CN109098995A - 一种牵引电机冷却系统风道及风机性能测试方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种牵引电机冷却系统风道及风机性能测试方法及装置，包括牵引电机、冷却通风用的风机、连接牵引电机与风机的被试风道，还包括第一标准风道、第二标准风道、第三标准风道和第四标准风道，在每个风道的测试截面上分别安装有各个测点的全压测试装置和/或静压测试装置，四个标准风道根据测试需求不同组合连接以分别测试被风道的风道阻力、第一标准风道和第二标准风道的过渡段阻力，所述全压测试装置和静压测试装置与测试设备连接。本发明可以实现多测点同时测试，在不使用现有毕托管的情况下，满足小截面测试风道所需的较小的阻塞比，测试精度高，自动化程度和智能化程度较高，可大幅减小劳动强度，提高测试效率，提升试验测试能力。

Description

一种牵引电机冷却系统风道及风机性能测试方法及装置
技术领域
本发明涉及牵引电机冷却控制技术领域，特别涉及一种牵引电机冷却系统风道及风机性能测试方法及装置。
背景技术
为了保证牵引电机的正常工作，需要对牵引电机进行强制的通风冷却，用于给牵引电机通风的风机与牵引电机之间通过风道连接。目前，对牵引电机冷却系统中的风道及风机性能测试的过程中，按照相关标准，对试验风量、压力需要测试几十个测点，且每个测点单点逐一测试，再根据结果求出平均值，工作量大且效率低。而且由于风源的波动性特点，采集的结果为不同时刻的值，会存在误差。另外现有技术中对于流量的计算是用流量计静压差计算，再乘修正系数，计算数值存在较大的误差。
发明内容
本发明主要目的在于解决上述问题和不足，提供一种可以实现多点同时测量，提高测量精确度，且自动化程度和智能化程度较高的牵引电机冷却系统风道及风机性能测试方法及装置。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种牵引电机冷却系统风道及风机性能测试方法，包括如下步骤：
在风机与牵引电机之间依次连接第一标准风道、被试风道及第二标准风道，在每段标准风道上选取测试截面，测试第一标准风道的第一测试截面的全压值和静压值利用全压值与静压值的差计算出动压值，并根据动压值计算出流量Q并记录；同时测量第二标准风道的第二测试截面的全压值和/或静压值，利用两个测试截面之间的全压值差和静压值差分别计算全压风道阻力△PQ1和静压风道阻力△PJ1并记录；
在风机的出口端依次连接第三标准风道和第一标准风道，在每段风道上选取测试截面，测试每个测试截面的全压值和/或静压值，利用两个测试截面之间的全压值差和静压值差分别计算第一标准风道的过渡段全压风道阻力△PQ2和静压风道阻力△PJ2并记录；
在风机的出口端依次连接第四标准风道和第二标准风道，在每段风道上选取测试截面，测试每个测试截面的全压值和/或静压值，利用两个测试截面之间的全压值差和静压值差分别计算第二标准风道的过渡段全压风道阻力△PQ3和静压风道阻力△PJ3并记录；
将风道阻力△PQ1和△PJ1分别减去两段过渡段风道阻力得到被试风道的全压风道阻力△PQ和静压风道阻力△PJ并记录；
根据测试结果绘制全压风道阻力-流量曲线图和/或静压风道阻力-流量曲线图。
进一步，还包括调整风机的风量，测试不同工况条件下各标准风道测试截面的流量及风道阻力值的步骤。
进一步，流量通过以下公式测算；
PD＝PQ-PJ；
式中：Q—测试截面的流体流量(m3/h)；
A—测试截面的面积(m2)；
PD—测试截面的平均动压(＝平均全压-平均静压)(Pa)；
ρ—测试截面的的流体密度(kg/m3)；
PQ测试截面平均全压(Pa)；
PJ测试截面平均静压(Pa)。
本发明的另一个技术方案是：
一种实现牵引电机冷却系统风道及风机性能测试方法的测试装置，包括牵引电机、冷却通风用的风机、连接牵引电机与风机的被试风道，还包括第一标准风道、第二标准风道、第三标准风道和第四标准风道，在每个风道的测试截面上分别安装有各个测点的全压测试装置和/或静压测试装置，四个标准风道根据测试需求不同组合连接以分别测试被风道的风道阻力、第一标准风道和第二标准风道的过渡段阻力，所述全压测试装置和静压测试装置与测试设备连接。
进一步，所述第一标准风道和第二标准风道为圆形风道，第三标准风道为正方形风道，第四标准风道为矩形风道。
进一步，所述全压测试装置包括全压管及支撑杆，所述全压管对应每个测试截面的测试点布置，所述全压管固定安装在支撑杆上。
进一步，在每个所述支撑杆上安装多个全压管，多个所述全压管安装在同一平面内，多个所述全压管之间通过叠加的方式固定在支撑杆上。
进一步，所述支撑杆在空气流动方向上采用流线型，在一侧设置有U形豁口，所述全压管插入U形豁口内固定。
进一步，所述全压管通过焊接或用胶粘结的方式固定在支撑杆上。
进一步，所述全压管的外径为1mm，内径为0.6mm。
综上内容，本发明所述的一种牵引电机冷却系统风道及风机性能测试方法及装置，与现有技术相比，具有如下优点：
(1)本发明可以实现多测点同时自动采集、自动换算到标准工况，并可根据结果自动绘制风道阻力-流量曲线图，自动化程度、智能化程度较高，解决了现有试验中重复性劳动量大、工作效率低、测试结果精确度差的问题，可大幅减小劳动强度，提高测试效率，提升试验测试能力，是目前比较先进的风道和冷却风机性能试验方法，填补了风道、风机性能试验技术领域的部分空白，可以广泛推广应用。
(2)本发明在进行流量测试时，采用动压计算，不用系数修正，误差小，而且避免多根毕托管占用测试截面影响测试结果的缺点，满足小截面测试风道所需的较小的阻塞比，测试精度高。
附图说明
图1是本发明被试风道性能测试结构示意图；
图2是本发明第一标准风道性能测试结构示意图；
图3是本发明第二标准风道性能测试结构示意图；
图4是本发明全压测试装置的结构示意图；
图5是本发明单个全压管结构图；
图6是本发明支撑杆截面结构图；
图7是本发明多个全压管叠放结构图；
图8是本发明圆形标准风道测量布点示意图；
图9是本发明矩形风道测量布点示意图。
如图1至图9所示，牵引电机1，风机2，被试风道3，第一标准风道4，第二标准风道5，第一测试截面6，第二测试截面7，第三标准风道8，第三测试截面9，第四标准风道10，第四测试截面11，全压管12，支撑杆13，U形豁口14。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：
如图1至图3所示，一种牵引电机冷却系统风道及风机性能测试装置，包括牵引电机1、冷却通风用的风机2、在现车上用于连接牵引电机1与风机2的被试风道3。
如图1所示，在对被试风道3进行性能测试时，在风机2的出口处接入第一标准风道4，第一标准风道4为圆形风道，标准风道4的出口端连接被试风道3，被试风道3的出口端连接第二标准风道5，第二标准风道5为圆形风道，第二标准风道5的出口端接入牵引电机1。其中，第一标准风道4与风机2的出口之间有一段方圆过渡段，各段风道之间均通过法兰固定连接。
在第一标准风道4上确定有第一测试截面6，第一测试截面6用于测试第一标准风道4的流量Q和全压值PQ1。第二标准风道5上确定有第二测试截面7，第二测试截面7用于测试第二标准风道5全压值PQ2。在第一标准风道4的第一测试截面6的外圆上，还安装有静压测试装置，用于检测第一测试截面6的静压值PJ1。
如图2所示，在对第一标准风道4进行性能测试时，即对第一标准风道4的方圆过渡段阻力进行测试时，在风机2的出口处接入第三标准风道8，第三标准风道8为正方形风道，第三标准风道8出口端连接第一标准风道4。在第三标准风道8上确定有第二测试截面9。
第一标准风道4上的第一测试截面6用于测试第一标准风道4的全压值PQ3，第三标准风道8上的第三测试截面9用于测试第三标准风道8的全压值PQ4。
如图3所示，在对第二标准风道进行性能测试时，即对第二标准风道5的方圆过渡段阻力进行测试时，在风机2的出口处接入第四标准风道10，第四标准风道10为矩形风道，第四标准风道10出口端连接第二标准风道5。在第四标准风道10上确定有第四测试截面11。
第二标准风道5上的第二测试截面7用于测试第二标准风道5的和全压压值PQ5，第四标准风道10上的第四测试截面11用于测试第四标准风道10的全压值PQ6。
以上第一标准风道4、第二标准风道5、第三标准风道8、第四标准风道10的尺寸根据GB/T1236-2000标准上规定的要求设计。第一测试截面6、第二测试截面7、第三测试截面9、第四测试截面11的位置均位于所在风道的来流下游3/4处，保证检测数值的准确性。
其中，如图8所示，对于圆形截面的第一标准风道4和第二标准风道5，测试点分布如下：
第一标准风道4和第二标准风道5用于测试流量和压力，在第一标准风道4和第二标准风道5上所确定的第一测试截面6和第二测试截面7上分别布置24个测试点。本实施例中按切贝切夫法，将24个测试点分布在3条直径线上，每条直径线上设置八个测试点，在每个半径线上分布4个测试点。
测试点的布点位置见表1，y为每一个直径上的测试点到直径最外端的距离，D为标准风道4的直径。
表1
点 切贝切夫法(y/D)
1 0.024
2 0.100
3 0.194
4 0.334
5 0.666
6 0.806
7 0.900
8 0.976
如图9所示，对于正方形的第三标准风道8和矩形的第四标准风道10上的测试截面，测试点分布如下：
第三测试截面9和第四测试截面11均用于测试全压，各布置30个测试点，本实施例中按切贝切夫法，将30个测试点分布在5条横线上，每条横线上设置六个测试点，或将30个测试点分布在6条竖线上，每条竖线上设置五个测试点。
测试点在X轴方向和Y轴方向的布点位置见表2和表3。X为每一个测试点在X轴方向上即管壁内宽度方向自左向右的每个测点的距离，Y为每一个测试点在Y轴方向上即管壁内高度方向从下侧至上侧的每个测点的距离，L为第三标准风道8和第四标准风道10的宽度，H为第三标准风道8和第四标准风道10的高度。
表2 X轴方向测点的位置
点 切贝切夫法(x/L)
1 0.061
2 0.235
3 0.437
4 0.563
5 0.765
6 0.939
表3 Y轴方向测点的位置
点 切贝切夫法(y/H)
1 0.074
2 0.288
3 0.5
4 0.712
5 0.926
全压测试装置包括全压管12及支撑杆13。在每个测试点处安装一个全压管12，全压管12的另一端与压力传感器连接，压力传感器用于检测每个测试点的压力。如图4和图5所示，全压管12为L形不锈钢管。其测试探针部分的G值根据探针直径来定，管臂根据所在风道的尺寸而定。本实施例中，选取4种不同的G值，通过风洞实验确定，将其测量结果与标准皮托管进行对比，确定合适的G值大小。为了减小全压管对管道内流场的干扰，本实施例中选用外径1mm、内径0.6mm的细不锈钢管作为全压管。
由于全压管12管径小，强度较弱，需将其固定在强度较大的支撑杆13上，多个全压管12安装在一个支撑杆13上。为了减小支撑杆13对管道内流场的干扰，如图6所示，支撑杆13的在空气流动方向上采用流线型，在一侧设置有U形豁口14，全压管12全部插入U形豁口14内通过焊接或用胶粘结的方式固定。
如图7所示，全压管12单点测试，为不影响流量的精度，全压管12在管道内的布置尽量不占用测试截面的面积，采用叠加式的结构。
在圆形的第一标准风道4和第二标准风道5上共需要在三个直径线上设置24个测试点，对应三个直径线插入三个支撑杆13，在每个支撑杆13上安装八个全压管12，八个全压管12的安装位置分别对应该直径线上的八个测试点，八个全压管12采用叠加的试通过焊接或用胶粘结固定在支撑杆13上。
在正方形第三标准风道8和矩形的第四标准风道10上，共需要设置五个横线或六个竖线，对应插入五个横向的支撑杆13或六个竖向的支撑杆13，在每个横向上的支撑杆13上安装六个全压管12，六个全压管12的安装位置分别对应该横线上的六个测试点，六个全压管12采用叠加的试通过焊接或用胶粘结固定在支撑杆13上。或，在每个竖向上的支撑杆13上安装五个全压管12，五个全压管12的安装位置分别对应该竖线上的五个测试点，五个全压管12采用叠加的试通过焊接或用胶粘结固定在支撑杆13上。
在第一标准风道4的第一测试截面6上还设置有静压测试点，安装静压测试装置，静压测试装置采用静压管，静压管的一端连接压力传感器。对于圆形的第一标准风道4，在来流均匀的条件下，采取在同一测试截面上沿圆周等距分布四个壁面测点进行静压测量。即在风道上对应壁面测点开小孔，用圆管环连接起来，连接到压力传感器测出。为了保证测试精确，壁面测点应平齐、内部无毛刺，与其相邻的管壁应光滑、清洁、无起皮无突变。
测试设备包括数据采集箱和计算机软件两部分，数据采集箱和计算机通过网口进行通讯。数据采集箱内封装压力传感器、数据采集卡等硬件部分，并设置电源开关、网口、压力传感器与测试用全压管相连接的接口。进行测试时，每个全压管10及测量截面在管壁上的静压孔通过导压软管与数据采集箱中的压力传感器相连接，，压力传感器获得实测压力值，通过接口将压力数据传输到上位机，上位机程序对数据进行处理得到实时风机流量和管道阻力，可根据检测结果，绘制不同流量下风道的静压及全压曲线。
下面详细描述牵引电机冷却系统风道及风机性能测试方法，包括如下步骤：
(1)、首先测试环境条件，包括：温度、湿度、大气压，并将所有数据记录。
(2)、如图1所示，在风机2与牵引电机1之间依次通过法兰连接第一标准风道4、被试风道3及第二标准风道5，并按上述测试点布置的要求，在第一标准风道4的第一测试截面6和在第二标准风道5的第二测试截面7上分别安装全压管12、支撑杆13及静压壁面测点的管子。
(3)、按预设的工况，调整风机2的风量，按从小到大的顺序，首先启动风机2，调整到低工况Ⅰ的流量。
(4)、风机2送风稳定后，在第一标准风道4的第一测试截面6上，按标准要求，用全压管12测试风机2在低工况Ⅰ下的全压值PQ1，用静压管测试静压PJ1，用全压值PQ1减去静压值PJ1计算出动压值PD，并将动压值PD记录。
其中，流量通过以下公式测算：
PD＝PQ1-PJ1
式中：Q—测试截面的流体流量(m3/h)，
A—测试截面的面积(m2)
PD—测试截面的平均动压(＝平均全压-平均静压)(Pa)
ρ—测试截面的的流体密度(kg/m3)
PQ1测试截面平均全压(Pa)
PJ1测试截面平均静压(Pa)
(5)、同时在第二标准风道5的第二测试截面7上测试该测试截面的平均全压PQ2，用PQ1减去PQ2计算出被试风道3(带过渡段)的全压风道阻力△PQ1，并将全压风道阻力值记录。
(6)、重复以上步骤3至步骤5，至少测试6种不同的流量工况，分别记录每种工况下的动压值PD和风道阻力值△PQ1。
(7)、根据测试结果绘制全压风道阻力-流量曲线图。
(8)、如图2所示，按上述方法连接相关设备及风道，并依上述方法测量第一标准风道4的第一测试截面6上全压值PQ3，同时测量第三标准风道8的第三测试截面9上全压值PQ4，用PQ4减去PQ3计算出第一标准风道4的过渡段全压风道阻力△PQ2，并将风道阻力值记录。
(9)、如图3所示，按上述方法连接相关设备及风道，并依上述方法测量第二标准风道5的第二测试截面7上全压值PQ5，同时测量第四标准风道10的第四测试截面11上全压值PQ6，用PQ6减去PQ5计算出第二标准风道5的过渡段全压风道阻力△PQ3，并将风道阻力值记录。
(10)利用3种曲线分别求出同一特征流量下的阻力，求出风道在该特征流量点下的△PQ＝△PQ1-△PQ2-△PQ3，分别从小到大求出6个不同特征流量点的全压阻力△PQ1，绘制流量-全压风道阻力曲线。
根据需要，也可以在每项测试中，在每个标准风道的测试截面上均设置相应的静压测试装置，在检测每个测试截面的全压值的同时测量每个测试截面的静压值，并依上面所述的方法求出风道在该特征流量点下的△Pj＝△Pj1-△Pj2-△Pj3，分别从小到大求出6个不同特征流量点的静压阻力△Pj1，绘制流量-静压风道阻力曲线。
现有技术中对于流量的计算是用流量计静压差计算，再乘修正系数。该方法用动压计算，不用系数修正，误差小，而且避免多根毕托管占用测试截面影响测试结果的缺点，满足阻塞比要求。
该方法可以实现多测点同时自动采集、自动换算到标准工况，并可根据结果自动绘制风道阻力-流量曲线图。解决了现有试验中重复性劳动量大、工作效率低、测试结果精确度差的问题，可大幅减小劳动强度，提高测试效率，提升试验测试能力，是目前比较先进的风道和冷却风机性能试验方法，填补了风道、风机性能试验技术领域的部分空白。
如上所述，结合附图所给出的方案内容，可以衍生出类似的技术方案。但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种牵引电机冷却系统风道及风机性能测试方法，其特征在于，包括如下步骤：
在风机与牵引电机之间依次连接第一标准风道、被试风道及第二标准风道，在每段标准风道上选取测试截面，测试第一标准风道的第一测试截面的全压值和静压值利用全压值与静压值的差计算出动压值，并根据动压值计算出流量Q并记录；同时测量第二标准风道的第二测试截面的全压值和/或静压值，利用两个测试截面之间的全压值差和静压值差分别计算全压风道阻力△PQ1和静压风道阻力△PJ1并记录；
在风机的出口端依次连接第三标准风道和第一标准风道，在每段风道上选取测试截面，测试每个测试截面的全压值和/或静压值，利用两个测试截面之间的全压值差和静压值差分别计算第一标准风道的过渡段全压风道阻力△PQ2和静压风道阻力△PJ2并记录；
在风机的出口端依次连接第四标准风道和第二标准风道，在每段风道上选取测试截面，测试每个测试截面的全压值和/或静压值，利用两个测试截面之间的全压值差和静压值差分别计算第二标准风道的过渡段全压风道阻力△PQ3和静压风道阻力△PJ3并记录；
将风道阻力△PQ1和△PJ1分别减去两段过渡段风道阻力得到被试风道的全压风道阻力△PQ和静压风道阻力△PJ并记录；
根据测试结果绘制全压风道阻力-流量曲线图和/或静压风道阻力-流量曲线图。
2.根据权利要求1所述的牵引电机冷却系统风道及风机性能测试方法，其特征在于：还包括调整风机的风量，测试不同工况条件下各标准风道测试截面的流量及风道阻力值的步骤。
3.根据权利要求1所述的牵引电机冷却系统风道及风机性能测试方法，其特征在于：流量通过以下公式测算；
PD＝PQ-PJ；
式中：Q—测试截面的流体流量(m3/h)；
A—测试截面的面积(m2)；
PD—测试截面的平均动压(＝平均全压-平均静压)(Pa)；
ρ—测试截面的的流体密度(kg/m3)；
PQ测试截面平均全压(Pa)；
PJ测试截面平均静压(Pa)。
4.一种实现如权利要求1-3任一项所述的牵引电机冷却系统风道及风机性能测试方法的测试装置，包括牵引电机、冷却通风用的风机、连接牵引电机与风机的被试风道，其特征在于：还包括第一标准风道、第二标准风道、第三标准风道和第四标准风道，在每个风道的测试截面上分别安装有各个测点的全压测试装置和/或静压测试装置，四个标准风道根据测试需求不同组合连接以分别测试被风道的风道阻力、第一标准风道和第二标准风道的过渡段阻力，所述全压测试装置和静压测试装置与测试设备连接。
5.根据权利要求4所述的测试装置，其特征在于：所述第一标准风道和第二标准风道为圆形风道，第三标准风道为正方形风道，第四标准风道为矩形风道。
6.根据权利要求4所述的测试装置，其特征在于：所述全压测试装置包括全压管及支撑杆，所述全压管对应每个测试截面的测试点布置，所述全压管固定安装在支撑杆上。
7.根据权利要求6所述的测试装置，其特征在于：在每个所述支撑杆上安装多个全压管，多个所述全压管安装在同一平面内，多个所述全压管之间通过叠加的方式固定在支撑杆上。
8.根据权利要求6所述的测试装置，其特征在于：所述支撑杆在空气流动方向上采用流线型，在一侧设置有U形豁口，所述全压管插入U形豁口内固定。
9.根据权利要求6所述的测试装置，其特征在于：所述全压管通过焊接或用胶粘结的方式固定在支撑杆上。
10.根据权利要求6所述的测试装置，其特征在于：所述全压管的外径为1mm，内径为0.6mm。
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