压缩鼓风装置测试系统基本原理及构成

　　西北工业大学根据JB/ T 3165- 1999离心和轴流式鼓风机和压缩机热力性能试验标准，开发出测试准确、性能可靠及工程实用的透平式鼓风机及压缩机热力性能测试系统。该系统已在陕西鼓风机（集团）有限公司（以下简称陕鼓）测试中心获得应用。

　　1测试系统基本原理及构成1. 1测试系统基本原理鼓风机和压缩机热力性能测试系统是一个比较庞大复杂的系统。为实现多类型、不同结构的鼓风机和压缩机热力性能自动化测定，测试系统首先必须充分融合离心、轴流式鼓风机和压缩机热力性能试验方法与原理，然后再在此基础上进行测试系统结构、功能、软件、硬件等方面的设计与实践。融入测试系统的鼓风机和压缩机热力性能试验方法与原理包括几个关键环节。

　　1）方法选择：根据鼓风机和压缩机的类型和测试的要求，选择试验方法，确定基本参数及其测量方法。试验方法包括：进气试验、出气试验、进出气试验、分段试验。

　　（2）实测：选择测试时的不同工况条件。

　　测试基本参数，包括进口压力、出口压力、进口温度、出口温度、大气条件、主轴转速、噪声、冷却条件和热交换器的性能等。4种试验方法需要测量的基本参数是各不相同的。热力测试系统根据每种试验方法的不同要求，预先设定对应的基本参数。

　　（3）计算：4种基本试验方法都对应着不同的计算处理方法。基本参数测得后，再利用每种试验方法各自对应的计算公式计算得到压比、压升、流量、轴功率、效率等试验态性能数据。

　　（4）换算：试验态性能数据仅代表风机当前试验状态下的性能状态，要完成性能曲线绘制，实现热力性能的检验比较，还必须将试验态性能数据根据相似原理在设计条件下进行换算，得到设计条件下的换算性能数据。

　　（5）拟合：为了更好地反映数据之间的内在联系，又能体现原始数据的性质，采用多项式的*小二乘法拟合方法对换算后的数据进行拟合。通过建立综合坐标系，将各个工况点的测试结果显示、表达。在此基础上，可以进行性能对比检验。

　　1.2测试系统基本构成1. 2. 1系统总体结构

　　测试系统的总体结构，从功能布局上分为数据采集、数据处理两大功能块。以固定格式的数据文件为纽带建立起整体联系，从而使它们在功能结构上保持相对的独立性、完整性，避免实测操作过程中可能的交叉混乱。从软件数据流控制的角度，充分考虑系统的可维护性和延展性，将系统的4种试验方法设计为横向平行结构。这样不但有利于平稳、有序控制数据流，而且有利于对测试系统进行维护和功能拓展。

　　1. 2. 2硬件系统构成

　　测试系统的硬件系统主要由传感器、信号调理器、A/ D转换器、计算机、打印机等组成，实现从信号采集、信号调理、信号A/ D转换、计算机计算处理到结果输出完整的自动化测试功能。测试系统硬件构成如所示。传感器主要包括压差传感器、压力传感器、热电偶温度传感器、热电阻温度传感器、光电转速传感器、大气压力湿度变送器及声级计等。

　　信号调理器实现对信号放大、滤波等处理，并由西北工业大学自行研制。测试系统可以采用多种不同类型A/ D采集硬件进行A/ D转换，包括：标准A/ D采集卡，如NI公司系列板卡； RS232串口通讯；HP30441A数字多用表等。

　　2系统功能与设计特色2. 1系统功能特点

　　（1）强大的测试能力。测试系统可对排气、供压送风鼓风机或压缩机以及单级或多级中间冷却压缩机进行全面的热力性能测试。测试参数齐全，可得到鼓风机或压缩机全面的热力性能状态数据。可根据实际情况选择不同的参数测量方法，如流量的测量可选用孔板、文丘里管或喷嘴，轴功率的测量可选用热平衡法、扭力测功法或电测法，温度可选用热电偶或热电阻测量。

　　（2）强大的测试容力。热力性能测试中涉及*多的温度、压力参数测量都预留有16个采集通道，可完全满足*大测点要求的针对三缸四段压缩机的分段试验。而且，由于A/ D转化硬件选择的多样性，以及软件系统的延展性，可以根据实际情况对测试容力作出调整。

　　（3）采用典型的WINDOWS系统软件设计模式，界面清晰、明了；功能菜单与工具栏操作相结合，测试系统操作简单、方便。

　　（4）灵活的多通道设置。对于各个采集通道的各项信息，如测点信息、量程、放大倍数等，都不预先强行定义，而是根据具体测试情况灵活设置定义。

　　（5）自动支持同一参数多测点数据的融合。

　　实测中，同一测试参数往往用多个传感器来测量，如出口温度，往往是几个通道同时测量分布在出口同一截面不同位置的温度。测试系统首先判断各测点数据的正确性。然后再加以融合处理。

　　（6）测试数据文件文本化。热力性能试验数据以及处理结果都以文本文件的方式予以保存，使得对试验数据以及结果的使用更加灵活。

　　（7）测试结果输出的多样化。测试系统将计算换算结果、性能曲线和性能对比结果自动综合生成WORD文档试验报告。计算换算结果还以Excel表格方式存储；性能曲线也可另以。 JPG图像格式存储。

　　2. 2测试系统可靠性设计特色

　　由于鼓风机和压缩机的热力性能测试准备时间长，费用高昂。因此，测试系统不但要有强大的功能，而且应该具备针对实测中各种异常情况（如传感器损坏、测试线路断路、短路， A/ D转化硬件损坏，输入参数的人为遗漏、错位、错写等）的应对处理机制，以确保在异常情况下，仍然能够测试数据。因此，设计了旨在提高测试系统稳定性和可靠性的容错机制。

　　（1）初始值赋予方法：在代码层中引入错误处理功能。当诸如数据溢出、分母为零等错误发生时，系统内部启动应对机制，及时屏蔽处理，实时中断当前进程，跳到安全的错误应对模块。系统根据具体情况给每个出错参数赋予一个非零的初始值，而且使这个值与正常值之间存在较大差距。一方面，整个测试不会因为错误而停顿，保证了测试运行的连续性；另一方面，由于这个初始值是异常值，由它参与计算处理后得到的对应部分的结果一般来说也是异常的，因而不会造成错觉，事后可以很快找出异常的参数值。

　　（2）事后补救措施：由于鼓风机或压缩机性能试验一般持续3 4h，针对某一状态点的测试也是相对平稳的过程。因此，在测试过程中，若发现某些参数明显异常，可进行人工补测。用户可以在规定权限下，调用数据文件，依据人工补测值对异常值进行修改，然后再重新计算，则可以得到正确的测试结果，从而能够避免局部错误可能导致的测试全局性的失败。

　　2. 3测试系统抗干扰设计特色

　　测试数据的准确性一方面要通过高精度的传感器、A/ D转换硬件保证；另一方面还必须尽可能消除实测过程中各种干扰给测试带来的负面影响。一方面，测试系统在硬件系统中采取了相应的抗干扰措施，如将信号线路进行屏蔽，以及接地处理等；另一方面在软件系统中也引入了必要的抗干扰设计。

　　（1）系统误差的反向补偿法消除测试系统设计了系统自检功能。在测试仪器正确连接后，启动风机之前，将各个参数的零点值予以自动记录，作为对应参数的反向补偿值。同时，通过这些零点值也能大致知道各个参数点的测量是否处于正常状态。

　　（2）异常数据剔除选用3准则来剔除含粗大误差的异常数据，并将测量样本数量定为50.在此情况下，运用3准则进行异常数据剔除，虽然趋于保守，但却能较好的排除异常数据的干扰。

　　（3）均值处理对于一个参数的测试样本，如果已经消除系统误差，并且异常数据已被剔除，则可以认为这些测试样本是等精度数据，进行均值处理，以消除测试中的随机误差，提高测试数据的精度。

　　3实际应用效果3. 1现场对比检验为检验所研制的离心和轴流式鼓风机及压缩机热力性能测试系统基本参数测量值的准确性，把此系统的现场测量结果与人工手动测量和陕鼓测试中心原DOS测试系统的现场测量值进行对比和检验。给出了有代表性的出口温度、出口压力两种基本参数的对比结果。通过对比，发现3种测量方法的测量结果都很接近，本测试系统与原DOS测试系统的测量值能很好地吻合。计算和换算环节同样进行了对比检验，结果是正确的。通过现场测试对比和检验，表明本测试系统操作方便、测试准确、性能稳定、功能合理，可满足鼓风机和压缩机热力性能现场测试和状态监测的要求。

　　3. 2试验结果测试系统在数据处理部分中直接显示出热力性能测试的结果，包括出口压力-流量曲线、效率-流量曲线、轴功率-流量曲线、设计工况以及设计工况点对应的风机性能状态对比结果。

　　某次针对供压、送风用离心式鼓风机的出气试验测试结果。显示某次针对多级离心式压缩机的进出气试验测试结果。

　　4结论设计开发的离心和轴流式鼓风机及压缩机热力性能测试系统，已经应用于陕鼓风机检测中心。经实测检验证明：该系统结构合理、功能强大、参数齐全、测试准确、性能稳定、自动化程度高，具有较广的工程应用前景。