一、背景及意義

    風機是用于壓縮、輸送氣體的機械，主要應用于礦井、地下工程和地下電站的通風換氣，鍋爐的通風引風，化工廠高溫腐蝕氣體的排送，石油工業(yè)中的催化裂化，空氣調(diào)節(jié)設(shè)備和家用電器設(shè)備中的冷卻通風等，遍及煤炭、石油、化工、冶金、建筑和農(nóng)業(yè)等國民經(jīng)濟的各個部門。

    科學合理地設(shè)計、制造和使用風機對于生產(chǎn)廠商和用戶具有重要意義。表征風機性能的主要參數(shù)有流量、壓力、功率、效率、噪聲和轉(zhuǎn)速等，當風機的流量與轉(zhuǎn)速變化時，其他性能參數(shù)會隨之變化。為了選用合適的風機，需要了解額定轉(zhuǎn)速下風機的性能參數(shù)隨流量的變化情況。由于風機的內(nèi)部流場十分復雜，目前想要用理論計算方法準確地求得風機的性能曲線還很困難，所以通過試驗方法測得風機的實際性能就顯得尤為必要。風機性能試驗就是通過測試與計算，獲得給定轉(zhuǎn)速和標準狀態(tài)下的風機性能參數(shù)，并繪制性能曲線的過程。

    對于成品檢測和新產(chǎn)品開發(fā)，風機性能試驗*。一方面，許多風機用戶為了經(jīng)濟效益的大化，在選擇風機時對其性能參數(shù)提出了更加嚴格的要求;另一方面，風機生產(chǎn)廠家為了提升產(chǎn)品競爭力，在努力改進氣動設(shè)計、提升加工水平和生產(chǎn)效率的同時，也對風機性能試驗的研究和改進給予了高度的重視長期以來，我國的風機測試方法較為落后，試驗步驟的操作、試驗數(shù)據(jù)的采集和性能曲線的繪制都以手工為主，勞動強度大、工作效率低且精度難以保證。隨著測試技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展，我國工業(yè)自動化程度不斷提高，使得風機性能參數(shù)的自動采集成為可能。采用計算機技術(shù)進行風機性能試驗的自動采集和自動控制，既提高了測試效率又避免了人為因素造成的誤差，具有獲取數(shù)據(jù)快速、準確和可靠的優(yōu)點。因此，對于風機生產(chǎn)廠家和研究單位而言，利用先進的計算機技術(shù)和數(shù)據(jù)采集技術(shù)實現(xiàn)風機性能試驗的自動化具有重要意義。

    為提高測試精度，相關(guān)部門出臺了一系列標準以規(guī)范性能試驗的裝置設(shè)計和測試方法。由于風機性能試驗是一項較為復雜的工作，涉及裝置選型、結(jié)構(gòu)設(shè)計、安裝調(diào)試、參數(shù)采集、數(shù)據(jù)處理等多個環(huán)節(jié)，雖然相關(guān)標準經(jīng)過專家多年的討論在科學性上已經(jīng)相當完善，但在實際測試過程中發(fā)現(xiàn)現(xiàn)行標準依然存在一些問題和爭議，因此，有必要對標準中存在的問題進行研究和分析，從而為今后的進一步修訂和完善提供參考。

二、風機性能試驗的研究現(xiàn)狀

    風機屬于在發(fā)電、化工等行業(yè)應用范圍較廣的通用機械，國外發(fā)達國家對風機產(chǎn)品的研究和制造非常重視。世界上比較大的風機制造國主要有日本、德國、意大利、丹麥、美國等。

    作為世界上早研究風機的國家之一，丹麥有很多風機制造商，如Bonus公司、Vestas公司、NEG Micon公司和Wincon公司等[61，這些公司擁有先進的試驗系統(tǒng)，能夠自動測試風機性能并計算分析，從而指導風機的性能改進。

    德國同樣十分重視風機的發(fā)展。1974-1993年，德國研發(fā)部為風機研究資助了超過3.3億馬克，其中關(guān)于風機性能試驗系統(tǒng)的研究占有相當大比例t71。據(jù)統(tǒng)計，德國有二十幾家公司相繼投入風機的研究與生產(chǎn)，形成了大學、研究所和企業(yè)聯(lián)合開發(fā)的趨勢，如薩爾大學和西門子公司就曾開展相關(guān)合作[fgl。德國工程師協(xié)會還制定了DIN 24163, V D1 2044等風機性能試驗標準，在制定時間和標準質(zhì)量上都處于較高水平。

    上也出臺了一系列標準來規(guī)范風機性能試驗。ISO/TC 117“工業(yè)通風機”技術(shù)委員會下的SCI分會于1997年制訂了標準ISO 5801: 1997(E ) "Industrial fans-Performance testing using standardized airways"，并于2001年制訂了ISO 5802:2001 "Industrial fans-Performance testing in situ"。

    我國在風機性能試驗方面也取得了一定的進展，根據(jù)測試中使用的設(shè)備儀表和自動化程度的差異，大體上可分為三個階段：

    (1)七十年代及以前，采集數(shù)據(jù)利用全分立儀表進行，處理數(shù)據(jù)和描點繪圖則通過手工完成。使用的儀器和儀表包括:機械風表、壓差計、畢托管、空盒氣壓計、溫濕度計、機械式轉(zhuǎn)速表、功率表等f lzl。試驗時需要機電、通風等多部門人員分組配合，組織工作較為困難，且用分立式儀表測量，指揮協(xié)調(diào)十分不便，這種方式既存在人為的讀數(shù)視差，也存在各組之間的讀數(shù)時差，上述缺陷導致了試驗結(jié)果難以反映風機的實際性能，并且到后期整理數(shù)據(jù)時才能發(fā)現(xiàn)試驗中存在的問題，此時已很難補救。

    (2)八十年代中期，試驗系統(tǒng)實現(xiàn)了部分儀器和儀表的自動化。比如采用可編程計算機PC-1500和Apple II微型計算機設(shè)計的試驗數(shù)據(jù)處理程序，通過GPIB總線可在計算機上顯示、處理、存儲數(shù)據(jù)以及打印報告，并由自動繪圖儀輸出試驗結(jié)果，從而提高了工作效率。隨后又出現(xiàn)了由傳感器、A。轉(zhuǎn)換器、Z80單片機、打印機、六筆智能繪圖儀組成的風機性能試驗系統(tǒng)，典型產(chǎn)品如南京某單位生產(chǎn)的DF-X型9頭風速儀，利用布置在風道中的9只風速表，可實現(xiàn)自動采集氣流速度并打印輸出。

    (3)九十年代以來，隨著計算機技術(shù)、傳感器技術(shù)以及數(shù)字集成電路的快速發(fā)展，風機性能試驗進入了自動化、智能化的新階段[ 16]。以計算機為核心的試驗系統(tǒng)可以快速、準確地進行測量并自動完成數(shù)據(jù)處理、存儲等任務(wù)，具有率、高精度、功能全的特點，因而在目前的風機性能試驗領(lǐng)域得到了廣泛應用。

    近年來，國內(nèi)有不少學校和單位進行了風機性能試驗系統(tǒng)的設(shè)計和開發(fā):

張師帥等采用Visual Basic開發(fā)了計算機輔助試驗系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用錐形節(jié)流器調(diào)節(jié)流量，采用皮托管測量風機出口平均動壓，能夠完成試驗數(shù)據(jù)的自動采集、處理、顯示、打印以及性能曲線的繪制，軟件具有良好的人機界面，但系統(tǒng)還未實現(xiàn)皮托管測點位置的自動調(diào)節(jié)，仍需手工操作。

    宋玲等根據(jù)離心風機的特點和性能測試的要求，開發(fā)了墓于可視化編程語言 Delphi和DAQ數(shù)據(jù)采集卡的離心風機性能試驗臺，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的自動采集、處理及分析，同時利用CFD軟件對節(jié)流孔板前后流場的速度、壓力分布和流阻特性進行了分析。

    董泳等針對便攜式風力滅火機開發(fā)了一套性能試驗系統(tǒng)，該系統(tǒng)的流量測量采用均速管流量計，信號采集選用研華PCL-818L數(shù)據(jù)采集卡，軟件編寫以MCGS組態(tài)軟件和Visual Basic編程語言為工具，實現(xiàn)了信號顯示和數(shù)據(jù)處理等功能。

    關(guān)貞珍等參照GB/T 1236-1985應用虛擬儀器LabWindows/CVI開發(fā)了信號采集與分析系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用NI公司的PCI-6024E數(shù)據(jù)采集卡，實現(xiàn)了多路信號的采集和時域、頻域分析，并可顯示、存儲和打印試驗數(shù)據(jù)。

我國的風機性能試驗方法初是按照1 H 15-59制定的，它承襲了蘇聯(lián)的標準。1977年我國制定了GB 1236-76《通風機性能試驗方法》，取代了TH 15-59專業(yè)標準，1985年又制定了GB 1236-85《通風機空氣動力性能試驗方法》，兩者在內(nèi)容上沒有大的變化[211。我國現(xiàn)行的標準是2000年制訂的GB/T 1236-2000《工業(yè)通風機用標準化風道進行性能試驗》和2006年制訂的GB/T 10178-2006《工業(yè)通風機現(xiàn)場性能試驗》。

為了與標準接軌，現(xiàn)行的GB/T 1236-2000在技術(shù)內(nèi)容和編寫規(guī)則上等同于ISO 5801: 1997 ( E )。與舊標準相比，GB/T 1236-2000對于試驗方法的規(guī)定進行了相應的改進和完善，但其中有關(guān)裝置設(shè)計和參數(shù)計算的表述存在一定爭議，許多人對此進行了研究。比如在計算軸流風機動壓時需要確定出口面積，此時是否需要扣除輪毅面積一直是人們爭論的焦點，GB 1236-1985對此未作規(guī)定，GB/T1236-2000則明確指出:“為了確定通風機的動壓，軸流通風機的出口面積應被看作在未對電動機、整流裝置或任何其他障礙物扣除下機殼的出口法蘭或出口開放處的總面積’，現(xiàn)行標準強調(diào)了不扣除輪毅面積。陸明琦等采用理論分析和試驗分析相結(jié)合的方法對這一規(guī)定的科學性進行了探討，發(fā)現(xiàn)在計算出口面積時單純扣除或不扣除輪毅面積都是不合理的，并提出了延長輪毅至出口截面以外的改進辦法。梁春霖也對該問題進行了研究，提出了改用進氣裝置為進出氣裝置的建議。

對標準試驗裝置的結(jié)構(gòu)部件進行比較和改進的研究也有很多。周海燕在理論分析的基礎(chǔ)上采用CFD軟件對孔板、文丘里管和錐形節(jié)流器三種節(jié)流裝置的流場進行了數(shù)值模擬，發(fā)現(xiàn)錐形節(jié)流器具有壓力損失小、可靠性好且來流適應能力強的特點。朱建國等采用試驗方法，比較了矩形風閥和錐形節(jié)流器在風機性能試驗中流量調(diào)節(jié)效果的差異，結(jié)果表明兩者都能得出較為準確的風機性能曲線，但使用矩形風閥更易實現(xiàn)自動控制，流量的控制精度更高，且此時噪聲測量更加準確。