皮托管與機械風表測風法在現實中的運用與分析

摘要：瓦斯治理規定的“十二字”方針要求：“先抽后采、監測監控、以風定產”，由此可見，通風在礦井生產中處于一個非常重要的環節，影響各個工作地點的施工進度；為保證通風系統的合理化，各個地點的風量測定工作就顯得尤為重要；本文重點分析與討論皮托管測風法與機械風表測風法在風量測定中的運用。

關鍵詞：皮托管機械風表測風法

0 引言

皮托管又稱空速管、畢托管，是測量流體點速度的裝置；礦井測定風量所常用的是L型皮托管，是一個彎成直角的金屬管，直角的一端為測頭，測頭的頂部是總壓孔，側面是靜壓孔，另一端是支桿，在支桿的末端是定向桿，通過軟膠皮管同時將靜壓和全壓的定向桿與微壓計相連讀取壓差的方式進行流速測量，其校準系數α一般為0.99-1.01，是目前最完善的一種皮托管。而機械風表主要由翼輪、蝸輪、蝸輪軸、計數器、指示針、回零閘壓桿、離合閘、護殼、提環、底座等部件構成，按測量范圍分為高速風表、中速風表和低速風表三種，通過葉輪旋轉帶動計數器的指針轉動的方式來測量風量，是測量礦井風流平均速度的儀表。

根據《煤礦安全規程》第一百零五條規定：礦井必須建立測風制度，每十天進行一次全面測風。對采掘工作面和其他用風地點，應根據實際需要隨時測風，每次測風結果應記錄并寫在測風地點的記錄牌上。因此，合理選擇測風方法是安全生產的保障。

1 皮托管測風法

1.1 測風原理

皮托管測風法的工作原理是根據伯努利方程，通過壓差確定流場中某處的流速，由流速與面積的乘積計算出流量。計算公式如下：P-P0=1/2ρV2，（式中：P——所測點風流全壓，P0——所測點風流靜壓，ρ——空氣密度，V——所測點風流速度），由此可以推出測點的流速：V=■=■，△P為全壓與靜壓之差，可以通過連接皮托管的微壓計讀出；考慮到全壓與靜壓的測量誤差，利用他們的測量讀數進行流速計算時，應做適當的修正，其校準系數α一般為0.99-1.01，即可得出修正后測點的流速V=α■，因同一斷面上速度場發布均勻，根據斷面的大小不同，采用等面積環法，沿水平方向在每個面積環的面積平分線上布置測點（點數n根據面積決定），各測點至圓心距離Ri通過下式計算：Ri=D■式中：i-從中心算起等面積環的編號，n-圓環數，D-斷面直徑；分別測定Ri處的風速V，求取n個測點風速的平均值V0，帶入風量計算公式：Q=V0×S，S為測量處斷面面積；即可得出測量地點的風量。

1.2 影響風量測定精度的因素

皮托管測風法主要運用于風筒內風量的測點，因此，在測定的過程中，主要的影響因素包括：

1.2.1 氣流的壓縮性 壓縮性是指氣流在溫度發生變化時，體積也發生變化的特性。通過對壓縮性最重要的影響因素馬赫數Ma來衡量（馬赫數是指氣流速度與當地音速C=341m/s之比），在絕熱流動中，速度增大，Ma值也增大，Ma越大，氣流密度變化也越大。當v≤50m/s時，不必考慮空氣壓縮性，當Ma＞0.25（v≥85m/s）時，就必須考慮壓縮性。但是在井筒內測風時，《煤礦安全規程》規定最大允許風速不超過15米，因此井筒測風可不考慮空氣的壓縮性。

1.2.2 軟膠皮管長短的影響 由于膠皮管的選取不同，有時膠皮管內部比較粗糙，在測量的過程中，會增加風流的阻力，影響風流的速度，造成在測量風速時微壓計的壓差偏小；同時，由于膠皮管的長度不同，在測量的過程中可能會使膠皮管卷曲，增大測量阻力。所以合理選取膠皮管及其長度非常有必要，一般取0.3-0.4米長的優質、光滑膠皮管為宜。

1.2.3 風筒的平直程度 用皮托管測風時，測頭要伸入風筒內，并且測頭垂直于風筒側壁并迎著風流方向，根據皮托管延伸入風筒內測點的計算選擇，勢必有一個測點靠近風筒側壁；如果風筒不平直或采用骨架風筒，在測量風量時，靠近風筒壁的風流必定產生紊流，直接影響測風的數據。

1.2.4 人為因素產生的誤差

①微壓計讀數誤差 由于風流在風筒內流動的過程中存在喘息的現象，因此微壓計通過全壓與靜壓產生的壓差存在上下波動，壓差時高時低，在讀數的過程中，只能估讀，這就造成數據上的明顯誤差，根據伯努利方程式可以知道，數據估讀造成的誤差在5m3左右。

②測風操作誤差 在測風操作時，有可能皮托管為垂直于風筒側壁，導致皮托管測頭未能迎著風流方向，造成讀數偏差。

③皮托管自身產生的誤差 皮托管的總壓孔位于支桿內部，有時空氣潮濕或皮托管進水，風流通過皮托管測頭進入支桿后，由于總壓孔沾在支桿側壁上，風流不能有效的通過總壓孔進入微壓計，造成壓差明顯偏小。

2 機械風表測風法

2.1 測風原理

機械風表測風法常用于巷道內或風筒出口處的風量測定，多用于測量平均風速，也可以用于點風速的測定。根據測量風速的范圍，風表又可分為高速(υ>10m/s)、中速(υ=0.5～10m/s)、低速(υ=0.3～5m/s)三種。它是通過風流吹動由八個葉片組成的翼輪，再由翼輪通過聯動裝置將其轉動傳給計數器，使指針轉動，指示出翼輪轉速V表=n/t，n—計數器指針讀數，t—計時時間；再通過實際檢定曲線圖表所對應的曲線方程式，計算出實際風速Vs。由風量計算公式Q=Vs×（S-0.4），S-測風地點的斷面，即可計算出測風地點的風量。

2.2 影響風量測定精度的因素

2.2.1 根據風表移動路線不同，有路線測風法和定點測風法兩種，路線測風法是讓風表在巷道斷面上均勻的運動，即常說的四線法、六線法等，定點測風法即在巷道斷面上選取一定數量的固定點進行測風；由于巷道中心部位和巷道壁附近的風速不同，若不能時刻保證風表移動的速度均勻或測風點分均勻布，將影響風量的測定精度。

2.2.2 風表距人體或巷道壁太近，容易引起較大的誤差。

2.2.3 風表未與風流方向垂直，偏角超過10°，尤其在傾斜巷道測風時，容易造成測量數據偏小。

2.2.4 未能根據所測定地點的風速合理選擇風表，容易損壞風表或造成測量不準確。

2.2.5 測風時有人或車輛通過造成風量不穩定，容易出現誤差。

參考文獻：

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