风机性能测试系统设计
Zhou Haiyan Li Shujun Yang Xuejun Yan Herong
（中国农业机械化科学 北京中国100083 ）
摘要：在本研究中，根据GB / T1236-2000工业风机 - 使用标准化气道的性能测试开发了离心风机和轴流风机的风机性能测试系统。该软件是使用VB开发的，系统全面支持Windows XP。该系统可以在实验过程的各个领域实现自动化，包括测试自动化，操作条件的自动调整，自动采集和处理测试数据，自动测试报告生成以及通过最小二乘法确定的自动绘制尺寸和非尺寸风机性能曲线。它为风扇的选择和设计提供了必要的手段，特别是用于植物保护机械的风机，以及用于提高植物保护机械的性能。
关键字：出风口性能，测试系统，工厂保护
- 介绍
风机广泛应用于植保机械，其性能对雾滴的渗透性，范围和雾化有直接影响。风机工作以传输流量并产生总压力，所需的功率和效率，与其参数之间有对应关系。流量和转速的变化会导致对其他参数产生影响。由于风机中的气流非常复杂，操作条件将会在不同的时间或位置改变。为了确保风机在高效率下的功能，就必须知道风机性能的变化规律。植保风机雾化液体药物并根据所需的压力气流将雾流，粉末流或颗粒传输到目标位置。同时，由于植物保护的目的不同，风机的参数如旋转速度，压力，空气速度将不同。要正确选择和应用风机，必须了解风机性能的参数之间的关系，这是从性能测试获得的，因为风机理论到目前为止还不完美。另一方面，性能测试是一个在设计、制造和检查风机过程中不可或缺的项目。
在中国，用于植物保护的风机现在还不能序列化。令人难以置信的是，它甚至不可能找到一个合适的模型。在这种情况下，必须通过理论计算的方法来设计。 由于理论设计不够精确，通常通过测试进行修改，因此测试风机性能非常重要。然而，在现实生活中几乎没有用于植物保护风机性能测试的装置。目前选用的轴流风机都是为工业设计的，没有任何用于测试其性能的特殊测试装置。因此，风扇的设计和改进受到限制。另一方面，只有工业风机在出厂时才进行入口性能测试，但更多应注意植物保护风机的出风口性能。在这一点上，选择用于植物保护的风机是非常困难的，并且类型的不准确选择将直接影响鼓风喷射器的控制效率。因此，本文介绍了一种风机性能测试仪，其设计符合中国植物保护风机性能测试仪的当前状况，并呼吁开发鼓风喷雾器，提供了一种用于选择植物保护风机的测试装置， 使得能够开发出植物保护风机。
- 总体结构
这种测试系统包括动力单元，测试气道，测量和控制控单元，数据处理器和人机界面测试软件，包括驱动电机，测试气道，控制台，传感器和二次表等，如图1所示 。
图1总体结构
- 工作原理
测试系统通过采用测量功率的转矩方法，改变风扇转速的变频器和控制锥形节流器以调节运行条件的步进电机等来测试出口风机性能。压力变送器和差压变送器分别收集空气管内的静压信号和差压信号; 所述转矩传感器将所述风扇和所述电机之间的转矩信号转换为电压信号; 所收集的信号通过次级仪表发送到计算机，计算机软件通过方程式计算风机流量，静压力，总压力，功率和效率。空气管出口处有导流管; 步进电机驱动螺杆改变空气管出口处的气流; PLC的三个I / O口输出3相脉冲作用于脉冲分配器，并通过放大器电路为斩波恒流控制步进角、顺时针/逆时针旋转和步进速度; 位移传感器反馈螺杆的运动和位移信号; 运动限制通过行程开关安全地实现，以便在闭环的基础上调节气门的位置。
- 测量和控制单元
本文提到的测控单元的硬件包括计算机，PLC，传感器和具有RS232接口的二次表等，如图2所示。作为单元的核心，计算机和PLC指导单元正常可靠地工作。
同时，使用RS232通讯来交换数据和发送命令。该单元通过计算机内置的脉冲计数定时器和PLC输出脉冲，并通过调节气门打开来改变测试条件。该装置可以自动测量压力，压力差，转速，温度，湿度，大气压力，功率，扭矩和噪声等。
图2测量和控制单元
5.软件功能
测量系统软件由VB开发人员完成，其软件完全支持Windows XP。 它采用图形界面，因此操作方便。
在测试之前，软件将检查所有硬件设施（包括变频器，所有传感器，交流电机，步进电机和声级计）之间的通信。如果发现任何问题，将及时进行更正，以确保测试令人满意。
通过结构化编程，软件包括五个模块：收集，控制，过程，搜索和帮助，如图3所示。它们的功能描述如下：
（1）收集：该模块在测试过程中获取温度，动压，静压，扭矩，转速，轴功率和噪声等参数;
- 控制：该模块在测试过程中控制变频器和锥形节流阀；
- 过程：该模块根据测试期间收集的参数计算风机的体积流量，有效全压功率和全压效率。基于上述处理，系统提取全压力-流量，全压力功率流量，全压效率-流量，静压力-流量，静压效率-流量，动态压力-流量和噪声流量曲线。
- 搜索：该模块可以帮助搜索具有测试号，测试时间和测试者名称作为关键词的信息。
- 帮助：本模块提供有关如何操作和使用软件系统的信息。
图3软件系统功能流程
- 测试系统的参数和精度
轴流风机测试仪离心风机测试仪
气道直径：Phi;500mm，Phi;630mmPhi;80mm，Phi;220mm
Rev：0〜3000r / min 0〜8000r / min
静压：0〜1k Pa 0〜12k Pa
差压：0〜6k Pa 0〜10k Pa
根据对风机性能测试系统重复测试的系统误差，随机误差和总误差的综合评估，风机效率的总误差为plusmn;2.7％，质量流量的误差为plusmn;1.96％。 该测试系统的总误差达到甚至超过国家标准，因此具有高精度。
- 结论
本文介绍了一种基于windows的风机性能测试系统，用于植物保护风扇。由于计算机工作迅速、准确以及实时采集信息的软件，该系统将站点仪表收集的参数发送到上位机，显示仪表上现场操作的状态，并监测仪表工作状态，以便于确定风机性能曲线，并提高测试结果的处理效率和精度。此外，该系统为植物保护风机的选择和设计提供了正确的测试工具，使植物保护风机的性能得以提高。
基于实验风机试验系统的性能研究和优化
Yatao Hu1, Yongfei Xue1,2, Ying Liu1 and Keqi Wu1
1.华中科技大学能源与动力工程学院，武汉，430074
2.河南工程学院，郑州，450007
@科学出版社和工程热物理研究所，CAS和Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2010
摘要：为了研究空调系统的风机性能，设计了两种不同的配置风机测试系统。两种系统的所有规模模拟为空调系统风机的设计和改进提供了基础，以改善内部流量，增加风量，降低噪声。通过对计算结果与实验结果的比较分析，可以证明对排烟流量的干扰是测量误差的主要来源，约5％。通过部分结构优化设计，均达到行业标准，测量误差小于1.5％。
关键词：测试系统，所有尺度模拟，流动扰动，优化设计
- 介绍
风机是空调系统不可或缺的设备。其能耗占整个系统的20％。为了降低能耗，不仅需要提高风扇的性能以满足不同的实际需求，而且还需要通过与其他部件良好匹配使整个系统达到最佳性能。它涉及风机及一些相关部件的优化，入口和出口部件、管道、热交换器等。因此有必要获得风机的精确参数。本文提出了一种汽车风机测试系统，符合GB1236-2000标准，主要用于空调系统中使用的各种风机。
通过考虑设计和测试过程中遇到的所有问题，本文尝试通过数值模拟了解整个测试系统的内部流动，以掌握其本质。在整体式和分体式风扇测试系统上进行模拟。他们的结果与实际比较测量，这在一定程度上验证了测试系统的准确性。
在局部结构优化和分析过程中，研究了在喷嘴前后具有和没有局部干扰的情况。 此外，在原始设计的测试数据和最佳设计之间进行比较。
- 几何和计算域
试验台主要包括：静压箱，纱网前后纱网，喷嘴系统，辅助风机，如图1所示。在试验开始时，系统从用户获取初始参数，并发出控制信号。试验前准备工作的主要内容是在试验期间确定一些重要参数，如调节器类型，风机出口面积，大气压力，设置试验模式，给出对精度和稳定性的要求等。在这个阶段，测试系统可以自动工作，或者通过控制软件交互工作，例如，手动调整喷嘴的状态，跳过稳定性判断阶段，改变精度设置等 。
计算域主要由静压室和测试部分组成。对于积分测试系统，静压室和测试部件作为单个部件连接。总长度为3.5m。 具体几何形状为1400 * 1400 * 1000（mm），1000 * 1000 * 2500（mm）。对于分流试验系统，静压腔和试验部件通过过渡软管连接。静压室长度为2000mm。这种结构取决于实际需要，而分离式测试部分与整体式相同。
图.1一般结构
网格由有限体积法生成。为了控制网格质量，复杂的域被分成几个小部分并且分别生成适当的网格，而相邻区域共享相同的表面和相同的网格节点。此外，在纱网前和纱后筛网和喷嘴部分精磨网格。对于整体测试系统，总电网数量为200万，而对于分离测试系统，总电网数为240万，如图2所示。
图.2两个系统的网格
- 数值模拟
在本文中，采用三维雷诺平均Navier-Stokes方程的守恒形式并选择标准k〜e双方程涡度模型，标准壁函数用于近壁区域。计算是通过分离的隐式方法进行的，而湍流动能，涡流耗散，动量方程是离散的二阶逆风方案。
在入口处，使用压力入口边界条件，给定总压力和湍流强度。流体被假定为不可压缩的。当流量误差低于时，认为其是连续的，同时，每个速度单元的误差，低于。
在实践中，受试风机的出口压力（背压）由辅助风机调节，辅助风机由换能器控制。这是一个闭环有源环路控制系统。为了接近实际情况，用户定义的函数用于获得喷嘴前后压力表面的平均压力，与测试值相比，得到修正关系，从而可以动态调整静压力的出口。最终，这可以确保喷嘴之前和之后的压力差与实验一致。
- 仿真结果与实验结果的比较
对于积分系统，当背压低时，模拟结果与实验结果非常吻合，这是主要的测试条件。然而，当背压为60Pa时，它们大大偏离，如图3所示。这种偏差可能是由计算模型的近似，测试结果对许多因素的敏感性引起的，电压、湿度和电信号的干扰。此外，由计算资源限制的网格的质量和数量也可能存在一些误差。 当背压为50Pa时，误差稍大一些。这是因为系统中的低能流体容易被阻塞，导致巨大的流量损失，使得测试值小于计算值。
图.3积分测试系统的仿真实验比较
对于分离系统，对于对应于高、中和低空气流速的九种不同条件进行计算。比较表明，两个结果之间存在一些偏差。除了上述原因外，特殊的分割结构也可能是一个原因。这种特殊的结构将建立一个大的压力梯度时，空气流入检测部，此梯度会损坏流动的均匀性。 在这种情况下，静压和差压的测量将受到很大影响。 实验结果大于计算结果。总的来说，计算结果和实验结果彼此一致。
在相同的背压（0Pa）下，沿着流动方向的压力分布示于图5中。其示出了在喷嘴处的压力值的急剧下降。 最重要的变化发生在前半部分（即椭圆收缩部分），而在后半部分，压力变得稳定。纱布屏幕起到一定的作用。在通过每个纱布筛（1.42m，1.54m和1.66m）之后，流动降低其压力。彼此相比，由于软管连接，分离系统的结构更复杂，流入测试部件时的流动压力低于整体系统的压力。另外，压力差是不同的，而单体是600Pa，后者是570Pa。这些事实表明分流系统中辅助风扇的压力要求应该更大。
图.4分裂测试系统的仿真和实验比较
图.5试验段沿流动方向（Z方向）的压力变化
- 本地优化分析
以整体系统为例，图6显示了喷嘴在不同背压下的压力分布。这说明喷嘴前的压力明显增加。值得注意的是，背压的增量和喷嘴之前的压力几乎是同步的，尽管流动通过静压箱，测试部分，然后是纱布筛，而所有这些结构将对流动施加约束。当背压为0〜30Pa时，喷嘴前的压力为负。并且低压的中心靠近喷嘴的中心。
图.6在不同背压下喷嘴之前的压力分布
在实际测试过程中，注意到用于控制喷嘴状态的pis-ton塞显然影响流动结构，影响测量到一定程度。本文尝试用喷嘴法分析喷嘴出口处的流动结构。图7示出了在喷嘴出口处的不同速度分布，一个具有活塞塞，另一个没有。虽然总体来说流动趋势在这些图中是相同的，但喷嘴出口后面的流动结构明显不同。在图7（a）中，当在喷嘴出口处存在干涉时，来自较大喷嘴的流体被迫分离，然后到达来自不同的纱布筛通道的出口。虽然在图7（b）中，在没有来自活塞塞的干扰的情况下，来自较大喷嘴的流体的主要部分沿其方向在主通道中流动，而另一部分形成明显的涡流，这将阻止向前流动。以这种方式，在这些通道中几乎没有流体。在每个喷嘴的边缘处，压力非常大，但是由于大的横截面积，它将对流出物的平均速度施加非常有限的梯度影响。然
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