CN109443455B - 风机通风量测试装置及其测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及风机技术领域，公开了一种风机通风量测试装置及其测试方法，风机通风量测试装置包括转轴、转杆、驱动机构、换向开关和多个设置于所述转杆上的螺旋桨式风速传感器；所述驱动机构用于驱动所述转杆绕所述转轴转动，多个所述螺旋桨式风速传感器在所述转杆的带动下围绕所述转轴做圆周运动；多个所述螺旋桨式风速传感器扫过的区域为风速测量截面，所述风速测量截面与所述转轴的轴线垂直；所述换向开关设置于所述转杆能够触发的位置，所述换向开关与所述驱动机构连接。该风机通风量测试装置通过设置多个螺旋桨式风速传感器绕转轴旋转，可以匀速平稳地测试待测风机通风区域不同位置的风速，可以更加精准地计算出待测风机的通风量。

Description

风机通风量测试装置及其测试方法

技术领域

本发明涉及风机技术领域，特别是涉及一种风机通风量测试装置及其测试方法。

背景技术

湿帘-风机降温系统不仅是温室里应用比较广泛的降温技术，同时也是现代化畜禽舍必不可少的环境调控系统之一。风机的使用不仅能调节温室、畜禽舍内的湿热环境，也能通过气体的流动排出室内的有害物质、气体，系统的通风降温效果不仅与围护结构的密闭性有关系，也与风机产品的性能有很大关系，而风机性能的好坏更多取决于通风量的大小。现有的农用风机多采用的是低压大流量风机，所以一般的工业通风机试验台不能适用于该类风机性能的测试。同时国家标准《GB/T 10178-2006工业通风机现场性能试验》中规定的通风机风量测试方法，采用连接风管的方式，并不适用于低压大流量风机在现场的测试。

目前，对于低压大流量风机而言，普遍采用通过风机进风口或出风口处直接测量风速(或动压)来确定风机流量的方法。但是，广泛使用的螺旋桨叶片轴流风机的速度分布为非均匀性分布，风机流量需要通过在测量截面的不同点上进行流速测定，然后求平均值获得，这种方法费时费工效率较低，误差较大，不能做到实时、有效、快速的测试风机通风量。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的是提供一种结构简单、测试精准的风机通风量测试装置，以解决现有的风机通风量测试装置费时费工、效率较低的问题。

本发明的另一目的是提供一种利用上述风机通风量测试装置的测试方法，以实时、有效、快速的测试风机通风量。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供一种风机通风量测试装置，转轴、转杆、驱动机构、换向开关和多个设置于所述转杆上的螺旋桨式速传感器；所述驱动机构用于驱动所述转杆绕所述转轴转动，多个所述螺旋桨式风速传感器在所述转杆的带动下围绕所述转轴做圆周运动；多个所述螺旋桨式风速传感器扫过的区域为风速测量截面，所述风速测量截面与所述转轴的轴线垂直；所述换向开关设置于所述转杆能够触发的位置，所述换向开关与所述驱动机构连接。

其中，多个所述螺旋桨式风速传感器的直径之和等于待测风机的通风区域的半径。

其中，所述转杆为伸缩杆。

其中，所述风机通风量测试装置还包括框架，所述框架上设置有风筒，所述风筒的通风区域正对所述风速测量截面。

其中，所述框架底部设置有万向轮。

其中，所述驱动机构包括第一齿轮、第二齿轮、电机和传动件；所述第一齿轮连接所述电机的输出端，所述第二齿轮套接于所述转轴的外侧；所述传动件卷绕于所述第一齿轮和所述第二齿轮的外围，且首尾相连形成闭合环形回路。

其中，所述驱动机构还包括张紧器，所述张紧器连接所述传动件。

本发明还提供一种利用上述风机通风量测试装置的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

将风机通风量测试装置连接待测风机，驱动机构驱动转轴旋转，所述转轴带动转杆转动；

当所述转杆第一次触发换向开关时，开始获取各个螺旋桨式风速传感器的实时风速值，所述换向开关发送信号给所述驱动机构，所述驱动机构控制所述转轴转换方向旋转；

当所述转杆再触发换向开关时，判断所述换向开关触发的次数是否达到预设触发次数；若是，则停止获取各个所述螺旋桨式风速传感器的实时风速值；若否，则所述换向开关发送信号给所述驱动机构，控制所述转轴转换方向旋转；

根据各个所述螺旋桨式风速传感器的实时风速值，计算出各个螺旋桨式风速传感器的平均风速值；

根据各个所述螺旋桨式风速传感器的平均风速值与所述待测风机的通风区域的面积，计算出所述待测风机的通风量。

其中，在所述停止获取各个所述螺旋桨式风速传感器的实时风速值后，还包括以下步骤：所述驱动机构驱动所述转轴转换方向旋转预设角度。

其中，所述预设触发次数为不小于三的奇数。

(三)有益效果

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明提供的一种风机通风量测试装置，包括转轴、转杆、驱动机构、换向开关和多个螺旋桨式风速传感器；转杆在转轴的带动下围绕转轴做圆周运动，多个用于测量风速的螺旋桨式风速传感器设置在转杆上，换向开关设置在转杆能够触发的位置，当转杆触发换向开关时，驱动机构控制转杆换方向旋转。通过转轴带动转杆沿着风速测量截面旋转，使得转杆上的多个螺旋桨式风速传感器可以匀速平稳地测试不同圆周的风速，可以实现全截面风速的连续测试，从而更加精准地计算出待测风机的通风量。同时利用换向开关实现转杆的正转与反转，进一步消除了测量误差，提高了风机通风量测试的可靠性。

本发明提供的一种测试方法，通过上述风机通风量测试装置，实现待测风机通风量的准确测试与计算。

附图说明

图1是本发明实施例中的一种风机通风量测试装置的结构示意图；

图2是本发明实施例中的一种具有风筒的风机通风量测试装置结构示意图；

附图标记说明:

1：紧固件； 2：框架； 3：换向开关；

4：万向轮； 5：电机； 6：第一齿轮；

7：链条； 8：张紧器； 9：螺旋桨式风速传感器；

10：转杆； 11：第二齿轮； 12：立柱；

13：控制箱； 14：螺栓； 15：风筒；

16：转轴。

具体实施方式

为使发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图和具体实施例，对发明中的技术方案进行清楚地描述。显然，所描述的实施例是发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“第一”“第二”等等是为了清楚说明产品部件进行的编号，不代表任何实质性区别。“上”“下”均以附图所示方向为准。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在发明中的具体含义。

图1是本发明实施例中的一种风机通风量测试装置的结构示意图，如图1所示，本发明提供一种风机通风量测试装置，包括转轴16、转杆10、驱动机构、换向开关3和多个螺旋桨式风速传感器9。驱动机构用于驱动转轴16转动，转杆10在转轴16的带动下围绕转轴16做圆周运动。如图 1所示，转杆10为直杆，转杆10的下端连接转轴16，转杆10的上端沿转轴16的径向向外延伸。转轴16位于待测风机通风区域的中心，转杆10 以转轴16为圆心做圆周运动，进而触发换向开关3。

多个螺旋桨式风速传感器9设置在转杆10上，用于测量风速，并在转杆10的带动下围绕转轴16做圆周运动。多个螺旋桨式风速传感器9扫过的区域为风速测量截面，风速测量截面与转轴16的轴线垂直。具体地，螺旋桨式风速传感器9的旋转平面始终正对待测风机的风向。螺旋桨式风速传感器9的数量可以根据待测风机的通风区域的大小以及螺旋桨式风速传感器的尺寸大小进行选择。本实施例中的转杆10上设置了两个尺寸相同的螺旋桨式风速传感器9，因而可测试两个圆周上的风速。

此外，换向开关3设置在转杆10能够触发的位置，如图1所示，换向开关3采用设置在转轴16的下方的限位开关，且换向开关3与转轴16 的距离小于转杆10的最远端与转轴16的距离。换向开关3也可以设置在转轴16的上方或者侧方，只要保证转杆10能够触发即可。换向开关3为双向可触发的限位开关，即当转杆10顺时针旋转至换向开关3的右侧时，触发后可以发出反馈信号；当转杆10逆时针旋转至换向开关3的左侧时，触发后也可以发出反馈信号。换向开关3与驱动机构连接，当转杆10触发换向开关3时，换向开关3发出反馈信号给驱动机构，使之驱动转杆10 转换方向旋转。

除此之外，换向开关3还可以采用无触点接近开关，当转杆10接近换向开关3时即实现触发，适当降低驱动机构的转速，使转杆10平稳的到达换向位置，无需机械接触，减少撞击。

本实施例提供的一种风机通风量测试装置，包括转轴、转杆、驱动机构、换向开关和多个螺旋桨式风速传感器；转杆在转轴的带动下围绕转轴做圆周运动，多个用于测量风速的螺旋桨式风速传感器设置在转杆上，换向开关设置在转杆能够触发的位置，当转杆触发换向开关时，驱动机构控制转杆换方向旋转。通过转轴带动转杆沿着风速测量截面旋转，使得转杆上的多个螺旋桨式风速传感器可以匀速平稳地测试待测风机出风面上不同位置的风速，可以实现全截面风速的连续测试，从而更加精准地计算出待测风机的通风量。同时利用换向开关实现转杆的正转与反转，进一步消除了测量误差，提高了风机通风量测试的可靠性。

进一步地，多个螺旋桨式风速传感器9的直径之和等于待测风机的通风区域的半径。多个螺旋桨式风速传感器9之间采用无间距布置，即从转轴16向外延伸，多个螺旋桨式风速传感器9连续布置，因而可以实现对待测风机的通风区域的全平面测量。多个螺旋桨式风速传感器9的尺寸可以相等，也可以不相等，例如远离转轴16的一端的螺旋桨式风速传感器9 可以选择小尺寸，靠近转轴16的一端的螺旋桨式风速传感器9可以选择大尺寸，因而远离转轴16的一侧可以布置更多的风速传感器，其扫过的范围更大，获得的测量数据更多，进而可以获得更加全面的风速分布数据。

更进一步地，转杆10为伸缩杆，可以根据待测风机的通风区域和螺旋桨式风速传感器9的数量来调节转杆10的长度，使得风机通风量测试装置的成本更低、效率更高、精度更准，同时还可以适用于不同口径的风机。

进一步地，如图2所示，本实施例提供的风机通风量测试装置还包括长方体形的框架2，框架2的长度和宽度与待测风机的通风区域相适应，深度则与驱动机构以及控制箱13的尺寸相适应。框架2采用花管铝材，花管铝材连接处用紧固件1进行连接固定，更易组装和拆卸。框架2后部中间位置固定有一垂直的立柱12，立柱12中间位置连接转轴16。换向开关3固定于框架2的底部。

更进一步地，框架2上设置有风筒15，风筒15的通风区域正对风速测量截面。如图2所示，花管铝材的框架2前部装有厚度为8mm的方型 PVC塑料板，PVC塑料板与框架2之间用螺栓14和T型螺母连接。PVC 塑料板中间安装与待测风机的通风口的直径相同的风筒15。测量时风筒 15与待测风机的拢风筒通过风道连接，将风导入测量装置。

进一步地，框架2的底部还设置有四个万向轮4，便于该测量装置的转移和位置调整。

进一步地，框架2的底部还设置有控制箱13，控制箱13内设置数据采集和控制系统，该系统基于Arduino控制。具体地，控制箱13内配置有用于供电的电源、用于计算处理的单片机、用于自动化控制的继电开关以及风压变送器等电气设备。转杆10为空心直杆，螺旋桨式风速传感器9 的信号线通过转杆10与控制箱13连接，将测量信号传送给数据采集和控制系统。

进一步地，驱动机构包括第一齿轮6、第二齿轮11、电机5和传动件。如图1所示，传动件采用链条7或者采用皮带，在本实施例中以链条7为例进行说明。第一齿轮6连接电机5的输出端，具体地，电机5采用减速电机，并固定在框架2的底部。第二齿轮11套接于转轴16的外侧。第二齿轮11也可以与转轴16一体化连接，即采用带齿轮的转轴。链条7卷绕于第一齿轮6和第二齿轮11的外围，且首尾相连形成闭合环形回路。利用电机5的输出端带动第一齿轮6转动，经链条7传动至第二齿轮11，继而带动转轴16以及转杆10转动。

更进一步地，驱动机构还包括张紧器8，张紧器8连接链条7。张紧器8保证链条7始终保持张紧状态，使得转杆10可以平稳、缓慢地带动螺旋桨式风速传感器9转动，减小测量结果的误差值。

本发明还提供一种利用上述风机通风量测试装置的测试方法，包括以下步骤：

将风机通风量测试装置连接待测风机，驱动机构驱动转轴16旋转，转轴16带动转杆10转动，转杆10从远离换向开关3的位置朝向换向开关3转动。在该过程中，风机通风量测试装置可以完成对控制系统的自检程序。

当转杆10第一次触发换向开关3时，开始获取各个螺旋桨式风速传感器9的实时风速值，换向开关3发送信号给驱动机构，驱动机构控制转轴16转换方向旋转；

当转杆10再触发换向开关3时，判断换向开关3触发的次数是否达到预设触发次数；若是，则停止获取各个螺旋桨式风速传感器9的实时风速值；若否，则换向开关3发送信号给驱动机构，控制转轴16转换方向旋转；

根据各个螺旋桨式风速传感器9的实时风速值，计算出各个螺旋桨式风速传感器9的平均风速值；

根据各个螺旋桨式风速传感器9的平均风速值与待测风机的截面积，计算出待测风机的通风量。

具体地，以转轴16初始时正转为例进行说明，运行步骤如下：

S1、将风机通风量测试装置连接待测风机，驱动机构驱动转轴16正转，转轴16带动转杆10正转，跳转执行步骤S2；

S2、转杆10第一次触发换向开关3，换向开关3发送信号给驱动机构，启动各个螺旋桨式风速传感器9，开始获取实时风速值，跳转执行步骤S3；

S3、驱动机构驱动转轴16反转，带动转杆10旋转，直至转杆10再次触发换向开关3，判断换向开关3触发的次数是否达到预设触发次数，若是则执行步骤S5，若否则执行步骤S4；

S4、驱动机构驱动转轴16正转，带动转杆10旋转，直至转杆10再次触发换向开关3，再次判断换向开关3触发的次数是否达到预设触发次数，若是则执行步骤S5，若否则执行步骤S3；

S5、关闭各个螺旋桨式风速传感器9，停止获取实时风速值；再根据各个螺旋桨式风速传感器9检测的实时风速值，计算出平均风速值；根据平均风速值与待测风机的通风区域的面积，计算出待测风机的通风量。

本实施例提供的一种测试方法，通过上述风机通风量测试装置，实现待测风机通风量的准确测试与计算。

进一步地，在停止获取各个螺旋桨式风速传感器9的实时风速值后，还包括以下步骤：驱动机构驱动转轴16转换方向旋转预设角度。预设角度可以为0°-180°中的任意角度。具体地，当转杆10最后一次触发换向开关3后，控制系统将控制驱动机构驱动转轴16再换向旋转一定角度，使得转杆10远离换向开关3，则初始时装置可以进行自检。

若初始时转杆10已经位于换向位置，那么控制系统需要判断转轴16 的正确转向。比如初始时转杆10位于换向开关3的右侧，此时是第一次触发，系统未接收到转轴16的初始旋转方向，因而随机给予正转或者反转的指令。如果给予反转的指令，则继续进行下一步骤。如果给予正转的指令，由于限位作用，继续检测不到转轴16的旋转，因而控制系统将转换指令，给予反转的指令，进而继续下一步骤。

进一步地，换向开关3的预设触发次数为不小于三的奇数。即转杆10 正转一次和反转一次为一个旋转周期，转杆10上的螺旋桨式风速传感器9 在转动的过程中采集风速，将引入自身的旋转速度为系统误差，利用转杆 10正转一次后再反转一次，即可抵消系统误差，提高测量的精度。同时，多次往复测量，还可以减小随机误差。

下面以预设触发次数等于三次为例来具体说明上述测试方法。

首先，将风机通风量测试装置的风筒15与待测风机的拢风筒连接在一起，设定换向开关3的预设触发次数为三次，将供电电源连接至控制系统供电后，电机5启动，电机5通过第一齿轮6、链条7、第二齿轮11带动转轴16转动，转轴16的转动通过转杆10带动螺旋桨式风速传感器9 沿着风筒15的圆截面低速平稳地转动；当转杆10第一次触发换向开关3 时，使转杆10反转，启动多个螺旋桨式风速传感器9测试不同圆周的风速并通过信号线输送到数据采集和控制系统后保存；接着转杆10转过一周，第二次触碰换向开关3，控制系统控制电机5正转，再继续进行数据测量；然后转杆10正转一周后，第三次触碰换向开关3，此时换向开关3 的触发次数等于预设触发次数，关闭各个螺旋桨式风速传感器9，停止获取实时风速值；然后控制系统再驱动转轴16反转90°；最后，数据采集和控制系统根据各个螺旋桨式风速传感器的实时风速值，计算出各个螺旋桨式风速传感器的平均风速值；再根据各个螺旋桨式风速传感器的平均风速值与待测风机的通风区域的面积，计算出待测风机的通风量。

具体地，螺旋桨式风速传感器9采用相同尺寸，且n个螺旋桨式风速传感器的直径之和等于待测风机的通风区域的半径。

通风量的具体计算方法：

式中：分别为转杆10上从靠近转轴16的一端至远离转轴16的一端的第一个至第n个螺旋桨式风速传感器9的平均风速值(正转和反转后的平均值)，单位为m/s；D为单个螺旋桨式风速传感器9的直径，单位为m；Q为单台风机的通风量，单位为m³/h；a₁、a₂……a_n、b 为常数，数值可通过风洞试验得到，其大小根据螺旋桨式风速传感器9的型号、扇叶半径、数量、扇叶材质等不同而不同。

另外，若n个螺旋桨风速传感器9的尺寸不相同，和/或n个螺旋桨式风速传感器9之间采用间隔布置，则待测风机的通风量的计算方法为：先根据每个螺旋桨风速传感器9所对应检测的风速测量截面的面积，与所有螺旋桨风速传感器9所检测的风速测量截面的面积之和，计算出每个螺旋桨风速传感器9的检测比例系数，再结合每个螺旋桨式风速传感器9的平均风速值，计算出待测风机的平均排风风速值；然后根据平均排风风速值与待测风机的通风区域的面积，计算出待测风机的通风量。

需要说明的是，以上实施例中的正转指的是顺时针旋转，反转指的是逆时针旋转。

通过以上实施例可以看出，本发明提供的风机通风量测试装置及测试方法，风机通风量测试装置包括转轴、转杆、驱动机构、换向开关和多个螺旋桨式风速传感器；转杆在转轴的带动下围绕转轴做圆周运动，多个用于测量风速的螺旋桨式风速传感器设置在转杆上，换向开关设置在转杆能够触发的位置，当转杆触发换向开关时，驱动机构控制转杆换方向旋转。通过转轴带动转杆沿着风速测量截面旋转，使得转杆上的多个螺旋桨式风速传感器可以匀速平稳地测试不同圆周的风速，可以实现全截面风速的连续测试，从而更加精准地计算出待测风机的通风量。同时利用换向开关实现转杆的正转与反转，进一步消除了测量误差，提高了风机通风量测试的可靠性。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种风机通风量测试装置的测试方法，其特征在于，

所述风机通风量测试装置包括转轴、转杆、驱动机构、换向开关和多个设置于所述转杆上的螺旋桨式风速传感器；所述驱动机构用于驱动所述转杆绕所述转轴转动，多个所述螺旋桨式风速传感器在所述转杆的带动下围绕所述转轴做圆周运动；多个所述螺旋桨式风速传感器扫过的区域为风速测量截面，所述风速测量截面与所述转轴的轴线垂直；所述换向开关设置于所述转杆能够触发的位置，所述换向开关与所述驱动机构连接；

多个所述螺旋桨式风速传感器的直径之和等于待测风机的通风区域的半径；

所述测试方法包括以下步骤：

将风机通风量测试装置连接待测风机，驱动机构驱动转轴旋转，所述转轴带动转杆转动；

当所述转杆第一次触发换向开关时，开始获取各个螺旋桨式风速传感器的实时风速值，所述换向开关发送信号给所述驱动机构，所述驱动机构控制所述转轴转换方向旋转；

当所述转杆再触发换向开关时，判断所述换向开关触发的次数是否达到预设触发次数；若是，则停止获取各个所述螺旋桨式风速传感器的实时风速值；若否，则所述换向开关发送信号给所述驱动机构，控制所述转轴转换方向旋转；

根据各个所述螺旋桨式风速传感器的正转实时风速值和反转实时风速值，计算出各个螺旋桨式风速传感器的平均风速值；

根据各个所述螺旋桨式风速传感器的平均风速值与所述待测风机的通风区域的面积，计算出所述待测风机的通风量。

2.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于，在所述停止获取各个所述螺旋桨式风速传感器的实时风速值后，还包括以下步骤：

所述驱动机构驱动所述转轴转换方向旋转预设角度。

3.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于，所述预设触发次数为不小于三的奇数。

4.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于，所述转杆为伸缩杆。

5.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于，还包括框架，所述框架上设置有风筒，所述风筒的通风区域正对所述风速测量截面。

6.根据权利要求5所述的测试方法，其特征在于，所述框架的底部设置有万向轮。

7.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于，所述驱动机构包括第一齿轮、第二齿轮、电机和传动件；所述第一齿轮连接所述电机的输出端，所述第二齿轮套接于所述转轴的外侧；所述传动件卷绕于所述第一齿轮和所述第二齿轮的外围，且首尾相连形成闭合环形回路。

8.根据权利要求7所述的测试方法，其特征在于，所述驱动机构还包括张紧器，所述张紧器连接所述传动件。