装配图风机状态测试系统的总体设计

装配图风机状态测试系统的总体设计,装配,风机,状态,状况,测试,系统,总体,整体,设计 摘要风机状态测控系统是在风机运转的过程中，实现风机性能基本参数的采集、分析、计算风机性能参数并绘制性能曲线(流量全压曲线、流量功率曲线、流量效率曲线)并通过采集与处理的信号信息对风机的转速的变频调速控制的过程。风机性能试验对于成品的检验和新产品的设计开发都至关重要，特别是对于大型、特型风机以及单件、小批量而且气流特性有特殊要求的情况，性能试验尤为重要。目前，我国风机性能检测大多以手工为主，存在试验手段落后，劳动量大和测试结果不准确等缺点。采用先进的虚拟仪器技术，将传感技术、仪器技术和测试技术结合起来，进行风机性能参数的自动检测，试验数据的自动处理和性能曲线的自动绘制是本文研究的重点。本文采用虚拟仪器技术，进行了风机性能试验自动测试系统的硬件及软件设计。硬件上在风机机械结构基础上采用压差传感器、压力传感器和扭矩传感器检测各试验数据，实现了试验数据的自动采集;利用变频调速技术控制变频调速器输出信号的频率，实现了风机转速的自动调节。软件上在Labview虚拟仪器开发平台上，采用模块化设计方法，实现了采集信号的实时显示、控制信号的准确输出、试验数据的正确处理及应用最小二乘法对性能参数进行拟合从而实现了性能曲线的自动绘制。整个系统具有界面友好、操作方便、功能齐全等优点，试验结果表明研制基于虚拟仪器的风机性能自动测试系统，增加了试验过程的稳定性，避免了人为的读数误差、计算误差以及相关数据不能同时记录所引起的试验结果的偏差.提高了测试精度和试验效率。可广泛应用于科研院所和风机生产厂家，具有较高的推广与应用价值。关键词：风机性能；风机测试；风机控制；虚拟仪器；数据采集；Labview。AbstractFan Performance measurement and control system is functioning in Blower in the process of achieving fan of the basic parameters of the collection, analysis, calculated performance parameters and the mapping of fan performance curve (flow - all of pressure, flow - power curve, traffic - the efficiency curve) And through acquisition and processing of signals to the speed of the fan VVVF control of the process. Fan performance test for the finished product testing and new product design and development are crucial, especially for large, special-fan and a single, small volume and flow characteristics of the special requirements of the situation, the performance test is particularly important. At present, Chinas Fan Performance testing mostly manual-based, test means there behind, and the labor of inaccurate test results and other shortcomings. Using advanced virtual instrument technology, sensor technology, instrumentation and test technologies, a fan performance parameters of automatic detection, automatic processing of test data and performance of the automatic drawing is the focus of this paper. In this paper, virtual instrumentation, a fan of automatic test system tests the hardware and software design. Hardware on the use of pressure sensors, pressure sensors and torque sensors detect the test data, and the test data collected automatically the use of Frequency Control Technology Control VVVF output signals in the frequency, the fan speed to achieve the automatic adjustment. In Labview software development platform virtual instrument, the modular design, and the acquisition of real-time signal that the exact output control signals, the test data processing and application of the correct method of least squares fitting parameters to achieve the performance Curve of automatic drawing. The entire system is user-friendly, easy to operate, fully functional advantages, test results showed that the development of virtual machines based on the fan performance automated test systems, to increase the stability of the trial process, to avoid the artificial reading error, error and related data can not be Records of the test results caused by the deviation. Improve the accuracy of the test and test efficiency. Can be widely used in scientific research institutes, and fan manufacturers, and the promotion of high value. Key words: Fan performance; Fan testing; fan control; virtual instruments; data collection; Labview.目录摘要（中文）- （英文）-第一章 概述-11.1 风机简述-11.2 风机测试系统的发展-11.3 基于虚拟仪器的风机测试系统-1第二章 系统总体方案的设计-32.1 风机性能测试方法-32.2 虚拟仪器技术及其应用-52.3 风机测试系统的总体方案-5第三章 风机硬件系统的设计-73.1 风机机械硬件总体设计-73.2 机械结构设计计算-73.3 风机转速调节装置的设计-183.4 风机测试传感器的设计选用-203.5 风机测试系统数据采集卡-23第四章 系统软件的设计-254.1 虚拟仪器的硬件系统-254.2 虚拟仪器的软件系统-264.3 Labview简介-264.4 测试系统主界面的设计-27第五章 结束语-29参考文献-30第一章 概述随着机械技术、微电子技术和信息技术的飞速发展，机械技术、微电子技术和信息技术的相互渗透也越来越快。要实现系统或产品的短、小、轻、薄和智能化，达到节省能源、节省材料、实现多功能、高性能和高可靠性的目的，机械与电子结合就成为了现代科技发展的趋势。对于风机的自动测控系统就是一个机械电子结合的范例。1.1风机简述风机是把原动机的机械能转变为气体能量的一种机械,它是用来提高气体压力,并输送气体的机械,是透平机械中的一种1。风机按工作压力提高的程度来分,可以分为四种：1） 风扇(250kPa或压比3.5)压缩机的压比又称压缩比，是压缩机出口与进口处气体压力之比。风机使用面广，种类繁多，在工业生产中利用风机产生的气流做介质进行工作，可实现清选、分离、加热烘干、物料输送、通风换气、除尘降温等多种工作2。1.2风机测试系统的发展由于风机理论至今仍欠完善，所以风机性能参数的获取主要依赖于性能试验。风机性能试验是在风机转速不变的情况下，改变风机的流量，检测风机各性能参数，并绘制性能曲线的过程。目前，风机用户为了提高经济效益，在选择风饥时对它的各项性能指标提出了更为严格的要求如压力，流量，转速，功率噪声，可靠性等3。同时，风机生产厂家为了提高产品的竞争能力，在努力改进气动设计，提高机械加工的同时，也对风机性能试验的研究和开发给予了高度的重视。并且在电气拖动设备的运行过程中, 经常遇到这样的问题, 即拖动设备的负荷变化较大, 而动力源电机的转速却不变, 也就是说输出功率的变化不能随负荷的变化而变化。在实际中这种“大马拉小车”的现象较为普遍, 浪费能源。在许多生产过程中采用变频调速实现电动机的变速运行, 不仅可以满足生产的需要, 而且还能降低电能消耗, 延长设备的使用寿命。鼓风机系统采用变频调速, 并应用PLC或者单片机构成风压闭环自动控系统, 实现了电机负荷的变化变速运行自动调节风量, 即满足了生产需要, 又达到了节能降耗的目的1。由此可见，风机性能测控系统对于成品的检验和新产品的设计开发都至关重要，特别是对于大型、特型风机以及单件、小批量而且气流特性有特殊要求的情况，性能试验尤为重要。虚拟仪器(VI)技术是目前测控领域中最为流行的技术之一，它利用IO接口设备完成信号的采集、测量与调理，利用计算机软件实现信号数据的运算、分析和处理，利用显示器丰富的显示功能来多形式地表达和输出检测结果，在此基础上，构成一个具有完整测试功能的计算机仪器系统，即虚拟仪器。虚拟仪器具有传统仪器的基本功能，同时又能根据用户的要求随时进行定义，实现多种多样的应用需求，具有扩展灵活、界面友好、操作简便、性价比高等特点，目前，虚拟仪器技术在许多领域都得到广泛应用4。1.3基于虚拟仪器的风机测试系统现代科学技术的进步以计算机技术的进步为代表，不断更新的计算机技术从各个层面上影响、引导各行各业的技术更新。基于计算机技术的虚拟仪器以不可逆转的力量推动着测控技术的革命。虚拟仪器系统的概念不仅推进了以仪器为基础的测控系统的改造，同时也影响了以数据采集为主的测试系统构造方法的进化，过去独立分散、互不相干的许多领域，在虚拟仪器系统的概念下，正在逐渐靠拢、相互影响，并形成新的技术方法和技术规范。虚拟仪器技术能充分利用计算机独具的运算、存储、回放、调用、显示及文件管理等智能化功能，同时把传统仪器的专业化功能和面板控件软件化，使之与计算机融为一体，构成一台从外观到功能都完全与传统硬件仪器相同，同时又充分享用计算机智能资源的全新仪器系统。应用虚拟仪器技术，可以用较少的资金、较少的系统开发和维护费用，用比过去更少的时间开发出功能更强、质量更可靠的产品和系统56。所以，为提高风机性能试验测试系统的性能，并考虑到风机生产厂家及科研院所的实际需求，本课题采用在现有风机性能试验台的基础上利用计算机技术、电子技术、仪器技术的结合(即虚拟仪器)，设计一种具有如下特点的计算机辅助风机性能自动测试与分析系统。(1)自动采集风机性能试验数据，且各项参数指标达到国家规定标准。(2)自动控制风机转速。(3)自动进行数据处理，且实现数据的存储、打印、查询等功能。(4)自动绘制风机性能曲线。(5)系统界面友好，操作方便，便于用户使用。论文的主要任务是以虚拟仪器为设计目标，选用适合的测试手段与测试方法，进行风机性能试验台的软硬件设计，实现试验数据自动采集与数据处理并最终生成风机性能曲线。目录附件1：开题报告-共8页附件2：机械图纸-共7页附件3：测试程序-共4页附件4：外文翻译（中文）-共7页附件5：外文翻译（英文）-共7页风机状态测试系统的总体设计开题报告班级（学号） 机040537 姓名 张新泉指导教师 王会香一、 综述1. 课题研究的目的和意义随着机械技术、微电子技术和信息技术的飞速发展，机械技术、微电子技术和信息技术的相互渗透也越来越快。要实现系统或产品的短、小、轻、薄和智能化，达到节省能源、节省材料、实现多功能、高性能和高可靠性的目的，机械与电子结合就成为了现代科技发展的趋势。风机是把原动机的机械能转变为气体能量的一种机械,它是用来提高气体压力,并输送气体的机械,是透平机械中的一种。风机按工质压力提高的程度来分,可以分为四种：1） 风扇(250kPa或压比3.5) 压缩机的压比又称压缩比，是压缩机出口与进口处气体压力之比。风机使用面广，种类繁多，在工业生产中利用风机产生的气流做介质进行工作，可实现清选、分离、加热烘干、物料输送、通风换气、除尘降温等多种工作。由于风机理论至今仍欠完善，所以风机性能参数的获取主要依赖于性能试验。风机性能试验是在风机转速不变的情况下，改变风机的流量，检测风机各性能参数，并绘制性能曲线的过程。目前，风机用户为了提高经济效益，在选择风饥时对它的各项性能指标提出了更为严格的要求如压力，流量，转速，功率噪声，可靠性等。同时，风机生产厂家为了提高产品的竞争能力，在努力改进气动设计，提高机械加工的同时，也对风机性能试验的研究和开发给予了高度的重视。并且在电气拖动设备的运行过程中, 经常遇到这样的问题, 即拖动设备的负荷变化较大, 而动力源电机的转速却不变, 也就是说输出功率的变化不能随负荷的变化而变化。在实际中这种“大马拉小车”的现象较为普遍, 浪费能源。在许多生产过程中采用变频调速实现电动机的变速运行, 不仅可以满足生产的需要, 而且还能降低电能消耗, 延长设备的使用寿命。鼓风机系统采用变频调, 并应用PLC或者单片机构成风压闭环自动控系统, 实现了电机负荷的变化变速运行自动调节风量, 即满足了生产需要, 又达到了节能降耗的目的1。由此可见，风机性能测控系统对于成品的检验和新产品的设计开发都至关重要，特别是对于大型、特型风机以及单件、小批量而且气流特性有特殊要求的情况，性能试验尤为重要。虚拟仪器(VI)技术是目前测控领域中最为流行的技术之一，它利用IO接口设备完成信号的采集、测量与调理，利用计算机软件实现信号数据的运算、分析和处理，利用显示器丰富的显示功能来多形式地表达和输出检测结果，在此基础上，构成一个具有完整测试功能的计算机仪器系统，即虚拟仪器。虚拟仪器具有传统仪器的基本功能，同时又能根据用户的要求随时进行定义，实现多种多样的应用需求，具有扩展灵活、界面友好、操作简便、性价比高等特点，目前，虚拟仪器技术在许多领域都得到广泛应用2。2.课题的研究现状及已有成果风机在国民经济各部门中运用十分广泛。为使风机能经常在高效区运行，需参照风机性能曲线来选择风机的运行工况点，风机性能测控是科学、合理、客观地评价其性能指标的方法。（一）目前，我国通风机性能测试方法以传统常规方法为主，它存在着参与人员多、可靠性差、测试效率低等弊端，给通风机设计、使用、教学、科研等部门对其性能研究带来诸多不便。为适应现代试验技术的要求，国内已开展了通风机性能自动测试的研究。如西安交通大学、华中科技大学、河北农业大学相继开发了风管型风机性能试验自动测试装置，推动了自动化测试技术在通风机领域的应用。上海理工大学为上海哈格诺克冷气机有限公司研制的空调风机性能自动测试系统，虽然采用风室装置，但仅适应于大、中型空调风机性能测试3。（二）对于风机等设备运行状态进行实时监测，并对运行数据进行分析，绘出历史及实时趋势，运用神经网络对故障进行估计和预测，就故障程度、检修紧迫性给予积极可靠的指导，对于设备保持安全运行，故障排除，避免设备过早报废，为挽回大量的经济损失有难以估量的作用。基于matlab强大的信号及数据处理能力，并结合delphi的面向对象设计方法，极好地实现了上述功能4。（三）近年来，随着数字信号处理器DSP的发展，DSP芯片以其性价比高、运算速度快、丰富的信号处理指令而逐步应用到信号处理和控制领域，如图1所示，成为新一代智能仪器仪表的系统核心，在自主研制的风机运行状态微机实时监测系统RMMD03的基础上，开发了基于DSP的风机状态通用远程监测系统RMMD05，实现运行状态采集、分析与故障诊断，实时监测运行状态，并通过CAN总线将数据传输至监控服务器进行状态显示、数据管理与精密故障诊断分析，有效地防止故障的发生，确保风机长周期安全、可靠、有效地运行，具有重大的经济效益和现实意义5。图1dsp数字信号处理系统（四）小型风机性能测试的研究，充分利用原有的风室型出口式风机性能试验装置，融入现代虚拟仪器技术，通过串口通讯，建立了一套基于PC机的风机性能自动采集系统。1）自动采集测试系统的硬件结构系统使用串口通讯数据采集，硬件配置是以计算机为核心，采用上海天沐自动化仪表有限公司生产的NS-ZX型智能巡回检测仪、高精度的传感器及变送器，实现风机性能测试数据的自动采集。图2为硬件结构3。2）串口通讯仪表内部数据用16进制表示，仪表通讯传输是将16进制数据转化为标准ASCII码（即一字节的16进制数转化为2个ASCII码高4位ASCII码+低4位ASCII码）。NS-ZX巡检仪数据按地址传输，以三字节数据传输格式与PC机通讯。图2硬件结构3）自动采集测试系统的软件设计本系统是基于LabVIEW开发平台设计的软件，完全运行于Windows环境中，Windows友好的图形界面，使操作简单、方便，使用可视化的开发工具可实现风机性能测试可视化。图3为软件流程图。图3 软件流程图4）优势与前景一个智能风机性能测试和诊断系统，系统根据虚拟仪器技术的原理进行设计，利用LabVIEW 提供的丰富的库函数进行信号采集、分析和处理，实现了常用实验风机性能的测试和诊断。系统中所有的分析和处理功能均用软件实现，完全不需借助示波器、万用表、信号发生器等常规测量设备，操作简单，智能性强2。对于机电一体化发展迅速的现代制造业，计算机及相关软件对机械系统的控制首先要求对机械系统运行状态的准确时时的监测与反馈，在测试系统的正确检测下控制系统才能发挥时时控制的作用。因此，测试系统的时时化、直观化是未来的发展趋势。对于风机控制系统一般采用变频调速有以下研究成果：（一）变频调速装置,在鼓风机系统出口的管道上安装压力变送器, 测定管道的风量变化, 通过PLC 对管道压力信号的变换和处理, 为变频调速装置提供参变量, 实现对频率的自动调整, 也就是说对电机的转速进行调整, 以达到根据负荷变化调整输出功率, 节能降耗的目的。经过比较, 我们选用日本富士变频器FRN45P9S- 4, 德国西门子公司可编程序控制器S7- 200, 组成风压变频调速自动控制装置1。1.硬件组成各部分主要功能分述如下(1) 操作台。实现系统操作控制及参数的设定与显示。(2) 可编程序控制器。选用S7- 200 可编程序控制器及EM235 模拟量I/O 模块, 完成风压信号和操作信号可输入以及PLC 的控制输出。(3) 变频器。选用FRN45P9S- 4 变频器, 具有手动和自动调速功能。(4) 切换装置。由继电器、接触器, 开关等组成, 实现1 台变频器控制3 台鼓风机的切换, 以及在变频器故障时鼓风机的旁路工频运行。(5) 压力变送器。选用CECY 型电容器式变送器, 测定管道的风量变化。2.软件PLC 软件采用梯形图语言, 实现各种逻辑顺序控制, 风压闭环控制等。在软件设计中利用PLC 定时中断功能完成数据采样, 数字滤波,PID 运算及控制输出。3.运行结果变频调速装置安装投入运行后, 风门全部打开,风量( 压力) 控制自动化, 降低劳动强度, 故障率降低;运行参数观测直观, 可同时显示压力、频率、转速、电压、电流、转矩等运行参数; 管道阀门全部打开, 节门损失大大降低。（二）为了实现电压-频率协调控制，可以采用转速开环恒压频比带低频电压补偿的控制方案，这就是常用的通用变频器控制系统。如图411 图4 pwm 交-直-交变频调速原理现代通用变频器大都是采用二极管整流和由快速全控开关器件 IGBT 或功率模块IPM 组成的PWM逆变器，构成交-直-交电压源型变压变频器，已经占领了全世界0.5500KVA 中、小容量变频调速装置的绝大部分市场。二、研究内容以计算机及软件检测并控制风机的运行状态为研究方向。主要研究内容有：设计风机整体机械构架，系统硬件部分是整个测试试验的基础。（如图5）在系统中，硬件部分主要由风机、风管、电动机、传感器、步进电机、流量调节挡板、变频调速器、计算机、数据采集板等组成。硬件设计主要完成了风机工况的调节、风机转速的调节、风机各试验数据的采集等工作。其中风机工况的调节利用了原有系统，风机转速的调节采用变频器实现7。具体机械设计内容：1、根据功率选择电动机 2、连轴器的选型 3、渐开线鼓风箱的设计计算 4、风机叶片的设计与选型 5、风机进风管的设计计算 6、风机轴承的设计计算及选型 7、风机变频器的选择与设计设计并选择传感器（检测风机基本运行参数），试验数据的检测所采用的测量仪器多为传感器。系统采用的传感器包括压差传感器、压力传感器和扭矩传感器。压差传感器主要用于检测流量，压力传感器主要用于检测静压，扭矩传感器主要用于检测功率信号2。进风调节柄进风管压力传感器压差传感器风管支座鼓风室联轴器出风口叶片后支座电动机转速 转矩传感器图5风机的机械主体结构计算机获取数据的方法是通过对IO接口设备的驱动完成的。虚拟仪器系统中，I0接口设备主要是数据采集板。通过数据采集板获取数据在虚拟仪器中又称为PCDAQ(Data ACquisition数据采集)式仪器。数据采集板作为仪器系统硬件的主要组成部分，是外界电信号与PC机之间的桥梁。它不仅具有信号传输的功能，还具有信号转换和译码的功能。系统根据试验要求，一般选用的有美国NI公司的数据采集板PCI一6024E，PCI一6024E是一种性能优良低价位适合PC机及兼容机的采集板。它能完成信号采集(AD)、信号模拟输出(DA)以及定时记数等功能。他有8个模拟量输入通道(对差分输入，有4对模拟输入通道)、2个模拟量输出通道，16个数字量I0接口、2个16位的计数器(IN于记数定时) 2。软件控制与处理显示（利用LABVIEW编制程序对传感器检测到的信号进行处理及显示）。系统功能：自动采集风机的原始参数即动压、静压、转矩、转速、温度，并计算出相应的流量、效率、轴功率，绘制出压力、效率、轴功率随流量的变化的有因次和无因次曲线，打印输出曲线及数据报表。三、 实现方法及预期目标初步方案：利用压力、温度、速度等传感器采集风机基本运行参数，利用串行或并行通讯传至计算机（硬件接口或专用采集卡），利用LABVIEW编程对数据进行处理与显示在控制方面应用单片机或PLC进行控制。如图6所示。实现方法：系统采用机电一体化总体设计1、风机主体利用机械设计方法完成 2、数据采集利用传感器进行信号的转换 3、模拟信号转化成数字信号采用采集卡 4、信号处理采用虚拟仪器LABVIEW软件编程 5、风机控制采用单片机或PLC进行编程控制，使用PID或PWM方式图6初步设计实现方法显示设置数据采集传感器转化处理风机计算机数据采集卡通讯反馈控制风机控制系统主要组成如图711显示单片机设定接口PWM发生器 器驱动电路M3电压检测泵升限制电流检测温度检测电流检测URUIKR0R1R2RbVTb图7环境：LabVIEW（Laboratory Virtual instrument Engineering）是一种图形化的编程语言，它广泛地被工业界、学术界和研究实验室所接受，视为一个标准的数据采集和仪器控制软件。LabVIEW集成了与满足GPIB、VXI、RS-232和RS-485协议的硬件及数据采集卡通讯的全部功能。它还内置了便于应用TCP/IP、ActiveX等软件标准的库函数。这是一个功能强大且灵活的软件。利用它可以方便地建立自己的虚拟仪器，其图形化的界面使得编程及使用过程都生动有趣6。图形化的程序语言，又称为“G”语言。使用这种语言编程时，基本上不写程序代码，取而代之的是流程图或流程图。它尽可能利用了技术人员、科学家、工程师所熟悉的术语、图标和概念，因此，LabVIEW是一个面向最终用户的工具。它可以增强你构建自己的科学和工程系统的能力，提供了实现仪器编程和数据采集系统的便捷途径。使用它进行原理研究、设计、测试并实现仪器系统时，可以大大提高工作效率。 利用LabVIEW，可产生独立运行的可执行文件，它是一个真正的32位编译器。像许多重要的软件一样，LabVIEW提供了Windows、UNIX、Linux、Macintosh的多种版本基于LabVIEW开发平台设计的软件，完全运行于Windows环境中，Windows友好的图形界面，使操作简单、方便，使用可视化的开发工具可实现风机性能测试可视化8。预期目标：(1)自动采集风机性能试验数据，且各项参数指标达到国家规定标准。(2)自动调整风机运行工况。(3)自动控制风机转速。(4)自动进行数据处理，且实现数据的存储、打印、查询等功能。(5)自动绘制风机性能曲线。(6)系统界面友好，操作方便，便于用户使用。重点与难点：风机动平衡，信息的传送与通信，信息的处理。四、 对进度的具体安排第13 周 实习调研基本结束；第4 周 撰写并提交调研报告和开题报告；第56 周 系统的整体的方案的设计；第710 周 系统主体机械结构的设计；第1113周 制定测控系统的测控原理及测试方案的设计；第1314周 传感器的选型及测试主程序的编写；第1516周 撰写并提交毕业论文；审阅、评审并修改毕业论文；第17 周 完成毕业答辩五、 参考文献1岳伟彬 黑龙江省机场管理集团有限公司 鼓风机变频调速控制分析 20072戚新波，范 峥，陈学广 基于虚拟仪器技术的风机性能测试系统，20053宋力 汪建文 李振法/内蒙古工业大学能源与动力工程学院 通风机性能自动测试系统 20064贾庆功 张小龙/西安建筑科技大学机电学院 风机状态监测与故障诊断系统20055阳小燕 刘义伦 李学军 基于DSP的风机状态远程监测系统(1湖南科技大学机电：程学院，湖南湘潭411201；2中南大学机电工程学院，长沙410083)6邓焱，王磊. LabVIEW7.1测试技术与仪器应用M.机械工业出版社，2004.7关贞珍.风机性能试验自动测试系统J.流体机械，2002(7)：23-25.8杨乐平.LabVIEW高级程序设计M.清华大学出版社，2003.9应怀樵虚拟仪器与计算机采集测试分析仪器的发展和展望J测控技术，200010张超凡,师清翔,李济顺,等.虚拟转速转矩功率测试系统J.传感器与微系统,2006,25(2):47-49.11西南交通大学 异步电动机变频调速控制系统指导教师： 年 月 日督导教师： 年 月 日领导小组审查意见： 审查人签字： 年 月 日附录3 风机测试程序图附录3-1测试系统欢迎界面图附录3-2测试系统主界面图附录3-3信号采集子面板图附录3-4滤波子面板图附录3-5窗函数子面板图附录3-6后面板主程序图附录3-7主面板主程序风机测试来源： ASHRAE学报40 no9 35-9 S的98补充风机空气动力性能测试许多年以来人们认为对风机的性能测试的方法与规律的研究是可能而且必要的。其中第一个测试标准的推出是在1923年，它是由全国风机制造商协会与美国社会热化，并且还有风机设计工程师(ASHVE)，AMCA的前辈和ASHRAE，他们共同制定了当前ANSI/AMCA标准210-99和ANSI/ASHRAE标准51-1999，实验室测试方法为规定值扇动。ISO 5801作为美国国家标准之外，还在加拿大作为风机与飞行动力学的性能试验的国际标准。确定风扇气流容量是一般测试原则的基本量：通过一个可测量的区域指挥控制气流并且测量气流速度。 气流容量为区域的面积乘速气流的度。因为空气的流动性与区域的不确定性和因压力形状容易改变，以至于规定一个测量区域是很困难的。风速间接地被测量，一股移动的气流引起速度和空气的密度的改变从而可间接的测量空气压力。压力变化直接与空气密度和速度的平方成正比，为了使测量准确性的改善，当速度增加压力也就随之增加。风机性能是空气在通风进气口流动速率和横跨风扇的总压增量用m3/s (cfm)表示的。 输入功率是第三个参量。测试结果的准确性取决于一定数量的可变物并且不同程度对准确性有影响。AMCA有一个被检定的实验室项目。要检定实验室，测试一台特定风机在那个实验室和在AMCA实验室是必要的。 测试结果必须在+1.25%或-2.5%之内。 要达到那准确性，应密切注意所有细节，维护仪器的接近的定标都是必要的。设施类型风机，被定义成用电力驱使机器移动和改变气体的容量以获得一定能量的气体的机械设备，对风机的测试就在测试模拟装置中进行。 四个标准设施类型在表1显示标准210测试装置要确定风扇的空气动力性能，一般使用的做法是在ANSI/AMCA出版的210中的标准方法. 当使用空气作为测试气体时Anumber测试装置和演算方法是在风扇的所有类型测试系统中都可通用的，并且可以允许的灵活性的应用于其他空气能量转移的设备。在标准概述的十个测试装置中应该选择一种类型这样能合理地模拟风机设备的安装条件。基本上，常用的有四种测试装置。 这些是： 在放电输送管的皮托管横断。 在入口输送管的皮托管横断。 多喷管出口测试风室箱。 多喷管入口测试风室箱。在标准包括的其他测试装置是这些基本的类型的修改。选择适合风扇设施类型的设定是重要的。皮托导线类型设施是进行测试作业要求最低的设备，但所需的测试时间很长，因为所需较长的时间，需要多导线测量数据。喷管试验设施需要装备的是半perimanent格局，并因而费用更昂贵，但其测试的时间有很大幅度的缩短，方便进行测试。由于弹性的选择喷嘴组合相匹配的能力强，所以多喷嘴功能让许多大小扇的检验在同一设施中。出口输送管设定。一皮托导线设置是用来进行测试，在风机上安装插座槽（图2 ） 。测试释放入输送管的风扇用于出口输送管设定确定表现。取决于测量采用皮托静态管穿越管道在平面测量。矫直机是必须建立统一的流通格局和消除涡流，例如像制作tubeaxial型风扇。它可能被用来进行测试对离心式风机或轴流风机出口管道。在这个风机的设定结果被认为是设施类型B ： 自由入口，输送的出口。 一个可利用的选择是测试与模拟设施类型的入口周长和一条等效输送管直径D ： 输送的入口，输送的出口。Tubeaxial和风扇螺旋桨在风机中产生有角漩涡。为了对测试结果准确，在测试设置的选择性能测试时应该关心能使这个情况减到最小的作用。 AMCA标准210不准许测试自由的出口风机，例如推进器风扇，在皮托管横出口输送管设定。 实际上，没人对出版结果满意。当直挺器时去除漩涡，可观的能量丢失。入口输送管设定。皮托管横断设定使用在入口输送的风扇的测试(图3)。 测试从输送管的一个风扇气流用于入口输送管设定确定表现。 测量取决于表现使用横断的输送管一支空速静压管的测量皮托。 要求直挺器保证漩涡在接近通风进气口的气流不发生。在这个设定中的风机结果被认为设施类型C ： 输送的入口，自由出口。 一个可利用的选择是测试以放电输送管模仿设施类型D ： 输送的入口输送了出口。ANSIVAMCA标准210不准许测试自由的入口风机，例如推进器风扇，在一个皮托管横入口输送管设定。出口风室设定。多喷管出口风室也许被用于进行对将使用或者有或没有出口输送的供应风扇的测试(图4)。 测试风扇排风到测试风室里，也许被考虑模拟要求风机的设施提供空气给输送管系统或充满。 一个可利用的选择是测试风扇有或没有入口调节器和一条等效输送管直径模仿测试有或没有入口输送管。对于风扇的所有类型，输送或非输送，也许如此被测试。 通常，离心和轴向气流类型风扇在这个类型设施被测试。 使用出口风室，螺旋桨风扇或tubeaxial风扇也许被测试，但是风室短剖面区域必须是16倍风扇出口的区域。 这个比率是大，以便一些风扇排风在静压轻拍不反射屏幕半新forsettling的手段并且不冲击。 速度压力将给错误的静压读数。入口风室设定。多喷管入口风室也许被用于进行对将使用或者有或没有出口输送管的排气扇的测试(图5)。 从风室的测试风扇气流。 在这个设定风机表现被考虑模拟一个风扇气流的设施从输送管系统或从充满。 它也许为测试任何类型使用风扇，二者之一有或没有出口输送管。通常，推进器风扇和力量屋顶通风设备如此被测试。 这些风扇是设施类型A ： 自由入口，自由出口。 离心和轴流风机如此通常没有被测试; 然而，他们也许是，因此测试对于特别要求。基本的演算要绘制风扇空气动力性能图表，容量气流率一个必须测量数据逐点描绘在坐标图纸上一定的位置。 画光滑的曲线通过测试点代表风机性能状态(图6)。 对于这些每一个测试点，记录压力、速度、湿度和温度、功率计或瓦特的气压和扭矩被校准的电动机的输入是必要的。横皮托管演算。对于皮托管横例行试验，记录在测试输送管的速度取决于容量气流， Q。 输送管的区域在皮托管横皮托的被测量。 然后， Q =平均速度*区域面积。喷管演算。对于喷管例行试验，记录横跨喷管的降压建立气流速度使用被测量的喷嘴横截面和计算喷管系数取决于容量气流： Q =喷嘴喉部速度*喉部面积*卸料系数。每喷管的容量气流在使用中在测试期间被计算。他们的总气流率是风扇的体积流率。力量演算。力对于风扇是必需测定的，对于这个量通过使用功率计测量，或者是扭矩传感器，测量校准风机的电动机。 功率计或扭矩传感器： H= (扭矩*速度) /K，其中H是风扇力量需要的和K是在测试或扭矩读出的使用的种类的转换价值功率计。为校准风机的马达，定标数据为在测试使用的具体马达是一定的。 定标曲线必须包括瓦特输入和电动机转速对在负荷状态下或扭矩输出的输出功率。 测试风机输入功率是相同的像马达输出功率不管它是否是指挥连接或传送带控制类型风机。空气密度演算。演算取决于在测试期间的空气密度使用干球温度计温度，与在ANSI/AMCA标准包含的做法符合的湿球温度andbarometric压力210。转换测验数据工作特性取决与测试密度情况.标准规定值的目的是空气密度的转换。在这个做法，容量流依然是同样的，并且风机试验压力和校准马力对标准空气密度情况成正比。 测验数据可能被转换成匀速或是规定的测试的正常速度。匀速演算。风机的规律演算被用于计算测试结果到匀速和标准空气密度情况如下：Qc= Q(Nc/N)Ptc =Pt (Nc/N)2(dc/d)Pvc= PV(NC/N) (dc/d)Psc =Ptc -PvcHc= H(NC/N)3 (dc/d)从而有Q = volume airflow ratePt = fan total pressurePv = fan velocity pressurePs = fan static pressureH = fan power requiredN = fan speedd = fan densityc = subscript, required converted value“正常运行”速度演算。计算测试结果也许是中意的“正常运行 的速度情况。在这种情况下，测试被转换成标准空气密度情况，作为图文演示一部分，并且风扇速率必须是风机性能的一个表现数据。根据这个依据：Qc=QPtc =Pt(dc/d)Pvc=Pv(dc/d)psc = Ptc -PVcHc= H(dc/d)Nc=N评论包括在试验设备的测试的要求和类型将考虑的一些个项目建立风扇的空气动力性能只是可能的。 我们注重的测试装置几乎将模仿典型的风扇installation.AMCA出版了风扇应用指南应该选择。 它对在输送管系统安装风扇的用户是特别可贵的。 系统提出作用因素是风机性能之间的区别; 和风机安装的情况和它的试验条件。试验设备和必需的演算做法设计的具体细节可以在ANSI/AMCA标准210找到。AMCA标准220，把空气压缩向下喷成之无形门帘单位的测试方法，是概述测试性能的重要方法; 把空气压缩向下喷成之无形门帘单位的参量。 这些参量是空气容积、出口均一和速度投射。l 使用多喷管入口风室，测量空气容积气流率。 测量的气流的设定在AMCA标准210显示。 出口喷嘴或者出口叶片，把空气压缩向下喷成之无形门帘单位被指挥往什么的15度通常将被认为复制平均安装的情况的外部(图1).这种情况给用户一个规定值代表性设施。 适当的输入功率被测量完成性能准则。出口速度均从在几个皮托的一系列的最大速度规定值被计算在把空气压缩向下喷成之无形门帘单位出口附近。迅速而果断的判断选择以便给最大的变异。单位登上在测试的二表面之间。 这依顺序模仿几个单位的设施(图2)。l 速度投射演算由在几个皮托的一系列的最大速度测定值做顺流把空气压缩向下喷成之无形门帘单位出口。这个试验过程建立沿典型的单位额定的投掷(图3)顺流审查把空气压缩向下喷成之无形门帘的均一。 机040537 张新泉Fan TestingSOURCE: ASHRAE Journal 40 no9 35-9 S98 suppFan Air Performance TestingIt was recognized many years ago that rules and methods for determining fan performance were necessary.One of the first test standards was published jointly in 1923 by the National Association of Fan Manufacturers with the American Society of Heating and Ventilating Engineers (ASHVE), the predecessors of AMCA and ASHRAE respectively, who have jointly sponsored the current ANSI/AMCA Standard 210-99 and ANSI/ASHRAE Standard 51-1999,Laboratory Methods of Testing Fans for Rating. In addition to its status as an American National Standard, it is accepted in Canada and included in the international standard on fan aerodynamic performance testing, ISO 5801.The principle used to determine the fan airflow volume is basic: direct the airflow through a measurable area and measure the airflow velocity. The airflow volume equals the velocity times the area. It is not too difficult to measure an area, particularly if it is round and not too likely to change shape with pressure fluctuations. The air velocity is measured indirectly; a moving airstream generates a measurable pressure that changes with the velocity and the density of the air.The pressure varies directly with the air density and as the square of the velocity so that the measuring accuracy improves as the velocity increases.Fan performance is a statement of the air flow rate in m3/s (cfm) at the fan inlet and the total pressure increase across the fan. Input power is the third parameter.The accuracy of the test results depends on a number of variables and each affect accuracy to a different degree. AMCA has an accredited Laboratory Program. To accredit a laboratory, it is necessary to test a given fan in that laboratory and at the AMCA Laboratory. The test results must be within +1.25% or -2.5%. To achieve that kind of accuracy, it is necessary to pay close attention to all details and maintain close calibration on the instruments.Installation TypesFans, defined as power-driven machines used to move a volume of gas, are tested in setups that simulate installations. The four standard installation types are shown in Figure 1Standard 210 Test SetupsTo determine the air performance of a fan, use the procedure and methods published in ANSI/AMCA Standard 210.Anumber of test setups and calculation methods are available, permitting flexibility in testing of all types of fans or other air moving devices when using air as the test gas. The ten test setups outlined in the standard should permit selection of a design type that may reasonably simulate the fan installation conditions.Basically, there are four kinds of test setups. These are: Pitot traverse in a discharge duct. Pitot traverse in an inlet duct. Multi-nozzle outlet test chamber. Multi-nozzle inlet test chamber.The other setups included in the standard are modifications of these basic types. It is important to select a setup that fits the fan installation type.Pitot traverse type facilities require a minimum of equipment for testing purposes, but the time required to conduct a test is extensive because of the time required for the many traverse data measurements.Nozzle test facilities require equipment that is generally arranged as semi-perimanent setups and are thus more costly, but there is a considerable reduction in time to conduct a test. The multi-nozzle feature allows many sizes of fans to be tested in the same facility due to the flexibility of selecting nozzle combinations that match the fan capabilities.Outlet duct setup. A Pitot traverse setup is used to conduct tests on fans that will be installed with outlet ducts (Figure 2). An outlet duct setup is used to determine performance by testing a fan discharging into a duct. The performance is determined by measurements using a Pitot static tube for traversing the duct at the plane of measurement. A straightener is required to establish uniform flow patterns and eliminate swirl, such as that produced by tubeaxial type fans. It may be used to conduct tests on centrifugal fans or axial flow fans with outlet ducts.Fan performance on this setup is considered Installation Type B: free inlet, ducted outlet. An available option is to test with an inlet bell and one equivalent duct diameter to simulate Installation Type D: ducted inlet, ducted outlet.Tubeaxial and propeller fans produce angular swirl of the air from the fan discharge. Care should be exercised in the selection of the test setup for performance testing to minimize the effects of this condition on the test results. AMCA Standard 210 does not allow testing free outlet fans, such as propeller fans, in Pitot traverse outlet duct setups. In fact, no one would be happy with the published results.When the swirl is removed by the straighteners, considerable energy is lost.Inlet duct setup. A Pitot-traverse setup is used to conduct tests on fans that will be used with inlet ducts (Figure 3). An inlet duct setup is used to determine performance by testing a fan exhausting air from a duct. The performance is determined by measurements using a Pitot static tube for traversing the duct at the plane of measurement. A straightener is required to ensure that swirl does not occur in the airstream approaching the fan inlet.Fan performance on this setup is considered Installation Type C: ducted inlet, free outlet. An available option is to test with a discharge duct to simulate Installation Type D: ducted inlet ducted outlet.ANSIVAMCA Standard 210 does not allow testing free inlet fans, such as propeller fans,in a Pitot traverse inlet duct setup.Outlet chamber setup. Multi-nozzle outlet chambers may be used to conduct tests on supply fans that will be used either with or without outlet ducts (Figure 4). The test fan discharges air into the test chamber, which may be considered to simulate an installation requiring a fan to supply air to a duct system or a plenum. An available option is to test the fan with or without an inlet bell and one equivalent duct diameter to simulate a test with or without inlet duct.All types of supply fans, either ducted or non-ducted, may be tested in this manner. Normally, centrifugal and axial flow type fans are tested in this type facility. Propeller fans or tubeaxial fans may be tested using an outlet chamber, but the chamber cross-section area must be 16 times the area of the fan outlet. This ratio is large so that some fan discharge air does not reflect off the screens used forsettling means and impinge on the static pressure taps. The velocity pressure would give an erroneous static pressure reading.Inlet chamber setup. Multi-nozzle inlet chambers may be used to conduct tests on exhaust fans that will be used either with or without outlet ducts (Figure 5). The test fan exhausts air from the chamber. Fan performance in this setup is considered to simulate an installation of a fan exhausting air from a duct system or from a plenum. It may be used for testing any type fan, either with or without an outlet duct.Normally, propeller fans and power roof ventilators are tested in this manner. These fans are Installation Type A: free inlet, free outlet. Centrifugal and axial flow fans are not usually tested in this manner;however, they may be so tested for special requirements.Basic CalculationsTo chart fan air performance, one must measure data at selected increments of volume airflow rate and plot the calculated results on graph paper. A smooth curve is drawn through the test points to represent the fan performance (Figure 6). For each of these test points, it is necessary to record pressure, speed, dry，and wet-bulb temperatures, barometric pressure, and torque for dynamometers or watts input for calibrated electric motors.Pit