风机状态测试系统的总体设计(Labview虚拟仪器开发平台)

摘要
风机状态测控系统是在风机运转的过程中，实现风机性能基本参数的采集、分析、计算风机性能参数并绘制性能曲线，并通过采集与处理的信号信息对风机的转速的变频调速控制的过程。风机性能试验对于成品的检验和新产品的设计开发都至关重要，特别是对于大型、特型风机以及单件、小批量而且气流特性有特殊要求的情况，性能试验尤为重要。目前，我国风机性能检测大多以手工为主，存在试验手段落后，劳动量大和测试结果不准确等缺点。采用先进的虚拟仪器技术，将传感技术、仪器技术和测试技术结合起来，进行风机性能参数的自动检测，试验数据的自动处理和性能曲线的自动绘制是本文研究的重点。
本文采用虚拟仪器技术，进行了风机性能试验自动测试系统的硬件及软件设计。硬件上在风机机械结构基础上采用压差传感器、压力传感器和扭矩传感器检测各试验数据，实现了试验数据的自动采集;利用变频调速技术控制变频调速器输出信号的频率，实现了风机转速的自动调节。软件上在Labview虚拟仪器开发平台上，采用模块化设计方法，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及应用最小二乘法对性能参数进行拟合从而实现了性能曲线的自动绘制。整个系统具有界面友好、操作方便、功能齐全等优点，风机性能自动测试系统，增加了试验过程的稳定性，避免了人为的读数误差、计算误差以及相关数据不能同时记录所引起的试验结果的偏差.提高了测试精度和试验效率。可广泛应用于科研院所和风机生产厂家，具有较高的推广与应用价值。

关键词：风机性能；风机测试；风机控制；虚拟仪器；数据采集；Labview。
 
基于虚拟仪器的风机测试系统
现代科学技术的进步以计算机技术的进步为代表，不断更新的计算机技术从各个层面上影响、引导各行各业的技术更新。基于计算机技术的虚拟仪器以不可逆转的力量推动着测控技术的革命。虚拟仪器系统的概念不仅推进了以仪器为基础的测控系统的改造，同时也影响了以数据采集为主的测试系统构造方法的进化，过去独立分散、互不相干的许多领域，在虚拟仪器系统的概念下，正在逐渐靠拢、相互影响，并形成新的技术方法和技术规范。虚拟仪器技术能充分利用计算机独具的运算、存储、回放、调用、显示及文件管理等智能化功能，同时把传统仪器的专业化功能和面板控件软件化，使之与计算机融为一体，构成一台从外观到功能都完全与传统硬件仪器相同，同时又充分享用计算机智能资源的全新仪器系统。应用虚拟仪器技术，可以用较少的资金、较少的系统开发和维护费用，用比过去更少的时间开发出功能更强、质量更可靠的产品和系统。所以，为提高风机性能试验测试系统的性能，并考虑到风机生产厂家及科研院所的实际需求，本课题采用在现有风机性能试验台的基础上利用计算机技术、电子技术、仪器技术的结合(即虚拟仪器)，设计一种具有如下特点的计算机辅助风机性能自动测试与分析系统。
(1)自动采集风机性能试验数据，且各项参数指标达到国家规定标准。
(2)自动控制风机转速。
(3)自动进行数据处理，且实现数据的存储、打印、查询等功能。
(4)自动绘制风机性能曲线。
(5)系统界面友好，操作方便，便于用户使用。
论文的主要任务是以虚拟仪器为设计目标，选用适合的测试手段与测试方法，进行风机性能试验台的软硬件设计，实现试验数据自动采集与数据处理并最终生成风机性能曲线。

系统总体方案的设计
2.1风机性能测试方法
系统融入现代虚拟仪器技术，是一套基于PC机的风机性能自动采集系统。该系统能自动采集风机的原始参数即动压、静压、转矩、转速、温度，并计算出相应的流量、效率、轴功率，绘制出压力、效率、轴功率随流量的变化的有因次和无因次曲线，打印输出曲线及数据报表。
2.1.1风机主要性能参数
风机性能试验是以测试试验数据，绘制风机性能曲线为主，所以正确理解风机主要性能参数和性能曲线尤为重要。风机的主要性能参数有流量、全压、功率、转速及效率。
(l)流量   单位时间内风机所输送的流体量称为流量。常用体积流量Q表示，其单位为“耐/s”或“m3/h”。严格地讲，风机的流量，特指风机进口处容积流量。
(2)全压   单位体积的气体在风机内所获得的能量称为全压或风压，以P表示                                                                                       （3轴功率   原动机传递给风机转轴上的功率，即为输入功率，又称为轴功率，以p表示单位为kw。
(4)有效功率   单位时间内通过风机的气体所获得的总能量称为有效功率，单位为kw。
(5)效率   风机输入功率不可能全部传给被输送气体，其中必有一部分能量损失，被输送的气体实际所得到的功率比原动机传递至风机轴端的功率要小，他们的比值称为风机的效率，以η表示。风机效率越高，则气体从风机中得到的能量有效部分就越大，经济性就越高。
(6)转速   风机轴每分钟的转数称为转速，以n表示，单位为r/min。风机的各性能参数一般都不是在试验台上直接测量的，而是通过对试验数据进行计算而得到。得到风机性能参数后，绘制风机的性能曲线为风机性能试验的最终结果，风机的性能曲线有两种，包括有因次性能曲线和无因次性能曲线。
(7)有因次性能曲线   将风机在各工况下的性能参数值用曲线连接起来，绘制在直角坐标系中，用以表示风机流量、功率、效率、全压与静压之间的关系曲线。
(8)无因次性能曲线   为了选择、比较和设计风机，经常采用一系列无因次参数。风机的无因次性能曲线是去掉各种计量单位的物理性质而表示的风机流量、功率、效率、全压与静压之间的关系曲线。每一种型式的风机仅有一组无因次性能曲线。无因次性能曲线与计量单位、几何尺寸、转速、气体密度等因素无关，所以使用起来十分方便。无因次性能曲线在风机的选型设计计算的应用中尤为广泛。
2.1.2风机性能测试装置
风机性能试验装置分为风室式和风管式两类。风室式试验装置根据腔室与通风机进口和出口的连接方式不同，分为进气风室和出气风室两种试验装置;风管式试验装置根据试验管路与通风机进气口和出气口的连接方式不同，分为进气、排气、进排气三种试验装置。
(l)进气试验:这种布置形式只在风机进口装设管道，如图2-1所示。气体从集流器l进入吸风管道2，再流入叶轮3，在管道进口处装有调节风量用的锥形节流门4，并在吸风管道中放置测量流量用的毕托管5和静压测管6。
(2)排气试验:这种布置形式只在风机出口设置管道，如图2-2所示。气体从集流器1进入叶轮2，由叶轮流出的气体从排风管道3流出，用出口锥形节流门4调节流量，并在管道上装设静压测管5和毕托管6。
(3)进排气联合试验:这种布置形式是在风机进出口都装设管道，如图2-3所示。气体由集流器1进入吸风管2。经叶轮3流入排风管道4，然后排出，在出口装一锥形节流门5调节风量。并在进出口管道上装设静压测管6和毕托管7。
在试验中采用哪一种布置形式，可根据各自的习惯及现场的试验条件来决定。例如送风机是从大气吸入空气，经管道送入炉膛，应采用排气试验装置。引风机是抽出炉膛的烟气使之排入大气，则应采用进排气联合试验装置。因本系统原有试验台为一风管式试验台，所以，本系统采用风管式排气试验装置。

目录   16000字
第一章   概述------------------------------------------------------------------------------------1
1.1     风机简述--------------------------------------------------------------------------------1
1.2     风机测试系统的发展-----------------------------------------------------------------1
1.3     基于虚拟仪器的风机测试系统-----------------------------------------------------2
第二章   系统总体方案的设计----------------------------------------------------------- 4
2.1     风机性能测试方法--------------------------------------------------------------------4
2.2     虚拟仪器技术及其应用--------------------------------------------------------------6
2.3     风机测试系统的总体方案-----------------------------------------------------------8
第三章   风机硬件系统的设计-----------------------------------------------------------10
3.1     风机机械硬件总体设计-------------------------------------------------------------10
3.2     机械结构设计计算-------------------------------------------------------------------11
3.3     风机转速调节装置的设计--------------------------------------22
3.4     风机测试传感器的设计选用------------------------------------25
3.5     风机测试系统数据采集卡--------------------------------------29
第四章   系统软件的设计-----------------------------------------------------------------31
4.1     虚拟仪器的硬件系统---------------------------------------------------------------31
4.2     虚拟仪器的软件系统---------------------------------------------------------------33
4.3     Labview简介-------------------------------------------------------------------------34
4.4     测试系统主界面的设计------------------------------------------------------------34
第五章   结束语------------------------------------------------------------------------------37
致谢   -------------------------------------------------------------------------------38
参考文献------------------------------------------------------------------------------------------39