CN115596693A - 离心风机在临近空间模拟环境下的性能测试系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种离心风机在临近空间模拟环境下的性能测试系统及方法，涉及离心风机性能测试技术领域。该系统包括模拟临近空间环境的环境舱，产生用于离心风机各项性能指标测试的测试条件的测试风道系统，采集测试风道系统内压力数据、温度数据的传感器系统，用于模数转换的数据模数转换系统，以及用于实现所述系统整体测试控制、通信交互，以及同步数据的控制显示系统。相比于现有技术只能通过数值仿真或基于地面环境性能试验相似计算来获取临近空间环境下离心风机性能参数，该系统具有较高的测试精度；此外，该系统可实现性能参数的同步测试，且自动化程度高。
Description
技术领域
本发明涉及离心风机性能测试技术领域，具体涉及一种离心风机在临近空间模拟环境下的性能测试系统及方法。
背景技术
超压气球通过对副气囊充放气进行驻空高度调节，其通常选用离心风机作为充气设备。超压气球一般在临近空间(临近空间指距离地面20～100公里的空域)中工作，该区域环境的典型特点为海拔20公里及以上，大气压力5500Pa，大气温度-70℃。为了保证超压气球(主要是离心风机)在该环境中能够正常工作，需要对其性能进行测试。而在测试时主要是针对离心风机的流量、压比、效率、功率等性能指标进行测试。
目前，在常规环境中对离心风机的流量进行测试时，一般是在常规的工业用风机测试设备中选用喷嘴式、孔板式、涡街式、热线式、动压管式等流量计对离心风机的流量进行测试。
然而，在面对临近空间低温低气压的极端环境时，一方面，常规的工业用风机测试设备无法正常工作(常规的工业用风机测试设备无法在-70℃低温环境下工作)；另一方面，临近空间的气体密度极低，传统的喷嘴式、孔板式、涡街式、热线式、动压管式流量计均无法进行流量的精确测量。由此可见，亟需提出一种针对离心风机在模拟临近空间环境下的性能测试技术。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种离心风机在临近空间模拟环境下的性能测试系统及方法，解决了现有技术存在无法在模拟临近空间环境下精准测量离心风机性能的问题。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
第一方面，本发明首先提出一种离心风机在临近空间模拟环境下的性能测试系统，所述系统包括：
环境舱，测试风道系统，传感器系统，数据模数转换系统，以及控制显示系统；
所述测试风道系统包括沿着气流流向方向依次设置且首尾连接的进口段、扩散段、等直段、收缩段、整流段、流量管段、节流段；所述进口段的内圆周壁上设置有第一测试截面，所述流量管段的内圆周壁上沿着气流流向方向依次设置有第二测试截面和第三测试截面；所述节流段内设置有节流锥，所述节流锥连接电动推杆；
所述传感器系统包括若干个总压探针、若干个温度传感器、若干个静压探针，以及若干个复合测试耙；若干个所述总压探针设置在第一测试截面和第三测试截面上；若干个所述静压探针设置在第二测试截面上；若干个所述复合测试耙分别沿着管道周向安装在所述第一测试截面和所述第三测试截面上；若干个所述温度传感器固定在所述复合测试耙底座下的U型槽内；
所述数据模数转换系统包括高精度绝压传感器、差压扫描器和温度扫描器；
所述控制显示系统包括通信交换机、上位机和可编程直流稳压电源；
所述通信交换机分别与所述被测离心风机、所述电动推杆、所述数据模数转换系统、所述上位机，以及所述可编程直流稳压电源连接；
所述可编程直流稳压电源通过与所述被测离心风机、所述电动推杆分别连接；
所述总压探针和静压探针与所述高精度绝压传感器、所述差压扫描器连接，所述温度传感器与所述温度扫描器连接。
优选的，所述测试风道系统和所述传感器系统布置在所述环境舱内，所述数据模数转换系统和所述控制显示系统布置在所述环境舱外。
优选的，所述等直段下游设置有阻尼网；所述整流段内安装有蜂窝器。
优选的，所述总压探针为毛细金属L型管；所述温度传感器为热电偶；所述静压探针为毛细金属直管。
优选的，所述热电偶为T型热电偶探针。
优选的，所述环境舱舱壁面上开设有用于连接线通过的穿墙法兰。
优选的，所述测试风道系统还包括安装在其外壁下端的可移动底座。
第二方面，本发明还提出了一种离心风机在临近空间模拟环境下的性能测试方法，所述方法利用如上述所述的离心风机在临近空间模拟环境下的性能测试系统进行被测离心风机的性能测试，所述方法包括：
S1、将环境舱设置为用于被测离心风机测试用的典型测试环境；
S2、控制节流锥开度最大，同时按照预设离心风机转速启动被测离心风机；
S3、待被测离心风机送风稳定后采集测试风道系统中不同位置的压力值数据、温度数据，以及采集被测离心风机的运行参数；
S4、基于所述压力值数据和所述运行参数获取被测离心风机的性能参数；
S5、逐步减小节流锥开度，同时按照预设离心风机转速启动被测离心风机，并重复步骤S3-S4；
S6、调节被测离心风机转速，并重复步骤S2-S5。
优选的，所述压力值数据包括第一测试截面上若干个总压探针测得的总压值、第二测试截面若干个静压探针测得的静压值，以及第三测试截面若干个总压探针测得的总压值；
所述温度数据包括第一测试截面上若干个温度传感器测得的温度值和第三测试截面上若干个温度传感器测得的温度值；
所述被测离心风机的运行参数包括被测离心风机的转速、电压、电流。
优选的，所述被测离心风机的性能参数包括风机流量、总压压比、等熵效率、功率。
(三)有益效果
本发明提供了一种离心风机在临近空间模拟环境下的性能测试系统及方法。与现有技术相比，具备以下有益效果：
1、本发明提出的一种离心风机在临近空间模拟环境下的性能测试系统包括模拟临近空间环境的环境舱，产生用于离心风机各项性能指标测试的测试条件的测试风道系统，采集测试风道系统内压力数据、温度数据的传感器系统，用于模数转换的数据模数转换系统，以及用于实现所述系统整体测试控制、通信交互，以及同步数据的控制显示系统。该系统可通过地面环境舱模拟临近空间等极端环境用于离心风机包括流量、压比、效率、功率等性能指标的性能测试，相比于现有技术只能通过数值仿真或基于地面环境性能试验相似计算来获取临近空间环境下离心风机性能参数，该系统测试精度高；此外，该系统各设备全部通过上位机控制，采集数据同步上传至上位机处理，可实现性能参数的同步测试，且自动化程度高。
2、本发明的离心风机在临近空间模拟环境下的性能测试系统，将测试风道系统和传感器系统布置在环境舱内，将数据模数转换系统和控制显示系统布置在环境舱外，可以排除环境舱中极端环境对数据模数转换系统和控制显示系统造成的数据漂移等影响，使得最终的离心风机性能测试结果精度更高。
3、本发明为了解决在低温低气压等极端环境下无法通过传统流量计进行流量的精确测量的问题，设计了基于动压计算的流量管。该流量管采用毛细金属管作为压力探针，分别采集流量管截面各测点的总压值和静压值，以此计算出管内动压流量。流量管上游设计有一个收缩段，使气流加速，增大流体动压，以获得更加精确的测量结果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明中一种离心风机在临近空间模拟环境下的性能测试系统的结构示意图；
图2为本发明实施例中环境舱内测试风道系统和传感器系统的结构示意图；
图3为本发明实施例中为测试风道系统中第一测试截面和第三测试截面总压测点布置图；
图4为本发明实施例中为测试风道系统中第二测试截面静压测点布置图；
图5为本发明实施例中一种离心风机在临近空间模拟环境下的性能测试方法的流程图；
其中：1-环境舱；101-穿墙法兰；2-测试风道系统；201-进口段；202-扩散段；203-被测离心风机；204-等直段；205-阻尼网；206-收缩段；207-整流段；208-蜂窝器；209-流量管段；210-节流锥；211-节流段；212-电动推杆；213-可移动底座；3-传感器系统；301-总压探针；302-温度传感器；303-静压探针；304-复合测试耙；4-数据模数转换系统；401-高精度绝压传感器；402-差压扫描器；403-温度扫描器；5-控制显示系统；501-通信交换机；502-上位机；503-可编程直流稳压电源。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
本申请实施例通过提供一种离心风机在临近空间模拟环境下的性能测试系统及方法，解决了现有技术存在无法在模拟临近空间环境下精准测量离心风机性能的问题，实现了在临近空间超低空气密度环境下对离心风机的流量进行精准测量的目的。
本申请实施例中的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
为了解决现有技术无法在模拟临近空间环境下精准测量离心风机性能的问题，本发明提出了一种离心风机在临近空间模拟环境下的性能测试系统，其包括模拟临近空间环境的环境舱，产生用于离心风机各项性能指标测试的测试条件的测试风道系统，采集测试风道系统内压力数据、温度数据的传感器系统，用于模数转换的数据模数转换系统，以及用于实现所述系统整体测试控制、通信交互，以及同步数据的控制显示系统。该系统首先可通过地面环境舱模拟临近空间等极端环境，为离心风机的流量、压比、效率、功率等性能指标的性能测试创造测试条件，其次，采用基于动压计算的方式求得离心风机的体积流量，可解决在低温低气压等极端环境下无法通过普通流量计进行流量精确测量的问题。该系统可实现性能参数的同步测试，自动化程度高，测试精度高。
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
实施例1：
第一方面，本发明首先提出了一种离心风机在临近空间模拟环境下的性能测试系统，参见图1-2，该系统包括：
环境舱1，测试风道系统2，传感器系统3，数据模数转换系统4，以及控制显示系统5；
所述测试风道系统2包括沿着气流流向方向依次设置且首尾连接的进口段201、扩散段202、等直段204、收缩段206、整流段207、流量管段209、节流段211；所述进口段201的内圆周壁上设置有第一测试截面，所述流量管段209的内圆周壁上沿着气流流向方向依次设置有第二测试截面和第三测试截面；所述节流段211内设置有节流锥210，所述节流锥210连接电动推杆212；
所述传感器系统3包括若干个总压探针301、若干个温度传感器302、若干个静压探针303，以及若干个复合测试耙304；若干个所述总压探针301设置在第一测试截面和第三测试截面上；若干个所述静压探针303设置在第二测试截面上；若干个所述复合测试耙304分别沿着管道周向安装在所述第一测试截面和所述第三测试截面上；若干个所述温度传感器302固定在所述复合测试耙304底座下的U型槽内；
所述数据模数转换系统4包括高精度绝压传感器401、差压扫描器402和温度扫描器403；
所述控制显示系统5包括通信交换机501、上位机502和可编程直流稳压电源503；
所述通信交换机501分别与所述被测离心风机203、所述电动推杆212、所述数据模数转换系统4、所述上位机502，以及所述可编程直流稳压电源503连接；
所述可编程直流稳压电源503通过与所述被测离心风机203、所述电动推杆212分别连接；
所述总压探针301和静压探针303与所述高精度绝压传感器401、所述差压扫描器402连接，所述温度传感器302与所述温度扫描器403连接。
可见，本实施例提出的一种离心风机在临近空间模拟环境下的性能测试系统包括模拟临近空间环境的环境舱，产生用于离心风机各项性能指标测试的测试条件的测试风道系统，采集测试风道系统内压力数据、温度数据的传感器系统，用于模数转换的数据模数转换系统，以及用于实现所述系统整体测试控制、通信交互，以及同步数据的控制显示系统。该系统可通过地面环境舱模拟临近空间等极端环境用于离心风机包括流量、压比、效率、功率等性能指标的性能测试，且该系统可实现性能参数的同步测试，自动化程度高，测试精度高。
下面结合附图1-4，以及对具体结构的解释，来详细说明本发明一个实施例的实现过程。
参见图1，本实施例提出的一种离心风机在临近空间模拟环境下的性能测试系统及方法，该系统包括环境舱1、测试风道系统2、传感器系统3、数据模数转换系统4，以及控制显示系统5。
为了防止低温低气压等极端环境对精密仪器仪表造成数据漂移等影响，从而造成离心风机性能测试结果精度偏低的问题，一种优选的方式是，将测试风道系统2和传感器系统3布置在环境舱1内，数据模数转换系统4和控制显示系统5布置在环境舱1外，这样便可以排除环境舱1中的极端环境对数据模数转换系统4和控制显示系统5的误差影响。
进一步的，在不影响测试风道系统2封闭测试环境的前提下，在将环境舱1内外设备进行连接时，一种优选的方式是，在环境舱1的舱壁面上开设穿墙法兰101，从而使得环境舱1中从测试风道系统2和传感器系统3各自引出的线缆、尼龙管等连接线通过穿墙法兰101引出环境舱1外与数据模数转换系统4，以及控制显示系统5进行连接。
环境舱1为大型可步入式低温低气压环境舱，用于模拟包括临近空间等用于离心风机测试用的典型测试环境。本实施例中环境舱1用于模拟临近空间环境，即海拔20km，大气压力5500Pa，大气温度-70℃。
测试风道系统2，其产生用于离心风机各项性能指标测试的测试条件。参见图2，测试风道系统2沿着气流流向方向依次设置且首尾通过法兰固定连接有进口段201、扩散段202、等直段204、收缩段206、整流段207、流量管段209，以及节流段211。而在实际测量时，被测离心风机203安装在进口段201和等直段204之间。具体的，
在实际应用时，上述进口段201前端为进气喇叭口，后端与被测离心风机203的机匣进口法兰固定连接。气流从进气喇叭口吸入离心风机203，在离心叶轮作用下，气流的流动方向由轴向变为径向，且带有一定的出气角度。离心风机203的机匣出口法兰与扩散段202固定连接，气流从离心风机203的机匣出口以较高速度进入扩散段202，经扩散段202减速同时改变流动方向。扩散段202外侧法兰与等直段204前法兰固定连接。等直段204后端与收缩段206通过法兰固定连接，收缩段206让气流加速以获得更加精确的流量测量结果。收缩段206后端与整流段207通过法兰固定连接。整流段207后端与流量管段209通过法兰固定连接，流量管段209后端与节流段211通过法兰固定连接，气流从节流段211出口排出测试风道。
上述节流段211内设置有节流锥210，上述节流锥210连接有电动推杆212，电动推杆212在安装时沿着节流段211的轴向设置，使得通过控制电动推杆212，可沿管道轴向推拉节流锥210，从而改变气流出口面积，以调节气流出口背压。
为了便于传感器的合理安装布置，以及采集测试风道系统2中相关位置的压力、流量值等数据，在上述进口段201中选取一个截面作为第一测试截面，用于测试离心风机203进口的总压；在上述流量管段209中沿着气流流向方向选取两个截面作为第二测试截面和第三测试截面。其中，第二测试截面用于测试离心风机出口的静压；第三测试截面用于测试离心风机出口的总压。
另外，本实施例在测试风道系统2的等直段204下游设置阻尼网，利用该阻尼网对气流进行整流以达到消除旋流的效果；在整流段207内安装蜂窝器208，以进一步均匀气流，提高进入流量管段209的气流的流动品质。
此外，为了便于移动整个测试风道系统2，一种优选的方式是将上述测试风道系统2整体的外壁上安装在可移动底座213上。可移动底座213包括底部设置的行走脚轮和测试台支撑腿。配置行走脚轮即可实现单人轻松移动测试风道系统2进出环境舱1。在静止状态下，测试台支撑腿可以固定并调平，并且测试台支撑腿同时具备可靠减震措施和抗倾覆能力。
传感器系统3，其用于采集所述测试风道系统2中不同位置的各种信号数据。传感器系统3包括若干个总压探针301、若干个温度传感器302、若干个静压探针303，以及若干个复合测试耙304。在实际使用时，将上述传感器系统中的相应传感器分别布置在测试风道系统2中的第一测试截面、第二测试截面，以及第三测试截面的合理位置。在本实施例中，具体的，
其中，6个复合测试耙304安装在第一测试截面上且沿着管道周向布置，用于测试离心风机进口的总压；1个温度传感器302通过胶粘方法叠加固定在其中任意一个复合测试耙304底座下预先开设的U型槽内(该U型槽开设在测试风道系统2的内壁上)，用于测试离心风机进口的温度；同时，另外6个复合测试耙304安装在第三测试截面上沿着管道周向安装布置，用于测试离心风机出口的总压，对应的，另1个温度传感器302通过胶粘方法叠加固定在其中任意一个1个复合测试耙304底座下的U型槽内，用于测试离心风机出口的温度。
总压探针301设置在第一测试截面和第三测试截面上。如图3所示，为离心风机第一测试截面和第三测试截面总压测点布置图。总压探针301沿管道径向按0.021D、0.117D、0.184D、0.345D的规律分布，其中D为管道直径；沿管道周向方向6等分，共设置24个测点，即共6组总压探针，每组总压探针包含4个梳状结构的总压探针301，在固定时，每组4个梳状结构总压探针301通过胶粘方法叠加固定在U型槽内，总压探针头部应平行于管道轴线，偏差在±2°之内。
静压探针303设置在第二测试截面上，用于测试离心风机出口的静压。参见图4，图4为离心风机第二测试截面静压测点布置图。静压探针303沿管道周向方向6等分，共设置6个测点。静压探针303头部应与管内壁面平齐，测点所在区域的管内壁面应光滑、平整、无毛刺。
在本实施例中，为了便于安装和测量相应数据，一种优选的方式是，上述总压探针301为毛细金属L型管，温度传感器302为T型热电偶探针，静压探针303为毛细金属直管。
数据模数转换系统4，用于将所述传感器系统3所采集的数据进行模数转换。数据模数转换系统4包括高精度绝压传感器401、差压扫描器402和温度扫描器403。
传感器系统3中的总压探针301和静压探针303通过尼龙管与高精度绝压传感器401、差压扫描器402的测压通道连接，从而高精度绝压传感器401和差压扫描器402可将总压探针301和静压探针303测得的压力数据进行模数转换；温度传感器302通过线缆与温度扫描器403的测温通道连接，从而使得温度扫描器403将温度传感器302采集的温度数据进行模数转换。
高精度绝压传感器是作为差压扫描器的压力基准，其静态测试精度应高于0.01％FS(FS指FullScale，满量程)。
控制显示系统5，其用于实现所述系统整体测试控制、通信交互，以及同步数据。控制显示系统5包括通信交换机501、上位机502和可编程直流稳压电源503。
通信交换机501分别通过通信电缆与被测离心风机203、电动推杆212、数据模数转换系统4、上位机502和可编程直流稳压电源503连接，可实现不同设备的通信交互与数据同步。可编程直流稳压电源503通过供电线缆为被测离心风机203和电动推杆212供电。
本实施例提出的一种离心风机在临近空间模拟环境下的性能测试系统，其工作原理为：
在进行离心风机的性能测试时，首先按照上述连接关系连接测试管道与线缆，测试人员通过控制显示系统5中的上位机502对被测离心风机203和电动推杆212进行控制，开启被测离心风机203，调整出口节流装置。待被测离心风机203转速和管道内流动稳定后，由传感器系统3和数据模数转换系统4配合采集、处理并记录环境舱1(即测试风道系统2)中压力、温度等相关数据，同时利用风机控制器采集、记录被测离心风机203在不同工况下的系统性能参数并上传至测控上位机，并由数据处理软件(数据处理软件包括对实时采集数据的滤波处理、基于采集数据的性能参数计算、图形绘制与显示、数据存储等功能)进行性能评估与数据进行处理，获取离心风机的转速-流量-压力-效率-功率性能曲线。
实施例2：
第二方面，本发明还提供了一种离心风机在临近空间模拟环境下的性能测试方法，参见图5，该方法包括：
S1、将环境舱1设置为用于被测离心风机203测试用的典型测试环境；
S2、控制节流锥210开度最大，同时按照预设离心风机转速启动被测离心风机203；
S3、待被测离心风机203送风稳定后采集测试风道系统2中不同位置的压力值数据、温度数据，以及采集被测离心风机203的运行参数；
S4、基于所述压力值数据和所述运行参数获取被测离心风机203的性能参数；
S5、逐步减小节流锥210开度，同时按照预设离心风机转速启动被测离心风机203，并重复步骤S3-S4；
S6、调节被测离心风机203转速，并重复步骤S2-S5。
下面结合附图图5，以及对具体S1-S6步骤的解释，来详细说明本实施例的实现过程。本实施例提出的一种离心风机在临近空间模拟环境下的性能测试方法，具体包括：
S1、将环境舱1设置为用于被测离心风机203测试用的典型测试环境。
按照测试要求将环境舱1的环境条件设置为预设值，待环境舱1参数稳定后，记录测试环境条件，包括：环境温度T0、相对湿度hu0、大气压P0。
S2、控制节流锥210开度最大，同时按照预设离心风机转速启动被测离心风机203。
调节电动推杆202，将节流锥210位于全开位置，并按照预设离心风机转速，启动被测离心风机203。
S3、待被测离心风机203送风稳定后采集测试风道系统2中不同位置的压力值数据、温度数据，以及采集被测离心风机203的运行参数。
待被测离心风机203送风稳定后，记录第一测试截面24个总压探针301测得的总压值Pt1-1～Pt1-24，记录1个温度传感器302测得的温度Tt1；记录第二测试截面6个静压探针303测得的静压值Ps2-1～Ps2-6；记录第三测试截面24个总压探针301测得的总压值Pt3-1～Pt3-24，记录1个温度探针测得的温度Tt3；记录被测离心风机203的转速Ω、电压U、电流I。
S4、基于所述压力值数据和所述运行参数获取被测离心风机203的性能参数。
在测试条件下，被测离心风机203的性能为：风机流量、总压压比、等熵效率、功率。性能参数由测量参数经过计算处理获得，计算方法如下：
离心风机的进口平均总压Pt1为24个总压测点Pt1-1～Pt1-24的均方根：
离心风机的出口平均总压Pt3为24个总压测点Pt3-1～Pt3-24的均方根：
离心风机的出口平均静压Ps2为6个静压测点Ps2-1～Ps2-6的算数平均：
离心风机体积流量Q通过动压法计算得到，计算步骤如下：
流量管内马赫数M为：
式中，空气绝热指数k为1.4。
流量管内流速V为：
式中，气体常数R0为：
对应的饱和蒸汽压力Pu0：
离心风机体积流量Q为：
Q＝V·A
式中，A为流量管测试段的截面积。
离心风机的总压压比π为：
离心风机等熵效率ηs为：
离心风机功率P为：
P＝UI
S5、逐步减小节流锥210开度，同时按照预设离心风机转速启动被测离心风机203，并重复步骤S3-S4。
调节电动推杆202，逐步减小节流锥210开度，重复步骤S3-S4，在同一风机转速下至少测试5种不同的流量工况，覆盖近喘振和近阻塞工况，计算并记录性能参数，绘制该风机转速下的流量-压力、流量-效率、流量-功率曲线图；
S6、调节被测离心风机203转速，并重复步骤S2-S5。
调节被测离心风机203转速，重复步骤S2-S5，至少测试5种不同的转速工况，覆盖10％～100％转速工况，计算并记录性能参数，绘制不同转速下的流量-压力、流量-效率、流量-功率曲线图，完成被测离心风机203在低温低气压模拟环境下的性能测试。
可理解的是，本发明实施例提供的离心风机在临近空间模拟环境下的性能测试方法与上述离心风机在临近空间模拟环境下的性能测试系统相对应，其有关内容的解释、举例、有益效果等部分可以参照离心风机在临近空间模拟环境下的性能测试系统中的相应内容，此处不再赘述。
综上所述，与现有技术相比，具备以下有益效果：
1、本发明提出的一种离心风机在临近空间模拟环境下的性能测试系统包括模拟临近空间环境的环境舱，产生用于离心风机各项性能指标测试的测试条件的测试风道系统，采集测试风道系统内压力数据、温度数据的传感器系统，用于模数转换的数据模数转换系统，以及用于实现所述系统整体测试控制、通信交互，以及同步数据的控制显示系统。该系统可通过地面环境舱模拟临近空间等极端环境用于离心风机包括流量、压比、效率、功率等性能指标的性能测试，相比于现有技术只能通过数值仿真或基于地面环境性能试验相似计算来获取临近空间环境下离心风机性能参数，该系统测试精度高；此外，该系统各设备全部通过上位机控制，采集数据同步上传至上位机处理，可实现性能参数的同步测试，且自动化程度高。
2、本发明的离心风机在临近空间模拟环境下的性能测试系统，将测试风道系统和传感器系统布置在环境舱内，将数据模数转换系统和控制显示系统布置在环境舱外，可以排除环境舱中极端环境对数据模数转换系统和控制显示系统造成的数据漂移等影响，使得最终的离心风机性能测试结果精度更高。
3、本发明为了解决在低温低气压等极端环境下无法通过传统流量计进行流量的精确测量的问题，设计了基于动压计算的流量管。该流量管采用毛细金属管作为压力探针，分别采集流量管截面各测点的总压值和静压值，以此计算出管内动压流量。流量管上游设计有一个收缩段，使气流加速，增大流体动压，以获得更加精确的测量结果。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
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 (10)
1.一种离心风机在临近空间模拟环境下的性能测试系统，其特征在于，所述系统包括：
环境舱(1)，测试风道系统(2)，传感器系统(3)，数据模数转换系统(4)，以及控制显示系统(5)；
所述测试风道系统(2)包括沿着气流流向方向依次设置且首尾连接的进口段(201)、扩散段(202)、等直段(204)、收缩段(206)、整流段(207)、流量管段(209)、节流段(211)；所述进口段(201)的内圆周壁上设置有第一测试截面，所述流量管段(209)的内圆周壁上沿着气流流向方向依次设置有第二测试截面和第三测试截面；所述节流段(211)内设置有节流锥(210)，所述节流锥(210)连接电动推杆(212)；
所述传感器系统(3)包括若干个总压探针(301)、若干个温度传感器(302)、若干个静压探针(303)，以及若干个复合测试耙(304)；若干个所述总压探针(301)设置在第一测试截面和第三测试截面上；若干个所述静压探针(303)设置在第二测试截面上；若干个所述复合测试耙(304)分别沿着管道周向安装在所述第一测试截面和所述第三测试截面上；若干个所述温度传感器(302)固定在所述复合测试耙(304)底座下的U型槽内；
所述数据模数转换系统(4)包括高精度绝压传感器(401)、差压扫描器(402)和温度扫描器(403)；
所述控制显示系统(5)包括通信交换机(501)、上位机(502)和可编程直流稳压电源(503)；
所述通信交换机(501)分别与所述被测离心风机(203)、所述电动推杆(212)、所述数据模数转换系统(4)、所述上位机(502)，以及所述可编程直流稳压电源(503)连接；
所述可编程直流稳压电源(503)通过与所述被测离心风机(203)、所述电动推杆(212)分别连接；
所述总压探针(301)和静压探针(303)与所述高精度绝压传感器(401)、所述差压扫描器(402)连接，所述温度传感器(302)与所述温度扫描器(403)连接。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述测试风道系统(2)和所述传感器系统(3)布置在所述环境舱(1)内，所述数据模数转换系统(4)和所述控制显示系统(5)布置在所述环境舱(1)外。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述等直段(204)下游设置有阻尼网；所述整流段(207)内安装有蜂窝器(208)。
4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述总压探针(301)为毛细金属L型管；所述温度传感器(302)为热电偶；所述静压探针(303)为毛细金属直管。
5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述热电偶为T型热电偶探针。
6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述环境舱(1)舱壁面上开设有用于连接线通过的穿墙法兰(101)。
7.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述测试风道系统(2)还包括安装在其外壁下端的可移动底座(213)。
8.一种离心风机在临近空间模拟环境下的性能测试方法，其特征在于，所述方法利用如权利要求1-7任意一项所述的离心风机在临近空间模拟环境下的性能测试系统进行被测离心风机的性能测试，所述方法包括：
S1、将环境舱(1)设置为用于被测离心风机(203)测试用的典型测试环境；
S2、控制节流锥(210)开度最大，同时按照预设离心风机转速启动被测离心风机(203)；
S3、待被测离心风机(203)送风稳定后采集测试风道系统(2)中不同位置的压力值数据、温度数据，以及采集被测离心风机(203)的运行参数；
S4、基于所述压力值数据和所述运行参数获取被测离心风机(203)的性能参数；
S5、逐步减小节流锥(210)开度，同时按照预设离心风机转速启动被测离心风机(203)，并重复步骤S3-S4；
S6、调节被测离心风机(203)转速，并重复步骤S2-S5。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述压力值数据包括第一测试截面上若干个总压探针(301)测得的总压值、第二测试截面若干个静压探针(303)测得的静压值，以及第三测试截面若干个总压探针(301)测得的总压值；
所述温度数据包括第一测试截面上若干个温度传感器(302)测得的温度值和第三测试截面上若干个温度传感器(302)测得的温度值；
所述被测离心风机(203)的运行参数包括被测离心风机(203)的转速、电压、电流。
10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述被测离心风机(203)的性能参数包括风机流量、总压压比、等熵效率、功率。
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