一种便携式矿用通风机性能测试仪

摘 要:根据AQ 1011-2005标准,开发研制基于MS SQLServer数据库便携式矿用通风机性能测试仪软件,详细介绍软件采用的设计思想,人机接口与底层实现。实例应用证明该通风机性能测试软件,具有方便、迅捷和计算准确的特点。

关键词:通风机 性能试验 互联网 数据处理

中图分类号:TP311 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2011)09(a)-0064-02

近年来,随着计算机信息技术的发展,已开始利用计算机处理试验数据和输出试验结果,改善了风机性能的测试工作。但基本上都是运行于DOS操作系统或早期版本WINDOWS下的程序,给工程运算带来许多不便[1～2]。有的系统虽然基于Windows操作系统[3～5],但不能利用现代互联网技术和强大的数据库功能,系统生成性能曲线时也只是简单地把取的点连成直线,不能充分显示通风机的性能。因此,开发一种基于现代网络技术和强大数据库的通风机数据采集、分析、处理为一体的软件,利用插值拟合方法生成通风机的性能曲线,对于试验技术人员的研究分析具有非常重要的实用价值。为提高测试水平,减少重复性工作,本文以AQ 1011-2005[2]《煤矿在用主通风机系统安全检测规范》为依据,基于最新的Visual C++版本开发了一种新式的通风机性能实验处理软件。它实现测试数据的自动存储和处理,完成参数计算、指标分析、性能曲线绘制,并可建立良好的可视化人机界面,自动生成测试报告。应用该程序可以使通风机性能曲线测定试验更加简便易行,也提高了试验结果的处理效率和精确性。

1 系统简介

本处理系统以AQ 1011-2005[6]为依据,并考虑了各种试验装置和性能参数的测量方法,为适用各种不同形式风机性能测试的数据处理。数据程序系统的开发应用了Microsoft Visual Studio 2008(简称VS2008)软件,它是一种基于Windows操作系统下的可视化、面向对象的开发软件,具有程序简洁、便于和数据库开发相结合的特点。通风机的性能参数主要有流量Q、全压p、功率P、效率η等,通过一定的测量方式,可直接或间接得到这些测量值并在线保存实时数据到数据库。然后通过计算这些测量值求出所需要的参数,再利用这些参数绘制通风机的性能曲线。

风机性能曲线是说明在某一转速下,风机的风压与风量,风机有效功率与风量,风机效率与风量等参数之间的关系,是反映风机实际工作能力的指标,是风机质量好坏的标志。

因此在设计软件时,将计算公式编入程序,使用时只需将采集的试验数据输入,再经过系统处理后,就可以实现性能参数结果的显示、保存、打印以及性能曲线的显示和打印。

2 程序流程图及各模块设计

2.1 系统工作流程

为提高编程的效率,图1给出了风机性能由数据采集到分析计算的全流程框图。按照框图的顺序可以方便地建立不同的数据处理模块,以实现最终数据库管理（如图1、图2）。

现场数据采集、现场/离线信息采集、实时数据采集在线提交数据库存储、现场/离线数据分析、现场/离线报表处理等功能。

2.2 系统的各功能模块

实时参数采集模块、数据分析模块、曲线绘制模块、测试报告自动生成模块、历史数据查询模块、历史数据分析模块、历史数据曲线绘制模块、设备信息配置模块、测试任务管理模块、采集卡参数设置模块、传感器标定模块、数据库接口模块、在线帮助等。软件既能以操作人员身份登录操作界面,也能以管理员的身份登录后台数据库管理界面,同时还有操作手册可在线阅读等等。

2.2.1 设备信息配置模块

输入通风机的运行测试条件,例如风机的出口面积、电机的额定功率和转速等主要基本参数,这些参数是进行性能分析计算所必需的基本条件。图2为测试数据输入的界面,能方便地输入上述参数。

2.2.2 实时参数采集模块

在本模块中实现测量或采集参数的输入,例如风机的出口全压、电机转速和空气温度等(如图3、图4）。

2.2.3 参数计算及性能分析模块

对输入的原始数据进行计算,计算模块是整个程序的核心部份,负责对原始数据的计算处理,涉及风机的计算及公式可见AQ 1011-2005[6]标准。

应将计算结果换算成给定转速标准进气状态下的空气动力性能。即,风机标准进口状态参数是大气压力P(Pa)、温度T(K)、相对湿度为50%、密度ρ(kg/m3)。

2.2.4 性能曲线拟合、曲线绘制模块

由于测试的数据多为一系列的离散点,为保证得到较高精度的特性曲线,需要选择快速合适的曲线拟合方法,目前实现曲线拟合的方法大致可分插值法和逼近法两种。

插值法是给定一组精确的离散数据点,构造一个函数,使其严格地依次通过全部数据点,满足光误差的离散数据点,构造一个函数,使其在整体上最接近这些数据点,而不必点点通过它们,使构造的函数与所有数据点的误差在某种意义上为最小。常用的逼近方法有最小二乘法、B样条曲线等。

试验数据本身都有试验误差,为了减小误差的影响,可以采用逼近法来拟合曲线,获得既能反映给定数据的内在联系,近似程度又好的拟合曲线。因此,本程序在试验性能数据处理时采用B样条曲线逼近法。

3 应用实例

利用本软件系统对某离心式通风机进行性能测试。通风机配套电机型号: Y560-10;额定功率:800kW;额定电压:6000V;额定电流:103.4A;额定转速:594r/min。在测试中测风断面选择在风机入风口附近。通过调节风门挡板的开启度来调节风阻大小,以获得风机不同工况点。在每个工况下,虚拟仪器通过布置在相应位置上的传感器实时采集静压、全压、温、湿度、大气压力、电机的电流和电压等参数,并对所测信号进行分析处理,得到动压、风量、大气密度等主要性能指标,同时进行标准状态换算,并自动绘制出风机的特性曲线。风机各性能参数的标准状态换算值,(其中从测点到风机进口的损失和出口扩散筒损失忽略不计);得到的性能曲线图。

将以上系统处理后的结果与原有结果对比,得到的性能曲线与原有性能曲线图相吻合,证实了该系统的方便与可靠性。

4 结语

(1)应用功能强大的VS2008开发的矿用通风机性能测试及数据处理系统,可以大大提高测试任务效率、测试分析效率,减少重复性工作,使风机性能试验数据处理全部由计算机自动完成,也可以由计算机辅助人工完成。(2)应用实例中性能试验所得到的试验参数和应用编写的程序进行性能的分析,方便、快速地得到了样机的特性曲线,缩短了数据处理的时间。证明良好的输入界面和人机对话非常易于技术人员对风机性能的分析。

参考文献

[1] 王军,吴立强.基于Windows的通风机性能试验数据处理系统[J].风机技术, 2006(6):38～40.

[2] 廖丽,李翠华.我国矿井主通风机设备的现状及发展[J].煤炭工程,2004(9):71～73.

[3] 李曼,杨富强,冯华光.矿用通风机性能测试分析虚拟仪器的研发[J].风机技术,2008(4).

[4] 陈昊,颜秀铭,山艳.基于虚拟仪器的矿山主扇风机监控系统的设计与实现[J].矿业研究与开发,2009(2).

[5] 惠龙安.基于虚拟仪器的矿用轴流式通风机性能测试与分析[J].煤矿机械,2007(09):176～178.

[6] 国家安全生产监督管理局.1011-2005,A.,煤矿在用主通风机系统安全检测检验规范[S].中华人民共和国安全生产行业标准.