（交通运输工程专业论文）车辆空调通风机检修及性能测试系统的研究.pdf

摘要铁路客车空调机组通风机是空调机组中重要的部件之一，也是检修过程中重要的检修对象。铁路车辆段通风机检修主要有检修( 修理)和检测( 试验) 两项内容。目前，缺乏有效的检修装置和合适的性能检测装置。依据铁路车辆的检修实际，着重讨论了一种新型通风机检修装置的设计及其计算分析，提出了一套兼容多种轴径通风机拆卸的柔性方案，较好的解决了现场离心通风机的检修难题。通过对通风机试验标准的研究，结合车辆段检修的要求，提出了一种兼容轴流风机和离心风机的试验的一体化试验方案，即轴流风机为迸风风管式试验系统，离心风机为出风风管式试验。这种一体化系统既减少了设备数量又减少了占地，更方便了使用。设计的孔板流量测量机构，较好的解决了风量测量的问题。在测量系统工况控制上，设计了模糊控制系统，使风量、风压等控制的品质大大提高。基于w i n d o w s 系统和v b 6 0平台开发了测试软件。研究工作解决了车辆段通风机检修试验的相关技术问题，对提升车辆的通风机检修技术水平具有重要意义。关键词铁道客车空调；通风机；检修；检测；模糊控制a b s t r a c tt h ef a n i n gm a c h i n ei sa l li m p o r t a n te q u i p m e n ti nt h ea i r - c o n d i t i o n i n gs y s t e mo ft h er a i l w a yp a s s e n g e rc a r i no r d e rt om a k es u r et h es a f e t yo p e r a t i o no ft h ea i r c o n d i t i o n i n gs y s t e m ，t h ef a n i n gm a c h i n em u s tb ei n s p e c t e df r e q u e n t l y t h e r ea r et w om a i nm e t h o d sf o rt h ei n s p e c t i o no ff a n i n gm a c h i n e o n ei sr e p a i r m e n t ，a n o t h e ri sm e a s u r e m e n t bu tp r e s e n t l y , t h e s et w om a c h i n e sa r ea l s os h o r t a g ei no u rc o u n t r y b a s e do np r a c t i c e so ft h ea i r - c o n d i t i o n i n gs y s t e ma n dp r a t i c a lc a l c u l a t i o n as e to ff l e x i b i l i t yd i s a s s e m b l i n gd e v i c ew h i c hc a nb ea p p l i e df o rv a r i e t yf a n i n gm a c h i n ew i t hd i f f e r e n td i a m e t e r so fa x l e t h i sd i s a s s e m b l i n gd e v i c em a k e st h ei n s p e c t i o no ft h ef a r t i n gm a c h i n eo nf i e l de n g i n e e r i n gm o r ee a s i l y a f t e rs t u d y i n gt h es t a n d a r di n s p e c t i o np a p e rf o rf a n i n gm a c h i n e ，a ni n t e g r a la s s a yp r o g r a m m ew h i c hc a nb eu s e df o rb o t ha x i a lf l o wf a n i n ga n dc e n t r i f u g a lf a t t i n gi sa l s oi n t r o d u c e d t h a ti sa x i a lf l o wf a n i n gw i l lb ei n s p e c t e di nt h ea i r - i n t a k ew i n d - p i p ep r o g r a m m i n gs y s t e ma n dt h ec e n t r i f u g a lf a n i n gw i l lb ei n s p e c t i o ni nt h ea i r - o u t t a k ew i n d p i p ep r o g r a m m i n gs y s t e m t h i si n t e g r a lp r o g r a m m es y s t e mn o to n l yr e d u c e sd e v i c ea n dt h ef l o o ra r e a ，b u ta l s om a k e st h ew h o l ei n s p e c t i o ne a s yf o ro p e r a t o r s t h eu s i n go fo r i f i c em e t e ri nt h i sp r o g r a m m em a k e st h ef l o wm e a s u r e m e n tc o n v e n i e n c e t h i sp r o g r a m m es y s t e ma d o p t sf u z z yc o n t r o ls y s t e mw h i c hl a r g e l yi n c r e a s e st h ec o n t r o l q u a l i t yo fi n p u t a i ra n dw i n dp r e s s u r e t h es o f t w a r e c o n t r o ls y s t e mf o rt h i sa s s a yp r o g r a m m es y s t e mi sb a s e do nt h ew i n d o w ss y s t e ma n dv b 6 0 t h r o u g hr e s e a r c h i n go np r o j e c tp r a c t i c e ，s o m et e c h n o l o g i cd i f f i c u l t sr e l a t e dt ot h ei n s p e c t i o no ff a n i n gm a c h i n ea r es o l v e da n di tw i l ld ov e r yg o o dt h i n g st oe n h a n c et h ei n s p e c t i o nl e v e l k e yw o r d sr a i l w a yp a s s e n g e rc a ra i r c o n d i t i o n i n g ，f a n i n gm a c h i n e ，i n s p e c t i o n ，t e s t ，f u z z yc o n t r o lm原创性声明本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含他人已经发表或撰写过的材料。与我共同工作的同志对研究所做的贡献均已在论文中作了明确的说明。作者签名：t 霍釜亟日期：豇4 月丝日关于学位论文使用授权说明一本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留学位论文，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以采用复印、缩写或其它手段保存学位论文；学校可根据国家或湖南省有关规定送交学位论文。作者签名：兰岔法师签名：日期：翌卫年丛月丝日工程硕士学位论文第一章绪论第一章绪论1 1 课题背景以及研究目的随着铁路交通运输的日益发展和人们生活水平的提高，铁路空调客车已经成为人们出行最主要的交通工具，人们对于铁路空调客车的环境舒适性要求也越来越高。在空调客车中，空调送风直接影响车厢内的舒适程度。研究表明：空调客车中出现的制冷量、新风量不足或冷热分布不均等问题及现象，与列车空调通风机有着直接或间接的关系1 1 1 1 2 1 。其次，通风机的耗能和噪声问题十分严重，尤其是年久失修或使用时间达到一定期限后的通风机，其耗能和噪声都将明显增大。因此，在进行空调机组检修过程中很有必要对其配套通风机进行定期检修以及性能测试，对一些使用时间过长、性能明显下降的通风机应及时修整或更新，以便满足广大乘客对乘车舒适性的要求。于是，建立一套完善的、科学的铁路客车空调通风机检修及性能检测装置是车辆运用单位空调检修的迫切要求。：通风机检修时，包含两个紧密相关过程，即“检修一与“检测 。工作流程为：从检修到检测：或者从检测到检修：前者是先检修，再检测检修后的通风机是否合格。后者是先检测，当遇到检测不合格时，进行进二步检修。：本课题致力于研究铁路客车空调通风机检修及性能测试系统，其最终目的在于：研究铁路客车空调通风机检修设备，解决通风机叶轮拆装、轴承拆装等问题。研究铁路客车空调机组通风机性能测试的方法和相关设备。目前，在车辆运用部门的空调风机检修过程中，通风机试验装置还远不能满足检修测试要求，通用性差、使用不方便、效率低、稳定性较差。提高通风机检修水平。通过应用先进的检测技术，能及时、准确的对通风机的性能做出诊断，识别其是否存在故障或缺陷，为设备维修提供必要的依据和指导。在空调运用过程中暴露的一些问题，有些与通风机性能有关。借助本研究的成果，能对风机性能进行测定或评判，为设备结构修改、选型、优化设计、制工程硕士学位论文第一章绪论造及生产过程控制等提供信息和参数。1 2 通风机检修工装及性能测试系统的发展现状1 2 1 通风机检修工装的发展现状在铁路空调客车的通风机检修试验中，通风机叶轮及轴承的拆装是一项重要的检修工作。由于通风机结构紧凑，拆卸空间有限，目前还没有专用的拆装装置，只能靠铁棒或铁锤从叶轮的一侧敲击叶轮轴套，容易造成风机叶轮、电机轴损坏，甚至造成整个风机的报废，而且操作上也非常费力。因此，在铁路客车车辆段的通风机检修中，迫切需要合适的风机检修拆装装置。1 2 2 通风机性能测试系统的发展现状【3 h 9 】通风机是一种经典通用设备，其性能测试装置及技术在许多行业得到了成熟应用。般而言，通风机性能测试装置涉及到通风机各种参数的测量，包括：进、出口空气的温度、湿度、大气压等气象参数，风机叶轮前后静压、动压等风压参数，电动机的输入电流、电压、功率因数等电气参数，还有通风机的风量、转速、传动效率等参数。随着测试技术的发展，通风机的性能测试经历了如下三个阶段：1 完全手工操作阶段2 0 世纪7 0 年代前，我国进行通风机装置性能的测试工作时，并没有先进的仪器仪表，几乎完全采用于工操作，然后再通过繁琐的计算才能得出结果。气象参数测量：使用干球温度计、湿球温度计和气压计来测读空气的干、湿温度和大气压；测值会因人而异，仪器也存在一定的误差。风压参数测量：在通风机前、后风洞内选择的测量断面上固定皮托管，连接胶皮管拉出洞外，再接t l 型水柱压力计，分别读出相对静压、相对全压和动压。风量参数测量：最早是在风洞内选择的测风断面上，由实验员测量该断面的平均风速和净断面面积。该工作持续时间长，而且环境条件差，所以会影响工作效率和测值的准确性。如果利用测得的动压来计算风速，则需在测压断面上固定多个皮托管，也是很繁琐的。电气参数测量：使用电压表、电流表和功率因数表。先分别量任意两相的电压、电流和功率因数，然后再计算出电动机的输入功率。2工程硕士学位论文第一章绪论转速测量：测量电动机和通风机的转速，先是采用闪影法测得转差率，然后计算出实际转速，后来才用上接触式机械转速表。可由两者的实际转速确定其传动效率。2 采用仪表测量阶段到2 0 世纪7 0 年代后，已有很多先进的仪器仪表应用于通风机装置性能测试系统，可省去部分手工测试过程，提高了测量值的准确性和工作效率，也改善了劳动环境，缩短了通风机装置性能测试工作的时间。这类仪表往往是传感器与数字显示仪表一起使用，可实现数据自动采集和数据远程传送、显示。例如，通风机的转速测量采用非接触式红外光电传感器，风量参数测量采用风速传感器。风速传感器测值范围可达0 5 3 0 m s ，在量程内其风杯转速与实际风速线性相关较好，可完全满足风洞内任何测点的风速测试，该传感器的信号处理采用光电管式或霍尔元件式原理，风杯每转动l 周就会输出固定的脉冲信号，以供采集电路计数和处理。这一阶段的通风机性能测试装置使用微处理器对各测量数据处理、打印。计算功能通过编程实现。但程序一般基于汇编语言，数据处理功能受到局限，不能实现可视化，人机交互不便。3 计算机程序控制测定2 0 世纪9 0 年代以来，计算机开始用于通风机装置性能测试。这个阶段研制的通风机装置性能测试系统，一般包括硬件和软件两大部分。基本的构成原理如图卜l 。状态信号风速压力调节器启停图i - i 通风机性能计算机测试原理框图3工程硕士学位论文第一章绪论计算机测试系统软件部分包含系统支持软件、数据采集软件、电机运行测试程序、风机运行测试程序以及打印数据和绘图软件等。硬件部分由多种物理量传感器、信号调理电路、数据采集电路、接口电路、微机及系统电源等组成。由于计算机的应用，使测试数据的处理能力加强。可实现空气物性参数的解析计算，自动数据拟合使各工况测试数据的计算更加完善。通过软件界面显示测试数据与状态，使测试装置更为形象。因此，计算机的应用大大提升了测试装置的技术层次。使得测试数据的分析处理更加深入、系统。试验结果的指导信息更为丰富。铁路客车空调通风机试验装置的发展远落后于其它行业通风机试验装置，其使用始于9 0 年代初。然而，就铁路客车空调通风机而言，其检修与性能试验有其特殊性：( 1 ) 通风机包括轴流和离心两大类，各类中规格有多样。( 2 ) 试验装置应具有通用性、测试简单方便。因此，铁路客车空调通风机试验装置的发展有其自身的特点。从国内外通风机测试技术的发展大局来看，铁路客车空调通风机试验装置发展的起始阶段就采用了计算机技术，所以，铁路客车空调通风机试验装置的研究主要是解决多对象的适应性测试问题。从技术角度看，铁路客车空调通风机试验装置的发展大体经历了两个阶段：标准的单机试验模式阶段和兼容性试验模式阶段。前者针对特定风机设计，不能兼容其它风机试验。不同风机试验则设计不同装置。在空调机型较少的发展初期，风机规格较少，这种单机试验模式尚能满足需要。2 0 0 0 年后，空调列车飞速发展。机车空调、客车空调、邮政车空调等装配的空调不同，导致风机规格明显多样化。这时，单机试验模式就不能满足需要了。检修试验要求一套试验装置能尽量多的兼容多规格风机试验。这样能减少装置数量，从而减少装置占地和投资费用。然而，兼容性试验模式也带来了许多新问题，需要研究解决，这也正是本研究的主要内容。1 3 本文的主要工作首先，本文从国家标准手册【1 0 1 1 1 1 1 及国外测试标准【1 2 1 中已明确规定的各种不同现场情况下的通风机的性能测试方法出发，针对铁路客车空调通风机提出相应的性能测试方法。在这种方法的基础之上提出一套适应的通风机自动性能测试系统，介绍该系统工作的原理，讨论装置的设计、数据采集、数据分析等。研究与4工程硕士学位论文第一章绪论该性能测试系统相关的技术问题。其次，提出一套通风机检修系统，进行通风机拆装系统的设计计算。通过分析车辆空调通风机的常见故障以及从检测和性能测试系统得到的数据，探讨空调通风机的故障诊断问题。通过本文的研究，旨在大大提高通风机的检修与测试水平，满足铁路客车空调机组通风机检修与应用的需要。1 4 本章小结本章简要讨论了铁道客车空调机组通风机应用及检修的特点、铁道客车空调机组通风机检修与测试技术的现状与发展，提出了本研究的目的及主要研究内容。工程硕士学位论文第二章通风机的工作原理与试验方法第二章通风机的工作原理与试验方法2 1 通风机工作原理f 1 3 i 。 e l通风机是依靠输入的机械能，提高气体压力并排送气体的机械，它是一种从动的流体机械。它广泛用于工厂、矿井、隧道、冷却塔、车辆、船舶和建筑物的通风、排尘和冷却；锅炉和工业炉窑的通风和引风；空气调节设备和家用电器设备中的冷却和通风：谷物的烘干和选送；风洞风源和气垫船的充气和推进等。按气体流动的方向，通风机可分为离心式、轴流式、斜流式和横流式等类型。通风机的工作过程中气体流速较低，压力变化不大，一般不需要考虑气体比容的变化，即大部分情况下把气体作为不可压缩流体处理。离心通风机工作时，动力机( 主要是电动机) 驱动叶轮在蜗形机壳内旋转，空气经吸气口从叶轮中心处吸入。由于叶片对气体的动力作用，气体压力和速度得以提高，并在离心力作用下沿着叶道甩向机壳，从排气口排出。因气体在叶轮内的流动主要是在径向平面内，故又称径流通风机。离心通风机主要由叶轮和机壳组成，小型通风机的叶轮直接装在电动机上中、大型通风机通过联轴器或皮带轮与电动机联接。离心通风机一般为单侧进气，用单级叶轮；流量大的可双侧进气，用两个背靠背的叶轮，又称为双吸式离心通风机。叶轮是通风机的主要部件，它的几何形状、尺寸、叶片数目和制造精度对性能有很大影响。叶轮经静平衡或动平衡校正才能保证通风机平稳地转动。按叶片出口方向的不同，叶轮分为前向、径向和后向三种型式。前向叶轮的叶片项部向叶轮旋转方向倾斜；径向叶轮的叶片顶部是向径向的，又分直叶片式和曲线型叶片；后向叶轮的叶片顶部向叶轮旋转的反向倾斜。前向叶轮产生的压力最大，在流量和转数一定时，所需叶轮直径最小，但效率一般较低；后向叶轮相反，所产生的压力最小，所需叶轮直径最大，而效率一般较高；径向叶轮介于两者之间。叶片的型线以直叶片最简单，机翼型叶片最复杂。为了使叶片表面有合适的速度分布，一般采用曲线型叶片，如等厚度圆弧叶6工程硕士学位论文第二章通风机的工作原理与试验方法片。叶轮通常都有盖盘，以增加叶轮的强度和减少叶片与机壳问的气体泄漏。叶片与盖盘的联接采用焊接或铆接。焊接叶轮的重量较轻，流道光滑。低、中压小型离心通风机的叶轮也有采用铝合金铸造的。铁路客车空调蒸发器采用前向多翼离心通风机。风量一般在1 0 0 0 0 m 3 h 以下，功率不超过2 2 k w 。轴流式通风机工作时，动力机驱动叶轮在圆筒形机壳内旋转，气体从集流器进入，通过叶轮获得能量，提高压力和速度，然后沿轴向排出。小型低压轴流通风机由叶轮、机壳和集流器等部件组成，通常安装在建筑物的墙壁或天花板上。大型高压轴流通风机由集流器、叶轮、流线体、机壳、扩散筒和传动部件组成。叶片均匀布置在轮毂上，数目一般为2 - - 一2 4 。叶片越多，风压越高；叶片安装角般为1 0 。 - 4 5 。，安装角越大，风量和风压越大。轴流式通风机的主要零件大都用钢板焊接或铆接而成。铁路客车空调冷凝器采用轴流通风机。风量一般在6 0 0 0 , - - , 2 0 0 0 0 m 3 h ，功率不超过2 2 k w 。斜流通风机又称混流通风机，在这类通风机中，气体以与轴线成某一角度的一二：方向进入叶轮，在叶道中获得能量，并沿倾斜方向流出。通风机的叶轮和机壳的形状为圆锥形。这种通风机兼有离心式和轴流式的特点，流量范围和效率均介于两者之间。横流通风机是具有前向多翼叶轮的小型高压离心通风机。气体从转子外缘的一侧进入叶轮，。然后穿过叶轮内部从另一侧排出，气体在叶轮内两次受到叶片的力的作用。在相同性能的条件下，它的尺寸小、转速低。与其他类型低速通风机相比，横流通风机具有较高的效率。它的轴向宽度可任意选择，而不影响气体的流动状态，气体在整个转子宽度上仍保持流动均匀。它的出口截面窄而长，适宜于安装在各种扁平形的设备中用来冷却或通风。但这两类通风机在铁路客车空调机组中极少采用。通风机的性能参数主要有流量、压力、功率，效率和转速。另外，噪声和振动的大小也是通风机的主要技术指标。通风机的流量也称风量，以单位时间内流经通风机的气体体积表示( 如m v h ) ；压力也称风压，是指气体在通风机内压力升高值，有静压、动压和全压之分；功率是指通风机的输入功率，即轴功率。通风机有效功率与轴功率之比称为效率。通风机全压效率可达9 0 。通风机未来的发展将进一步提高通风机的气动效率、装置效率和使用效率，7工程硕士学位论文第二章通风机的工作原理与试验方法以降低电能消耗；用动叶可调的轴流通风机代替大型离心通风机；降低通风机噪声；实现变转速调节和自动化调节。2 2 通风机的性能试验方；去【伯i i ”11 1 7 1 1 佃l由于气体在通风机中的流动情况十分复杂，运行工况因时因地都有变化，要确保通风机在较高的效率范围内运行，就必须了解通风机性能变化规律，及时检测通风机性能参数，掌握通风机实验性能曲线，需参照风机性能曲线来选择风机的运行工况点，通风机性能测试是科学、合理、客观地评价其性能指标的方法。通风机性能试验工作，一般包括空气动力特性试验和噪声性能试验两部分。2 2 1 通风机空气动力性能试验通风机空气动力特性试验的目的，是为了求得通风机在给定转速下所产生的风量、压力、耗用功率及其效率间的相互关系。这种试验须在机械动转试验合格后才能进行。1 通风机性能试验标准以及试验方法分类通风机性能测试试验方法( 试验台) 按总的试验装置类别可以分风管试验和风室试验两大类，按常规来说，压力较高的风机，用风管试验台测试，压力较低的风机，用风室试验台测试。对有双出口的风机，可以用风管做进气试验，也可以用风室做出气试验。按g b t 1 2 3 6 2 0 0 0 标准分可分为四种，即a 型、b 型、c型和d 型。a 型：自有进口和自由出口。为具备装置条件，通风机必须在没有增加任何辅助装置下使用进口锥形或出口管道下做实验，但随通风机供货的辅助装置：防护网、进口集流器等应该安装。b 型：自有进口和管道出口。为了具备b 型装置提条件，应该使用带有整流栅的出口风管，当在通风机出口处没有任何涡流时，可以使用短风管。通风机必须在进口不加任何辅助设备下试验( 随同风机供货带的辅助设备除外) 。通常，出口压力在防涡流装置后面的出口风管中测量。风管和防涡流装置组成了通风机出口处的共用件。当使用出口风室并通风机出口没有任何涡流时，特别对于离心通风机，在通风机和风室之间可以使用短风管。8工程硕士学位论文第二章通风机的工作原理与试验方法c 型：管道进口和自由出口。为了具备c 装置条件，应该使用进口风管而不应使用任何出口风管或辅助设备，随通风机供货的那些除外。如果通风机出口侧连接一短管，这将大大影响它的性能，即使这个风管很短，也如此。因为实际全部流阻在进口侧。因此如果现场通风机有一短的出口风管，这样的风管也应该包括在实验风管中。d 型：管道进口和管道出口。为了具备d 型装置条件，应使用模拟进口风管和出口风管。当使用进口或出口风室时，通风机出口没有涡流的情况下，出口风管可能是短管型。如果按风管和风室分独立来分类，则分类如下：风室试验：a 型出气试验、a 型进气试验、b 型出气试验、c 型进气试验风管试验：b 型出气试验、c 型进气试验、d 型进出气试验( b 型) 、d 型进出气试验( c 型)2 流量的测量通风机试验中流量的测量非常重要。流量测量方法有多种选择，最常用的流量测量方法有：表2 - 1 流量测量方法风管风室序号流量测量方法试验方法试验台试验台1锥型进口( 锥型集流器) 一!；进气试验可以可以29 0 。弧进口喷嘴( 弧型集流器) 进气试验可以一可以3毕托静压管( 毕托管)。出气试验可以可以孔板流量计( 分进口孔板、管道内孔迸气试验4可以可以板、出口孔板等种类)出气试验i s o 文丘里喷管( 分进口文丘里喷管、进气试验5管道内文丘里喷管、出口文丘里喷管可以可以等种类)出气试验文丘里喷管进气试验可以可以6( 分进口文丘里喷管、管道内文丘里喷出气试验管、出口文丘里喷管等种类)进气试验7孔板流量计( 分风室中孔板)可以出气试验进气试验8多喷嘴流量计可以出气试验3 风室试验9工程硕士学位论文第二章通风机的工作原理与试验方法风室实验装置由流量测试管路、腔室、辅助风机、流量调节器和整流器等组成。根据腔室与通风机进气口和出气口的联结方式不同，分为进气风室和出气风室两种试验装置。具体各部分的尺寸以及结构根据不同的装置要求而不同具体可见参考文献【l o l 。进气风室试验装置中通风机进气口端与风室的腔室出口相连接，同通风机出口开向大气，如下面的图2 1 和图2 2 。出气风室实验装置中，通风机进气口开向大气，而通风机出气口与风室的腔室进口连接，见下面的图2 3 和图2 4 。图2 - 1 型风室进气试验示意图0 罚多喷嘴流量计测流量)辅助风机过渡管道风宣稳流拜用多喷嘴漉重计试验冈机图2 2c 型风室进气试验示意图( 用多喷嘴流量计测流量)1 0工程硕士学位论文第二章通风机的工作原理与试验方法图2 - 3 型风室出气试验示意图( 用多喷嘴流量计测流量)图2 - 4b 型风室出气试验示意图( 用多喷嘴流量计测流量)4 风管试验风管式试验装置由测试管路、流量调节装置以及锥形连接管等组成。根据实验管路与通风机进气口和出气口连接方式不同分为进气、出气和进出气三种实验装置。在出气实验装置中，进气口开向大气，而出气口端面与测试管路连接。见图2 5 图2 8 。在进气试验装置中通风机进气口端面连接测试管路，而出气口端开向大气，见下面图2 - 9 图2 1 1 。工程硕士学位论文第二章通风机的工作原理与试验方法：粕岛6 厶i i p图2 - 5b 型风管出气试验示意图( 用管道内孔板测流量)p 口舰抑。一一曩声翰a p ! j 且6图2 6b 型风管出气试验示意图( 用毕幕静压管测流量)名，岛6 p图2 - 7 b 型风管出气试验示意图( 用管道内i s o 文丘里管测流量)1 2工程硕士学位论文第二章通风机的工作原理与试验方法a p图2 - 8b 型风管出气试验示意图( 用管道内文丘里管测流量)a p困2 - 9c 型风管进气试验示意图( 用锥型进口测流量), a p图2 1 0c 型风管进气试验示意图( 用9 0 。孤进口喷嘴测流量)1 3、b噪声、b奈声工程硕士学位论文第二章通风机的工作原理与试验方法图2 1 1d 型风管进出气婆验示意图( 用雏型进口测流量)i，。v按照g b t 1 2 3 6 娩0 0 0 ，试验装置类型的组合可以有很多种，以上是较常用的i几种。对于风管出气试验i 目前大多使用毕托静压管来测量，此方法测量时间长( 例如一个测试工况点，其它试验方法只需要测一点，毕托静压管要测8 - - - , 2 0 点，然后取平均) ，精度低，可靠性也差。建议在设计或改造试验台时k 、使用i s o 文：、n丘里喷管或孔板流量计，可以极大地提高缩短试验时间，提高测试精度，如果配有电动调节门，还可以实现自动调节流量等。在风管试验中，如果被测试风机本身的压力较小i ”】1 1 7 1 ，如小于5 0 - 一1 0 0 p a ，。?一则在试验中很有可能不能克服风管阻力，使得风机在测试时运行在小流量区，无法获得风机在设计流量下的性能。例如在测试时流量为5 0 0 2 0 0 0 m 3 h ，而风机i。的设计流量为3 0 0 0 ：- 5 0 0 0 m 3 h ，这在测试较低压力风机时较常见的一种现象。遇到这种情况，一般的解决方法是使用风室试验台来测试，风室试验台中一般配有辅助风机，辅助风机的作用主要用来克服由于测试风机本身不能克服的部分阻力。风管试验台一般不配辅助风机，主要靠风机本身所能提供的压力来克服风管阻力，所以风管试验一般用于压力较高的风机测试。在风管进气试验中，主要是1 4工程硕士学位论文第二章通风机的工作原理与试验方法由于辅助风机装置影响测试，装置较复杂，所以一般不使用辅助风机。在风管出气试验中，如果需要也可以配辅助风机，但由于风管直径较多，辅助风机装置较难在几个风管试验台中公用，如果一种风管配一套辅助风机及相关装置( 包括调节门和控制器) ，成本较高，所以大多数的风管出气试验，一般也不使用辅助风机。在风室试验台中，由于风室的流量适应范围广，不存在像风管那样多套风管需要赔多套辅助风机装置，一般一套或两套风室就可以满足所需流量测试范围，需要配的辅助风机的套数少，所以风室一般都配有辅助风机，用于克服测试风机本身不足以克服的那部分流动阻力。如果风室设计得好，一般都能达到风机进出口的静压差为零的最大流量工况( 例如普通风扇在使用时，进出口静压几乎为零) ，所以风室可以完成压力较小风机的测量。通风机实验过程中，为了保证电动机起动安全，通风机启动时负荷越小越好。因此离心式通风机应将节流器调整到全闭状态下开车：轴流式通风机必须将节流器调整到全开状态下开车为宜。通风机的性能试验最好在规定的转速下试验，但由于条件设备限制，也可以在0 5 n o n 2 0 转速进行。测量的工况点数越多，则绘制的曲线越精确，一般情况下测定7 - 8 个工况可满足绘制风机电机曲线的需要。若由于电动机功率限制，最少也应有一个测定点的风量大于使用工况点的风量。通风机在每一工况点运转稳定后，才记录各仪表上的读数。当各仪表上的指示数值波动很大时，应采用其平均值，并标注其最大和最小值，以便在绘制曲线时作为查找问题的根据。如果某几个测量值偏离正常曲线过大时，应查找其原因，必要时重做实验。2 2 2 通风机噪声性能试验2 2 2 1 关于通风机噪声的几个基本问题1 通风机声压级通风机的声压是指由于通风机运行使其周围大气压力产生的压强波动的大小。通风机的声压级是衡量通风机声压大小的一个概念，其计算公式为。l g j j p o( 2 1 )工程硕士学位论文第二章通风机的工作原理与试验方法上式中：三，一通风机声压级，d b ；p - 一声压ip a ：p o 二基准声压，p o = 2x1 0 5 p a 。通风机声压级的大小，与距离通风机的远近和相对位置有关。当通风机运行时，一般来说，距通风机的距离越远，通风机声压级越小：即便离通风机距离相同j由于和通风机的相对位置不同，通风机声压级也不一样，即通风机噪声具有指向性。在距通风机某二距离的位置测得的声压级大小，说明通风机对该位置处噪声污染的程度。距通风机的距离不同、和通风机的相对位置不一样，则通风机声压级测量值不同，在通风机进风口、出风口以及其壳体侧面测得的声压级是不一样的。2 ：通风机声功率级通风机的声功率是指通风机运行过程中在单位时间内向外辐射的声能量的总和。通风机的声功率级是计量通风机具有的噪声能量大小的一个概念，其计算公式为【15 】二型l o l 等罴- ( 2 - 2 )式中：_ j l i 二为通风机的声功率级j ( d b ) ：-。一为通风机声功率，e w ) ：订o _ 为基准声功率，7w o - i o - 1 2 ( w ) 。通风机声功率级的大小体现通风机本体的噪声特性。在测量声功率级时，首先根据通风机的实际情况，选择一个包容通风机的测量表面，在测量表面上选择适当的测点，根据各个测点i - _ 澳0 得的声压级大小的平均值和测量表面的面积计算其声功率级的大小。一旦通风机的运行工况确定，其声功率级的大小是一个定值，与测量表面的选择和测点位置的变化无关o _ 通风机声功率级的大小，只代表单位时间内向外辐射的声能量的大小，并不反映某一特定测点处声压级的大小，只反映在某一特定测量表面上多个测点处声压级平均值的大小，声功率级的量值与测量位置无关。3 通风机比a 声级1 6工程硕士学位论文第二章通风机的工作原理与试验方法通风机的比a 声级反映在单位风量、单位全压条件下固定点处声压级的大小，其计算公式为：s = l 一l o l g ( q 、p2 ) + 1 9 8( 2 3 )式中，l 甜为通风机在最高效率工况运行时的比a 声级，d b ；l 为通风机在最高效率工况运行时的a 声级，d b ；仇为通风机在最高效率工况运行时的风量，m 3 m i n ：p 为通风机在最高效率工况运行时的全压，p a 。通风机比a 声级反映的是通风机基本性能( 风量和全压) 下的声压级的大小，与通风机声压级一样，其大小与测点相对于通风机的位置有关。由上所述，通风机的声压级、声功率级和比a 声级是通风机噪声的3 个不同概念，所反映的通风机噪声特性各不相同，在规定通风机噪声的基本要求时，应注意根据不同的需要选择不同的噪声指标。2 。2 2 。2 通风机噪声指标与测定方法的选择1 噪声指标的选择1 1 0 】【2 3 】一机械设备噪声限值的规定，是为了限制机械设备噪声污染的程度。根据劳动卫生条例规定，当工人工作环境噪声大于8 5 d b 时( 声压级) ，则必须对工人进行个别防护或减少劳动时间。工人在8 5 d b 噪声环境中每天连续暴露8 h ，连续工作2 0 h不会造成噪声性听力下降。工作环境噪声高于8 5 d b 时每超过3 d b ，每天工作时间相应减半。规定噪声限值是为改善工作环境，降低噪声对劳动者的危害，保护劳动者身体健康。噪声限值指标的选择，必须围绕是否危害劳动者进行。由分析知，通风机声功率级反映的是通风机单位时间内辐射的声能量大小，它不能直接反映通风机对工作环境的噪声污染程度：通风机比a 声级反映的是通风机单位性能( 全压和风量) 对工作环境的噪声污染情况，对于一个高全压、大风量的通风机来讲，虽然它对环境的噪声污染很严重，但比a 声级指标往往却不能反映出来。从保护劳动者身体健康的角度来考虑，比a 声级不能够满足这要求。通风机a 声级直接反映了通风机所在工作环境声压级的大小，反映了该噪声环境对劳动者身体健康的危害程度，限制通风机的a 声级，将直接限制通风机对声学环境的污染，使操作者免遭听力损伤。1 7工程硕士学位论文第二章通风机的工作原理与试验方法综上所述，从保护声学环境和劳动者身体健康、降低通风机噪声污染的角度来考虑，矿用通风机的噪声指标应采用a 声级最为合理。2 通风机噪声测定方法的选择在通风机噪声指标确定之后，测定方法的正确与否将会直接影响对通风机噪声指标的判断。通风机噪声测定方法的选择主要包括噪声测点的选择和噪声测量仪器的选择。噪声测量仪器将影响测量结果的精度，应据测量目的选定。比如，生产厂家用于通风机出厂检验时，可以选择精度稍低者，而国家计量单位为社会提供公正的数据时，则应选择精度较高者。噪声测点选择的正确与否将直接影响到测量结果能否真正反映被测对象对环境的噪声污染。噪声测点选择的原则是：测试时测点和被测对象的相对位置在实际应用时存在；被测对象测试时的运行状态应和在实际应用过程中的运行状态基本一致；测点位置的测试结果能够代表被测对象的噪声。如果测点位置的选择能够满足以上3 个原则，基本上能够满足要求。2 3 通风机性能测试内容和理论计算以下以通风机a 型风室出气试验为例来说明试验过程，对应的装置图如上图2 - 1 所示。2 3 1 试验空间采取的测量1 在试验空间内测量( 1 )通风机平均高度的大气压p 。( p a ) ：( 2 )靠近进口的环境温度t 。( ) ：( 3 )干球和湿球温度t 。( ) 和t ( ) ：大气密度p 。= ( p 。- 0 3 7 8 p ，) ( 2 8 7ei )k g m 3( 2 4 )式中oi ：t , + 2 7 3 1 5( k )p = ( p 。) 佃一p 4 ( t d t 。) ( i + 0 0 0 11 5 t - )( p a )当t i = o 1 5 0 c 时a l = 6 6 6 x1011(2-5)当t g 厶，由于升降台在最底位置时，1 最小，2 最大，可见，升降油缸顶推力在最底位置时最大，升降台各部件在此时受力最大，因此，对升降台处于最底位置时进行受力分析。计算升降油缸提供的最大推力：3 5工程硕士学位论文墨三皇望垦墼竺堡茎重堡生_ 一一一一，2 = 3 5 0 r a mz l = a c t 锄6 = 7 8 0 t a n l 2 。= 1 6 6 r a mf ：堕：5 0 0 0 x3 5 0 ：1 0 5 删，l1 6 6即升降油缸的最大推力为1 0 5 k n 。图3 1 0 升降台总体受力图以升降台整体为研究对象，其受力如图3 1 0 所示。由横向合力为零可得：x = oj 兄一乃= 0由纵向合力为零可得：y = oj + + 一导= o由对任一点的力矩为零可得：鸩= o 2 0 0 + 7 s o f 一5 5 0 等= o工程硕士学位论文第三章通风机检修装置设计心= oj7 8 0 f 。, + 7 。一3 5 。曼2 = 。f兄= c o s = 5 1 3 5 n联立以上五式可得：= 1 0 9 2 n ，= 1 5 4 n ，= 1 2 5 4 n瓦= 瓦= 5 1 3 5 n以c h 杆为研究对象，其受力如图3 - 1 1 所示。f c yf o xc图3 - 1 1 内撑板受力图已知= 竿= 1 2 5 0 n ，又由于a g 可视为二力杆，因此可得：f g = f a = 沁1 ： f 0 = 5 2 5 0 n= 名21 0 9 2 n= 兄= 5 1 3 5 n由竖直方向合力为零可得：】，= oj 易+ 名一一= o解得：易= 5 2 9 3 n由水平方向合力为零可得：x = oj + 名一乓= o解得：凡= 0以b i 为研究对象，其受力如图3 一1 2 所示。工程硕士学位论文第三章通风机检修装置设计b由前面分析可得：毛= 丁g 2 = 1 2 5 。= 1 5 4 n= 5 2 9 3 n图3 - 1 2 外撑杆受力图il r i y2 液压升降台强度校核根据前面的受力分析，液压升降台的内支撑杆受力最大，因此只对内支撑杆进行强度校核。内支撑杆为角钢l 4 5 x 4 5 x 5 ，材料为q 2 3 5 ，其结构如图3 1 3 示。工程硕士学位论文第三章通风机检修装置设计图3 - 1 3 内支撑杆由前面计算分析可知，内支撑杆在f 截面处弯矩最大，其值m = 1 3 7 4 n i n ，因此危险截面在f 处，故对内支撑杆f 处截面进行强度校核。危险截面弯曲应力为：仃：了m r f l a x 纠。式中m m 践截面所受最大弯矩，1 3 7 4 n m抗弯截面系数，9 7 r a m 2b 】内支撑杆材料的弯曲许用应力，1 8 0 y l p a计算结果为：仃：坠：坠：1 4 2 m p a p 】w9 7。因此，内支撑杆的强度符合要求。工程硕士学位论文第三章通风机检修装置设计3 6 本章小结本章重点讨论了通风机检修装置的设计。采用特殊设计的叶轮拆卸夹钳，能方便适应轴径在一定范围的离心通风机的叶轮拆卸。通过验算，得n t 夹钳稳定夹紧的自锁条件。完成了液压升降台的设计。工程硕士学位论文第四章通风机的性能测试系统第四章通风机的性能测试系统铁路车辆空调一般为单元式空调机组，其中采用的风机有冷凝风机、蒸发风机。冷凝风机为轴流式，蒸发风机为离心式f 2 8 h 3 1 l 。本章着重讨论适合于这种空调风机试验的相关问题。4 1 通风机性能测试装置4 1 1 试验装置的选择如前所述，通风机性能试验装置有风室式和风管式。风室式多采用喷嘴测流量，装置外形尺寸较大。铁路车辆检修及试验交叉进行，试验设备作为检修设备的一部分，根据检修工艺流程要求，一般放置在检修大库，而不是专门试验室。这就决定了小型试验装置更适合现场检修需要。比较而言，风管式通风机性能试验装置外形尺寸小，结构紧凑，是较理想的通风机现场试验装置。试验装置见图2 5 中的b 型出气试验方案。4 1 2 轴流与离心风机试验装置按照g b1 2 3 6 - 2 0 0 0 标准，一种风机试验选择一种对应的装置方案。由于铁路空调机组通风机既有离心风机又有轴流风机，型式和规格较多，如果不考虑装置的共用，那么，要完成通风机检修试验，就要若干套试验设备，这在实际上是不可能的。如果离心风机选择出气试验，轴流风机选择进气试验，那么，在同一套测试装置上，气流方向一致，就可能把具有相近规格参数的离心和轴流风机共用一套试验装置。如图4 - i 。装置的部件包括：风管、轴流接口附件、离心接口附件、调节装置、风量测量机构、压力测量等部分。风管：由于兼容轴流与离心两类风机，所以，测试风管采用了圆形风管，风筒直径d = 5 0 0 m m 。圆形风管断面流速分布较均匀。轴流接口附件：按照试验轴流风机尺寸制作，设置接口封板，贴5 0 m m 海面密封。4 1工程硕士学位论文第四章通风机的性能测试系统离心接口附件：按照试验离心风机口做成汇流三通，与风机接合面设置接口封板，贴5 0 咖海面密封。对于大小风口不同的风机，按照最大风机风口尺寸制作，向下采用软帆布接头兼容。图4 - 1 离一心风机和轴流风机共用试验风道示意图调节装置：用以改变测试风量或压力的装置。有钢圈阀、风量调节阀等。本研究的试验装置中采用风量调节阀，并且配电动执行机构。风量测量机构：是整个试验装置中的重要部分。包括整流、流量测试。设计了方形网格整流，网格间距及厚度符合g b1 2 3 6 2 0 0 0 标准。流量测量采用孔板。孔板孔径由3 4 6 。孔板两侧设计静压环采集孔板上下游两侧静压差ap 。由静压计算风量的公式如下：矿：口a 3 6 0 0 五万：7 0 6 5 口五歹( 4 1 )式中：a 为风管断面积，本试验系统a = o 1 9 6 2 5 m 。i l l ；q 为流量系数，在标准流量测量系统中经对比试验标定。标定风量范围0 1 5 0 0 0 m 3 h 。压力测量：在离心风机的出口直风管段或者轴流风机入口直风管段的位置用静压环测量静压。4 1 3 性能测试原理【3 4 】、【3 8 1根据g b1 2 3 6 2 0 0 0 标准，通风机性能测试时检测项目主要有：电压、电流、绕组温升、进口压力、出口压力、进口温度、出口温度、风量、轴功率、转速、大气条件等。其中以下参数需要在前期准备工作中测量：通风机平均高度的大气压p a ( p a ) 、靠近进口的环境温度t 。( ) 、干球和湿球温度t 。( ) 和t ( ) 等。待测量好以后可将被测风机与风管式试验装置连接，通电运行稳定后，启动检侧装置自动测量被测风机运行时的电压、电流、进出口温度、进口( 出口) 静压、进工程硕士学位论文第四章通风机的性能测试系统口( 出口) 动压、电机输入有功功率、转速等部分参数，其它参数由计算机软件计算得到。试验可测得风机的风量、全压等空气动力参数及电压、电流、功率、转速、温升等多项性能参数。本系统适宜进行额