正壓式排煙裝置性能測試裝置應用研究

孫勝登　呂蒙

摘要：正壓式排煙裝置對于排煙消防車、排煙機器人等機械性能的發揮起著至關重要的作用。針對正壓式排煙裝置的性能參數測試展開研究，依據GB/T 1236-2017《工業通風機用標準化風道性能試驗》開發制造了一套采用標準化風管采集系統進行性能參數檢測的測試設備，即采用24點式標準化橫動測量方法，將采集到的溫度、濕度、風壓、風速等參數傳輸至人機交互界面，該系統能準確、可靠地進行分析、處理相關性能參數，可為排煙裝置設計制造廠家提供理論依據，也能給消防隊伍及其他用戶群體提供數據支撐，能更好地了解掌握裝備性能，更好地制定戰術以及提高作戰效率。

關鍵詞：正壓式排煙裝置；排煙消防車；24點式標準化；數據采集；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，隨著經濟的高速發展，地鐵、隧道、大型建筑電梯管井以及樓宇通道的設計越來越復雜，火災發生的隱患極有可能劇增。由于火場發生條件不同，火災產生的煙霧成分非常復雜，一般包含一氧化碳、硫化氫等有毒物質，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現場撲救的重要一環。

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械排煙。自然排煙方式借助空氣流通產生風向作用，火場內部復雜成分的氣體與火場外部空氣產生對流，使得火場煙霧逐步排出建筑物，但自然排煙受建筑結構影響，其排煙效果差異很大，且消防人員難以發揮主觀能動性。水霧排煙降塵則是在火災現場排放大量水霧，利用微小水霧滴與火場煙霧中的塵埃粒子結合，在水霧滴表面力、重力以及靜電等作用下凝結、沉降，使得火場煙霧濃度降低，但此方法不宜在結構復雜且較為封閉的建筑中使用，水霧難以進入其中發揮作用。

日常作戰中，驅散火災中彌漫煙霧常規策略是采用排煙裝置進行排煙驅霧的，依靠消防排煙風機有組織地往室內輸入潔凈空氣或排出室內煙霧，消防排煙風機作為重要的消防防煙排煙設備，能有效改變煙霧的流動、擴散速度和方向，向災害事故現場輸送新鮮的空氣。它能保證固定的排煙量，不受建筑物構造等外界環境的限制，在控制火場煙霧方面發揮著重要的作用[1]。

隨著科技的穩步提升，排煙消防車以及其他排煙系統新產品層出不窮，市場需求與日俱增。消防排煙風機作為最重要的消防救援設備之一，其可靠性及性能優劣直接關系到人民的生命財產安全[2-3]，但消防排煙機使用環境惡劣，通常在高溫環境下工作，因此需要定期對消防排煙風機進行檢測[4]，測試其各項性能指標是否滿足要求。目前，正壓式排煙風機被納入消防裝備中火災防護類系列產品，且納入消防產品強制性認證范圍。

國際上消防正壓式排煙裝置產品檢測主要依據的兩個標準是：ISO 5801：2007和AMCA 210-2017。中國等效采用的是ISO 5801：2007，即GB/T 1236-2017《工業通風機用標準化風道性能試驗》[5]。試驗裝置一般分兩種，即風室法和風管法，兩個標準測試方法基本相同，對風室法和風管法都有所涉及，但側重點有所不同，ISO 5801對風室法和風管法沒有進行特別強調，而AMCA 210則側重于風室法，對風室法進行了特別的描述，從它的認證范圍中也可以反映出來，對各國的風機檢測裝置認證只對檢測風室進行了認證，未包含風管法。當前，正壓式排煙裝置產品性能的測試多采用人工傳統手段，會產生參與人員多、規范性差、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]基于虛擬儀器設計冷卻風機性能測試系統，該檢測設備思路來源于GB/T 1236-2017相關方法，其測試風室采用出口側多噴嘴試驗風室，風室共設有６個噴嘴，可根據試驗需要選取噴嘴數量，最終在7片葉片某風機上測試性能良好。楊長春等[7]結合流態化速凍設備的特點，研制出一套離心風機性能檢測裝置，可以為離心式風機在前端產品設計與后端驗證測試過程提供充足的理論支撐。周海燕[8]首次應用二維軸對稱模型對孔板、文丘里管及V形錐三種節流裝置進行數值模擬分析，最后確定采用V形錐節流裝置測量流量，并分析處理得出了該類型風機的性能曲線。

基于此，本文設計研制了一套風管性能測試裝置，采用24點式標準化橫動測量方法，最后將采集到的溫度、濕度、風速、風壓等參數采集后傳輸至人機交互界面。

2 正壓式排煙裝置性能測試裝置

車載正壓式排煙風機檢測裝置如圖1所示，標準測試管道主要分為公用風管段、風管整流段、風管支撐架、風管風量測量段、風管風量調節段幾個重要組成部分。

2.1 風量測量段

風量的測定需要依據ISO 5167-1和ISO 3966進行，在不考慮實際渦流的情況下，允許采用兩種基本的風量測量方法，即使用管路內流量計法和橫動測量法。

管路內風量計法可以使用的風量計有文丘里噴管、孔板、錐形進口和進口噴嘴。前兩種風量計可以接在風道的進口或出口，也可以在風道的兩個截面之間使用。錐形和弧形進口僅能用于從自由空間吸入空氣的風道的進口端；多噴嘴僅用于試驗風室。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較小的靈敏度。但對于孔板，會產生較高的壓力損失，如果需要將通風機的特性曲線擴展到最大容積風量，則需要采用輔助增壓通風機。對于在通風機特性曲線上預設一個或多個工況點的試驗，孔板能夠在風量測量的同時控制壓降，這是孔板的一個有用的特性。

橫動法即在管道截面的數個位置上測量就地風速，通過數據采集卡采集管道內24個點處的平均風速，并測量計算管道內橫動面積，從而可以計算得出風量值。

對比選擇后，確定選用畢托靜壓管橫動法測定風量。畢托靜壓管于風道橫斷截面上沿三個對稱分布直徑上間隔選定的24個測試點上進行安裝固定，如圖2所示。

風量測量段的結構簡圖如圖3所示。風管外側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，調整好畢托靜壓管的插圖管壁長度及與風管軸線平行后，再通過螺紋將密封錐套擰緊，保證桿體位置無漏氣現象。

2.2 整流器

通風機出口的旋流只有在均勻直管﹑經過相當長距離（>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，要在通風機出口側管道進行測試必須將旋流消除，有效流動整流器可以實現這一點。

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中的旋流生成，不會改變非對稱速度分布，裝置由方形截面的相同單元構成的網格組成，其壓力損失極小，當要求獲得完整特性，且需要克服風道阻力而使用輔助增壓通風機時，可將其安裝在輔助通風機的任意一側，如圖4所示。

2.3 風量調節段

風量調節段置于裝置尾部，其末端設計有錐形調風擋板，如圖5所示。通過絲桿螺紋副來調節錐形擋板與風管出口的距離來改變風管排氣的截面面積，以此調節裝置排氣速度。

2.4 公用風道段

標準測試風管采用不同規格的鋼制圓形管道制成。在制造上風管內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速非常高，容易引發裝置體共振，影響測量結果準確性，其壁厚應采用3 mm以上鋼材焊接成形，并以精鋼加強法蘭進行圓度保證。由于風管直徑較長，在設計加工過程中采用分體式結構，方便加工和安裝調試，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，提供測試結果準確性，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

排煙風機體積流量和環境空氣密度、風道空氣密度有關，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據分別計算當前環境空氣密度和風道空氣密度，進而得到排煙風機的體積流量。

3.2 正壓式排煙裝置性能測試裝置結構組成

正壓式排煙裝置主要由試驗風機、整流段、過渡段、靜壓測量段、流量測量段和節流裝置組成。整流段主要用于防止風的旋轉；靜壓測量段用于管道內靜壓測量；流量測量段用于測量通風管道內空氣流量。靜壓測量段布置在具有4個側孔接頭的管組之間，風道內平均靜壓取4個壁孔靜壓的平均值。流量測量段使用標準化風道內橫動測量法，畢托管靜壓頭部中心依次置于風道沿3個對稱分布直徑上間隔的24個測試點上。正壓式排煙裝置性能測試裝置的結構組成如圖7所示，其中1代表試驗通風機，圖示為管道軸流式；2代表整流器，僅當存在旋流時需要，圖示為星形整流器；3代表過渡段，D6≠D4時收縮，夾角為20°；4代表畢托靜壓管橫動；5代表節流裝置。正壓式排煙裝置性能測試裝置的整體結構如圖8所示。

3.3 正壓式排煙裝置性能測試

為了驗證上述正壓式排煙裝置性能測試裝置的可靠性和準確性，試驗針對某風機制造企業生產的ZXPY-70型消防排煙風機（標定風量為135 000 m?/h）進行臺架測試。測試開始前，首先將性能測試裝置與消防排煙風機裝置固定連接，如圖9所示。

測試開始時，啟動消防排煙風機，待其完全啟動后，啟動正壓式排煙裝置性能測試裝置，傳感器記錄數據并實時返回到上位機界面，測試場地環境各項數值如表1所示。在上述環境中對消防排煙裝置進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據如表2所示。

4 結語

隨著正壓式排煙裝置在消防排煙工程中的推廣應用，對排煙裝置的風量和風壓的測試標定，便具有重要意義。本文依據GB/T 1236-2017《工業通風機 用標準化風道性能試驗》標準設計研制了一套針對正壓式排煙裝置風量及風壓測試的標準化風管性能測試裝置，采用24點式橫動測量方法測量風機風量、風壓等性能特性。通過對已標定的消防排煙風機進行風量測定，對比數據分析處理后，得到平均相對誤差為1.03%，驗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，且具有較高的數據采集精度。同時，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、適應性強等特點，也能較好地對排煙消防車，排煙機器人等進行風量-風壓性能特性的有效檢測。

參考文獻：

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[7]楊長春，樓曉華，楊曉燕速凍設備用離心風機測試平臺設計與分析[J]科學技術創新，2022（33）：172-175

[8]周海燕風機性能測試系統的設計與研究[D]北京：中國農業機械化科學研究，2018