一种矿井风机风压的便携式测量装置及测量方法
阅读说明：本技术 一种矿井风机风压的便携式测量装置及测量方法 (Portable measuring device and measuring method for wind pressure of mine fan ) 是由 李小元 苟永刚 支伟 史秀志 刘太取 邱贤阳 唐运坚 罗俊森 刘军 韦震兆 覃国 于 2021-08-16 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种矿井风机风压的便携式测量装置及测量方法,属于矿山通风监测技术领域。本发明的测量装置包括皮托管、三脚架、软管和电子风压仪,所述皮托管可拆卸连接固定于三脚架上,所述皮托管的测量入口端设有皮托管全压口以及皮托管静压口,所述皮托管的测量出口端设有皮托管静压测量口和皮托管全压测量口,所述软管包括两条,其中一条软管的一端与皮托管静压测量口连接,另一条软管的一端与皮托管全压测量口连接,两条所述软管的另一端均与电子风压仪可拆卸连接。本发明的测量装置便于携带、易于组装、可独立工作、应用简便,为矿井风机风压的测量提供了便利。(The invention discloses a portable measuring device and a measuring method for wind pressure of a mine fan, and belongs to the technical field of mine ventilation monitoring. The measuring device comprises a pitot tube, a tripod, a hose and an electronic wind pressure instrument, wherein the pitot tube is detachably connected and fixed on the tripod, a pitot tube full pressure port and a pitot tube static pressure port are arranged at the measuring inlet end of the pitot tube, a pitot tube static pressure measuring port and a pitot tube full pressure measuring port are arranged at the measuring outlet end of the pitot tube, the hose comprises two hoses, one end of one hose is connected with the pitot tube static pressure measuring port, one end of the other hose is connected with the pitot tube full pressure measuring port, and the other ends of the two hoses are detachably connected with the electronic wind pressure instrument. The measuring device is convenient to carry, easy to assemble, capable of working independently and simple and convenient to apply, and provides convenience for measuring the wind pressure of the mine fan.)
技术领域
本发明属于矿山通风监测技术领域，具体涉及一种矿井风机风压的便携式测量装置及测量方法。
背景技术
矿产资源是我国经济建设赖以发展的基础，也是实现国民经济可持续发展的保障；随着矿山开采年限的延长，地质探测深度不断加大，生产能力要求不断提高，矿井生产布局也变得更加复杂，这使得矿井通风系统在矿山安全生产中的重要性越发突出。而矿井风机作为通风系统的动力核心，它的工作状况直接关系到矿业生产的安全进行。因此，对矿井通风机系统的工作参数(风速、风压、功率和效率等)采用适宜的装置与方法进行监测至关重要。
矿井风机包括主扇与局部通风机，随着矿井深度不断加大，每个矿井应用的风机数目不断增加，多级机站应用的矿山风机数目可多达30个。由于经济成本考虑，长期实时监测装置一般只配置在仅有的1-2台矿井主扇风机上，而对其它绝大多数的风机一般采用便携设备单次测量的方式。传统方法中，风机风速一般通过手持风速仪来确定，风压一般通过便携式压力盒、U型压力计与皮托管来测定。但手持风速仪不仅由于人员的阻挡测量不准确，而且操作过程危险。而压力盒由于未针对性的测量风机前后的压力值而精确性差，U型压力计由于设备精密、易碎、固定困难等缺点，不便于矿井携带而很少使用。皮托管可直接测量动压(可转换成风速)和风压值、轻便易携带等优点，得到广泛认可。然而，对于皮托管的固定一直以来是测量人员最为刺手的问题。目前大部分研发皮托管固定装置基于电路控制系统而得以实现，这种装置不仅需要专门设计，而且要保证在矿井潮湿环境中有效供电，装置运转操作复杂，因此难以广泛使用。
发明内容
本发明的目的是针对现有皮托管测量装置设计复杂、供电困难、操作难学、携带困难、配备人员多、应用性差等诸多缺陷，提供了一种便于携带、易于组装、可独立工作、应用简便的矿井风机风压的测量装置，并提供了相应的矿井风机风压和风速的监测方法。
为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：
一种矿井风机风压的便携式测量装置，包括皮托管、三脚架、软管和电子风压仪，所述皮托管可拆卸连接固定于三脚架上，所述皮托管的测量入口端设有皮托管全压口以及皮托管静压口，所述皮托管的测量出口端设有皮托管静压测量口和皮托管全压测量口，所述软管包括两条，其中一条软管的一端与皮托管静压测量口连接，另一条软管的一端与皮托管全压测量口连接，两条所述软管的另一端均与电子风压仪可拆卸连接。
进一步的，所述三脚架包括三脚架水平调整台以及与三脚架水平调整台的底面连接的三条伸缩杆，所述三脚架水平调整台通过三条伸缩杆的伸缩调节高度；所述皮托管可拆卸地固定穿设于三脚架水平调整台。
进一步的，所述每条伸缩杆上均设有配重连接绳，各所述配重连接绳远离伸缩杆一端通过相互捆绑形成沙袋吊装点，所述沙袋吊装点位于三脚架水平调整台下方，所述沙袋吊装点吊装有沙袋。
进一步的，所述皮托管通过固定件连接固定于三脚架上；所述固定件包括直角钢、固定螺杆、与固定螺杆对应的螺母以及U型螺栓，所述直角钢的一面设有螺杆槽口，所述直角钢的另一面设有U型螺栓固定孔，所述固定螺杆贯穿螺杆槽口并通过螺母固定以将直角钢固定于三脚架水平调整台上；所述U型螺栓的开口端贯穿U型螺栓固定孔并使用对应螺母固定以与直角钢连接；所述皮托管的管体套设于U型螺栓内。
进一步的，所述三脚架水平调整台设有纵向贯穿部，所述固定螺杆依次穿过所述纵向贯穿部、螺杆槽口并通过螺母固定以将直角钢固定于三脚架水平调整台上。
进一步的，所述固定件还包括皮托管包裹橡胶垫，所述皮托管包裹橡胶垫包裹于皮托管的管体上且套设于U型螺栓内。
进一步的，所述皮托管的测量入口端通过所述纵向贯穿部向上穿出三脚架水平调整台。
进一步的，所述皮托管的测量出口端的外壁还设有皮托管调节杆，所述皮托管调节杆的朝向与皮托管全压口的朝向相同。在发明中，所述皮托管调节杆主要用于调节皮托管全压口的方向，因为在测量风压时，如果直接通过手转动皮托管易造成皮托管变形，经过皮托管的风压值会受到影响，因此，皮托管调节杆在此处为方向调节配件。
本发明还提供一种应用上述矿井风机风压的便携式测量装置的矿井风机风压的测量方法，包括如下步骤：
S1、在风流巷道内的风机入口一侧布置一台矿井风机风压的便携式测量装置，将两根足够长的软管分别接皮托管的皮托管静压测量口和皮托管全压测量口，并将软管缓慢牵引出风流巷道风门口以外；
S2、同样，采用S1的操作步骤在风流巷道内的风机出口一侧布置另一台矿井风机风压的便携式测量装置，并将两根软管同样顺畅牵引出风流巷道风门口外；
S3、在两台矿井风机风压的便携式测量装置架设好后，人员撤出风流巷道，开启风机电源直至正常运转后，操作人员在风门外采用电子风压仪，分别接对应的软管接口，在风机稳定运转时，在将电子风压仪校准的基础上，通过电子风压仪进行测量、读数、记录风机的静压与全压读数值。
本发明还提供一种应用上述矿井风机风压测量方法监测矿井风机风速的方法，包括如下步骤：采用上述的矿井风机风压测量方法测得风机的全压值与静压值，进而得到风流对应的动压值，根据以下公式计算得到风机进口的平均风速：
其中，H为实测点风流动压值，ρ为风流密度，通过测风流的干湿温度等参数进行确定。
本发明具有以下有益效果：
本发明中的便携式测量装采用三脚架作为固定支撑部件，通过直角钢与U型螺杆将皮托管固定在三脚架上，并通过电子风压仪读取测量数据，利用机械固定方式与现场常用测量工具、现场常用材料简单组合形成风机风压测量装置。本便携式测量装结构简单，便于携带，调节灵活，测量工序简单，劳动人员配备少，经济成本低，且特别适用于恶劣复杂矿井环境，实施方法安全可靠。
附图说明
图1为本发明中的一种矿井风机风压的便携式测量装置的结构示意图。
图2为使用本发明进行矿井风机风压测量的工作示意图。
图中标号：1-皮托管；2-螺母；3-U型螺栓固定孔；4-螺杆槽口；5-直角钢；6-固定螺杆；7-皮托管静压测量口；8-三脚架；9-软管；10-皮托管全压口；11-皮托管静压口；12-皮托管包裹橡胶垫；13-U型螺栓；14-三脚架水平调整台；15-皮托管调节杆；16-皮托管全压测量口；17-配重连接绳；18-沙袋；19-电子风压仪；20-风机出口处的测量装置；21-风机入口处的测量装置；22-风门口；23-风流巷道。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。以下实施例中未详述的部分均为现有技术。
实施例1
一种矿井风机风压的便携式测量装置，如图1所示，包括皮托管1、三脚架8、软管9和电子风压仪19，所述皮托管1可拆卸连接固定于三脚架8上，所述皮托管1的测量入口端设有皮托管全压口10以及皮托管静压口11，所述皮托管1的测量出口端设有皮托管静压测量口7和皮托管全压测量口16，所述软管9为软塑胶管且包括两条，其中一条软管9的一端与皮托管静压测量口7连接，另一条软管9的一端与皮托管全压测量口16连接，两条所述软管9的另一端均与电子风压仪19可拆卸连接。
在本实施例中，所述三脚架8包括三脚架水平调整台14以及与三脚架水平调整台14的底面连接的三条伸缩杆，所述三脚架水平调整台14通过三条伸缩杆的伸缩调节高度；所述皮托管1可拆卸地固定穿设于三脚架水平调整台14。
在本实施例中，所述每条伸缩杆上均设有配重连接绳17，各所述配重连接绳17远离伸缩杆一端通过相互捆绑形成沙袋吊装点，所述沙袋吊装点位于三脚架水平调整台14下方，所述沙袋吊装点吊装有沙袋18。本装置中的三脚架8用于控制皮托管1安装高度和水平，三脚架8的三条伸缩杆通过各拉一条绳索，并在中心投影点吊装一定重量沙袋的方式，避免三脚架被风机强大的风压吹倒或吹偏。
在本实施例中，所述皮托管1通过固定件连接固定于三脚架8上；所述固定件包括直角钢5、固定螺杆6、与固定螺杆6对应的螺母2以及U型螺栓13，所述直角钢5的一面设有螺杆槽口4，所述直角钢5的另一面设有U型螺栓固定孔3，所述U型螺栓固定孔3为两个适宜位置的水平钻孔，且与U型螺栓13相匹配；所述固定螺杆6贯穿螺杆槽口4并通过螺母2固定以将直角钢5固定于三脚架水平调整台14上；所述U型螺栓13的开口端贯穿U型螺栓固定孔3并使用对应螺母固定以与直角钢5连接；所述皮托管1的管体套设于U型螺栓13内。通过U型螺栓13调节皮托管1的安装高度、偏向与夹持松紧程度。
在本实施例中，所述三脚架水平调整台14设有纵向贯穿部，所述固定螺杆6依次穿过所述纵向贯穿部、螺杆槽口4并通过螺母2固定以将直角钢5固定于三脚架水平调整台14上。所述三脚架水平调整台14的纵向贯穿部具有一定的水平活动范围，因此固定螺杆6的位置可根据直角钢5与皮托管1的固定位置进行水平调节。
在本实施例中，所述固定件还包括皮托管包裹橡胶垫12，所述皮托管包裹橡胶垫12包裹于皮托管1的管体上且套设于U型螺栓13内。所述U型螺栓13中夹制包裹一定厚度的皮托管包裹橡胶垫12的皮托管1，然后再通过U型螺栓13的螺母进行固定，所述皮托管包裹橡胶垫12可提高夹制紧密性，同时能对皮托管1起到一定的保护作用。
在本实施例中，所述皮托管1的测量入口端通过所述纵向贯穿部向上穿出三脚架水平调整台14。
在本实施例中，所述皮托管1的测量出口端的外壁还设有皮托管调节杆15，所述皮托管调节杆15的朝向与皮托管全压口10的朝向相同，在对皮托管全压口10的朝向进行调节时，操作人员只需手持皮托管调节杆15进行转动即可。
使用本发明的矿井风机风压的便携式测量装置测量矿井风机风压时，在并列布置的抽出式轴流式风机巷道中，针对任意单台风机，测量其风压值，具体的装配及使用步骤如下：
(1)如图2所示，在风流巷道23中，在距风机入口处0.5-1.0m的位置布置一台本发明的测量装置21，将三脚架8中心固定在风机中轴延长线0.5-1.0m位置，然后调节三条伸缩杆使三脚架水平调整台14低于皮托管1设计测点位置0.2-0.4m。在将三脚架水平调整台14保证水平的基础上，采用配重联接绳17吊装一个沙袋18，以保证三脚架8基座稳固。
(2)将三脚架固定螺杆6穿过螺杆槽口4，调整好直角钢5的安装位置，并通过与三脚架固定螺杆6对应的螺母2进行固定。
(3)将皮托管1的测量入口端从三脚架水平调整台14底部往上穿出纵向贯穿部，在U型螺栓固定孔3位置附近的皮托管外壁上包裹多层皮托管包裹橡胶垫12，然后套入U型螺栓13并通过螺栓固定孔3，用相应螺母进行固定，在固定过程中，调节皮托管1的高度和管口朝向至预计测点位置。
(4)将两根足够长的软管9分别接皮托管1的皮托管静压测量口7和皮托管全压测量口16，并将软管9缓慢牵引出风流巷道风门口22以外；要保证软管全长无打结、压扁、气流不畅通等现象，保证接口密封。
(5)同样，采用同上操作在风流巷道23内距风机出口处3.0m的位置布置另一台本发明的测量装置20，并将两根软管9同样顺畅牵引出风流巷道风门口22外。
(6)在两台测量装置架设好后，人员撤出风流巷道。开启风机电源直至正常运转后，操作人员在风门外采用电子风压仪19，分别接对应的软管9接口，在风机稳定运转时，在将电子风压仪19校准的基础上，通过电子风压仪19进行测量、读数、记录风机的静压与全压读数值。
本实施例还提供一种监测矿井风机风速的方法，包括如下步骤：采用上述的矿井风机风压测量方法测得风机的全压值与静压值，通过计算得风流对应的动压值，即动压值H＝全压值-静压值；
根据动压计算基本公式：
计算得到风机进口的平均风速：
其中，H为实测点风流动压值，ρ为风流密度，通过测风流的干湿温度等参数进行确定。
由测得的干球温度与湿球温度通过查表(可参见《矿井通风与空气调节》)得出对应的相对湿度，由气态状态方程和道尔顿分压定律可以得出湿空气密度的计算公式：
其中，p为空气的压力，t为空气的温度，pa为温度为t时饱和水蒸气的分压，Pa,一般通过查表估计或实测得到，为相对湿度，用小数表示。
经实际使用后的效果表明，本发明的矿井风机风压的便携式测量装置操作简易，测量结果精度高，相比传统方法，大大减少了经济成本与人员劳动力的投入，简化了操作流程与工艺，达到了风机风压测量的设计要求。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限制本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。