guò)程存在相對(duì)的滯后性，且測(cè)量精度存 在不足。 稱重法測(cè)量鋼瓶?jī)?nèi)的氣體流量的原理啟動(dòng)秤重臺(tái)上的滅火劑鋼瓶后，滅火劑鋼 瓶容器閥被開(kāi)啟，氣體滅火劑通過(guò)連接管道流向噴嘴，再釋放到保護(hù)空間中。當(dāng)滅火劑從鋼 瓶噴出后，鋼瓶?jī)?nèi)滅火劑的質(zhì)量發(fā)生變化，初始時(shí)處于平衡狀態(tài)的秤重臺(tái)不再維持原來(lái)的 平衡狀態(tài)，隨著滅火藥劑的不斷噴放，平衡臺(tái)一端不斷下沉，荷重傳感器將噴放滅火劑的質(zhì) 量信號(hào)傳輸給計(jì)算機(jī)。噴嘴處安裝的壓力傳感器將氣體在管道中的壓力信號(hào)也傳輸給計(jì)算 機(jī)，計(jì)算機(jī)將采集到的質(zhì)量數(shù)據(jù)和壓力數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得出噴嘴的流量曲線。但是由于輸送 管路的存在，荷重傳感器和壓力傳感器采集的數(shù)據(jù)具有不同步性，所以數(shù)據(jù)存在相對(duì)的滯 后性。由于兩個(gè)傳感器測(cè)量的數(shù)據(jù)不是瞬時(shí)的同步數(shù)據(jù)，因此，測(cè)量結(jié)果的精度也受到相應(yīng) 的影響，同時(shí)測(cè)量裝置以及測(cè)量程序較為復(fù)雜。
發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有測(cè)量方法的不足，本發(fā)明提供一種新的測(cè)量惰性氣體滅火系統(tǒng)噴嘴 流量特性的方法，該方法將通過(guò)稱重法得到的噴嘴噴射流量改為通過(guò)測(cè)量管道靜壓、動(dòng)壓 (或總壓)以及溫度值，并通過(guò)推導(dǎo)出的計(jì)算公式得到噴嘴流量，進(jìn)而計(jì)算出噴嘴的噴射 率。不僅簡(jiǎn)化了測(cè)量裝置，而且提高了測(cè)量精度。
惰性氣體滅火系統(tǒng)噴嘴流量特性的測(cè)量方法，其特征在于包括如下步驟
(1)、將靜壓、動(dòng)壓或總壓傳感器以及溫度傳感器安裝在噴嘴上游管道同一截面， 測(cè)量該截面位置處的靜壓、動(dòng)壓或總壓以及溫度值；
(2)、測(cè)量計(jì)算測(cè)壓點(diǎn)管道截面積和噴嘴出口面積； (3)、將測(cè)出的靜壓值、動(dòng)壓或總壓值、溫度值、測(cè)壓點(diǎn)管道截面積值和噴嘴出口面 積值代入噴嘴噴出氣體的流量計(jì)算公式 計(jì)算出Q值；其中Q——噴嘴噴出氣體的質(zhì)量流量kg/s ;A?！獓娮鞙y(cè)壓點(diǎn)管
背景技術(shù)：
3道截面面積m2 A——噴嘴出口面積m2 ;PS——測(cè)量點(diǎn)同一截面處氣體噴射的靜壓力Pa ; Pd——測(cè)量點(diǎn)同一截面處氣體噴射的動(dòng)壓力Pa ;P?！獪y(cè)量點(diǎn)同一截面處氣體噴射的總壓 力Pa ;T——測(cè)量點(diǎn)同一截面處氣體絕熱溫度K ;R——理想氣體常數(shù)J/(mol K);
(4)、將計(jì)算出的噴嘴噴出氣體的流量Q值再代入噴嘴的噴射率計(jì)算公式 ①-"f"③ 計(jì)算出小值；其中小——噴嘴的噴射率kg/(S m2); (5)、通過(guò)數(shù)據(jù)處理方法將噴嘴在不同噴射靜壓力下的噴射率繪制成流量特性曲線。 本發(fā)明所產(chǎn)生的有益效果是采用本方法，簡(jiǎn)化了惰性氣體滅火系統(tǒng)噴嘴流量特 性的測(cè)量裝置和測(cè)量程序，縮短了測(cè)量時(shí)間，提高了測(cè)量工作效率，同時(shí)避免了在測(cè)量過(guò)程 中產(chǎn)生機(jī)械誤差，提高了測(cè)量精度。
具體實(shí)施例方式
以下對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明一種惰性氣體滅火系統(tǒng)噴嘴流量特性的測(cè)量方法包 括如下步驟 (1)、將靜壓、動(dòng)壓或總壓傳感器以及溫度傳感器安裝在噴嘴上游管道同一截面，
測(cè)量該截面位置處的靜壓、動(dòng)壓或總壓以及溫度值； (2)、測(cè)量計(jì)算測(cè)壓點(diǎn)管道截面積和噴嘴出口面積； (3)、將測(cè)出的靜壓值、動(dòng)壓或總壓值、溫度值、測(cè)壓點(diǎn)管道截面積值和噴嘴出口面
積值代入噴嘴噴出氣體的流量計(jì)算公式 g = 4 J^5①或g =《|2《(尸0—互
^ 4 Y及r ^ 4 Y 及r 計(jì)算出Q值；公式①用于采用靜壓、動(dòng)壓傳感器進(jìn)行測(cè)量計(jì)算；公式②用于采用靜 壓、總壓傳感器進(jìn)行測(cè)量計(jì)算；其中Q——噴嘴噴出氣體的流量kg/s ;A?！獓娮鞙y(cè)壓點(diǎn)
管道截面面積m2 A——噴嘴出口面積m2 ;PS—測(cè)量點(diǎn)同一截面處氣體噴射的靜壓力Pa ; Pd——測(cè)量點(diǎn)同一截面處氣體噴射的動(dòng)壓力Pa ;P?！獪y(cè)量點(diǎn)同一截面處氣體噴射的總壓 -測(cè)量點(diǎn)同一截面處氣體絕熱溫度K ;R——理想氣體常數(shù)J/(mol K);
力Pa ;T
(4)、將計(jì)算出的噴嘴噴出氣體的流量Q值再代入噴嘴的噴射率計(jì)算公式 計(jì)算出小值；其中小——噴嘴的噴射率kg/(S m2); (5)、已知計(jì)算出的小值和測(cè)出噴嘴同一截面處氣體的靜壓力Ps值，即可找出噴
嘴在氣體不同噴射靜壓力P,下與噴射率小的關(guān)系，通過(guò)數(shù)據(jù)處理方法將噴嘴在氣體不同
噴射靜壓力下的噴射率繪制成流量特性曲線。
噴嘴噴出氣體的流量計(jì)算公式①②的推導(dǎo)過(guò)程如下 依據(jù)惰性氣體滅火系統(tǒng)噴嘴流量系數(shù)的計(jì)算公式
<formula>formula see original document page 4</formula>
其中G——噴嘴流量系數(shù)；Q——噴嘴噴出氣體的流量kg/s太——噴嘴出口面積 m2 ; P——噴嘴測(cè)壓點(diǎn)氣體密度kg/m3 ;Ps——噴嘴測(cè)量點(diǎn)處氣體靜壓力Pa ;
已知公式中Q = P u A。 (2)
其中u——噴嘴測(cè)量點(diǎn)氣體流向速度m/s ; A。-將公式(2)代入公式(l)，得
<formula>formula see original document page 5</formula>
-噴嘴測(cè)量點(diǎn)管道截面面積m2 ;<formula>formula see original document page 5</formula>(3)
1
公式(3)中，已知^/ ^2為效 為 又因Prt+Ps = P。， P。為效
:點(diǎn)同一截面處氣體的動(dòng)壓Pd。因此，公式(3)簡(jiǎn)化
—1化—7
(4)
:點(diǎn)同一截面處氣體的總壓力，公式(4)還可以變形為
(5) 由公式(5)可以看出，只需測(cè)量噴嘴上游管道內(nèi)氣體總壓P。、靜壓Ps、測(cè)壓點(diǎn)管道 截面面積A。和噴嘴出口面積&即可計(jì)算噴嘴流量系數(shù)。 通過(guò)將公式(1)變形可得2 = G^々2P-g (6)
又因理想氣體狀態(tài)方程PS = P RT (7)
其中R——理想氣體常數(shù)，R = 8. 31， J/(mol K) ;T——?dú)怏w絕熱溫度，K。
將公式(7)代入公式(6)中，可得
2
'及r
(8)
將公式(5)代入公式(8)中，可得
2 =
H 2尸,& =《2d《)
i r 4 V及r4 V z r
(9) 公式(9)既是本方法步驟(3)中的噴嘴噴出氣體的流量計(jì)算公式①②的原公式。 由公式(9)可知，測(cè)出噴嘴入口處的靜壓力Ps、總壓力P?；騽?dòng)壓力Pd、氣體溫度T、噴嘴測(cè)壓 點(diǎn)管道截面面積A。、噴嘴出口面積A"就可以計(jì)算噴嘴噴出氣體的流量Q，再通過(guò)流量Q，就 可以求解出噴嘴的噴射率小，如公式(10)所示。 O-孚(IO) 乂i 其中小——噴嘴的噴射率，kg/(s m2)。 噴嘴的流量特性就是描述噴嘴在不同噴射壓力Ps下與噴射率小的關(guān)系。通過(guò)數(shù) 據(jù)處理方法將噴嘴在不同壓力下的噴射率繪制成一條曲線，該曲線稱之為流量特性曲線。
因此，本發(fā)明中提出的惰性氣體滅火系統(tǒng)噴嘴流量特性的測(cè)量方法即為采用響 應(yīng)快、精度高的靜壓、動(dòng)壓(或總壓)傳感器以及溫度傳感器，安裝在噴嘴上游管道同一截面，測(cè)量該截面處的靜壓、動(dòng)壓(或總壓)和溫度值。此外，還要測(cè)量測(cè)壓點(diǎn)管道截面積和 噴嘴出口面積。通過(guò)公式(5)、公式(9)和公式(10)計(jì)算得到惰性氣體滅火系統(tǒng)噴嘴的流 量系數(shù)、對(duì)應(yīng)不同管道壓力的噴嘴流量和噴嘴噴射率，從而得到惰性氣體滅火系統(tǒng)的噴嘴
權(quán)利要求
一種惰性氣體滅火系統(tǒng)噴嘴流量特性的測(cè)量方法，其特征在于包括如下步驟(1)、將靜壓、動(dòng)壓或總壓傳感器以及溫度傳感器安裝在噴嘴上游管道同一截面，測(cè)量該截面位置處的靜壓、動(dòng)壓或總壓以及溫度值；(2)、測(cè)量計(jì)算測(cè)壓點(diǎn)管道截面積和噴嘴出口面積；(3)、將測(cè)出的靜壓值、動(dòng)壓或總壓值、溫度值、測(cè)壓點(diǎn)管道截面積值和噴嘴出口面積值代入噴嘴噴出氣體的流量計(jì)算公式 <mrow><mi>Q</mi><mo>=</mo><mfrac> <msubsup><mi>A</mi><mn>0</mn><mn>2</mn> </msubsup> <msub><mi>A</mi><mn>1</mn> </msub></mfrac><msqrt> <mfrac><mrow> <mn>2</mn> <msub><mi>P</mi><mi>s</mi> </msub> <mo>·</mo> <msub><mi>P</mi><mi>d</mi> </msub></mrow><mi>RT</mi> </mfrac></msqrt> </mrow>①或 <mrow><mi>Q</mi><mo>=</mo><mfrac> <msubsup><mi>A</mi><mn>0</mn><mn>2</mn> </msubsup> <msub><mi>A</mi><mn>1</mn> </msub></mfrac><msqrt> <mfrac><mrow> <mn>2</mn> <msub><mi>P</mi><mi>s</mi> </msub> <mrow><mo>(</mo><msub> <mi>P</mi> <mn>0</mn></msub><mo>-</mo><msub> <mi>P</mi> <mi>s</mi></msub><mo>)</mo> </mrow></mrow><mi>RT</mi> </mfrac></msqrt> </mrow>②計(jì)算出Q值；其中Q——噴嘴噴出氣體的質(zhì)量流量kg/s； A0——噴嘴測(cè)壓點(diǎn)管道截面面積m2； A1——噴嘴出口面積m2； Ps——測(cè)量點(diǎn)同一截面處氣體噴射的靜壓力Pa； Pd——測(cè)量點(diǎn)同一截面處氣體噴射的動(dòng)壓力Pa； P0——測(cè)量點(diǎn)同一截面處氣體噴射的總壓力Pa； T——測(cè)量點(diǎn)同一截面處氣體絕熱溫度K； R——理想氣體常數(shù)J/(mol·K)；(4)、將計(jì)算出的噴嘴噴出氣體的質(zhì)量流量Q值再代入噴嘴的噴射率計(jì)算公式 <mrow><mi>Φ</mi><mo>=</mo><mfrac> <mi>Q</mi> <msub><mi>A</mi><mn>1</mn> </msub></mfrac> </mrow>③計(jì)算出φ值；其中φ——噴嘴的噴射率kg/(s·m2)；(5)、通過(guò)數(shù)據(jù)處理方法將噴嘴在不同噴射靜壓力下的噴射率繪制成流量特性曲線。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種惰性氣體滅火系統(tǒng)噴嘴流量特性的測(cè)量方法，其步驟如下(1)將靜壓、動(dòng)壓或總壓傳感器以及溫度傳感器安裝在噴嘴上游管道同一截面，測(cè)量該截面位置處的靜壓、動(dòng)壓或總壓以及溫度值；(2)測(cè)量計(jì)算測(cè)壓點(diǎn)管道截面積和噴嘴出口面積；(3)將測(cè)出的靜壓、動(dòng)壓或總壓、溫度、測(cè)壓點(diǎn)管道截面積和噴嘴出口面積值代入噴嘴噴出氣體的流量計(jì)算公式或計(jì)算出Q值；(4)將流量Q值代入噴射率計(jì)算公式計(jì)算出φ值；(5)通過(guò)數(shù)據(jù)處理方法將噴嘴在不同噴射靜壓力下的噴射率繪制成流量特性曲線。采用本方法，簡(jiǎn)化了惰性氣體滅火系統(tǒng)噴嘴流量特性的測(cè)量裝置和測(cè)量程序，縮短了測(cè)量時(shí)間，提高了測(cè)量工作效率，同時(shí)避免了在測(cè)量過(guò)程中產(chǎn)生機(jī)械誤差，提高了測(cè)量精度。
文檔編號(hào)G01F1/86GK101726338SQ20091024485
公開(kāi)日2010年6月9日 申請(qǐng)日期2009年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月17日
發(fā)明者劉欣, 劉連喜, 李毅, 楊震銘, 牛琨, 董海斌 申請(qǐng)人:公安部天津消防研究所