裝配圖風機狀態(tài)測試系統(tǒng)的總體設(shè)計
裝配圖風機狀態(tài)測試系統(tǒng)的總體設(shè)計,裝配,風機,狀態(tài),狀況,測試,系統(tǒng),總體,整體,設(shè)計
摘要
風機狀態(tài)測控系統(tǒng)是在風機運轉(zhuǎn)的過程中，實現(xiàn)風機性能基本參數(shù)的采集、分析、計算風機性能參數(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)并通過采集與處理的信號信息對風機的轉(zhuǎn)速的變頻調(diào)速控制的過程。風機性能試驗對于成品的檢驗和新產(chǎn)品的設(shè)計開發(fā)都至關(guān)重要，特別是對于大型、特型風機以及單件、小批量而且氣流特性有特殊要求的情況，性能試驗尤為重要。目前，我國風機性能檢測大多以手工為主，存在試驗手段落后，勞動量大和測試結(jié)果不準確等缺點。采用先進的虛擬儀器技術(shù)，將傳感技術(shù)、儀器技術(shù)和測試技術(shù)結(jié)合起來，進行風機性能參數(shù)的自動檢測，試驗數(shù)據(jù)的自動處理和性能曲線的自動繪制是本文研究的重點。
本文采用虛擬儀器技術(shù)，進行了風機性能試驗自動測試系統(tǒng)的硬件及軟件設(shè)計。硬件上在風機機械結(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各試驗數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了試驗數(shù)據(jù)的自動采集;利用變頻調(diào)速技術(shù)控制變頻調(diào)速器輸出信號的頻率，實現(xiàn)了風機轉(zhuǎn)速的自動調(diào)節(jié)。軟件上在Labview虛擬儀器開發(fā)平臺上，采用模塊化設(shè)計方法，實現(xiàn)了采集信號的實時顯示、控制信號的準確輸出、試驗數(shù)據(jù)的正確處理及應用最小二乘法對性能參數(shù)進行擬合從而實現(xiàn)了性能曲線的自動繪制。整個系統(tǒng)具有界面友好、操作方便、功能齊全等優(yōu)點，試驗結(jié)果表明研制基于虛擬儀器的風機性能自動測試系統(tǒng)，增加了試驗過程的穩(wěn)定性，避免了人為的讀數(shù)誤差、計算誤差以及相關(guān)數(shù)據(jù)不能同時記錄所引起的試驗結(jié)果的偏差.提高了測試精度和試驗效率。可廣泛應用于科研院所和風機生產(chǎn)廠家，具有較高的推廣與應用價值。
關(guān)鍵詞：風機性能；風機測試；風機控制；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 風機簡述--------------------------------------------------------------------------------1
1.2 風機測試系統(tǒng)的發(fā)展-----------------------------------------------------------------1
1.3 基于虛擬儀器的風機測試系統(tǒng)-----------------------------------------------------1
第二章 系統(tǒng)總體方案的設(shè)計------------------------------------------------------------3
2.1 風機性能測試方法--------------------------------------------------------------------3
2.2 虛擬儀器技術(shù)及其應用--------------------------------------------------------------5
2.3 風機測試系統(tǒng)的總體方案-----------------------------------------------------------5
第三章 風機硬件系統(tǒng)的設(shè)計------------------------------------------------------------7
3.1 風機機械硬件總體設(shè)計--------------------------------------------------------------7
3.2 機械結(jié)構(gòu)設(shè)計計算--------------------------------------------------------------------7
3.3 風機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)裝置的設(shè)計--------------------------------------18
3.4 風機測試傳感器的設(shè)計選用------------------------------------20
3.5 風機測試系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集卡--------------------------------------23
第四章 系統(tǒng)軟件的設(shè)計-----------------------------------------------------------------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簡介-------------------------------------------------------------------------26
4.4 測試系統(tǒng)主界面的設(shè)計------------------------------------------------------------27
第五章 結(jié)束語------------------------------------------------------------------------------29
參考文獻------------------------------------------------------------------------------------------30
第一章 概述
隨著機械技術(shù)、微電子技術(shù)和信息技術(shù)的飛速發(fā)展，機械技術(shù)、微電子技術(shù)和信息技術(shù)的相互滲透也越來越快。要實現(xiàn)系統(tǒng)或產(chǎn)品的短、小、輕、薄和智能化，達到節(jié)省能源、節(jié)省材料、實現(xiàn)多功能、高性能和高可靠性的目的，機械與電子結(jié)合就成為了現(xiàn)代科技發(fā)展的趨勢。對于風機的自動測控系統(tǒng)就是一個機械電子結(jié)合的范例。
1.1風機簡述
風機是把原動機的機械能轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w能量的一種機械,它是用來提高氣體壓力,并輸送氣體的機械,是透平機械中的一種[1]。
風機按工作壓力提高的程度來分,可以分為四種：
1） 風扇(<100Pa)
2） 通風機(0.1-15kPa)
3） 鼓風機(15-250kPa)
4） 壓縮機(>250kPa或壓比>3.5)
壓縮機的壓比又稱壓縮比，是壓縮機出口與進口處氣體壓力之比。
風機使用面廣，種類繁多，在工業(yè)生產(chǎn)中利用風機產(chǎn)生的氣流做介質(zhì)進行工作，可實現(xiàn)清選、分離、加熱烘干、物料輸送、通風換氣、除塵降溫等多種工作[2]。
1.2風機測試系統(tǒng)的發(fā)展
由于風機理論至今仍欠完善，所以風機性能參數(shù)的獲取主要依賴于性能試驗。風機性能試驗是在風機轉(zhuǎn)速不變的情況下，改變風機的流量，檢測風機各性能參數(shù)，并繪制性能曲線的過程。目前，風機用戶為了提高經(jīng)濟效益，在選擇風饑時對它的各項性能指標提出了更為嚴格的要求．如壓力，流量，轉(zhuǎn)速，功率．噪聲，可靠性等[3]。同時，風機生產(chǎn)廠家為了提高產(chǎn)品的競爭能力，在努力改進氣動設(shè)計，提高機械加工的同時，也對風機性能試驗的研究和開發(fā)給予了高度的重視。并且在電氣拖動設(shè)備的運行過程中, 經(jīng)常遇到這樣的問題, 即拖動設(shè)備的負荷變化較大, 而動力源電機的轉(zhuǎn)速卻不變, 也就是說輸出功率的變化不能隨負荷的變化而變化。在實際中這種“大馬拉小車”的現(xiàn)象較為普遍, 浪費能源。在許多生產(chǎn)過程中采用變頻調(diào)速實現(xiàn)電動機的變速運行, 不僅可以滿足生產(chǎn)的需要, 而且還能降低電能消耗, 延長設(shè)備的使用壽命。鼓風機系統(tǒng)采用變頻調(diào)速, 并應用PLC或者單片機構(gòu)成風壓閉環(huán)自動控系統(tǒng), 實現(xiàn)了電機負荷的變化變速運行自動調(diào)節(jié)風量, 即滿足了生產(chǎn)需要, 又達到了節(jié)能降耗的目的[1]。由此可見，風機性能測控系統(tǒng)對于成品的檢驗和新產(chǎn)品的設(shè)計開發(fā)都至關(guān)重要，特別是對于大型、特型風機以及單件、小批量而且氣流特性有特殊要求的情況，性能試驗尤為重要。虛擬儀器(VI)技術(shù)是目前測控領(lǐng)域中最為流行的技術(shù)之一，它利用I／O接口設(shè)備完成信號的采集、測量與調(diào)理，利用計算機軟件實現(xiàn)信號數(shù)據(jù)的運算、分析和處理，利用顯示器豐富的顯示功能來多形式地表達和輸出檢測結(jié)果，在此基礎(chǔ)上，構(gòu)成一個具有完整測試功能的計算機儀器系統(tǒng)，即虛擬儀器。虛擬儀器具有傳統(tǒng)儀器的基本功能，同時又能根據(jù)用戶的要求隨時進行定義，實現(xiàn)多種多樣的應用需求，具有擴展靈活、界面友好、操作簡便、性價比高等特點，目前，虛擬儀器技術(shù)在許多領(lǐng)域都得到廣泛應用[4]。
1.3基于虛擬儀器的風機測試系統(tǒng)
現(xiàn)代科學技術(shù)的進步以計算機技術(shù)的進步為代表，不斷更新的計算機技術(shù)從各個層面上影響、引導各行各業(yè)的技術(shù)更新?；谟嬎銠C技術(shù)的虛擬儀器以不可逆轉(zhuǎn)的力量推動著測控技術(shù)的革命。虛擬儀器系統(tǒng)的概念不僅推進了以儀器為基礎(chǔ)的測控系統(tǒng)的改造，同時也影響了以數(shù)據(jù)采集為主的測試系統(tǒng)構(gòu)造方法的進化，過去獨立分散、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)能充分利用計算機獨具的運算、存儲、回放、調(diào)用、顯示及文件管理等智能化功能，同時把傳統(tǒng)儀器的專業(yè)化功能和面板控件軟件化，使之與計算機融為一體，構(gòu)成一臺從外觀到功能都完全與傳統(tǒng)硬件儀器相同，同時又充分享用計算機智能資源的全新儀器系統(tǒng)。應用虛擬儀器技術(shù)，可以用較少的資金、較少的系統(tǒng)開發(fā)和維護費用，用比過去更少的時間開發(fā)出功能更強、質(zhì)量更可靠的產(chǎn)品和系統(tǒng)[5][6]。所以，為提高風機性能試驗測試系統(tǒng)的性能，并考慮到風機生產(chǎn)廠家及科研院所的實際需求，本課題采用在現(xiàn)有風機性能試驗臺的基礎(chǔ)上利用計算機技術(shù)、電子技術(shù)、儀器技術(shù)的結(jié)合(即虛擬儀器)，設(shè)計一種具有如下特點的計算機輔助風機性能自動測試與分析系統(tǒng)。
(1)自動采集風機性能試驗數(shù)據(jù)，且各項參數(shù)指標達到國家規(guī)定標準。
(2)自動控制風機轉(zhuǎn)速。
(3)自動進行數(shù)據(jù)處理，且實現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲、打印、查詢等功能。
(4)自動繪制風機性能曲線。
(5)系統(tǒng)界面友好，操作方便，便于用戶使用。
論文的主要任務是以虛擬儀器為設(shè)計目標，選用適合的測試手段與測試方法，進行風機性能試驗臺的軟硬件設(shè)計，實現(xiàn)試驗數(shù)據(jù)自動采集與數(shù)據(jù)處理并最終生成風機性能曲線。
目錄
附件1：開題報告------------------------------------------------------共8頁
附件2：機械圖紙------------------------------------------------------共7頁
附件3：測試程序------------------------------------------------------共4頁
附件4：外文翻譯（中文）----------------------------------------------共7頁
附件5：外文翻譯（英文）----------------------------------------------共7頁
風機狀態(tài)測試系統(tǒng)的總體設(shè)計
開題報告
班級（學號） 機0405——37 姓名 張新泉
指導教師 王會香
一、 綜述
1. 課題研究的目的和意義
隨著機械技術(shù)、微電子技術(shù)和信息技術(shù)的飛速發(fā)展，機械技術(shù)、微電子技術(shù)和信息技術(shù)的相互滲透也越來越快。要實現(xiàn)系統(tǒng)或產(chǎn)品的短、小、輕、薄和智能化，達到節(jié)省能源、節(jié)省材料、實現(xiàn)多功能、高性能和高可靠性的目的，機械與電子結(jié)合就成為了現(xiàn)代科技發(fā)展的趨勢。
風機是把原動機的機械能轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w能量的一種機械,它是用來提高氣體壓力,并輸送氣體的機械,是透平機械中的一種。
風機按工質(zhì)壓力提高的程度來分,可以分為四種：
1） 風扇(<100Pa)
2） 通風機(0.1-15kPa)
3） 鼓風機(15-250kPa)
4） 壓縮機(>250kPa或壓比>3.5)
壓縮機的壓比又稱壓縮比，是壓縮機出口與進口處氣體壓力之比。
風機使用面廣，種類繁多，在工業(yè)生產(chǎn)中利用風機產(chǎn)生的氣流做介質(zhì)進行工作，可實現(xiàn)清選、分離、加熱烘干、物料輸送、通風換氣、除塵降溫等多種工作。由于風機理論至今仍欠完善，所以風機性能參數(shù)的獲取主要依賴于性能試驗。風機性能試驗是在風機轉(zhuǎn)速不變的情況下，改變風機的流量，檢測風機各性能參數(shù)，并繪制性能曲線的過程。目前，風機用戶為了提高經(jīng)濟效益，在選擇風饑時對它的各項性能指標提出了更為嚴格的要求．如壓力，流量，轉(zhuǎn)速，功率．噪聲，可靠性等。同時，風機生產(chǎn)廠家為了提高產(chǎn)品的競爭能力，在努力改進氣動設(shè)計，提高機械加工的同時，也對風機性能試驗的研究和開發(fā)給予了高度的重視。并且在電氣拖動設(shè)備的運行過程中, 經(jīng)常遇到這樣的問題, 即拖動設(shè)備的負荷變化較大, 而動力源電機的轉(zhuǎn)速卻不變, 也就是說輸出功率的變化不能隨負荷的變化而變化。在實際中這種“大馬拉小車”的現(xiàn)象較為普遍, 浪費能源。在許多生產(chǎn)過程中采用變頻調(diào)速實現(xiàn)電動機的變速運行, 不僅可以滿足生產(chǎn)的需要, 而且還能降低電能消耗, 延長設(shè)備的使用壽命。鼓風機系統(tǒng)采用變頻調(diào), 并應用PLC或者單片機構(gòu)成風壓閉環(huán)自動控系統(tǒng), 實現(xiàn)了電機負荷的變化變速運行自動調(diào)節(jié)風量, 即滿足了生產(chǎn)需要, 又達到了節(jié)能降耗的目的[1]。由此可見，風機性能測控系統(tǒng)對于成品的檢驗和新產(chǎn)品的設(shè)計開發(fā)都至關(guān)重要，特別是對于大型、特型風機以及單件、小批量而且氣流特性有特殊要求的情況，性能試驗尤為重要。虛擬儀器(VI)技術(shù)是目前測控領(lǐng)域中最為流行的技術(shù)之一，它利用I／O接口設(shè)備完成信號的采集、測量與調(diào)理，利用計算機軟件實現(xiàn)信號數(shù)據(jù)的運算、分析和處理，利用顯示器豐富的顯示功能來多形式地表達和輸出檢測結(jié)果，在此基礎(chǔ)上，構(gòu)成一個具有完整測試功能的計算機儀器系統(tǒng)，即虛擬儀器。虛擬儀器具有傳統(tǒng)儀器的基本功能，同時又能根據(jù)用戶的要求隨時進行定義，實現(xiàn)多種多樣的應用需求，具有擴展靈活、界面友好、操作簡便、性價比高等特點，目前，虛擬儀器技術(shù)在許多領(lǐng)域都得到廣泛應用[2]。
2.課題的研究現(xiàn)狀及已有成果
風機在國民經(jīng)濟各部門中運用十分廣泛。為使風機能經(jīng)常在高效區(qū)運行，需參照風機性能曲線來選擇風機的運行工況點，風機性能測控是科學、合理、客觀地評價其性能指標的方法。
（一）目前，我國通風機性能測試方法以傳統(tǒng)常規(guī)方法為主，它存在著參與人員多、可靠性差、測試效率低等弊端，給通風機設(shè)計、使用、教學、科研等部門對其性能研究帶來諸多不便。為適應現(xiàn)代試驗技術(shù)的要求，國內(nèi)已開展了通風機性能自動測試的研究。如西安交通大學、華中科技大學、河北農(nóng)業(yè)大學相繼開發(fā)了風管型風機性能試驗自動測試裝置，推動了自動化測試技術(shù)在通風機領(lǐng)域的應用。上海理工大學為上海哈格諾克冷氣機有限公司研制的空調(diào)風機性能自動測試系統(tǒng)，雖然采用風室裝置，但僅適應于大、中型空調(diào)風機性能測試[3]。
（二）對于風機等設(shè)備運行狀態(tài)進行實時監(jiān)測，并對運行數(shù)據(jù)進行分析，繪出歷史及實時趨勢，運用神經(jīng)網(wǎng)絡對故障進行估計和預測，就故障程度、檢修緊迫性給予積極可靠的指導，對于設(shè)備保持安全運行，故障排除，避免設(shè)備過早報廢，為挽回大量的經(jīng)濟損失有難以估量的作用。基于matlab強大的信號及數(shù)據(jù)處理能力，并結(jié)合delphi的面向?qū)ο笤O(shè)計方法，極好地實現(xiàn)了上述功能[4]。
（三）近年來，隨著數(shù)字信號處理器DSP的發(fā)展，DSP芯片以其性價比高、運算速度快、豐富的信號處理指令而逐步應用到信號處理和控制領(lǐng)域，如圖1所示，成為新一代智能儀器儀表的系統(tǒng)核心，在自主研制的風機運行狀態(tài)微機實時監(jiān)測系統(tǒng)RMMD03的基礎(chǔ)上，開發(fā)了基于DSP的風機狀態(tài)通用遠程監(jiān)測系統(tǒng)RMMD05，實現(xiàn)運行狀態(tài)采集、分析與故障診斷，實時監(jiān)測運行狀態(tài)，并通過CAN總線將數(shù)據(jù)傳輸至監(jiān)控服務器進行狀態(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，確保風機長周期安全、可靠、有效地運行，具有重大的經(jīng)濟效益和現(xiàn)實意義[5]。
圖1dsp數(shù)字信號處理系統(tǒng)
（四）小型風機性能測試的研究，充分利用原有的風室型出口式風機性能試驗裝置，融入現(xiàn)代虛擬儀器技術(shù)，通過串口通訊，建立了一套基于PC機的風機性能自動采集系統(tǒng)。
1）自動采集測試系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)使用串口通訊數(shù)據(jù)采集，硬件配置是以計算機為核心，采用上海天沐自動化儀表有限公司生產(chǎn)的NS-ZX型智能巡回檢測儀、高精度的傳感器及變送器，實現(xiàn)風機性能測試數(shù)據(jù)的自動采集。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進制表示，儀表通訊傳輸是將16進制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為標準ASCII碼（即一字節(jié)的16進制數(shù)轉(zhuǎn)化為2個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機通訊。
圖2硬件結(jié)構(gòu)
3）自動采集測試系統(tǒng)的軟件設(shè)計
本系統(tǒng)是基于LabVIEW開發(fā)平臺設(shè)計的軟件，完全運行于Windows環(huán)境中，Windows友好的圖形界面，使操作簡單、方便，使用可視化的開發(fā)工具可實現(xiàn)風機性能測試可視化。圖3為軟件流程圖。
圖3 軟件流程圖
4）優(yōu)勢與前景
一個智能風機性能測試和診斷系統(tǒng)，系統(tǒng)根據(jù)虛擬儀器技術(shù)的原理進行設(shè)計，利用LabVIEW 提供的豐富的庫函數(shù)進行信號采集、分析和處理，實現(xiàn)了常用實驗風機性能的測試和診斷。系統(tǒng)中所有的分析和處理功能均用軟件實現(xiàn)，完全不需借助示波器、萬用表、信號發(fā)生器等常規(guī)測量設(shè)備，操作簡單，智能性強[2]。
對于機電一體化發(fā)展迅速的現(xiàn)代制造業(yè)，計算機及相關(guān)軟件對機械系統(tǒng)的控制首先要求對機械系統(tǒng)運行狀態(tài)的準確時時的監(jiān)測與反饋，在測試系統(tǒng)的正確檢測下控制系統(tǒng)才能發(fā)揮時時控制的作用。因此，測試系統(tǒng)的時時化、直觀化是未來的發(fā)展趨勢。
對于風機控制系統(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,在鼓風機系統(tǒng)出口的管道上安裝壓力變送器, 測定管道的風量變化, 通過PLC 對管道壓力信號的變換和處理, 為變頻調(diào)速裝置提供參變量, 實現(xiàn)對頻率的自動調(diào)整, 也就是說對電機的轉(zhuǎn)速進行調(diào)整, 以達到根據(jù)負荷變化調(diào)整輸出功率, 節(jié)能降耗的目的。經(jīng)過比較, 我們選用日本富士變頻器FRN45P9S- 4, 德國西門子公司可編程序控制器S7- 200, 組成風壓變頻調(diào)速自動控制裝置[1]。
1.硬件組成
各部分主要功能分述如下
(1) 操作臺。實現(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, 完成風壓信號和操作信號可輸入以及PLC 的控制輸出。
(3) 變頻器。選用FRN45P9S- 4 變頻器, 具有手動和自動調(diào)速功能。
(4) 切換裝置。由繼電器、接觸器, 開關(guān)等組成, 實現(xiàn)1 臺變頻器控制3 臺鼓風機的切換, 以及在變頻器故障時鼓風機的旁路工頻運行。
(5) 壓力變送器。選用CECY 型電容器式變送器, 測定管道的風量變化。
2.軟件
PLC 軟件采用梯形圖語言, 實現(xiàn)各種邏輯順序控制, 風壓閉環(huán)控制等。在軟件設(shè)計中利用PLC 定時中斷功能完成數(shù)據(jù)采樣, 數(shù)字濾波,PID 運算及控制輸出。
3.運行結(jié)果
變頻調(diào)速裝置安裝投入運行后, 風門全部打開,風量( 壓力) 控制自動化, 降低勞動強度, 故障率降低;運行參數(shù)觀測直觀, 可同時顯示壓力、頻率、轉(zhuǎn)速、電壓、電流、轉(zhuǎn)矩等運行參數(shù); 管道閥門全部打開, 節(jié)門損失大大降低。
（二）為了實現(xiàn)電壓-頻率協(xié)調(diào)控制，可以采用轉(zhuǎn)速開環(huán)恒壓頻比帶低頻電壓補償?shù)目刂品桨?，這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。
二、研究內(nèi)容
以計算機及軟件檢測并控制風機的運行狀態(tài)為研究方向。
主要研究內(nèi)容有：設(shè)計風機整體機械構(gòu)架，系統(tǒng)硬件部分是整個測試試驗的基礎(chǔ)。（如圖5）在系統(tǒng)中，硬件部分主要由風機、風管、電動機、傳感器、步進電機、流量調(diào)節(jié)擋板、變頻調(diào)速器、計算機、數(shù)據(jù)采集板等組成。硬件設(shè)計主要完成了風機工況的調(diào)節(jié)、風機轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)、風機各試驗數(shù)據(jù)的采集等工作。其中風機工況的調(diào)節(jié)利用了原有系統(tǒng)，風機轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)采用變頻器實現(xiàn)[7]。
具體機械設(shè)計內(nèi)容：1、根據(jù)功率選擇電動機
2、連軸器的選型
3、漸開線鼓風箱的設(shè)計計算
4、風機葉片的設(shè)計與選型
5、風機進風管的設(shè)計計算
6、風機軸承的設(shè)計計算及選型
7、風機變頻器的選擇與設(shè)計
設(shè)計并選擇傳感器（檢測風機基本運行參數(shù)），試驗數(shù)據(jù)的檢測所采用的測量儀器多為傳感器。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流量，壓力傳感器主要用于檢測靜壓，扭矩傳感器主要用于檢測功率信號[2]。
進風調(diào)節(jié)柄
進風管
壓力傳感器
壓差傳感器
風管支座
鼓風室
聯(lián)軸器
出風口
葉片
后支座
電動機
轉(zhuǎn)速 轉(zhuǎn)矩傳感器
圖5風機的機械主體結(jié)構(gòu)
計算機獲取數(shù)據(jù)的方法是通過對I／O接口設(shè)備的驅(qū)動完成的。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。通過數(shù)據(jù)采集板獲取數(shù)據(jù)在虛擬儀器中又稱為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，是外界電信號與PC機之間的橋梁。它不僅具有信號傳輸?shù)墓δ?，還具有信號轉(zhuǎn)換和譯碼的功能。系統(tǒng)
根據(jù)試驗要求，一般選用的有美國NI公司的數(shù)據(jù)采集板PCI一6024E，PCI一6024E是一種性能優(yōu)良低價位適合PC機及兼容機的采集板。它能完成信號采集(A／D)、信號模擬輸出(D／A)以及定時／記數(shù)等功能。他有8個模擬量輸入通道(對差分輸入，有4對模擬輸入通道)、2個模擬量輸出通道，16個數(shù)字量I／0接口、2個16位的計數(shù)器(IN于記數(shù)／定時) [2]。
軟件控制與處理顯示（利用LABVIEW編制程序?qū)鞲衅鳈z測到的信號進行處理及顯示）。
系統(tǒng)功能：自動采集風機的原始參數(shù)即動壓、靜壓、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、溫度，并計算出相應的流量、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因次曲線，打印輸出曲線及數(shù)據(jù)報表。
三、 實現(xiàn)方法及預期目標
初步方案：利用壓力、溫度、速度等傳感器采集風機基本運行參數(shù)，利用串行或并行通訊傳至計算機（硬件接口或?qū)Ｓ貌杉ǎ?，利用LABVIEW編程對數(shù)據(jù)進行處理與顯示在控制方面應用單片機或PLC進行控制。如圖6所示。
實現(xiàn)方法：系統(tǒng)采用機電一體化總體設(shè)計
1、風機主體利用機械設(shè)計方法完成
2、數(shù)據(jù)采集利用傳感器進行信號的轉(zhuǎn)換
3、模擬信號轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號采用采集卡
4、信號處理采用虛擬儀器LABVIEW軟件編程
5、風機控制采用單片機或PLC進行編程控制，使用PID或PWM方式
圖6初步設(shè)計實現(xiàn)方法
顯示
設(shè)置
數(shù)據(jù)采集傳感器
轉(zhuǎn)化
處理
風機
計算機
數(shù)據(jù)采集卡
通訊
反饋控制
風機控制系統(tǒng)主要組成如圖7[11]
顯示
單
片
機
設(shè)定
接口
PWM發(fā)生器 器
驅(qū)動
電路
M
3~
電壓
檢測
泵升
限制
電流
檢測
溫度
檢測
電流
檢測
~
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言，它廣泛地被工業(yè)界、學術(shù)界和研究實驗室所接受，視為一個標準的數(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)置了便于應用TCP/IP、ActiveX等軟件標準的庫函數(shù)。這是一個功能強大且靈活的軟件。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程都生動有趣[6]。
圖形化的程序語言，又稱為“G”語言。使用這種語言編程時，基本上不寫程序代碼，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、科學家、工程師所熟悉的術(shù)語、圖標和概念，因此，LabVIEW是一個面向最終用戶的工具。它可以增強你構(gòu)建自己的科學和工程系統(tǒng)的能力，提供了實現(xiàn)儀器編程和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的便捷途徑。使用它進行原理研究、設(shè)計、測試并實現(xiàn)儀器系統(tǒng)時，可以大大提高工作效率。
利用LabVIEW，可產(chǎn)生獨立運行的可執(zhí)行文件，它是一個真正的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開發(fā)平臺設(shè)計的軟件，完全運行于Windows環(huán)境中，Windows友好的圖形界面，使操作簡單、方便，使用可視化的開發(fā)工具可實現(xiàn)風機性能測試可視化[8]。
預期目標：
(1)自動采集風機性能試驗數(shù)據(jù)，且各項參數(shù)指標達到國家規(guī)定標準。
(2)自動調(diào)整風機運行工況。
(3)自動控制風機轉(zhuǎn)速。
(4)自動進行數(shù)據(jù)處理，且實現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲、打印、查詢等功能。
(5)自動繪制風機性能曲線。
(6)系統(tǒng)界面友好，操作方便，便于用戶使用。
重點與難點：風機動平衡，信息的傳送與通信，信息的處理。
四、 對進度的具體安排
第1~3 周 實習調(diào)研基本結(jié)束；
第4 周 撰寫并提交調(diào)研報告和開題報告；
第5~6 周 系統(tǒng)的整體的方案的設(shè)計；
第7~10 周 系統(tǒng)主體機械結(jié)構(gòu)的設(shè)計；
第11~13周 制定測控系統(tǒng)的測控原理及測試方案的設(shè)計；
第13~14周 傳感器的選型及測試主程序的編寫；
第15~16周 撰寫并提交畢業(yè)論文；審閱、評審并修改畢業(yè)論文；
第17 周 完成畢業(yè)答辯
五、 參考文獻
[1]岳偉彬 黑龍江省機場管理集團有限公司 鼓風機變頻調(diào)速控制分析 2007
[2]戚新波，范 崢，陳學廣 基于虛擬儀器技術(shù)的風機性能測試系統(tǒng)，2005
[3]宋力 汪建文 李振法/內(nèi)蒙古工業(yè)大學能源與動力工程學院 通風機性能自動測試系統(tǒng) 2006
[4]賈慶功 張小龍/西安建筑科技大學機電學院 風機狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)2005
[5]陽小燕 劉義倫 李學軍 基于DSP的風機狀態(tài)遠程監(jiān)測系統(tǒng)
(1．湖南科技大學機電：[程學院，湖南湘潭411201；2．中南大學機電工程學院，長沙410083)
[6]鄧焱，王磊. LabVIEW7.1測試技術(shù)與儀器應用[M].機械工業(yè)出版社，2004.
[7]關(guān)貞珍.風機性能試驗自動測試系統(tǒng)[J].流體機械，2002(7)：23-25.
[8]楊樂平.LabVIEW高級程序設(shè)計[M].清華大學出版社，2003.
[9]應懷樵．虛擬儀器與計算機采集測試分析儀器的發(fā)展和展望[J]．測控技術(shù)，2000
[10]張超凡,師清翔,李濟順,等.虛擬轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩功率測試系統(tǒng)[J].傳感器與微系統(tǒng),2006,25(2):47-49.
[11]西南交通大學 異步電動機變頻調(diào)速控制系統(tǒng)
指導教師： 年 月 日
督導教師： 年 月 日
領(lǐng)導小組審查意見：
審查人簽字： 年 月 日
附錄3 風機測試程序
圖附錄3-1測試系統(tǒng)歡迎界面
圖附錄3-2測試系統(tǒng)主界面
圖附錄3-3信號采集子面板
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
風機測試
來源： ASHRAE學報40 no9 35-9 S的`98補充
風機空氣動力性能測試
許多年以來人們認為對風機的性能測試的方法與規(guī)律的研究是可能而且必要的。其中第一個測試標準的推出是在1923年，它是由全國風機制造商協(xié)會與美國社會熱化，并且還有風機設(shè)計工程師(ASHVE)，AMCA的前輩和ASHRAE，他們共同制定了當前ANSI/AMCA標準210-99和ANSI/ASHRAE標準51-1999，實驗室測試方法為規(guī)定值扇動。ISO 5801作為美國國家標準之外，還在加拿大作為風機與飛行動力學的性能試驗的國際標準。
確定風扇氣流容量是一般測試原則的基本量：通過一個可測量的區(qū)域指揮控制氣流并且測量氣流速度。 氣流容量為區(qū)域的面積乘速氣流的度。因為空氣的流動性與區(qū)域的不確定性和因壓力形狀容易改變，以至于規(guī)定一個測量區(qū)域是很困難的。風速間接地被測量，一股移動的氣流引起速度和空氣的密度的改變從而可間接的測量空氣壓力。
壓力變化直接與空氣密度和速度的平方成正比，為了使測量準確性的改善，當速度增加壓力也就隨之增加。
風機性能是空氣在通風進氣口流動速率和橫跨風扇的總壓增量用m3/s (cfm)表示的。 輸入功率是第三個參量。
測試結(jié)果的準確性取決于一定數(shù)量的可變物并且不同程度對準確性有影響。AMCA有一個被檢定的實驗室項目。要檢定實驗室，測試一臺特定風機在那個實驗室和在AMCA實驗室是必要的。 測試結(jié)果必須在+1.25%或-2.5%之內(nèi)。 要達到那準確性，應密切注意所有細節(jié)，維護儀器的接近的定標都是必要的。
設(shè)施類型
風機，被定義成用電力驅(qū)使機器移動和改變氣體的容量以獲得一定能量的氣體的機械設(shè)備，對風機的測試就在測試模擬裝置中進行。 四個標準設(shè)施類型在表1顯示
標準210測試裝置
要確定風扇的空氣動力性能，一般使用的做法是在ANSI/AMCA出版的210中的標準方法. 當使用空氣作為測試氣體時Anumber測試裝置和演算方法是在風扇的所有類型測試系統(tǒng)中都可通用的，并且可以允許的靈活性的應用于其他空氣能量轉(zhuǎn)移的設(shè)備。在標準概述的十個測試裝置中應該選擇一種類型這樣能合理地模擬風機設(shè)備的安裝條件。
基本上，常用的有四種測試裝置。 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。
◆多噴管出口測試風室箱。
◆多噴管入口測試風室箱。
在標準包括的其他測試裝置是這些基本的類型的修改。選擇適合風扇設(shè)施類型的設(shè)定是重要的。
皮托導線類型設(shè)施是進行測試作業(yè)要求最低的設(shè)備，但所需的測試時間很長，因為所需較長的時間，需要多導線測量數(shù)據(jù)。
噴管試驗設(shè)施需要裝備的是半perimanent格局，并因而費用更昂貴，但其測試的時間有很大幅度的縮短，方便進行測試。由于彈性的選擇噴嘴組合相匹配的能力強，所以多噴嘴功能讓許多大小扇的檢驗在同一設(shè)施中。
出口輸送管設(shè)定。一皮托導線設(shè)置是用來進行測試，在風機上安裝插座槽（圖2 ） 。測試釋放入輸送管的風扇用于出口輸送管設(shè)定確定表現(xiàn)。取決于測量采用皮托靜態(tài)管穿越管道在平面測量。矯直機是必須建立統(tǒng)一的流通格局和消除渦流，例如像制作tubeaxial型風扇。它可能被用來進行測試對離心式風機或軸流風機出口管道。
在這個風機的設(shè)定結(jié)果被認為是設(shè)施類型B ： 自由入口，輸送的出口。 一個可利用的選擇是測試與模擬設(shè)施類型的入口周長和一條等效輸送管直徑D ： 輸送的入口，輸送的出口。
Tubeaxial和風扇螺旋槳在風機中產(chǎn)生有角漩渦。為了對測試結(jié)果準確，在測試設(shè)置的選擇性能測試時應該關(guān)心能使這個情況減到最小的作用。 AMCA標準210不準許測試自由的出口風機，例如推進器風扇，在皮托管橫出口輸送管設(shè)定。 實際上，沒人對出版結(jié)果滿意。當直挺器時去除漩渦，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扇的測試(圖3)。 測試從輸送管的一個風扇氣流用于入口輸送管設(shè)定確定表現(xiàn)。 測量取決于表現(xiàn)使用橫斷的輸送管一支空速靜壓管的測量皮托。 要求直挺器保證漩渦在接近通風進氣口的氣流不發(fā)生。
在這個設(shè)定中的風機結(jié)果被認為設(shè)施類型C ： 輸送的入口，自由出口。 一個可利用的選擇是測試以放電輸送管模仿設(shè)施類型D ： 輸送的入口輸送了出口。
ANSIVAMCA標準210不準許測試自由的入口風機，例如推進器風扇，在一個皮托管橫入口輸送管設(shè)定。
出口風室設(shè)定。多噴管出口風室也許被用于進行對將使用或者有或沒有出口輸送的供應風扇的測試(圖4)。 測試風扇排風到測試風室里，也許被考慮模擬要求風機的設(shè)施提供空氣給輸送管系統(tǒng)或充滿。 一個可利用的選擇是測試風扇有或沒有入口調(diào)節(jié)器和一條等效輸送管直徑模仿測試有或沒有入口輸送管。
對于風扇的所有類型，輸送或非輸送，也許如此被測試。 通常，離心和軸向氣流類型風扇在這個類型設(shè)施被測試。 使用出口風室，螺旋槳風扇或tubeaxial風扇也許被測試，但是風室短剖面區(qū)域必須是16倍風扇出口的區(qū)域。 這個比率是大，以便一些風扇排風在靜壓輕拍不反射屏幕半新forsettling的手段并且不沖擊。 速度壓力將給錯誤的靜壓讀數(shù)。
入口風室設(shè)定。多噴管入口風室也許被用于進行對將使用或者有或沒有出口輸送管的排氣扇的測試(圖5)。 從風室的測試風扇氣流。 在這個設(shè)定風機表現(xiàn)被考慮模擬一個風扇氣流的設(shè)施從輸送管系統(tǒng)或從充滿。 它也許為測試任何類型使用風扇，二者之一有或沒有出口輸送管。
通常，推進器風扇和力量屋頂通風設(shè)備如此被測試。 這些風扇是設(shè)施類型A ： 自由入口，自由出口。 離心和軸流風機如此通常沒有被測試; 然而，他們也許是，因此測試對于特別要求。
基本的演算
要繪制風扇空氣動力性能圖表，容量氣流率一個必須測量數(shù)據(jù)逐點描繪在坐標圖紙上一定的位置。 畫光滑的曲線通過測試點代表風機性能狀態(tài)(圖6)。 對于這些每一個測試點，記錄壓力、速度、濕度和溫度、功率計或瓦特的氣壓和扭矩被校準的電動機的輸入是必要的。
橫皮托管演算。對于皮托管橫例行試驗，記錄在測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量。 然后， Q =平均速度*區(qū)域面積。
噴管演算。對于噴管例行試驗，記錄橫跨噴管的降壓建立氣流速度使用被測量的噴嘴橫截面和計算噴管系數(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試期間被計算。他們的總氣流率是風扇的體積流率。
力量演算。力對于風扇是必需測定的，對于這個量通過使用功率計測量，或者是扭矩傳感器，測量校準風機的電動機。 功率計或扭矩傳感器： H= (扭矩*速度) /K，其中H是風扇力量需要的和K是在測試或扭矩讀出的使用的種類的轉(zhuǎn)換價值功率計。
為校準風機的馬達，定標數(shù)據(jù)為在測試使用的具體馬達是一定的。 定標曲線必須包括瓦特輸入和電動機轉(zhuǎn)速對在負荷狀態(tài)下或扭矩輸出的輸出功率。 測試風機輸入功率是相同的像馬達輸出功率不管它是否是指揮連接或傳送帶控制類型風機。
空氣密度演算。演算取決于在測試期間的空氣密度使用干球溫度計溫度，與在ANSI/AMCA標準包含的做法符合的濕球溫度andbarometric壓力210。
轉(zhuǎn)換測驗數(shù)據(jù)
工作特性取決與測試密度情況.標準規(guī)定值的目的是空氣密度的轉(zhuǎn)換。在這個做法，容量流依然是同樣的，并且風機試驗壓力和校準馬力對標準空氣密度情況成正比。 測驗數(shù)據(jù)可能被轉(zhuǎn)換成勻速或是規(guī)定的測試的正常速度。
勻速演算。風機的規(guī)律演算被用于計算測試結(jié)果到勻速和標準空氣密度情況如下：
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
“正常運行”速度演算。計算測試結(jié)果也許是中意的“正常運行" 的速度情況。在這種情況下，測試被轉(zhuǎn)換成標準空氣密度情況，作為圖文演示一部分，并且風扇速率必須是風機性能的一個表現(xiàn)數(shù)據(jù)。根據(jù)這個依據(jù)：
Qc=Q
Ptc =Pt(dc/d)
Pvc=Pv(dc/d)
psc = Ptc -PVc
Hc= H(dc/d)
Nc=N
評論
包括在試驗設(shè)備的測試的要求和類型將考慮的一些個項目建立風扇的空氣動力性能只是可能的。 我們注重的測試裝置幾乎將模仿典型的風扇installation.AMCA出版了風扇應用指南應該選擇。 它對在輸送管系統(tǒng)安裝風扇的用戶是特別可貴的。 系統(tǒng)提出作用因素是風機性能之間的區(qū)別; 和風機安裝的情況和它的試驗條件。試驗設(shè)備和必需的演算做法設(shè)計的具體細節(jié)可以在ANSI/AMCA標準210找到。
AMCA標準220，把空氣壓縮向下噴成之無形門簾單位的測試方法，是概述測試性能的重要方法; 把空氣壓縮向下噴成之無形門簾單位的參量。 這些參量是空氣容積、出口均一和速度投射。
l 使用多噴管入口風室，測量空氣容積氣流率。 測量的氣流的設(shè)定在AMCA標準210顯示。 出口噴嘴或者出口葉片，把空氣壓縮向下噴成之無形門簾單位被指揮往什么的15度通常將被認為復制平均安裝的情況的外部(圖1).這種情況給用戶一個規(guī)定值代表性設(shè)施。 適當?shù)妮斎牍β时粶y量完成性能準則。
●出口速度均從在幾個皮托的一系列的最大速度規(guī)定值被計算在把空氣壓縮向下噴成之無形門簾單位出口附近。迅速而果斷的判斷選擇以便給最大的變異。單位登上在測試的二表面之間。 這依順序模仿幾個單位的設(shè)施(圖2)。
l 速度投射演算由在幾個皮托的一系列的最大速度測定值做順流把空氣壓縮向下噴成之無形門簾單位出口。這個試驗過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形門簾的均一。
機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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