При помощи ламинарных систем воздух над хирургическим столом очищается и становится практически стерильным. Таким образом достигается эффект воздушного капсулирования и низкий уровень загрязнения стола микроорганизмами.
Принцип действия ламинарного потока воздуха заключается в том, что он поглощает воздух с бактериями, занесенными операционной бригадой, и немедленно перемещает их в систему вентиляции. Воздухораспределители бывают разных размеров в зависимости от расхода воздуха. Оптимальная площадь ламинарной системы – 9 кв. м. Это позволит полностью перекрыть операционную зону, включая стол, оборудование и персонал.
Ламинарный поток воздуха с небольшой скоростью перемещается сверху вниз, образуя завесу над зоной инвазивного вмешательства и зоной передачи стерильного материала. По мере спуска он расширяется в стороны стен. Это не дает ламинарному потоку смешиваться с воздухом в помещении. Таким образом защищаемая зона изолирована от окружающей среды и биологических загрязнителей.
Основой для классификации расходомеров могут выступать различные критерии: способы монтажа, принцип измерения, измеряемая среда и т. д. В данной статье будут рассмотрена классификация расходомеров газа по принципу действия.
Мембранный расходомер
Это одни из наиболее простых приборов измерения расхода. Принцип их работы основан на перемещении мембран измерительных камер по мере поступления в них газа. Впуск и выпуск газа вызывает движение стенок камер, что в свою очередь приводит в движение счетный механизм. Число сокращений и расширений камер при этом пропорционально объему проходящего через прибор газа.
Данные приборы обладают широким диапазоном и относительно недороги, однако из-за невысокой точности, неустойчивости к повышенному давлению и невозможности измерения больших расходов, они являются практически неприменимыми в промышленной сфере.
Ротационный расходомер
В измерительной камере ротационного расходомера находятся два ротора, расположенные поперек потока и соединенные шестернями так, что одним краем каждый ротор касается стенки камеры, а противоположным – другого ротора. При поступлении воздуха роторы под его напором приходят в движение и начинают обкатываться друг по другу, отсекая определенные порции газа так, что каждый оборот соответствует определенному объему. Счетчик посредством механической передачи фиксирует число вращений роторов, а затем это значение переводится в значение объема.
Данные расходомеры имеют широкий диапазон, низкую погрешность и высокую стабильность, однако крайне восприимчивы к загрязнению, имеют подвижные части и могут использоваться только для относительно малых диаметров.
Измерение по перепаду давления
Чаще всего данный способ предполагает использование диафрагмы. В этом случае в трубопроводе для сужения потока устанавливается диафрагма, обычно представляющая собой пластину с отверстием в середине. Давление проходящего через диафрагму газа падает, при этом разница давлений до сужения и после него пропорциональна скорости, а значит и расходу проходящего газа. Используя дифференциальные датчики давления, можно узнать разницу давлений и перевести эти значения в значение расхода.
Еще одним прибором, использующим перепад давления для измерения расхода, является труба Вентури. В этом устройстве сужение и расширение трубопровода происходят постепенно. Труба представляет собой два усеченных конуса, соединенных узкими концами. При этом конус расширения имеет большую длину, чем конус сужения.
Подвидом трубы Вентури можно считать измерительное сопло, в котором, присутствует конус сужения, но в отличие от трубы Вентури, отсутствует расширяющаяся часть. Данный прибор используется в случае, если турбулентность потока крайне высока.
Также существуют расходомеры, в которых сужение потока создается при помощи клинового ограничителя. В остальном данные расходомеры аналогичны прочим приборам, использующим принцип измерения по перепаду давления.
Преимуществом данных расходомеров является достаточно высокая точность измерения, а также не столь значительное повышение стоимости при увеличении диаметра трубопровода. Основным недостатком же является то, что установленная диафрагма вызывает значительные потери напора проходящего по трубопроводу газа. Труба Вентури создает гораздо меньшие потери, чем диафрагма, однако является достаточно габаритной и дорогой. Кроме этого данные расходомеры плохо применимы при небольших значениях расхода.
На следующем графике можно увидеть значения потерь давления для разных типов сужающих устройств:
Подобрать расходомер, подходящий для решения Вашей задачи, можно в каталоге продукции или обратившись к нашим техническим специалистам.
Трубка Пито / трубка Прандтля
Обычно трубка Пито представляет собой изогнутый под прямым углом стержень, опускаемый в поток таким образом, что проходящий по трубопроводу воздух натекает на отверстие в кончике трубки. Этот воздух создает общее, полное давление. Если в стенках трубки, на некотором расстоянии от кончика, имеются отверстия, воздействуя на которые воздух создает статическое давление, такой прибор называется трубкой Прандтля. Трубка Прандтля позволяет вычитать из значения общего давления значение статического, получая таким образом значение динамического давления, которое затем пересчитывается в скорость и затем в расход.
Кроме данной конструкции прибора имеется также версия, при которой трубка не изогнута под углом, а является полностью прямой. Она погружается в трубопровод на всю длину и имеет отверстия со стороны наплывающего потока по всей длине трубки. Это позволяет измерять скорость не только в центре трубопровода, но по всему диаметру, что уменьшает погрешность расчетов, так как скорость потока отличается в центре трубопровода и ближе к краям.
Еще более усовершенствованная трубка Пито сходна с предыдущей конструкцией, но имеет ряд отверстий также и со стороны, обратной стороне напора, на которых производится измерение только статического давления. Измеряя разницу давлений с двух сторон прибора, определяется скорость потока. Данная версия устройства также может быть отнесена к датчикам расхода по перепаду давления.
К достоинствам этих приборов относится относительно невысокая стоимость и низкие потери давления. Недостатком можно считать то, что датчик является крайне чувствительным к отклонениям потока от оси измерения (например, в результате турбулентности или движения самого прибора) и то, что для определения расхода необходимо также знать все параметры, влияющие на плотность газа (давление, температуру, влажность). Кроме этого, одним из недостатков является то, что точность этих расходомеров значительно понижается при малых значениях скорости потока (см. диаграмму). К тому же приборы крайне восприимчивы к засорению.
Турбинные расходомеры представляют собой отрезок трубы с помещенным в нее ротором, опирающимся на подшипники, находящиеся в секции трубопровода. Высота ротора обычно составляет 25-30% диаметра трубопровода. В некоторых конструкциях на входе в датчик располагается струевыпрямитель. Лопасти ротора вращаются при прохождении через трубопровод газа так, что скорость вращения пропорциональна объему проходящего газа. Снаружи измерительной камеры располагается магнитная катушка, генерирующая электрический сигнал каждый раз, когда лопасти ротора пересекают магнитное поле. Каждый импульс при этом соответствует определенному объему проходящего через трубопровод газа.
К достоинствам турбинных расходомеров можно отнести то, что профиль потока и завихрения оказывают незначительное влияние на результаты измерений. Эти приборы стабильны и обладают высокой воспроизводимостью. К недостаткам относится наличие подвижных частей и чувствительность к загрязнению, что делает прибор менее надежным и требующим регулярного обслуживания. Кроме этого, как и в большинстве случаев для расчета расхода необходимо обладать информацией о давлении и температуре среды.
Действие ультразвукового расходомера основано на том, что скорость распространения ультразвука, пущенного по движению потока отличается от скорости ультразвука, распространяющегося против течения.
Расходомер может быть снабжен парой ультразвуковых излучателей, расположенных на противоположных стенках так, что направление передаваемых ими волн находится под углом 45° к потоку. Сигнал, пущенный в одном направлении движется быстрее, так как к его скорости прибавляется скорость потока, а сигнал, идущий в противоположную сторону, соответственно, замедляется. Прибор измеряет время, требующееся для передачи ультразвукового сигнала и сравнивает значения для сигнала, идущего вдоль потока и против него. Исходя из этих значений рассчитывается значение скорости потока, которая потом переводится в расход.
Другая разновидность ультразвуковых расходомеров использует для измерения эффект Доплера. В этом случае два датчика устанавливаются на одной стенке трубопровода. Ультразвуковая волна от одного излучателя проходит сквозь поток, отражается и, возвращаясь, попадает на второй. Согласно эффекту Доплера, при наличии движения между передатчиком и приемником, частота и длина волн изменяются пропорционально скорости движения. Вычислив разницу частот излучателя и приемника, можно определить скорость потока и, следовательно, расход.
В более сложных ультразвуковых расходомерах может использоваться несколько пар излучателей, расположенных по всей окружности трубопровода.
Ультразвуковые расходомеры обладают большим количеством преимуществ (простота монтажа, точность, надежность, широкий диапазон измерений, возможное высокое давление среды), однако стоят крайне дорого. Значительно более высокая стоимость по сравнению с прочими типами счетчиков расхода является главным недостатком ультразвуковых расходомеров. Кроме этого, показания точности сильно зависят от конкретных условий потока.
Классификация расходомеров газа – часть 1Классификация расходомеров газа – часть 3
Преимущества ламинарных систем
Встроенная комплексная система обеззараживания и очистки воздуха уничтожает до 99% болезнетворных микробов, включая возбудителей туберкулеза и плесневые грибы. Полностью удаляются дым, аллергены и неприятные запахи.
Ламинарные системы обеспечивают:
- требуемые параметры температуры и влажности воздуха;
- многоступенчатую высокоэффективную очистку поступающего воздуха;
- подачу воздуха по заданным направлениям;
- рациональную организацию движения воздуха между помещениями;
- воздухообмен с удалением вредных выделений;
- очистку внутреннего воздуха высокого качества;
- перемещение отработанного воздуха из операционного блока.
Критерии чистоты операционного блока
В Уральском Центре по эндопротезированию 5 операционных залов, в которых проводится 4500 операций на суставах в год.
Ламинарный поток воздуха в операционных Центра обеспечивает класс чистоты 1А. В помещениях с ламинарной системой вентиляции движение воздуха происходит через рабочую зону в одном направлении. Скорость движения около 4 м/с. Все взвешенные в воздухе загрязнения сразу удаляются, что минимизирует риск развития инфекционных осложнений.
Остались вопросы по замене сустава?
Ламинарный поток воздуха
Ламинарным потоком условно можно назвать течение среды (жидкости или газа) без образования турбулентностей. Воздух, пожалуй, одна из самых распространенных сред, к которой чаще всего предъявляют требования по ламинарности потока. Дело в том, что ламинарный поток воздуха широко используется для обеспечения и гарантии чистоты в чистых помещениях в таких ответственных областях, как:• Производство и разработка лекарственных средств;• Производство электроники и оптики;• Здравоохранение. Хирургия.
Чистые помещения содержат большое количество мер и устройств для поддержания и контроля чистоты внутри. Одной из таких мер является подача внутрь помещения ламинарного потока воздуха либо во все внутренне пространство, либо в одну из его частей. Данная мера, позволяет гарантировать не попадание загрязнений в виде частиц внутрь зоны, которая находится под воздействием ламинарного потока воздуха. Направления данного потока могут быть как горизонтальными, так и вертикальными.Принимая во внимание, что вышеупомянутые области применения очень ответственные и требовательные к выполнению требований, логичным образом появляется необходимость контролировать ламинарность потока воздуха. Будучи незаметным глазом, поток воздуха может перестать выполнять свои защитные функции при переходе к турбулентному потоку.
Как же контролировать ламинарный поток воздуха? Одним из основных критериев для контроля ламинарности потока является скорость течения воздуха. В том случае, когда скорость воздуха увеличивается и достигает определенных значений поток переходит от ламинарного к турбулентному. Поэтому лучшим устройством для контроля ламинарности потока подаваемого внутрь чистого помещения воздуха является датчик скорости производства фирмы Schmidt Technology, специализирующейся на датчиках для чистых помещений. Датчики устанавливается непосредственно рядом с рабочей областью (модель SS 20.400) , либо в области подачи воздуха которая, как правило, располагается на потолке (модель SS 20.515).
Подобные датчики должны обладать очень низким порогом срабатывания (от 0,05 м/c), и относительно небольшим диапазоном измерения (0,05 – 5 м/c, в зависимости от параметров). Ведь грань между ламинарным потоком воздуха и турбулентным потоком воздуха весьма тонкая.
Режимы движения воздуха ламинарный и турбулентный
Изучение свойств потоков жидкостей и газов очень важно для промышленности и коммунального хозяйства. Ламинарное и турбулентное течение сказывается на скорости транспортировки воды, нефти, природного газа по трубопроводам различного назначения, влияет на другие параметры. Этими проблемами занимается наука гидродинамика.
В научной среде режимы течения жидкости и газов разделяют на два совершенно разных класса: ламинарные (струйные); турбулентные. Также различают переходную стадию. Кстати, термин «жидкость» имеет широкое значение: она может быть несжимаемой (это собственно жидкость), сжимаемой (газ), проводящей и т. д.
Еще Менделеевым в 1880 году была высказана идея о существовании двух противоположных режимов течений. Более подробно этот вопрос изучил британский физик и инженер Осборн Рейнольдс, завершив исследования в 1883 году. Сначала практически, а затем с помощью формул он установил, что при невысокой скорости течения перемещение жидкостей приобретает ламинарную форму: слои (потоки частиц) почти не перемешиваются и движутся по параллельным траекториям. Однако после преодоления некоего критического значения (для различных условий оно разное), названного числом Рейнольдса, режимы течения жидкости меняются: струйный поток становится хаотичным, вихревым – то есть, турбулентным. Как оказалось, эти параметры в определенной степени свойственны и газам.
Существуют два режима движения воздуха: ламинарный и турбулентный и ламинарный режим характеризуется упорядоченным движением частиц воздуха по параллельным траекториям. Перемешивание в потоке происходит в результате взаимопроникновения молекул. При турбулентном режиме движение частиц воздуха хаотично, перемешивание обусловлено взаимопроникновением отдельных объемов воздуха и поэтому происходит значительно интенсивнее, чем при ламинарном режиме.
При стационарном ламинарном движении скорость воздушного потока в точке постоянна по величине и направлению; при турбулентном движении ее величина и направление переменны во времени.
Турбулентность является следствием внешних (заносимых в поток) или внутренних (генерируемых в потоке) возмущении?. Турбулентность вентиляционных потоков, как правило, внутреннего происхождения. Ее причина — вихреобразования при обтекании потоком неровно тестей и предметов.
Практические расчеты английского ученого показали, что поведение, например, воды, сильно зависит от формы и размеров резервуара (трубы, русла, капилляра и т.д.), по которому она течет. В трубах, имеющих круглое сечение (такие используют для монтажа напорных трубопроводов.
Критерием устойчивости турбулентного режима является число Рейнольдса:
Re = uD/h
где и— средняя скорость движения воздуха в помещении;
D — гидравлическии? диаметр помещения;
D = 4S/P
S— площадь поперечного сечения помещения;
Р— периметр поперечного сечения помещения;
v — кинематический? коэффициент вязкости воздуха.
Число Рейнольдса, выше которого турбулентное движение устойчиво, называется критическим. Для помещений оно равно 1000—1500, для гладких труб — 2300. В помещениях движение воздуха, как правило, турбулентное; при фильтрации (в чистых помещениях) возможен как ламинарный, так и турбулентный режим.
Ламинарные устройства применяются в чистых производственных помещениях и служат для раздачи больших объемов воздуха, предусматривая наличие специально спроектированных потолков, напольных вытяжек и регулирования давления в помещении. В этих условиях работа распределителей ламинарного потока гарантированно обеспечивает требуемый однонаправленный поток с параллельными линиями тока. Высокая кратность воздухообмена способствует подержанию в приточном потоке воздуха условий, близких к изотермическим. Потолки, спроектированные под распределение воздуха при больших воздухообменах, за счет большой площади обеспечивают маленькую начальную скорость воздушного потока. Работа вытяжных устройств, расположенных на уровне пола, и контроль давления воздуха в помещении сводят к минимуму размеры зон рециркуляции потоков, и легко срабатывает принцип «одного прохода и одного выхода». Взвешенные частицы прижимаются к полу и удаляются, поэтому риск возникновения их рециркуляции невелик.
Мы поможем в написании ваших работ!
