通风机出厂实验

StudyOnLarge-scaleVentilatorPerformanceAutomaticTestingDevice

YinZhongmin

AccordingtoventilatorperformancetestingstandardsuchasGermanyDIN24163-2，U．K．BS848-1，InternationalISO/DIS5801，andreferringtoChinaGB1236-85，thelargestventilatorperformancetestingdeviceinChinaatpresentisdesignedandbuilt．Thisdevicecantestbothconventionalcentrifugal，axial，mixedflowventilatorandspecialroofventilator．Thebladediameterisupto2．4m，massratereaches5×105m/h，Itcantestflowrateoftestedventilatorinzerostaticpressurestatebecausevelocity-adjustingaidedventilatorisoutfitted．Alldataofworkingpointareautomaticallygathered，calculated，typed，drawnintoperformancecurvebycomputer．

Keywords：large-scaleventilator，performance，automatictestingdevice

1前言

通风机使用面广量大，种类繁多，遍及国民经济各部门，为确保其质量需进行性能测试，中小型通风机（一般指叶轮直径＜1m）各制造厂及部分配套部门较为广泛使用性能测试装置，其中少数单位采用计算机进行试验数据采集与处理的自动测试方式，而对于具有通用型的大型通风机性能自动测试装置，目前国内尚未见报道。随着近年来电站、地铁、隧道等大型工程建设数量不断增长，大型通风机使用量日益增加，为确保其性能与可靠性，需建立相应的性能试验装置，以便能直接提供出厂试验。大型通风机性能试验装置由于台体庞大、建造经费可观，除了要正确选择装置的形式，降低造价外，更要重视装置的通用性，我们在多次建造中小型通风机性能自动测试台的基础上，根据国内外有关标准[1～4]，为江苏申海集团股份有限公司设计并建造了大型通风机性能自动测试装置，系统装置示意图如图1。

图1系统装置示意图（以常规风机测试为例）

2试验装置的方案

通风机性能试验装置基本分为风管式与风室式两大类，由于风室式能在宽广的风机尺寸范围内不需改换风室本体，具有较大的通用性，并可测量通风机完整的性能曲线，更适合低压通风机及特殊通风机测量要求。

根据试验风机安装位置，风室式又可分为进口侧风室与出口侧风室，参照有关标准[3、5]，进口侧风室所需横截面积一般是试验通风机进口喉部面积的5～8倍，而出口侧风室，对于轴流通风机性能试验所需横截面积是风机出口面积的16倍，因此，在无特定的要求时，选用进口侧风室能大大减小尺寸、节省空间与材料。多数大型通风机在工作系统中以抽风方式运行，更适合选用进口侧风室进行性能试验。另外，压力较高风机进行进口侧风室试验时，室内处于负压，操作更加安全。对于大型通风机的性能试验，DIN标准仅涉及进口侧风室、出口侧风室由于尺寸庞大而未讨论[1]。

根据DIN、BS标准[2、3]，选用进口侧风室可以把特殊的屋顶通风机性能试验装置统一在一套装置中，扩大了通风机试验种类，通用风室本体横截面积采用正方形，风室本体相关尺寸、内部构造、风室进口管道符合有关标准要求[1～4]，基本形式参见图1的试验台本体部分。

3装置的设计

装置的主要设计参数为：流量Q＝5×103～5×105m3/h，静压P＝0～2000Pa；试验风机叶轮直径D＝1.0～2.4m（D＜1m，另建小型测试装置）；试验风机的类型：离心、轴流、混流、屋顶通风机。

3．1流量测量部分的设计

为满足试验装置的流量测量，采用通用性强、安装方便的进口喷嘴流量测量方式，根据有关标准[1、3]，选用1/4圆周进口测量喷嘴，规划了6种规格，根据雷诺数下限Re0，min＝105，空气温度在0～40℃时，空气运动粘度υ＝1.5×10-5m2/s，现取平均流量系数α0＝0.99，膨胀系数ε0＝1，进口密度ρ0＝1.2kg/m3，则喷嘴喉部最小速度由得：

最小流量

（1）

（2）

由式（1）、（2）得：

（3）

各规格的喷嘴使用最小流量与压差见表1。

表1各规格的喷嘴使用最小流量与压差

序号d0（mm）ΔP0，min（Pa）Q0，min（m3/h）110001.44241212001.05089314000.75938416000.56786520000.38482624000.210179

由于喷嘴尺寸较大，采用玻璃钢材料制造，重量轻、工艺简便、表面光洁，进一步降低了装置的总造价。

3．2锥形扩散管

所有锥形扩散管单边扩散角均为4°，可与相应6种规格的喷嘴尺寸分别配套，使用时根据试验风机的流量选择安装。

3．3整流器

整流器安装于锥形扩散管后侧，以防止下游气体的涡流干扰上游喷嘴的流动，其结构形式根据文献[1]采用蜗蜂状。

3．4辅助通风机

根据ZB标准[6]，屋顶通风机的流量是指静压为0时的流量，为达到该要求，必须借助辅助风机克服试验装置全部流动损失，辅助风机采用变频控制，根据试验要求调节转速。选用的辅助风机为No．24#轴流风机，流量为3×105m3/h，全压150Pa，转速400r/min，配用功率22kW，能完全满足10#～24#屋顶通风机性能试验的要求。

3．5流量调节阀

通过流量调节阀改变试验管道的阻力，也就改变试验工况点，从而可获得通风机的气动特性曲线，流量调节阀的形式采用对开的风阀叶片，前后附带整流格栅，阀的通流面积为2.4×2.4m，试验时通过控制台调节（也可由计算机自控），同时，控制台仪表同步数显0～100%任一开度[1]。

3．6风室本体

风室本体（见图1）由两部分组成，前部用于测量屋顶通风机，后部用于测量常规的离心、轴流、混流通风机。测量屋顶通风机时，常规通风机安装处密封，气体流过45°且开孔率为45%整流网均匀向上，经过试验的屋顶通风机流向外侧，在屋顶通风机安装处内壁水平方向布置4只壁面静压测孔用于测量风室静压。测量常规通风机时，前部屋顶通风机安装孔口外密封，气流从进口管道水平地经过45°整流网后，依次通过开孔率分别为60、50、45%的整流网均匀进入常规通风机的进口处，在整流网后与试验通风机进口前内壁竖直方向布置4个测压孔用于常规通风机的静压测量。

选用整流网规格不宜使网孔太小，以免长期使用易集灰尘。本装置选用整流网为网丝，规格为8目，丝径分别为1.02、0.91、0.71mm，可选黄铜或不锈钢材料，以确保长期使用不生锈，在风室横截面积6×6m的平面内，每层采用6套扁钢框架，上下两头固定在壁面槽沟内，扁钢材料顺气流方向面积最小，垂直方向三层网的每只框架之间相互固定，以防试验时振动。

4测试系统

测试系统如图1所示，由测试台、控制台、试验风机、各类传感器及其相应的显示仪表（包括温度、湿度、流量压差、压力、转速、功率、噪声等）、压力切换器、各种输入模板、计算机部分（包括打印机、绘图机）组成，测试系统简介如下：

（1）压力测量：压力测量包括流量压差与风室静压测量（常规风机与屋顶风机各自分开）两部分，由压力切换器自动切换，根据压力，计算机能在4只不同量程的差压变送器中读取最佳量程的数值，确保测量精度。差压变送器输出信号通过接线端联到AD模板。选用的差压变送器量程规格为：微压差2只，0～120MPa，0～250Pa，0.5级精度；低压差2只，0～1250Pa，0～2000Pa，0.2级精度。

（2）功率测量：对于大型通风机，功率测量采用电测法，电动机输出轴功率根据损耗分析法确定，本装置配用三相三线有功功率变送器，满量程为4kW，精度0.2级，为满足各种风机功率测量，配用多量程电流互感器，0.1级精度，为满足各种风机功率测量，配用多量程电流互感器，0.1级精度。为使功率测量稳定，在整个试验装置电流输入端装有容量为160kW的自动调压器，控制台设有功率、电压、频率等数字显示仪表。

（3）转速测量：采用光电转速传感器与转速显示仪组合测量转速，通过转速显示仪BCD编码与数字量模板联接，转速测量精度为±1r/min。

（4）温度与湿度测量：温度传感器采用半导体集成敏感器，温度传感器采用高分子醋酸纤维素薄膜电器敏感器件，本仪表将温度传感器与变送器设计成一体，另配数字显示仪输出信号，通过端子板接至AD模板，测量精度温度±0.3℃，相对湿度误差±3%。

（5）大气压测量：由于通风机性能测试时间短，通常不超过0.5h，因而大气压变化可忽略不计，试验时，采用动槽式水银大气压力计，读数为常数输入计算机，测试误差为±0.25Mg。

（6）噪声测量：把现场噪声传感器的信号引入噪声测量仪，信号处理后经RS232口接至计算机，测量误差为±0.5dB（A）。

（7）微机系统与接口：微机部分由计算机、显示仪与键盘组成，采用工控机配用HP激光打印机，绘图机采用Roland1150型（A3），计算机接口模板共3种：AD板、数字量板、开关量板，开关量用于控制压力切换器的电磁阀，以便选用不同量程的压力变送器。

5系统的测量误差

大型通风机测试数据通过计算，提供标准进气状态和指定转速下的流量、压力（全压与静压）、功率、效率（全压效率与静压效率）、噪声（A声级与比A声级），打印全套测试结果，并通过绘图机绘制性能曲线图。

测试是在稳定工况下进行，为防止差压变送器零点漂移，测试前采用计算机进行零点校正并自动记录校正数据，所有测量数据经多次采集剔除异常值后取平均值。系统测量误差直接与仪表精度有关，根据误差传递理论，计算结果如表2所示。

表2测量误差

名称相对误

差e（%）说明单

个

参

数

最

大

测

量

误

差大气压Pa±0.2

环境温度ta±0.2273.2＋ta湿度ha±0.2

空气密度受相对湿度误差影响表压（压力）Pe±1.4

压力大于60Pa组合1%测压误差及1%数据波动压差（测流量）ΔP±1.4

压力大于60Pa组合1%测压误差及1%数据波动转速n±0.2

＞500r/min功率N±0.5

功率传感器精度±0.2%，电流互感器精度±0.1%喷嘴面积a±0.2e（d）＝0.1%总结果最大测量误差环境空气密度ρa±0.4风机进口密度ρ1±0.4e（ρ1）≈e（ρa）通风机流量Q±1.5[e2（a）＋4e2（a）＋e2（Pa）/4

＋e2（ΔP）/4＋e2（P1）]1/2

流量系数相对误差e（a）＝1%通风机压力P±1.4e（P）＝e（Pe）通风机效率η±2.3e2（N）＋e2（P）＋e2（Q）

实际测试表明，测试系统配用的仪表实际测量重复性好，精度高。

6结束语

按照德国DIN24163-2、英国BS848-1、国际ISO/DIS5801，并参考中国GB1236-85等通风机性能测试标准，设计并建造了目前国内最大的通风机性能测试装置，该装置既可测常规的离心、轴流、混流通风机，又可测特殊的屋顶通风机，测量通风机叶轮直径最大至2.4m，风量达5×105m3/h，由于配用了变频调速的辅助风机，可测量试验通风机零静压时的流量。工况点的各项数据由计算机自动采集、计算、打印数据、绘制性能曲线，全过程一般不超过20min，经近4年的使用证明，该套装置通用性强，自动化程度高，操作方便，测试准确，效果良好。

殷忠民200093上海市军工路516号上海理工大学叶轮机械与流体工程研究所

殷忠民（上海理工大学）

茅忠明（上海理工大学）

周忠（江苏申海集团股份有限公司）

参考文献

1．DIN24163-2．Fans-Performancetesting-part2：Standardizedtestairways．1985

2．BS848-1．Fanforgeneralpurposes-part1：Met