裝配圖風(fēng)機(jī)狀態(tài)測(cè)試系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)
裝配圖風(fēng)機(jī)狀態(tài)測(cè)試系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì),裝配,風(fēng)機(jī),狀態(tài),狀況,測(cè)試,系統(tǒng),總體,整體,設(shè)計(jì)
摘要
風(fēng)機(jī)狀態(tài)測(cè)控系統(tǒng)是在風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)性能基本參數(shù)的采集、分析、計(jì)算風(fēng)機(jī)性能參數(shù)并繪制性能曲線(流量——全壓曲線、流量——功率曲線、流量——效率曲線)并通過(guò)采集與處理的信號(hào)信息對(duì)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速的變頻調(diào)速控制的過(guò)程。風(fēng)機(jī)性能試驗(yàn)對(duì)于成品的檢驗(yàn)和新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)都至關(guān)重要，特別是對(duì)于大型、特型風(fēng)機(jī)以及單件、小批量而且氣流特性有特殊要求的情況，性能試驗(yàn)尤為重要。目前，我國(guó)風(fēng)機(jī)性能檢測(cè)大多以手工為主，存在試驗(yàn)手段落后，勞動(dòng)量大和測(cè)試結(jié)果不準(zhǔn)確等缺點(diǎn)。采用先進(jìn)的虛擬儀器技術(shù)，將傳感技術(shù)、儀器技術(shù)和測(cè)試技術(shù)結(jié)合起來(lái)，進(jìn)行風(fēng)機(jī)性能參數(shù)的自動(dòng)檢測(cè)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)處理和性能曲線的自動(dòng)繪制是本文研究的重點(diǎn)。
本文采用虛擬儀器技術(shù)，進(jìn)行了風(fēng)機(jī)性能試驗(yàn)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的硬件及軟件設(shè)計(jì)。硬件上在風(fēng)機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上采用壓差傳感器、壓力傳感器和扭矩傳感器檢測(cè)各試驗(yàn)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了試驗(yàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集;利用變頻調(diào)速技術(shù)控制變頻調(diào)速器輸出信號(hào)的頻率，實(shí)現(xiàn)了風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的自動(dòng)調(diào)節(jié)。軟件上在Labview虛擬儀器開(kāi)發(fā)平臺(tái)上，采用模塊化設(shè)計(jì)方法，實(shí)現(xiàn)了采集信號(hào)的實(shí)時(shí)顯示、控制信號(hào)的準(zhǔn)確輸出、試驗(yàn)數(shù)據(jù)的正確處理及應(yīng)用最小二乘法對(duì)性能參數(shù)進(jìn)行擬合從而實(shí)現(xiàn)了性能曲線的自動(dòng)繪制。整個(gè)系統(tǒng)具有界面友好、操作方便、功能齊全等優(yōu)點(diǎn)，試驗(yàn)結(jié)果表明研制基于虛擬儀器的風(fēng)機(jī)性能自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，增加了試驗(yàn)過(guò)程的穩(wěn)定性，避免了人為的讀數(shù)誤差、計(jì)算誤差以及相關(guān)數(shù)據(jù)不能同時(shí)記錄所引起的試驗(yàn)結(jié)果的偏差.提高了測(cè)試精度和試驗(yàn)效率?？蓮V泛應(yīng)用于科研院所和風(fēng)機(jī)生產(chǎn)廠家，具有較高的推廣與應(yīng)用價(jià)值。
關(guān)鍵詞：風(fēng)機(jī)性能；風(fēng)機(jī)測(cè)試；風(fēng)機(jī)控制；虛擬儀器；數(shù)據(jù)采集；Labview。
Abstract
Fan 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, China's 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.
目錄
摘要（中文）-------------------------------------------------------------------------------------Ⅰ
（英文）--------------------------------------------------------------------------------------Ⅱ
第一章 概述------------------------------------------------------------------------------------1
1.1 風(fēng)機(jī)簡(jiǎn)述--------------------------------------------------------------------------------1
1.2 風(fēng)機(jī)測(cè)試系統(tǒng)的發(fā)展-----------------------------------------------------------------1
1.3 基于虛擬儀器的風(fēng)機(jī)測(cè)試系統(tǒng)-----------------------------------------------------1
第二章 系統(tǒng)總體方案的設(shè)計(jì)------------------------------------------------------------3
2.1 風(fēng)機(jī)性能測(cè)試方法--------------------------------------------------------------------3
2.2 虛擬儀器技術(shù)及其應(yīng)用--------------------------------------------------------------5
2.3 風(fēng)機(jī)測(cè)試系統(tǒng)的總體方案-----------------------------------------------------------5
第三章 風(fēng)機(jī)硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)------------------------------------------------------------7
3.1 風(fēng)機(jī)機(jī)械硬件總體設(shè)計(jì)--------------------------------------------------------------7
3.2 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算--------------------------------------------------------------------7
3.3 風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)裝置的設(shè)計(jì)--------------------------------------18
3.4 風(fēng)機(jī)測(cè)試傳感器的設(shè)計(jì)選用------------------------------------20
3.5 風(fēng)機(jī)測(cè)試系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集卡--------------------------------------23
第四章 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)-----------------------------------------------------------------25
4.1 虛擬儀器的硬件系統(tǒng)---------------------------------------------------------------25
4.2 虛擬儀器的軟件系統(tǒng)---------------------------------------------------------------26
4.3 Labview簡(jiǎn)介-------------------------------------------------------------------------26
4.4 測(cè)試系統(tǒng)主界面的設(shè)計(jì)------------------------------------------------------------27
第五章 結(jié)束語(yǔ)------------------------------------------------------------------------------29
參考文獻(xiàn)------------------------------------------------------------------------------------------30
第一章 概述
隨著機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)和信息技術(shù)的飛速發(fā)展，機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)和信息技術(shù)的相互滲透也越來(lái)越快。要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)或產(chǎn)品的短、小、輕、薄和智能化，達(dá)到節(jié)省能源、節(jié)省材料、實(shí)現(xiàn)多功能、高性能和高可靠性的目的，機(jī)械與電子結(jié)合就成為了現(xiàn)代科技發(fā)展的趨勢(shì)。對(duì)于風(fēng)機(jī)的自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)就是一個(gè)機(jī)械電子結(jié)合的范例。
1.1風(fēng)機(jī)簡(jiǎn)述
風(fēng)機(jī)是把原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w能量的一種機(jī)械,它是用來(lái)提高氣體壓力,并輸送氣體的機(jī)械,是透平機(jī)械中的一種[1]。
風(fēng)機(jī)按工作壓力提高的程度來(lái)分,可以分為四種：
1） 風(fēng)扇(<100Pa)
2） 通風(fēng)機(jī)(0.1-15kPa)
3） 鼓風(fēng)機(jī)(15-250kPa)
4） 壓縮機(jī)(>250kPa或壓比>3.5)
壓縮機(jī)的壓比又稱(chēng)壓縮比，是壓縮機(jī)出口與進(jìn)口處氣體壓力之比。
風(fēng)機(jī)使用面廣，種類(lèi)繁多，在工業(yè)生產(chǎn)中利用風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的氣流做介質(zhì)進(jìn)行工作，可實(shí)現(xiàn)清選、分離、加熱烘干、物料輸送、通風(fēng)換氣、除塵降溫等多種工作[2]。
1.2風(fēng)機(jī)測(cè)試系統(tǒng)的發(fā)展
由于風(fēng)機(jī)理論至今仍欠完善，所以風(fēng)機(jī)性能參數(shù)的獲取主要依賴(lài)于性能試驗(yàn)。風(fēng)機(jī)性能試驗(yàn)是在風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速不變的情況下，改變風(fēng)機(jī)的流量，檢測(cè)風(fēng)機(jī)各性能參數(shù)，并繪制性能曲線的過(guò)程。目前，風(fēng)機(jī)用戶(hù)為了提高經(jīng)濟(jì)效益，在選擇風(fēng)饑時(shí)對(duì)它的各項(xiàng)性能指標(biāo)提出了更為嚴(yán)格的要求．如壓力，流量，轉(zhuǎn)速，功率．噪聲，可靠性等[3]。同時(shí)，風(fēng)機(jī)生產(chǎn)廠家為了提高產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)能力，在努力改進(jìn)氣動(dòng)設(shè)計(jì)，提高機(jī)械加工的同時(shí)，也對(duì)風(fēng)機(jī)性能試驗(yàn)的研究和開(kāi)發(fā)給予了高度的重視。并且在電氣拖動(dòng)設(shè)備的運(yùn)行過(guò)程中, 經(jīng)常遇到這樣的問(wèn)題, 即拖動(dòng)設(shè)備的負(fù)荷變化較大, 而動(dòng)力源電機(jī)的轉(zhuǎn)速卻不變, 也就是說(shuō)輸出功率的變化不能隨負(fù)荷的變化而變化。在實(shí)際中這種“大馬拉小車(chē)”的現(xiàn)象較為普遍, 浪費(fèi)能源。在許多生產(chǎn)過(guò)程中采用變頻調(diào)速實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的變速運(yùn)行, 不僅可以滿足生產(chǎn)的需要, 而且還能降低電能消耗, 延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。鼓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)采用變頻調(diào)速, 并應(yīng)用PLC或者單片機(jī)構(gòu)成風(fēng)壓閉環(huán)自動(dòng)控系統(tǒng), 實(shí)現(xiàn)了電機(jī)負(fù)荷的變化變速運(yùn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)量, 即滿足了生產(chǎn)需要, 又達(dá)到了節(jié)能降耗的目的[1]。由此可見(jiàn)，風(fēng)機(jī)性能測(cè)控系統(tǒng)對(duì)于成品的檢驗(yàn)和新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)都至關(guān)重要，特別是對(duì)于大型、特型風(fēng)機(jī)以及單件、小批量而且氣流特性有特殊要求的情況，性能試驗(yàn)尤為重要。虛擬儀器(VI)技術(shù)是目前測(cè)控領(lǐng)域中最為流行的技術(shù)之一，它利用I／O接口設(shè)備完成信號(hào)的采集、測(cè)量與調(diào)理，利用計(jì)算機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)信號(hào)數(shù)據(jù)的運(yùn)算、分析和處理，利用顯示器豐富的顯示功能來(lái)多形式地表達(dá)和輸出檢測(cè)結(jié)果，在此基礎(chǔ)上，構(gòu)成一個(gè)具有完整測(cè)試功能的計(jì)算機(jī)儀器系統(tǒng)，即虛擬儀器。虛擬儀器具有傳統(tǒng)儀器的基本功能，同時(shí)又能根據(jù)用戶(hù)的要求隨時(shí)進(jìn)行定義，實(shí)現(xiàn)多種多樣的應(yīng)用需求，具有擴(kuò)展靈活、界面友好、操作簡(jiǎn)便、性?xún)r(jià)比高等特點(diǎn)，目前，虛擬儀器技術(shù)在許多領(lǐng)域都得到廣泛應(yīng)用[4]。
1.3基于虛擬儀器的風(fēng)機(jī)測(cè)試系統(tǒng)
現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步以計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步為代表，不斷更新的計(jì)算機(jī)技術(shù)從各個(gè)層面上影響、引導(dǎo)各行各業(yè)的技術(shù)更新?；谟?jì)算機(jī)技術(shù)的虛擬儀器以不可逆轉(zhuǎn)的力量推動(dòng)著測(cè)控技術(shù)的革命。虛擬儀器系統(tǒng)的概念不僅推進(jìn)了以?xún)x器為基礎(chǔ)的測(cè)控系統(tǒng)的改造，同時(shí)也影響了以數(shù)據(jù)采集為主的測(cè)試系統(tǒng)構(gòu)造方法的進(jìn)化，過(guò)去獨(dú)立分散、互不相干的許多領(lǐng)域，在虛擬儀器系統(tǒng)的概念下，正在逐漸靠攏、相互影響，并形成新的技術(shù)方法和技術(shù)規(guī)范。虛擬儀器技術(shù)能充分利用計(jì)算機(jī)獨(dú)具的運(yùn)算、存儲(chǔ)、回放、調(diào)用、顯示及文件管理等智能化功能，同時(shí)把傳統(tǒng)儀器的專(zhuān)業(yè)化功能和面板控件軟件化，使之與計(jì)算機(jī)融為一體，構(gòu)成一臺(tái)從外觀到功能都完全與傳統(tǒng)硬件儀器相同，同時(shí)又充分享用計(jì)算機(jī)智能資源的全新儀器系統(tǒng)。應(yīng)用虛擬儀器技術(shù)，可以用較少的資金、較少的系統(tǒng)開(kāi)發(fā)和維護(hù)費(fèi)用，用比過(guò)去更少的時(shí)間開(kāi)發(fā)出功能更強(qiáng)、質(zhì)量更可靠的產(chǎn)品和系統(tǒng)[5][6]。所以，為提高風(fēng)機(jī)性能試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)的性能，并考慮到風(fēng)機(jī)生產(chǎn)廠家及科研院所的實(shí)際需求，本課題采用在現(xiàn)有風(fēng)機(jī)性能試驗(yàn)臺(tái)的基礎(chǔ)上利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)、儀器技術(shù)的結(jié)合(即虛擬儀器)，設(shè)計(jì)一種具有如下特點(diǎn)的計(jì)算機(jī)輔助風(fēng)機(jī)性能自動(dòng)測(cè)試與分析系統(tǒng)。
(1)自動(dòng)采集風(fēng)機(jī)性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)，且各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)達(dá)到國(guó)家規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。
(2)自動(dòng)控制風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速。
(3)自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，且實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、打印、查詢(xún)等功能。
(4)自動(dòng)繪制風(fēng)機(jī)性能曲線。
(5)系統(tǒng)界面友好，操作方便，便于用戶(hù)使用。
論文的主要任務(wù)是以虛擬儀器為設(shè)計(jì)目標(biāo)，選用適合的測(cè)試手段與測(cè)試方法，進(jìn)行風(fēng)機(jī)性能試驗(yàn)臺(tái)的軟硬件設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集與數(shù)據(jù)處理并最終生成風(fēng)機(jī)性能曲線。
目錄
附件1：開(kāi)題報(bào)告------------------------------------------------------共8頁(yè)
附件2：機(jī)械圖紙------------------------------------------------------共7頁(yè)
附件3：測(cè)試程序------------------------------------------------------共4頁(yè)
附件4：外文翻譯（中文）----------------------------------------------共7頁(yè)
附件5：外文翻譯（英文）----------------------------------------------共7頁(yè)
風(fēng)機(jī)狀態(tài)測(cè)試系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)
開(kāi)題報(bào)告
班級(jí)（學(xué)號(hào)） 機(jī)0405——37 姓名 張新泉
指導(dǎo)教師 王會(huì)香
一、 綜述
1. 課題研究的目的和意義
隨著機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)和信息技術(shù)的飛速發(fā)展，機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)和信息技術(shù)的相互滲透也越來(lái)越快。要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)或產(chǎn)品的短、小、輕、薄和智能化，達(dá)到節(jié)省能源、節(jié)省材料、實(shí)現(xiàn)多功能、高性能和高可靠性的目的，機(jī)械與電子結(jié)合就成為了現(xiàn)代科技發(fā)展的趨勢(shì)。
風(fēng)機(jī)是把原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w能量的一種機(jī)械,它是用來(lái)提高氣體壓力,并輸送氣體的機(jī)械,是透平機(jī)械中的一種。
風(fēng)機(jī)按工質(zhì)壓力提高的程度來(lái)分,可以分為四種：
1） 風(fēng)扇(<100Pa)
2） 通風(fēng)機(jī)(0.1-15kPa)
3） 鼓風(fēng)機(jī)(15-250kPa)
4） 壓縮機(jī)(>250kPa或壓比>3.5)
壓縮機(jī)的壓比又稱(chēng)壓縮比，是壓縮機(jī)出口與進(jìn)口處氣體壓力之比。
風(fēng)機(jī)使用面廣，種類(lèi)繁多，在工業(yè)生產(chǎn)中利用風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的氣流做介質(zhì)進(jìn)行工作，可實(shí)現(xiàn)清選、分離、加熱烘干、物料輸送、通風(fēng)換氣、除塵降溫等多種工作。由于風(fēng)機(jī)理論至今仍欠完善，所以風(fēng)機(jī)性能參數(shù)的獲取主要依賴(lài)于性能試驗(yàn)。風(fēng)機(jī)性能試驗(yàn)是在風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速不變的情況下，改變風(fēng)機(jī)的流量，檢測(cè)風(fēng)機(jī)各性能參數(shù)，并繪制性能曲線的過(guò)程。目前，風(fēng)機(jī)用戶(hù)為了提高經(jīng)濟(jì)效益，在選擇風(fēng)饑時(shí)對(duì)它的各項(xiàng)性能指標(biāo)提出了更為嚴(yán)格的要求．如壓力，流量，轉(zhuǎn)速，功率．噪聲，可靠性等。同時(shí)，風(fēng)機(jī)生產(chǎn)廠家為了提高產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)能力，在努力改進(jìn)氣動(dòng)設(shè)計(jì)，提高機(jī)械加工的同時(shí)，也對(duì)風(fēng)機(jī)性能試驗(yàn)的研究和開(kāi)發(fā)給予了高度的重視。并且在電氣拖動(dòng)設(shè)備的運(yùn)行過(guò)程中, 經(jīng)常遇到這樣的問(wèn)題, 即拖動(dòng)設(shè)備的負(fù)荷變化較大, 而動(dòng)力源電機(jī)的轉(zhuǎn)速卻不變, 也就是說(shuō)輸出功率的變化不能隨負(fù)荷的變化而變化。在實(shí)際中這種“大馬拉小車(chē)”的現(xiàn)象較為普遍, 浪費(fèi)能源。在許多生產(chǎn)過(guò)程中采用變頻調(diào)速實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的變速運(yùn)行, 不僅可以滿足生產(chǎn)的需要, 而且還能降低電能消耗, 延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。鼓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)采用變頻調(diào), 并應(yīng)用PLC或者單片機(jī)構(gòu)成風(fēng)壓閉環(huán)自動(dòng)控系統(tǒng), 實(shí)現(xiàn)了電機(jī)負(fù)荷的變化變速運(yùn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)量, 即滿足了生產(chǎn)需要, 又達(dá)到了節(jié)能降耗的目的[1]。由此可見(jiàn)，風(fēng)機(jī)性能測(cè)控系統(tǒng)對(duì)于成品的檢驗(yàn)和新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)都至關(guān)重要，特別是對(duì)于大型、特型風(fēng)機(jī)以及單件、小批量而且氣流特性有特殊要求的情況，性能試驗(yàn)尤為重要。虛擬儀器(VI)技術(shù)是目前測(cè)控領(lǐng)域中最為流行的技術(shù)之一，它利用I／O接口設(shè)備完成信號(hào)的采集、測(cè)量與調(diào)理，利用計(jì)算機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)信號(hào)數(shù)據(jù)的運(yùn)算、分析和處理，利用顯示器豐富的顯示功能來(lái)多形式地表達(dá)和輸出檢測(cè)結(jié)果，在此基礎(chǔ)上，構(gòu)成一個(gè)具有完整測(cè)試功能的計(jì)算機(jī)儀器系統(tǒng)，即虛擬儀器。虛擬儀器具有傳統(tǒng)儀器的基本功能，同時(shí)又能根據(jù)用戶(hù)的要求隨時(shí)進(jìn)行定義，實(shí)現(xiàn)多種多樣的應(yīng)用需求，具有擴(kuò)展靈活、界面友好、操作簡(jiǎn)便、性?xún)r(jià)比高等特點(diǎn)，目前，虛擬儀器技術(shù)在許多領(lǐng)域都得到廣泛應(yīng)用[2]。
2.課題的研究現(xiàn)狀及已有成果
風(fēng)機(jī)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門(mén)中運(yùn)用十分廣泛。為使風(fēng)機(jī)能經(jīng)常在高效區(qū)運(yùn)行，需參照風(fēng)機(jī)性能曲線來(lái)選擇風(fēng)機(jī)的運(yùn)行工況點(diǎn)，風(fēng)機(jī)性能測(cè)控是科學(xué)、合理、客觀地評(píng)價(jià)其性能指標(biāo)的方法。
（一）目前，我國(guó)通風(fēng)機(jī)性能測(cè)試方法以傳統(tǒng)常規(guī)方法為主，它存在著參與人員多、可靠性差、測(cè)試效率低等弊端，給通風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)、使用、教學(xué)、科研等部門(mén)對(duì)其性能研究帶來(lái)諸多不便。為適應(yīng)現(xiàn)代試驗(yàn)技術(shù)的要求，國(guó)內(nèi)已開(kāi)展了通風(fēng)機(jī)性能自動(dòng)測(cè)試的研究。如西安交通大學(xué)、華中科技大學(xué)、河北農(nóng)業(yè)大學(xué)相繼開(kāi)發(fā)了風(fēng)管型風(fēng)機(jī)性能試驗(yàn)自動(dòng)測(cè)試裝置，推動(dòng)了自動(dòng)化測(cè)試技術(shù)在通風(fēng)機(jī)領(lǐng)域的應(yīng)用。上海理工大學(xué)為上海哈格諾克冷氣機(jī)有限公司研制的空調(diào)風(fēng)機(jī)性能自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，雖然采用風(fēng)室裝置，但僅適應(yīng)于大、中型空調(diào)風(fēng)機(jī)性能測(cè)試[3]。
（二）對(duì)于風(fēng)機(jī)等設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并對(duì)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，繪出歷史及實(shí)時(shí)趨勢(shì)，運(yùn)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)故障進(jìn)行估計(jì)和預(yù)測(cè)，就故障程度、檢修緊迫性給予積極可靠的指導(dǎo)，對(duì)于設(shè)備保持安全運(yùn)行，故障排除，避免設(shè)備過(guò)早報(bào)廢，為挽回大量的經(jīng)濟(jì)損失有難以估量的作用?；趍atlab強(qiáng)大的信號(hào)及數(shù)據(jù)處理能力，并結(jié)合delphi的面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)方法，極好地實(shí)現(xiàn)了上述功能[4]。
（三）近年來(lái)，隨著數(shù)字信號(hào)處理器DSP的發(fā)展，DSP芯片以其性?xún)r(jià)比高、運(yùn)算速度快、豐富的信號(hào)處理指令而逐步應(yīng)用到信號(hào)處理和控制領(lǐng)域，如圖1所示，成為新一代智能儀器儀表的系統(tǒng)核心，在自主研制的風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)微機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)RMMD03的基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)了基于DSP的風(fēng)機(jī)狀態(tài)通用遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)RMMD05，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行狀態(tài)采集、分析與故障診斷，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)運(yùn)行狀態(tài)，并通過(guò)CAN總線將數(shù)據(jù)傳輸至監(jiān)控服務(wù)器進(jìn)行狀態(tài)顯示、數(shù)據(jù)管理與精密故障診斷分析，有效地防止故障的發(fā)生，確保風(fēng)機(jī)長(zhǎng)周期安全、可靠、有效地運(yùn)行，具有重大的經(jīng)濟(jì)效益和現(xiàn)實(shí)意義[5]。
圖1dsp數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)
（四）小型風(fēng)機(jī)性能測(cè)試的研究，充分利用原有的風(fēng)室型出口式風(fēng)機(jī)性能試驗(yàn)裝置，融入現(xiàn)代虛擬儀器技術(shù)，通過(guò)串口通訊，建立了一套基于PC機(jī)的風(fēng)機(jī)性能自動(dòng)采集系統(tǒng)。
1）自動(dòng)采集測(cè)試系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)使用串口通訊數(shù)據(jù)采集，硬件配置是以計(jì)算機(jī)為核心，采用上海天沐自動(dòng)化儀表有限公司生產(chǎn)的NS-ZX型智能巡回檢測(cè)儀、高精度的傳感器及變送器，實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)性能測(cè)試數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集。圖2為硬件結(jié)構(gòu)[3]。
2）串口通訊
儀表內(nèi)部數(shù)據(jù)用16進(jìn)制表示，儀表通訊傳輸是將16進(jìn)制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)ASCII碼（即一字節(jié)的16進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)化為2個(gè)ASCII碼──高4位ASCII碼+低4位ASCII碼）。NS-ZX巡檢儀數(shù)據(jù)按地址傳輸，以三字節(jié)數(shù)據(jù)傳輸格式與PC機(jī)通訊。
圖2硬件結(jié)構(gòu)
3）自動(dòng)采集測(cè)試系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)是基于LabVIEW開(kāi)發(fā)平臺(tái)設(shè)計(jì)的軟件，完全運(yùn)行于Windows環(huán)境中，Windows友好的圖形界面，使操作簡(jiǎn)單、方便，使用可視化的開(kāi)發(fā)工具可實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)性能測(cè)試可視化。圖3為軟件流程圖。
圖3 軟件流程圖
4）優(yōu)勢(shì)與前景
一個(gè)智能風(fēng)機(jī)性能測(cè)試和診斷系統(tǒng)，系統(tǒng)根據(jù)虛擬儀器技術(shù)的原理進(jìn)行設(shè)計(jì)，利用LabVIEW 提供的豐富的庫(kù)函數(shù)進(jìn)行信號(hào)采集、分析和處理，實(shí)現(xiàn)了常用實(shí)驗(yàn)風(fēng)機(jī)性能的測(cè)試和診斷。系統(tǒng)中所有的分析和處理功能均用軟件實(shí)現(xiàn)，完全不需借助示波器、萬(wàn)用表、信號(hào)發(fā)生器等常規(guī)測(cè)量設(shè)備，操作簡(jiǎn)單，智能性強(qiáng)[2]。
對(duì)于機(jī)電一體化發(fā)展迅速的現(xiàn)代制造業(yè)，計(jì)算機(jī)及相關(guān)軟件對(duì)機(jī)械系統(tǒng)的控制首先要求對(duì)機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的準(zhǔn)確時(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)與反饋，在測(cè)試系統(tǒng)的正確檢測(cè)下控制系統(tǒng)才能發(fā)揮時(shí)時(shí)控制的作用。因此，測(cè)試系統(tǒng)的時(shí)時(shí)化、直觀化是未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。
對(duì)于風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)一般采用變頻調(diào)速有以下研究成果：
（一）變頻調(diào)速裝置,在鼓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)出口的管道上安裝壓力變送器, 測(cè)定管道的風(fēng)量變化, 通過(guò)PLC 對(duì)管道壓力信號(hào)的變換和處理, 為變頻調(diào)速裝置提供參變量, 實(shí)現(xiàn)對(duì)頻率的自動(dòng)調(diào)整, 也就是說(shuō)對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)整, 以達(dá)到根據(jù)負(fù)荷變化調(diào)整輸出功率, 節(jié)能降耗的目的。經(jīng)過(guò)比較, 我們選用日本富士變頻器FRN45P9S- 4, 德國(guó)西門(mén)子公司可編程序控制器S7- 200, 組成風(fēng)壓變頻調(diào)速自動(dòng)控制裝置[1]。
1.硬件組成
各部分主要功能分述如下
(1) 操作臺(tái)。實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)操作控制及參數(shù)的設(shè)定與顯示。
(2) 可編程序控制器。選用S7- 200 可編程序控制器及EM235 模擬量I/O 模塊, 完成風(fēng)壓信號(hào)和操作信號(hào)可輸入以及PLC 的控制輸出。
(3) 變頻器。選用FRN45P9S- 4 變頻器, 具有手動(dòng)和自動(dòng)調(diào)速功能。
(4) 切換裝置。由繼電器、接觸器, 開(kāi)關(guān)等組成, 實(shí)現(xiàn)1 臺(tái)變頻器控制3 臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)的切換, 以及在變頻器故障時(shí)鼓風(fēng)機(jī)的旁路工頻運(yùn)行。
(5) 壓力變送器。選用CECY 型電容器式變送器, 測(cè)定管道的風(fēng)量變化。
2.軟件
PLC 軟件采用梯形圖語(yǔ)言, 實(shí)現(xiàn)各種邏輯順序控制, 風(fēng)壓閉環(huán)控制等。在軟件設(shè)計(jì)中利用PLC 定時(shí)中斷功能完成數(shù)據(jù)采樣, 數(shù)字濾波,PID 運(yùn)算及控制輸出。
3.運(yùn)行結(jié)果
變頻調(diào)速裝置安裝投入運(yùn)行后, 風(fēng)門(mén)全部打開(kāi),風(fēng)量( 壓力) 控制自動(dòng)化, 降低勞動(dòng)強(qiáng)度, 故障率降低;運(yùn)行參數(shù)觀測(cè)直觀, 可同時(shí)顯示壓力、頻率、轉(zhuǎn)速、電壓、電流、轉(zhuǎn)矩等運(yùn)行參數(shù); 管道閥門(mén)全部打開(kāi), 節(jié)門(mén)損失大大降低。
（二）為了實(shí)現(xiàn)電壓-頻率協(xié)調(diào)控制，可以采用轉(zhuǎn)速開(kāi)環(huán)恒壓頻比帶低頻電壓補(bǔ)償?shù)目刂品桨福@就是常用的通用變頻器控制系統(tǒng)。如圖4[11]
圖4 pwm 交-直-交變頻調(diào)速原理
現(xiàn)代通用變頻器大都是采用二極管整流和由快速全控開(kāi)關(guān)器件 IGBT 或功率模塊IPM 組成的PWM逆變器，構(gòu)成交-直-交電壓源型變壓變頻器，已經(jīng)占領(lǐng)了全世界0.5~500KVA 中、小容量變頻調(diào)速裝置的絕大部分市場(chǎng)。
二、研究?jī)?nèi)容
以計(jì)算機(jī)及軟件檢測(cè)并控制風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)為研究方向。
主要研究?jī)?nèi)容有：設(shè)計(jì)風(fēng)機(jī)整體機(jī)械構(gòu)架，系統(tǒng)硬件部分是整個(gè)測(cè)試試驗(yàn)的基礎(chǔ)。（如圖5）在系統(tǒng)中，硬件部分主要由風(fēng)機(jī)、風(fēng)管、電動(dòng)機(jī)、傳感器、步進(jìn)電機(jī)、流量調(diào)節(jié)擋板、變頻調(diào)速器、計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)采集板等組成。硬件設(shè)計(jì)主要完成了風(fēng)機(jī)工況的調(diào)節(jié)、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)、風(fēng)機(jī)各試驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集等工作。其中風(fēng)機(jī)工況的調(diào)節(jié)利用了原有系統(tǒng)，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)采用變頻器實(shí)現(xiàn)[7]。
具體機(jī)械設(shè)計(jì)內(nèi)容：1、根據(jù)功率選擇電動(dòng)機(jī)
2、連軸器的選型
3、漸開(kāi)線鼓風(fēng)箱的設(shè)計(jì)計(jì)算
4、風(fēng)機(jī)葉片的設(shè)計(jì)與選型
5、風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)管的設(shè)計(jì)計(jì)算
6、風(fēng)機(jī)軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算及選型
7、風(fēng)機(jī)變頻器的選擇與設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)并選擇傳感器（檢測(cè)風(fēng)機(jī)基本運(yùn)行參數(shù)），試驗(yàn)數(shù)據(jù)的檢測(cè)所采用的測(cè)量?jī)x器多為傳感器。系統(tǒng)采用的傳感器包括壓差傳感器、壓力傳感器和扭矩傳感器。壓差傳感器主要用于檢測(cè)流量，壓力傳感器主要用于檢測(cè)靜壓，扭矩傳感器主要用于檢測(cè)功率信號(hào)[2]。
進(jìn)風(fēng)調(diào)節(jié)柄
進(jìn)風(fēng)管
壓力傳感器
壓差傳感器
風(fēng)管支座
鼓風(fēng)室
聯(lián)軸器
出風(fēng)口
葉片
后支座
電動(dòng)機(jī)
轉(zhuǎn)速 轉(zhuǎn)矩傳感器
圖5風(fēng)機(jī)的機(jī)械主體結(jié)構(gòu)
計(jì)算機(jī)獲取數(shù)據(jù)的方法是通過(guò)對(duì)I／O接口設(shè)備的驅(qū)動(dòng)完成的。虛擬儀器系統(tǒng)中，I／0接口設(shè)備主要是數(shù)據(jù)采集板。通過(guò)數(shù)據(jù)采集板獲取數(shù)據(jù)在虛擬儀器中又稱(chēng)為PC—DAQ(Data ACquisition數(shù)據(jù)采集)式儀器。數(shù)據(jù)采集板作為儀器系統(tǒng)硬件的主要組成部分，是外界電信號(hào)與PC機(jī)之間的橋梁。它不僅具有信號(hào)傳輸?shù)墓δ埽€具有信號(hào)轉(zhuǎn)換和譯碼的功能。系統(tǒng)
根據(jù)試驗(yàn)要求，一般選用的有美國(guó)NI公司的數(shù)據(jù)采集板PCI一6024E，PCI一6024E是一種性能優(yōu)良低價(jià)位適合PC機(jī)及兼容機(jī)的采集板。它能完成信號(hào)采集(A／D)、信號(hào)模擬輸出(D／A)以及定時(shí)／記數(shù)等功能。他有8個(gè)模擬量輸入通道(對(duì)差分輸入，有4對(duì)模擬輸入通道)、2個(gè)模擬量輸出通道，16個(gè)數(shù)字量I／0接口、2個(gè)16位的計(jì)數(shù)器(IN于記數(shù)／定時(shí)) [2]。
軟件控制與處理顯示（利用LABVIEW編制程序?qū)鞲衅鳈z測(cè)到的信號(hào)進(jìn)行處理及顯示）。
系統(tǒng)功能：自動(dòng)采集風(fēng)機(jī)的原始參數(shù)即動(dòng)壓、靜壓、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、溫度，并計(jì)算出相應(yīng)的流量、效率、軸功率，繪制出壓力、效率、軸功率隨流量的變化的有因次和無(wú)因次曲線，打印輸出曲線及數(shù)據(jù)報(bào)表。
三、 實(shí)現(xiàn)方法及預(yù)期目標(biāo)
初步方案：利用壓力、溫度、速度等傳感器采集風(fēng)機(jī)基本運(yùn)行參數(shù)，利用串行或并行通訊傳至計(jì)算機(jī)（硬件接口或?qū)Ｓ貌杉ǎ?，利用LABVIEW編程對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與顯示在控制方面應(yīng)用單片機(jī)或PLC進(jìn)行控制。如圖6所示。
實(shí)現(xiàn)方法：系統(tǒng)采用機(jī)電一體化總體設(shè)計(jì)
1、風(fēng)機(jī)主體利用機(jī)械設(shè)計(jì)方法完成
2、數(shù)據(jù)采集利用傳感器進(jìn)行信號(hào)的轉(zhuǎn)換
3、模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)采用采集卡
4、信號(hào)處理采用虛擬儀器LABVIEW軟件編程
5、風(fēng)機(jī)控制采用單片機(jī)或PLC進(jìn)行編程控制，使用PID或PWM方式
圖6初步設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)方法
顯示
設(shè)置
數(shù)據(jù)采集傳感器
轉(zhuǎn)化
處理
風(fēng)機(jī)
計(jì)算機(jī)
數(shù)據(jù)采集卡
通訊
反饋控制
風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)主要組成如圖7[11]
顯示
單
片
機(jī)
設(shè)定
接口
PWM發(fā)生器 器
驅(qū)動(dòng)
電路
M
3~
電壓
檢測(cè)
泵升
限制
電流
檢測(cè)
溫度
檢測(cè)
電流
檢測(cè)
~
UR
UI
K
R0
R1
R2
Rb
VTb
圖7
環(huán)境：LabVIEW（Laboratory Virtual instrument Engineering）是一種圖形化的編程語(yǔ)言，它廣泛地被工業(yè)界、學(xué)術(shù)界和研究實(shí)驗(yàn)室所接受，視為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采集和儀器控制軟件。LabVIEW集成了與滿足GPIB、VXI、RS-232和RS-485協(xié)議的硬件及數(shù)據(jù)采集卡通訊的全部功能。它還內(nèi)置了便于應(yīng)用TCP/IP、ActiveX等軟件標(biāo)準(zhǔn)的庫(kù)函數(shù)。這是一個(gè)功能強(qiáng)大且靈活的軟件。利用它可以方便地建立自己的虛擬儀器，其圖形化的界面使得編程及使用過(guò)程都生動(dòng)有趣[6]。
圖形化的程序語(yǔ)言，又稱(chēng)為“G”語(yǔ)言。使用這種語(yǔ)言編程時(shí)，基本上不寫(xiě)程序代碼，取而代之的是流程圖或流程圖。它盡可能利用了技術(shù)人員、科學(xué)家、工程師所熟悉的術(shù)語(yǔ)、圖標(biāo)和概念，因此，LabVIEW是一個(gè)面向最終用戶(hù)的工具。它可以增強(qiáng)你構(gòu)建自己的科學(xué)和工程系統(tǒng)的能力，提供了實(shí)現(xiàn)儀器編程和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的便捷途徑。使用它進(jìn)行原理研究、設(shè)計(jì)、測(cè)試并實(shí)現(xiàn)儀器系統(tǒng)時(shí)，可以大大提高工作效率。
利用LabVIEW，可產(chǎn)生獨(dú)立運(yùn)行的可執(zhí)行文件，它是一個(gè)真正的32位編譯器。像許多重要的軟件一樣，LabVIEW提供了Windows、UNIX、Linux、Macintosh的多種版本基于LabVIEW開(kāi)發(fā)平臺(tái)設(shè)計(jì)的軟件，完全運(yùn)行于Windows環(huán)境中，Windows友好的圖形界面，使操作簡(jiǎn)單、方便，使用可視化的開(kāi)發(fā)工具可實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)性能測(cè)試可視化[8]。
預(yù)期目標(biāo)：
(1)自動(dòng)采集風(fēng)機(jī)性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)，且各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)達(dá)到國(guó)家規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。
(2)自動(dòng)調(diào)整風(fēng)機(jī)運(yùn)行工況。
(3)自動(dòng)控制風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速。
(4)自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，且實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、打印、查詢(xún)等功能。
(5)自動(dòng)繪制風(fēng)機(jī)性能曲線。
(6)系統(tǒng)界面友好，操作方便，便于用戶(hù)使用。
重點(diǎn)與難點(diǎn)：風(fēng)機(jī)動(dòng)平衡，信息的傳送與通信，信息的處理。
四、 對(duì)進(jìn)度的具體安排
第1~3 周 實(shí)習(xí)調(diào)研基本結(jié)束；
第4 周 撰寫(xiě)并提交調(diào)研報(bào)告和開(kāi)題報(bào)告；
第5~6 周 系統(tǒng)的整體的方案的設(shè)計(jì)；
第7~10 周 系統(tǒng)主體機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)；
第11~13周 制定測(cè)控系統(tǒng)的測(cè)控原理及測(cè)試方案的設(shè)計(jì)；
第13~14周 傳感器的選型及測(cè)試主程序的編寫(xiě)；
第15~16周 撰寫(xiě)并提交畢業(yè)論文；審閱、評(píng)審并修改畢業(yè)論文；
第17 周 完成畢業(yè)答辯
五、 參考文獻(xiàn)
[1]岳偉彬 黑龍江省機(jī)場(chǎng)管理集團(tuán)有限公司 鼓風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速控制分析 2007
[2]戚新波，范 崢，陳學(xué)廣 基于虛擬儀器技術(shù)的風(fēng)機(jī)性能測(cè)試系統(tǒng)，2005
[3]宋力 汪建文 李振法/內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院 通風(fēng)機(jī)性能自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng) 2006
[4]賈慶功 張小龍/西安建筑科技大學(xué)機(jī)電學(xué)院 風(fēng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)2005
[5]陽(yáng)小燕 劉義倫 李學(xué)軍 基于DSP的風(fēng)機(jī)狀態(tài)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)
(1．湖南科技大學(xué)機(jī)電：[程學(xué)院，湖南湘潭411201；2．中南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，長(zhǎng)沙410083)
[6]鄧焱，王磊. LabVIEW7.1測(cè)試技術(shù)與儀器應(yīng)用[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2004.
[7]關(guān)貞珍.風(fēng)機(jī)性能試驗(yàn)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)[J].流體機(jī)械，2002(7)：23-25.
[8]楊樂(lè)平.LabVIEW高級(jí)程序設(shè)計(jì)[M].清華大學(xué)出版社，2003.
[9]應(yīng)懷樵．虛擬儀器與計(jì)算機(jī)采集測(cè)試分析儀器的發(fā)展和展望[J]．測(cè)控技術(shù)，2000
[10]張超凡,師清翔,李濟(jì)順,等.虛擬轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩功率測(cè)試系統(tǒng)[J].傳感器與微系統(tǒng),2006,25(2):47-49.
[11]西南交通大學(xué) 異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)
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附錄3 風(fēng)機(jī)測(cè)試程序
圖附錄3-1測(cè)試系統(tǒng)歡迎界面
圖附錄3-2測(cè)試系統(tǒng)主界面
圖附錄3-3信號(hào)采集子面板
圖附錄3-4濾波子面板
圖附錄3-5窗函數(shù)子面板
圖附錄3-6后面板主程序
圖附錄3-7主面板主程序
風(fēng)機(jī)測(cè)試
來(lái)源： ASHRAE學(xué)報(bào)40 no9 35-9 S的`98補(bǔ)充
風(fēng)機(jī)空氣動(dòng)力性能測(cè)試
許多年以來(lái)人們認(rèn)為對(duì)風(fēng)機(jī)的性能測(cè)試的方法與規(guī)律的研究是可能而且必要的。其中第一個(gè)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)的推出是在1923年，它是由全國(guó)風(fēng)機(jī)制造商協(xié)會(huì)與美國(guó)社會(huì)熱化，并且還有風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)工程師(ASHVE)，AMCA的前輩和ASHRAE，他們共同制定了當(dāng)前ANSI/AMCA標(biāo)準(zhǔn)210-99和ANSI/ASHRAE標(biāo)準(zhǔn)51-1999，實(shí)驗(yàn)室測(cè)試方法為規(guī)定值扇動(dòng)。ISO 5801作為美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)之外，還在加拿大作為風(fēng)機(jī)與飛行動(dòng)力學(xué)的性能試驗(yàn)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。
確定風(fēng)扇氣流容量是一般測(cè)試原則的基本量：通過(guò)一個(gè)可測(cè)量的區(qū)域指揮控制氣流并且測(cè)量氣流速度。 氣流容量為區(qū)域的面積乘速氣流的度。因?yàn)榭諝獾牧鲃?dòng)性與區(qū)域的不確定性和因壓力形狀容易改變，以至于規(guī)定一個(gè)測(cè)量區(qū)域是很困難的。風(fēng)速間接地被測(cè)量，一股移動(dòng)的氣流引起速度和空氣的密度的改變從而可間接的測(cè)量空氣壓力。
壓力變化直接與空氣密度和速度的平方成正比，為了使測(cè)量準(zhǔn)確性的改善，當(dāng)速度增加壓力也就隨之增加。
風(fēng)機(jī)性能是空氣在通風(fēng)進(jìn)氣口流動(dòng)速率和橫跨風(fēng)扇的總壓增量用m3/s (cfm)表示的。 輸入功率是第三個(gè)參量。
測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性取決于一定數(shù)量的可變物并且不同程度對(duì)準(zhǔn)確性有影響。AMCA有一個(gè)被檢定的實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目。要檢定實(shí)驗(yàn)室，測(cè)試一臺(tái)特定風(fēng)機(jī)在那個(gè)實(shí)驗(yàn)室和在AMCA實(shí)驗(yàn)室是必要的。 測(cè)試結(jié)果必須在+1.25%或-2.5%之內(nèi)。 要達(dá)到那準(zhǔn)確性，應(yīng)密切注意所有細(xì)節(jié)，維護(hù)儀器的接近的定標(biāo)都是必要的。
設(shè)施類(lèi)型
風(fēng)機(jī)，被定義成用電力驅(qū)使機(jī)器移動(dòng)和改變氣體的容量以獲得一定能量的氣體的機(jī)械設(shè)備，對(duì)風(fēng)機(jī)的測(cè)試就在測(cè)試模擬裝置中進(jìn)行。 四個(gè)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)施類(lèi)型在表1顯示
標(biāo)準(zhǔn)210測(cè)試裝置
要確定風(fēng)扇的空氣動(dòng)力性能，一般使用的做法是在ANSI/AMCA出版的210中的標(biāo)準(zhǔn)方法. 當(dāng)使用空氣作為測(cè)試氣體時(shí)Anumber測(cè)試裝置和演算方法是在風(fēng)扇的所有類(lèi)型測(cè)試系統(tǒng)中都可通用的，并且可以允許的靈活性的應(yīng)用于其他空氣能量轉(zhuǎn)移的設(shè)備。在標(biāo)準(zhǔn)概述的十個(gè)測(cè)試裝置中應(yīng)該選擇一種類(lèi)型這樣能合理地模擬風(fēng)機(jī)設(shè)備的安裝條件。
基本上，常用的有四種測(cè)試裝置。 這些是：
◆在放電輸送管的皮托管橫斷。
◆在入口輸送管的皮托管橫斷。
◆多噴管出口測(cè)試風(fēng)室箱。
◆多噴管入口測(cè)試風(fēng)室箱。
在標(biāo)準(zhǔn)包括的其他測(cè)試裝置是這些基本的類(lèi)型的修改。選擇適合風(fēng)扇設(shè)施類(lèi)型的設(shè)定是重要的。
皮托導(dǎo)線類(lèi)型設(shè)施是進(jìn)行測(cè)試作業(yè)要求最低的設(shè)備，但所需的測(cè)試時(shí)間很長(zhǎng)，因?yàn)樗栎^長(zhǎng)的時(shí)間，需要多導(dǎo)線測(cè)量數(shù)據(jù)。
噴管試驗(yàn)設(shè)施需要裝備的是半perimanent格局，并因而費(fèi)用更昂貴，但其測(cè)試的時(shí)間有很大幅度的縮短，方便進(jìn)行測(cè)試。由于彈性的選擇噴嘴組合相匹配的能力強(qiáng)，所以多噴嘴功能讓許多大小扇的檢驗(yàn)在同一設(shè)施中。
出口輸送管設(shè)定。一皮托導(dǎo)線設(shè)置是用來(lái)進(jìn)行測(cè)試，在風(fēng)機(jī)上安裝插座槽（圖2 ） 。測(cè)試釋放入輸送管的風(fēng)扇用于出口輸送管設(shè)定確定表現(xiàn)。取決于測(cè)量采用皮托靜態(tài)管穿越管道在平面測(cè)量。矯直機(jī)是必須建立統(tǒng)一的流通格局和消除渦流，例如像制作tubeaxial型風(fēng)扇。它可能被用來(lái)進(jìn)行測(cè)試對(duì)離心式風(fēng)機(jī)或軸流風(fēng)機(jī)出口管道。
在這個(gè)風(fēng)機(jī)的設(shè)定結(jié)果被認(rèn)為是設(shè)施類(lèi)型B ： 自由入口，輸送的出口。 一個(gè)可利用的選擇是測(cè)試與模擬設(shè)施類(lèi)型的入口周長(zhǎng)和一條等效輸送管直徑D ： 輸送的入口，輸送的出口。
Tubeaxial和風(fēng)扇螺旋槳在風(fēng)機(jī)中產(chǎn)生有角漩渦。為了對(duì)測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確，在測(cè)試設(shè)置的選擇性能測(cè)試時(shí)應(yīng)該關(guān)心能使這個(gè)情況減到最小的作用。 AMCA標(biāo)準(zhǔn)210不準(zhǔn)許測(cè)試自由的出口風(fēng)機(jī)，例如推進(jìn)器風(fēng)扇，在皮托管橫出口輸送管設(shè)定。 實(shí)際上，沒(méi)人對(duì)出版結(jié)果滿意。當(dāng)直挺器時(shí)去除漩渦，可觀的能量丟失。
入口輸送管設(shè)定。皮托管橫斷設(shè)定使用在入口輸送的風(fēng)扇的測(cè)試(圖3)。 測(cè)試從輸送管的一個(gè)風(fēng)扇氣流用于入口輸送管設(shè)定確定表現(xiàn)。 測(cè)量取決于表現(xiàn)使用橫斷的輸送管一支空速靜壓管的測(cè)量皮托。 要求直挺器保證漩渦在接近通風(fēng)進(jìn)氣口的氣流不發(fā)生。
在這個(gè)設(shè)定中的風(fēng)機(jī)結(jié)果被認(rèn)為設(shè)施類(lèi)型C ： 輸送的入口，自由出口。 一個(gè)可利用的選擇是測(cè)試以放電輸送管模仿設(shè)施類(lèi)型D ： 輸送的入口輸送了出口。
ANSIVAMCA標(biāo)準(zhǔn)210不準(zhǔn)許測(cè)試自由的入口風(fēng)機(jī)，例如推進(jìn)器風(fēng)扇，在一個(gè)皮托管橫入口輸送管設(shè)定。
出口風(fēng)室設(shè)定。多噴管出口風(fēng)室也許被用于進(jìn)行對(duì)將使用或者有或沒(méi)有出口輸送的供應(yīng)風(fēng)扇的測(cè)試(圖4)。 測(cè)試風(fēng)扇排風(fēng)到測(cè)試風(fēng)室里，也許被考慮模擬要求風(fēng)機(jī)的設(shè)施提供空氣給輸送管系統(tǒng)或充滿。 一個(gè)可利用的選擇是測(cè)試風(fēng)扇有或沒(méi)有入口調(diào)節(jié)器和一條等效輸送管直徑模仿測(cè)試有或沒(méi)有入口輸送管。
對(duì)于風(fēng)扇的所有類(lèi)型，輸送或非輸送，也許如此被測(cè)試。 通常，離心和軸向氣流類(lèi)型風(fēng)扇在這個(gè)類(lèi)型設(shè)施被測(cè)試。 使用出口風(fēng)室，螺旋槳風(fēng)扇或tubeaxial風(fēng)扇也許被測(cè)試，但是風(fēng)室短剖面區(qū)域必須是16倍風(fēng)扇出口的區(qū)域。 這個(gè)比率是大，以便一些風(fēng)扇排風(fēng)在靜壓輕拍不反射屏幕半新forsettling的手段并且不沖擊。 速度壓力將給錯(cuò)誤的靜壓讀數(shù)。
入口風(fēng)室設(shè)定。多噴管入口風(fēng)室也許被用于進(jìn)行對(duì)將使用或者有或沒(méi)有出口輸送管的排氣扇的測(cè)試(圖5)。 從風(fēng)室的測(cè)試風(fēng)扇氣流。 在這個(gè)設(shè)定風(fēng)機(jī)表現(xiàn)被考慮模擬一個(gè)風(fēng)扇氣流的設(shè)施從輸送管系統(tǒng)或從充滿。 它也許為測(cè)試任何類(lèi)型使用風(fēng)扇，二者之一有或沒(méi)有出口輸送管。
通常，推進(jìn)器風(fēng)扇和力量屋頂通風(fēng)設(shè)備如此被測(cè)試。 這些風(fēng)扇是設(shè)施類(lèi)型A ： 自由入口，自由出口。 離心和軸流風(fēng)機(jī)如此通常沒(méi)有被測(cè)試; 然而，他們也許是，因此測(cè)試對(duì)于特別要求。
基本的演算
要繪制風(fēng)扇空氣動(dòng)力性能圖表，容量氣流率一個(gè)必須測(cè)量數(shù)據(jù)逐點(diǎn)描繪在坐標(biāo)圖紙上一定的位置。 畫(huà)光滑的曲線通過(guò)測(cè)試點(diǎn)代表風(fēng)機(jī)性能狀態(tài)(圖6)。 對(duì)于這些每一個(gè)測(cè)試點(diǎn)，記錄壓力、速度、濕度和溫度、功率計(jì)或瓦特的氣壓和扭矩被校準(zhǔn)的電動(dòng)機(jī)的輸入是必要的。
橫皮托管演算。對(duì)于皮托管橫例行試驗(yàn)，記錄在測(cè)試輸送管的速度取決于容量氣流， Q。 輸送管的區(qū)域在皮托管橫皮托的被測(cè)量。 然后， Q =平均速度*區(qū)域面積。
噴管演算。對(duì)于噴管例行試驗(yàn)，記錄橫跨噴管的降壓建立氣流速度使用被測(cè)量的噴嘴橫截面和計(jì)算噴管系數(shù)取決于容量氣流： Q =噴嘴喉部速度*喉部面積*卸料系數(shù)。每噴管的容量氣流在使用中在測(cè)試期間被計(jì)算。他們的總氣流率是風(fēng)扇的體積流率。
力量演算。力對(duì)于風(fēng)扇是必需測(cè)定的，對(duì)于這個(gè)量通過(guò)使用功率計(jì)測(cè)量，或者是扭矩傳感器，測(cè)量校準(zhǔn)風(fēng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)。 功率計(jì)或扭矩傳感器： H= (扭矩*速度) /K，其中H是風(fēng)扇力量需要的和K是在測(cè)試或扭矩讀出的使用的種類(lèi)的轉(zhuǎn)換價(jià)值功率計(jì)。
為校準(zhǔn)風(fēng)機(jī)的馬達(dá)，定標(biāo)數(shù)據(jù)為在測(cè)試使用的具體馬達(dá)是一定的。 定標(biāo)曲線必須包括瓦特輸入和電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速對(duì)在負(fù)荷狀態(tài)下或扭矩輸出的輸出功率。 測(cè)試風(fēng)機(jī)輸入功率是相同的像馬達(dá)輸出功率不管它是否是指揮連接或傳送帶控制類(lèi)型風(fēng)機(jī)。
空氣密度演算。演算取決于在測(cè)試期間的空氣密度使用干球溫度計(jì)溫度，與在ANSI/AMCA標(biāo)準(zhǔn)包含的做法符合的濕球溫度andbarometric壓力210。
轉(zhuǎn)換測(cè)驗(yàn)數(shù)據(jù)
工作特性取決與測(cè)試密度情況.標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值的目的是空氣密度的轉(zhuǎn)換。在這個(gè)做法，容量流依然是同樣的，并且風(fēng)機(jī)試驗(yàn)壓力和校準(zhǔn)馬力對(duì)標(biāo)準(zhǔn)空氣密度情況成正比。 測(cè)驗(yàn)數(shù)據(jù)可能被轉(zhuǎn)換成勻速或是規(guī)定的測(cè)試的正常速度。
勻速演算。風(fēng)機(jī)的規(guī)律演算被用于計(jì)算測(cè)試結(jié)果到勻速和標(biāo)準(zhǔn)空氣密度情況如下：
Qc= Q(Nc/N)
Ptc =Pt (Nc/N)2(dc/d)
Pvc= PV(NC/N) (dc/d)
Psc =Ptc -Pvc
Hc= H(NC/N)3 (dc/d)
從而有
Q = volume airflow rate
Pt = fan total pressure
Pv = fan velocity pressure
Ps = fan static pressure
H = fan power required
N = fan speed
d = fan density
c = subscript, required converted value
“正常運(yùn)行”速度演算。計(jì)算測(cè)試結(jié)果也許是中意的“正常運(yùn)行" 的速度情況。在這種情況下，測(cè)試被轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)空氣密度情況，作為圖文演示一部分，并且風(fēng)扇速率必須是風(fēng)機(jī)性能的一個(gè)表現(xiàn)數(shù)據(jù)。根據(jù)這個(gè)依據(jù)：
Qc=Q
Ptc =Pt(dc/d)
Pvc=Pv(dc/d)
psc = Ptc -PVc
Hc= H(dc/d)
Nc=N
評(píng)論
包括在試驗(yàn)設(shè)備的測(cè)試的要求和類(lèi)型將考慮的一些個(gè)項(xiàng)目建立風(fēng)扇的空氣動(dòng)力性能只是可能的。 我們注重的測(cè)試裝置幾乎將模仿典型的風(fēng)扇installation.AMCA出版了風(fēng)扇應(yīng)用指南應(yīng)該選擇。 它對(duì)在輸送管系統(tǒng)安裝風(fēng)扇的用戶(hù)是特別可貴的。 系統(tǒng)提出作用因素是風(fēng)機(jī)性能之間的區(qū)別; 和風(fēng)機(jī)安裝的情況和它的試驗(yàn)條件。試驗(yàn)設(shè)備和必需的演算做法設(shè)計(jì)的具體細(xì)節(jié)可以在ANSI/AMCA標(biāo)準(zhǔn)210找到。
AMCA標(biāo)準(zhǔn)220，把空氣壓縮向下噴成之無(wú)形門(mén)簾單位的測(cè)試方法，是概述測(cè)試性能的重要方法; 把空氣壓縮向下噴成之無(wú)形門(mén)簾單位的參量。 這些參量是空氣容積、出口均一和速度投射。
l 使用多噴管入口風(fēng)室，測(cè)量空氣容積氣流率。 測(cè)量的氣流的設(shè)定在AMCA標(biāo)準(zhǔn)210顯示。 出口噴嘴或者出口葉片，把空氣壓縮向下噴成之無(wú)形門(mén)簾單位被指揮往什么的15度通常將被認(rèn)為復(fù)制平均安裝的情況的外部(圖1).這種情況給用戶(hù)一個(gè)規(guī)定值代表性設(shè)施。 適當(dāng)?shù)妮斎牍β时粶y(cè)量完成性能準(zhǔn)則。
●出口速度均從在幾個(gè)皮托的一系列的最大速度規(guī)定值被計(jì)算在把空氣壓縮向下噴成之無(wú)形門(mén)簾單位出口附近。迅速而果斷的判斷選擇以便給最大的變異。單位登上在測(cè)試的二表面之間。 這依順序模仿幾個(gè)單位的設(shè)施(圖2)。
l 速度投射演算由在幾個(gè)皮托的一系列的最大速度測(cè)定值做順流把空氣壓縮向下噴成之無(wú)形門(mén)簾單位出口。這個(gè)試驗(yàn)過(guò)程建立沿典型的單位額定的投擲(圖3)順流審查把空氣壓縮向下噴成之無(wú)形門(mén)簾的均一。
機(jī)0405——37
張新泉
Fan Testing
SOURCE: ASHRAE Journal 40 no9 35-9 S`98 supp
Fan Air Performance Testing
It 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 Types
Fans, 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 1
Standard 210 Test Setups
To 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 Calculations
To 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
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