矿井通风机气动性能测试技术发展综述.pdf

2 0 1 0年 l 2月 第 3 9卷第 6期 总第 2 2 5期 云南冶金 YUNNAN MET ALL URGY I e c ． 2 01 0 V o 1 3 9 ． N o ． 6 S u m 2 2 5 矿井通 风机气 动性 能测试技术发展综述 杨会 明 ，谢 贤平 ，杨 时业 昆明理工大学国土资源工程学院，云南 昆明6 5 0 0 9 3 摘要 根据在 国内期刊 、杂志发表 的有关科技论文和成果 ，对通风机空气动力性能测试技术 的发展进行 了 综述 ，主要介绍 了国内外在测试技术方 面的研究和进展 ，介 绍了测试仪器的发展 ，归纳总结 了风机性能 曲线绘制 的方法。 关键词 通风机 ；气动性 能；测试技术 ；性能曲线 中图分类号 T D 7 2 1 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 6 - 0 3 0 8 2 0 1 0 0 6 0 0 0 3 - 0 4 Te c h no l o g y De v e l o p me n t S u mma r y o n Ae r o d y n a mi c P e r f o r ma n c e Te s t o f Mi n e Ve n t i l a t o r YANG Hu i -rui n g，XI E Xi a n-p i n g， YANG S h i y e L a n d a n d Re s o u r c e s E n g i n e e r i n g F a c u l t y，K u n mi n g Un i v e r s i t y o f S c i e n c e T e c h n o l o g y ，K u n mi n g ，Y u n n a n 6 5 0 0 9 3 ，C h i n a ABS T RACT A c c o r d i n g t o t h e r e l a t i v e s c i e n t i f i c a n d t e c h n i c a l p a p e r s a n d a c h i e v e me n t s w h i c h a r e p u b l i s h e d i n t h e d o m e s t i c p e ri o d i c a l s a n d ma g a z i n e s ，t h e t e c h n o l o g y d e v e l o p me n t o f mi n e v e n t i l a t o r s a e r o d y n a mi c p e rfo r ma n c e t e s t w e r e s u mma r i z e d，i t ma i n l y i n tr o d u c e d t h e r e s e a r c h a n d e v o l u t i o n o f t e s t i n g t e c h n o lo g y i n d o me s t i c a n d o v e r s e a s ，i t a l s o i n t r o d u c e d th e d e v e l o p me n t o f t e s t i n s t r u me n t ，a n d t h e d r a wi n g me t h o d s o f v e n t i l a t o r s p e rf o r ma n c e C H I V e w e r e s u mma r i z e d a n d c o n c l u d e d ． KEY W ORDSv e n t i l a t o r ；a e r o d y n a mi c p e r f o r ma n c e ；t e s t i n g t e c h n o lo g y；p e r f o r ma n c e c u r v e 1 前言 通风机广泛应用于地下矿山，通风机是矿山安 全生产 的主要技术设备之一 ，其运行状态的好坏直 接影响着矿山生产的安全和经济效益。通风机性能 测试是通 风 机 设 计 、生 产 、管 理 中必 不 可 少 的 环 节 。 G B 1 6 4 2 3 2 0 0 6 金属非金属矿 山安全规 程 第 6 ． 4 ． 3 ． 4条规定主扇风机房应设有测量风压 、风 量 、电流 、电压和轴承温度等的仪表。每班都应对 扇风机运转情况进行检查 ，并填写运转记录。有 自 动监控及测试 的主扇 ，每两周应进行一次 自控系统 的检查 。根据最 新 自 2 0 1 0年 3月 1日起 施行 的 煤矿安全规程第一百二 十一条规定新安装 的主 要 通 风机投 入使 用前 ，必须 进行 1次通 风机性 能 测 定和试运转工作 ，以后每 5 a至少进行 1次性能测 定。人们经常会因为以下原因而进行通风机气动性 能 测试 1 为了获得通风机的气动性能，取得性能 曲 线 ，或者为校验新通风机气动性能是否达到设计要 求而进行性能试验 ； 2 检 查 出 厂 通 风 机 性 能 是 否 达 到 样 本 数 据 要求 ； 3 检查改造后的风机是否达到性能指标 ； 4 对没有标牌的通风机 ，为确定其性能而进 行气动性能试验。 通风机气动性能测试的过程包括了试验方案确 定 、’贝 4 试实验台准备 、测试仪器准备和校验 、数据 测试 、数据处理 、性能曲线绘制等环节 ，测试的一 般过程大致如图 1 所示。 收稿 13期 2 0 1 0 - 0 6 - -0 4 作者简介 畅会 明 1 9 8 4 一 ，男，云南大理人 ，2 】 0 7级硕士研究生 。 3 2 0 1 0年 l 2月 第 3 9卷第 6期 总第 2 2 5期 云南冶金 YUNNAN MET ALL URGY De c ． 2 01 0 V o 1 ． 3 9 ．N o ． 6 S u n d2 5 图 1 通风机气动性能测试过程 F i g ． 1 Ae r o p e rfo r ma n c e t e s t p r o c e s s o f v e n t i l a t o r 2 风机性 能测试技术发展 过去的几十年，风机的应用范围不断拓宽 ，用 途越来越广。1 9 2 2年，当罗本逊 L o B e n s o n 先 生编著技术书籍 矿井通风实践 时 ，通风方式 刚刚开始从 自然通风向机械通风过渡 。 丹麦是世界上研究风机最早的国家之一，有很 多风机制造商 ，如 B o n u s 公 司、N E G Mi c o n公 司、 V e s t a s 公司和 Wi n c o n公司等。这些公 司都拥 有先 进的风机性能试验系统 ，能够 自动测试风机的性能 参数并进行分析 。 德国对风机发展非常重视 ，1 9 7 4～1 9 9 3年之 间，仅德 国研 发部 就为风机研究资助 了 3 ． 3亿马 克。其中相当大比例用来研究风机性能试验台。据 统计，德国有二十几家公司相继在风机的研究与生 产上进行投入，并形成了大学 、研究所和大企业联 合开发的趋势 ，如萨儿大学和西门子公司就开展过 相关合作。 风机实验室在 1 9 9 4年根据国际通风与空调协 会和美 国采暖 、制冷与空调_丁程师协会联合制定的 标准 A MC A 2 1 0 7 4 确定通风机额定性能试验 的 试验 室 方 法 ，建 立 了 单 喷 嘴 出 气 式 风 室 型 装置 。 国际上相继出台了一系列的标准来规范通风机 性能的测定。I S O ／ T C 1 1 7“ 工业通风机”技术委员 会下 的 S C 1分 会 于 1 9 9 7年 制 订 了 国 际 标 准 4 I S O 5 8 0 1 1 9 9 7 E 工业通风机用标准化气道进 行性能试验，于 2 0 0 1年制订 了 I S O 5 8 0 2 2 0 0 1 工业通风机现场性能试验 。 我 国根 据 最 新 的 国 际标 准 于 2 0 0 0制 订 了 G B 1 2 3 6 2 0 0 0 工业通 风机用标准化气道进行性 能试验，于2 0 0 6年制订了 G B 1 0 1 7 8 - 2 0 0 6 工业 通风机现场性 能 试验 等标 准来 规范 风机性 能 测试 。 我国在通风机气动性能测试方面也在不断地取 得发展进步 ，尤其是随着计算机技术的飞速进展， 在测试技术方面有了很大的发展 。 上世纪 5 0年代 以后，我 国许多研究院和高等 院校按照化工部 门颁发 的标准研制了风机试验台， 但测试手段比较落后 ，主要以手工测试为主。采用 毕托管 、补偿式微压计 、杠杆测矩等传统仪器进行 数据采集 ，手工计算获得压力 、流量 、功率和效率 等参数 ，手工绘制性能曲线。 到了2 0世纪 7 0年代，已有一些先进的仪器仪 表可供通风机装置性能测试工作选用 ，可省去部分 手工操作过程 ，提高了测值的准确性 和工作效率， 也改善了劳动条件 ，缩短了通风机装置性能测试工 作 的时 间 。 8 0年代中期 ，出现 了利用可编程计算机 P C一 1 5 0 0设计的风机性能测试数据处理程序，实现了 部分仪表测试的 自动化。后来出现了采用 A P P L E Ⅱ微型计算机和有关测试仪器 ，在工作效率上有所 提高。之后又出现了用传感器、A ／ D转换器、Z 8 0 单片机 、打印机 、六笔智能绘图仪组成的风机性能 测试 系统 。 伴随着传感器技术及数字集成电子的发展 ，数 据采集系统发展迅速 ，广泛地应用于风机性能测试 领域。近年来我 国研制出了很多基于传感器的风机 性能测 试系统 1 安徽理 工大学 张 国枢 ，王卫平 ，戴广 龙 等 研制了智能化风机性能测定仪。该仪器配有 温度 、相对湿度 、大气压力 、动压 压差 、相对 静压、功率和转速 7种传感器。软件用 V C编写数 据处理程序，数据库使用 A c c e s s 。 2 安徽理 工 大学陈燎 原 ，潘 地林 ，李 永梅 等 等研制 了对旋式风机性 能 自动测试系统 ，该 系统采用 V i s u a l B a s i c 6 ． 0开发 了数据采集 与处理 软件。 3 华东工业大学 开发研制了离心风机、轴 流风机 、冷却塔风机以及屋顶风机全性能 自动测试 杨会 明，等矿井通风机气动性 能测试技术发展综述 装置 ，被认为是当时国内规模最大、技术水平领先 的全性 能测试 装置 。 4 浙 江大学缪 思恩 等 研 制 了用单 片机 和 P C机组成 的风机 性 能 测 试 系统 ，系统 可实 现 风 机 性能试验及数据处理的 自动化。 5 杨训、张烨 ，等 介绍的风机性能计算机 辅助测试系统 ，能实现风机性能参数的 自动测试和 计算 ，建立 了风机性能测试数据库系统。 6 西安交通大学张春梅等⋯ 介绍的风机性能 计算机 自动测试系统 ，采用功能强大的 V i s u a l B a s i c 语言开发了一套具有数据的实时采集 、处理 、显 示 、存盘 、打印及 曲线 的实时屏幕显示和打印等功 能 的系统 。 7 新 疆农 业 大 学宋 玲 ，张 山鹰 ，裴新 民 ，王 勇，史建新等 介绍的离心式风机性能测试系统 ， 能 自动采集风机性能试验数 据， 自动调整运行 工 况 ，自动控制风机转速 ，自动进行数据处理 ，并且 实现数据 的存储 、绘制风机性能曲线。 8 西北农林科技大学张丽君 ，吕新 民，杨兵 力 ，杨小华 等研制 的农用风机性能 自动测试 系 统 ，采用 V C和 Ma t l a b开发 了相关软件 ，实现 了试验数据的自动采集与处理 、性能曲线的 自动绘 制及风机转速与运行工况的 自动控制。 9 辽宁工程技术大学本世纪初开发研制的矿 井通风仿真模拟系统 ，通过系统下的风机可视化仿 真模块可实现通风机性能测试数据的存储管理和回 归分析处理 ，通风机性能曲线和风网阻力曲线的 自 动绘制以及曲线的相关操作 。 1 0 昆 明工 学 院穆 大耀 、谢 瑞 靖 、赵 梓 成 等 在 “ F C C 一2风机性能微机测 试系统” 的基 础上 ，研制开发了风机性能参数微机测试系统 ；采 用更先进 的电子线路 ，更完善的传感器装备而成 ， 是集参数测试 、分析 、计算为一体 的测试系统。 3 测试仪器发展 根据测试仪器所采用技术的先进程度，可将其 分为三代产品，即模拟式仪器 、数字式仪器及智能 仪器 。 2 0世纪 5 0年代以前的仪器都是模拟式的 、采 用符合某一性能要求 的单个仪表进行测试 。6 0年 代 ，随着集成电路的出现 ，产生 了以集成电路为基 础的数字式仪器，它将测试信号转化成数字信号 ， 并以数字元方式输出结果 ，适用于快速响应和高精 度的要求 ，但仪表本身不含有微处理器。 7 0年代 ，随着计算机技术和测试技术相结合 ， 出现 了包含微处理器的智能仪器 。仪器不但能完成 某些测试任务 ，还 能进行各种复杂 的数据运算处 理，且能适应被测参数的变化。 到了 8 0年代 ，随着计算机技术 、软件技术和 测试技术 的发展 ，测试仪 器突破 了传统仪器 的概 念 ，美国 M 公司提出了虚拟仪器 的概念 。它以计 算机为基础 ，加上特定的硬件接 口设备和为实现特 定功能而编制的软件而形成的一种新型仪器。应用 软件集成 了虚拟仪器 的采集 、控制 、数据分析处 理 、输出和显示等功能 ，使传统仪器的某些硬件可 以被计算机软件代替 ，有 “ 软件就是仪器”之称 。 近年，虚拟仪器在国内矿山通风机测试领域得 到了不断应用。在基于虚拟仪器的矿用设备性能监 测 、检测 研究方 面 ，国内取得 了不少 成果 1 中国矿业大学在 2 0世纪末研制 的 “ 电子 计算机在矿井通风管理工作 中的应用”研究基础 上 ，结合 “ 提高矿井主扇综合运 行效益研究”项 目，研制 成 风机 装 置性 能测 定 计算 机 数据 采集 系统 。 2 2 0 0 0年华 中科技大学戚新波 、范峥 、陈学 广等 研制的基于虚拟仪器的风机性能测试系统。 实现了采集信号 的实 时显示 、控制信号 的准确输 出、试验数据的正确处理 ，采用最小二乘法对性能 参数进行拟合来实现曲线的自动绘制。 3 河北农业大学钱东平 、霍晓静等研制的风 机性能试验 自动测试 系统 ，采用 L a b Wi n d o w s ／ C V I 虚拟仪器开发工具 ，可实现试验数据的自动采集与 处理 、风机转速及运行工况的 自动控制 、性能曲线 的自动绘制等功能。 4 漯河职业技术学院机 电工程系孔云龙、刘 宏杰等 设计的基于 P c机的虚拟风压 自动测试系 统 ，利用 L a b V I E W 语 言对 系统进行 了程序设计 ， 系统综合运用了传感器技术 、自动检测技术和微型 计算机技术，实现了风机风压的自动采集和处理。 4 风机性能测试技术评述 在进行通风机性能试验时 ，需测算的参数有流 量、压力 、功率 、效率 、转速及 环境参数 如气 温、气压 等。风机主要气动性能参数 的测试仪 器及方法比较多 ，归纳一下 ，测试仪器和方法可分 为这么两大类 传统分离仪器测试及以计算机为基 础的传感器测 试系统。表 1对两大类方法进行 了 对 比。 5 2 0 1 0年 l 2月 云南冶金D e c ．2 0 1 0 第 3 9卷第 6期 总第 2 2 5期 Y U N N A N ME T AL L U R G Y V o 1 3 9 ．N o ． 6 S u m 2 2 5 测试方法 不 同数据采用不同仪器单独测量，人 _ [ 读数 、记录。 由计算机控制采用传感 器与计算机相连接来实现数据的测试 。 ⋯ 经过多年的发展 ，技 术相对 成熟 ，适用 范嗣广 ，在特 ” 、 定条件下相对更加灵活方便。 ，． 人lT读数及记录过程 中易 产生各种误差 ，相关数据 不 猷息 能同时记录 ，劳动强度大 、工作效率低。 可节省人力，降低成本 ，减轻劳动强度 ，改善劳动环境 ，减少 测量时间，提高工作效率 ，可提高测量数据的精度及可靠性。 前期软件开发和传感器的安装投 入较 多，技术 比较复杂 ，维护 相对困难 。 从比较分析来看 ，今后以计算机为基础的数据 采集及处理系统发展空间广阔，它可消除传统人工 测试可能带来的过失误差 ，提高了测试精度。近年 来 ，随着虚拟仪器技术的发展 ，传感器和虚拟仪器 技术结合 的测试系统得到了发展。这种系统不仅能 够简化测试电路的硬件设计 ，提高测试的效率和可 靠性，能够对风机的各项参数进行显示、分析 、处 理和实时储存，具有智能化 、可靠性高、实时性强 等优点 。 5 风机性能曲线绘制方法 风机性能曲线是风机性 能的形象直观表示方 法，一般的风机性能测试都需绘制出性能曲线。数 据处理和性能曲线绘制伴随着测试技术 的发展在不 断进步，经历 了从手T计算绘 图到计算机数据处 理 、绘 图的发展历程 。 在计算机技术没有被引入以前，数据处理和绘 图都是通过繁琐的手工计算和绘图完成的。后来出 现了采用平板绘图仪来绘制图形。绘图前用 B a s i c 、 F o r t r a n等处理风机试验测试 的压 力、流量 、功率 和效率 ，然后根据试验数据 ，编制平板绘图仪专用 的程序 ，绘制出性能曲线。数据处理 与曲线绘制是 分开的，绘图仪程序专用且性能落后 ，这些都给风 机性能曲线的处理带来 了不便 ，后来出现了集数据 测试 、数据处理 、性 能曲线绘制于一体的完整系 统。处理通风机性能试验数据和绘制性能曲线的方 法很 多 ，归纳一 下各方法 汇总如表 2所示 。经过 多 年的发展 ，绘制性 能 曲线 的数学方法 比较多 ，归纳 一 下常用 的方法如表 3所示 。 风机性能曲线绘制数学方法虽较多，但经分析 认为，依现有的测试技术水平而言，一般情况下相 对来说采用逼近法比采用插值法绘制风机性能曲线 更为真实 、可靠。 6 表 2 风机测试数据处理和性能曲线绘制方法 Ta b ． 2 Da t a h a n d l i n g o f f a n t e s t a n d d r a wi n g me t h o d s o f pe rfo r ma n c e C H I V e 表 3风机性能 曲线绘制数学方法 Ta b ． 3 Ma t he ma t i c a l me t h o d f o r t he dr a wi n g me t h o d s o f f a n ’ S pe r f o r ma nc e C H IVe 6 结语 本文综述了风机气动性能测试技术的发展，随 着科学技术的发展，采用计算机控制的自动测试系 统 由于具有诸多的优点 ，未来将会得到更加广阔的 应用和发展。相信随着科学技术的不断发展 ，将会 有更多集成了各种先进技术的测试系统不断出现， 风机气动性能测试也将不断迈上新的台阶。 参考 文献 [ 】 ]白允清．新世纪 风机 行业发 展趋势 的探 讨 [ J ] ．风机 技术 2 0 0 3， 3 5 6 - 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