Оценка достоверности показаний анемометров
С.И. Васильев канд. техн. наук,
А.В. Калашников,
С.А. Калашников,
Сибирский Федеральный университет, г. Красноярск
Этими приборами безопасности, предназначенными для определения скорости ветра и моментального автоматического отключения рабочих механизмов машины в случае достижения опасной для нее скорости ветра, снабжены многие грузоподъемные краны. В эксплуатации анемометры часто устанавливаются с отклонением от вертикального положения, что искажает их показания. Проведено экспериментальное исследование влияния точности установки на точность измерения скорости ветра.
Для измерения скорости или давления ветра, а иногда и его направления, на грузоподъемных машинах правилами устройства и безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов регламентируется применение анемометров [1, 2]. Это позволяет предупредить аварии от воздействия внезапного сильного ветра. Башенные краны с высотой до верха оголовка башни более 15 м, козловые краны с пролетом более 16 м, портальные краны, мостовые краны-перегружатели должны быть снабжены анемометром, автоматически включающим звуковой или световой сигнал при достижении указанной в паспорте предельной скорости ветра для рабочего состояния крана.
Помимо сигнализации анемометры используются также в качестве предохранительных устройств, автоматически выключающих в опасные моменты электропитание крановых механизмов и включающих рельсовые захваты.
Наибольшее распространение получили вертушечные анемометры как более точные и надежные. Вертушечный анемометр через понижающий редуктор связан с механизмом, например, диском, снабженным упором для пуска реле времени, цикл срабатывания которого меньше времени одного оборота диска при критической скорости ветра. Такое устройство повышает надежность и упрощает конструкцию прибора.
Для башенных и других кранов широко используется сигнальный анемометр М-95 и его улучшенный вариант М-95М.
Анемометр состоит из датчика и пульта, соединенных кабелем. Датчик представляет собой вертушку с вогнутыми лопастями и тремя полуцилиндрами, которая вращает генератор, преобразуя скорость ветра в пропорциональное электрическое напряжение. Оно подается на стрелочный прибор и сравнивается с опорным (контрольным) напряжением.
Место установки прибора выбирается в соответствии с нормативными документами. На рис. 1 приведена рекомендуемая заводом изготовителем схема установки вертушечного анемометра.
Шкалу прибора выполняют в двух вариантах - от 2 до 25 для башенных кранов или от 2 до 50 м/с для кранов другого типа. Погрешность измерения скорости ветра составляет ±(1 + 0,05 V), м/с, где V - измеряемая скорость ветра, м/с.
Срабатывание сигнализации настраивается заводом по заданной предельной скорости ветра на заданной высоте с точностью ±0,3 м/с. При настройке анемометра табличную расчетную скорость ветра умножают на коэффициент 0,95 с учетом точности работы пульта.
Датчик ветровой нагрузки работает в диапазоне температур от -60 до +50°С. Пульт, расположенный в кабине крановщика, действует в диапазоне температур от -40 до +50°С, максимально возможное расстояние между датчиком и пультом управления 100 м.
Анемометры устанавливают обычно на крыше кабины или на каркасе крана, т. е. в месте, доступном для хорошего обдува приемника прибора ветром и удобном для обслуживания.
Опыт эксплуатации грузоподъемных кранов показывает, что правила установки анемометров чаще всего нарушаются, отклонения от вертикального положения рабочей части прибора составляет более 15 град. На рис. 2 приведен пример неправильной установки анемометра на башенном кране С-981.
В лабораторных условиях проведено исследование влияния точности установки анемометра на точность измерения им скорости ветра, для чего был разработан и реализован план од-нофакторного эксперимента.
Исследование проводилось в лабораторных условиях на установке СКН-АС2 (стенд контроля и наладки анемометров сигнальных), создающей скорость потока ветра не менее предельной скорости ветра, обозначенной для конкретного анемометра, с погрешностью не более 3% по верхнему пределу (рис. 3).
В проведенном эксперименте датчик скорости ветра устанавливался в потоке воздуха в соответствии с инструкцией на аэродинамическую установку на одинаковом расстоянии от аэродинамической трубы. Значение скорости потока воздуха составляло 12 м/с, что соответствует ветровому району Красноярского края.