CN115949581B - 一种动力压缩机整机能效试验台和测试方法 - Google Patents
一种动力压缩机整机能效试验台和测试方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明属于动力压缩机测试技术领域,尤其涉及一种动力压缩机整机能效试验台和测试方法。本发明的试验台包括用于安装待测动力压缩机的试验工位,给所述试验工位供电的动力电源,以及与所述试验工位的排气管路依次串联的流量选择气路和流量测量气路;所述流量选择气路包括两条以上相互并联设置的选择气路,各选择气路均包括前端电动调节阀,所述各前端电动调节阀的调节孔径不同;所述流量测量气路包括若干条相互并联设置且量程不同的测量支路,各测量支路均包括依序串联的截止阀、测量装置和后端电动调节阀,各后端电动调节阀的出气管路并联连通至洁净装置;该试验台还包括测量与控制系统。该试验台能够高效地对多种动力压缩机进行整机能效测试。
Description
技术领域
本发明属于动力压缩机测试技术领域,尤其涉及一种动力压缩机整机能效试验台和测试方法。
背景技术
动力压缩机作为一种将低压气体提升为高压气体的流体机械设备,在生产和生活中都具有广泛的应用。动力压缩机厂家需要精确掌握成品压缩机在工频与变频场景下的工作性能,以保证出厂的动力压缩机满足出厂前性能摸底检测与认证合格,或是辅助动力压缩机产品的迭代研发。
一般动力压缩机厂家会根据其产品的测试要求设计简单的动力压缩机测试台,这种压缩机测试台一般需要手动调节气路开度,拆装流量检测管路以适配不同出口流量范围的压缩机工况;在实验过程中,各种工况数据需要由有经验的工人师傅调节、读数并手工记录;后续再利用获取的主机工况参数,计算输入功率、容积流量,并在修正结果后获取系统的各项性能指标与能效等级。
这种现有技术的压缩机测试台通用性低,且其结构只能适用于各压缩机生产商自己的产品,一旦动力压缩机的参数改变,就需要工人重新拆装检测管路、调节各种检测参数、记录数据、计算修正结果等,整个过程繁琐耗时,人工成本巨大,试验效率低。
发明内容
本发明的目的是克服上述现有技术的不足,提供一种动力压缩机整机能效试验台,能够高效地对多种动力压缩机进行整机能效测试。
为实现上述目的,本发明采用了以下技术方案:
一种动力压缩机整机能效试验台,包括用于安装待测动力压缩机的试验工位、给所述试验工位供电的动力电源,以及与所述试验工位的排气管路依次串联的流量选择气路和流量测量气路;所述流量选择气路包括两条以上相互并联设置的选择气路,各选择气路均包括前端电动调节阀,所述前端电动调节阀的进气管路均与所述试验工位的排气管路相连通,所述前端电动调节阀的出气管路并联至中间联通管路,各所述前端电动调节阀的调节孔径均不同;所述流量测量气路包括若干条相互并联设置且量程不同的测量支路,各测量支路均包括依序串联的截止阀、测量装置和后端电动调节阀,各所述截止阀的进气管路并联至中间联通管路,各后端电动调节阀的出气管路并联连通至洁净装置;
该能效试验台还包括测量与控制系统,包括用于控制动力电源供电的电路连通控制模块、用于采集动力电源各种电参数并控制电路连通控制模块的电参数测量模块、用于控制各阀门启闭与开度的阀门连通控制模块,以及用于采集试验台中数据并负反馈于阀门连通控制模块的状态参量数采模块。
优选的,用于连接所述试验工位与所述流量选择气路的排气管路上,靠近所述试验工位的一端设置有测量待测动力压缩机整机排气口温度的出口温度传感器T1和测量待测动力压缩机整机排气口压力的出口压力传感器P1;
所述测量装置的中部设置有中端喷嘴,所述测量装置的前部设置有用于测量所述中端喷嘴进气口压力的前压传感器P2,所述测量装置的后部设置有用于测量所述中端喷嘴出气口压力的背压传感器P3;
所述试验工位还设置有用于对待测动力压缩机进行整机称重的整机质量计和用于采集待测动力压缩的声音响度的噪声采集器;
所述状态参量数采模块用于采集各传感器以及整机质量计和噪声采集器中的数据。
优选的,所述动力电源与所述试验工位之间设置有两条以上相互并联的切换支路,各条切换支路均包括依次串联的动力开关和电流互感器,各条切换支路上的电流互感器量程不同;所述电路连通控制模块控制所述动力开关的开闭。
本发明还提供应用一种动力压缩机整机能效试验台的测试方法,包括以下步骤:
S1、采集监测参量,获取样本数据:
S11、对样本数据中不同的压缩机机型进行分类;
S12、获取不同分类压缩机机型的样本信息;
S13、将不同分类压缩机机型的样本信息化划分为训练集与测试集;
S14、样本采集:试验并获取训练集样本,每组样本为试验工位稳定工作后的声音响度,即稳定工况噪声数据,以及整机质量信息这两种维度的样本数据;
S2、对样本数据进行聚团与划分:
对样本数据中的整机质量与稳定工况噪声数据进行聚团划分,进行KNN分类计算,对分类结果进行映射,完成最适量程的准确选择,包括以下步骤:
S21、对样本空间各个样本点的整机质量与机器稳定工作工位的声音响度信息做欧式距离度量计算,通过下式获取模型向量空间的距离信息:
Dj,train为第j种机型压缩机的训练集数据中,整机质量数据和机器稳定工况下的声音响度数据之间的欧式距离结果矩阵;
Mj,i为试验工位11上的第j种机型压缩机在第i次试验时的整机质量数据,
Aj,i为第j种机型压缩机响度信息数据集中的第i个数据,
Dj,test为第j种机型压缩机的测试集数据中,整机质量数据和机器稳定工况下的声音响度数据之间的欧式距离结果矩阵,
Mj,m为试验工位11上的第j种机型压缩机在第m次试验时的整机质量数据,
Aj,m为第j种机型压缩机响度信息数据集中的第m个数据,
i+1≤m,
此处将压缩机整机质量与稳定工况的噪声数据信息进行组合判断,形成j组数据集;
S22、设定初始算法超参数k,获取初步各个压缩机型号对应的数据集,完成同类机型的数据聚集,形成不同的数据团;
S23、结合数据团分布情况,调整算法超参数k,并进一步对数据空间进行分类划分,获取空间区域中的机型映射;
S24、对映射区域进行排量标类,完成机型与排量映射。
优选的,S23之后、S24之前还包括以下步骤:
测试集数据导入,验证分类结果与映射的准确性:
将测试集中数据导入训练模型,对分类结果与映射准确性进行测试验证,不同颜色区域,是对数据域的精确划分,当测试样本落入所在颜色域后,即对应相关的测试量程,测量与控制系统自动完成最适量程的选择,可进行后续检测;若未落入,则重复S1~S2中所有步骤,直至所有测试集数据均落入。
优选的,还包括以下步骤:
S3、纠正与自学习:
出现新机型场景时,测量与控制系统具有手工录入,自动修正的能力;
S31、创建新样本:手工标记该机型,测量与控制系统将自动创建新分类数据集,将新分类数据集划分为训练集与测试集;
S32、进行样本积累:对新增样本的试验工况数据收集汇总;
S33、训练新分类:重复S1与S2及其包含的子步骤,获取新数据分类映射。
本发明还提供应用一种动力压缩机整机能效试验台的测试方法,包括以下步骤:
Sa1、首先人工录入待测动力压缩机额定工况下的各种铭牌参数;当在满额工况下进行能效测试时,测量与控制系统直接采用额定工况下的流量参数作为设定排量;当在偏离工况下进行能效测试时,测量与控制系统将根据满额工况的参数,以及自定义的偏离工况与满额工况之间的关系,自动计算出各种偏离工况下的流量参数作为设定排量;
Sa2、分别比较该设定排量与各流量测量气路的量程的比值;当设定排量与当前测量支路的量程比值小于1,且设定排量与当前测量支路的量程比值是所有流量测量气路中的最大值,则判定该测量支路为最适量程测量支路;
Sa3、选定最适量程测量支路后,阀门连通控制模块发出控制指令,先将最适量程测量支路上的截止阀与后端电动调节阀打开,再关闭流量测量气路中其他测量支路上的截止阀,完成测量气路自动选择,后续进行能效测试;
Sa4、当完成该工况下的能效测试后,测量与控制系统根据下一个待测工况下的设定排量,重复Sa1~Sa4,直至所有工况下的能效测试全部完成。
本发明还提供应用一种动力压缩机整机能效试验台的测试方法,包括以下步骤:
Sb1、首先人工录入最佳测量比值的下限a,跳选测量支路的下限b,0<b<a≤1;
Sb2、测量与控制系统先选择流量测量气路中量程最大的测量支路作为测试管路;
Sb3、阀门连通控制模块发出控制指令,将测试管路上的截止阀与后端电动调节阀打开,再关闭流量测量气路中其他测量支路上的截止阀;阀门连通控制模块受状态参量数采模块控制,根据测试管路的量程,控制流量选择气路中一个或多个前端电动调节阀的阀门开度;
Sb4、状态参量数采模块采集该测量管路上的容积流量;
当测试管路采集到的容积流量与当前测试管路的量程比值大于a,则判定该测试管路为最适量程测量支路;此时获得该量程下的试验数值,完成当前工况下的流量测试;
当测试管路采集到的容积流量与当前测试管路的量程比值大于b且小于a,则测量与控制系统自动选择量程低一级的测量支路作为测试管路,重复Sb3~Sb4,直至选到最适量程测量支路,完成当前工况下的流量测试;
当测试管路采集到的容积流量与当前测试管路的量程比值小于等于b,则测量与控制系统跳级选择量程低两级的测量支路作为测试管路,重复Sb3~Sb4,直至选到最适量程测量支路,完成当前工况下的流量测试。
本发明还提供应用一种动力压缩机整机能效试验台的测试方法,包括以下步骤:
Sc1、首先人工录入待测动力压缩机额定工况下的各种铭牌参数;当在满额工况下进行能效测试时,测量与控制系统直接采用额定工况下的额定功率作为设定功率,并计算出设定功率下的电流作为设定电流;当在偏离工况下进行能效测试时,测量与控制系统将根据满额工况的参数,以及自定义的偏离工况与满额工况之间的关系,自动计算出各种偏离工况下的设定功率与设定电流;
Sc12、分别比较该设定电流与各切换支路上的电流互感器量程的比值;当设定电流与当前电流互感器的量程比值小于1,且设定电流与当前电流互感器的量程比值是所有切换支路中的最大值,则判定该切换支路为最适量程切换支路;
Sc3、选定最适量程切换支路后,电路连通控制模块发出控制指令,先将其他切换支路上的动力开关断开,再将最适量程切换支路上的动力开关闭合,后续进行能效测试;
Sc4、当完成该工况下的能效测试后,测量与控制系统根据下一个待测工况下的设定电流,重复Sc1~Sc4,直至所有工况下的能效测试全部完成。
本发明还提供应用一种动力压缩机整机能效试验台的测试方法,包括以下步骤:
Sd1、首先人工录入最佳电参测量比值的下限c,跳选切换支路的下限d,0<d<c≤1;
Sd2、测量与控制系统先选择量程最大的电流互感器所在的切换支路;
Sd3、电路连通控制模块先将其他切换支路上的动力开关断开,再将该切换支路上的动力开关闭合;
Sd4、电参数测量模块采集该切换支路上的电流数据;当电参数测量模块采集到的电流数据与当前切换支路上电流互感器的量程比值大于c,则判定该切换支路为最适量程切换支路;此时获得该量程下的电参数,并进行当前工况下后续的流量测试;
当电参数测量模块采集到的电流数据与当前切换支路上电流互感器的量程比值大于d且小于c,则电路连通控制模块自动选择量程低一级的切换支路,重复Sd3~Sd4,直至选到最适量程切换支路,完成当前工况下的电参测量和后续的流量测试;
当电参数测量模块采集到的电流数据与当前切换支路上电流互感器的量程比值小于等于d,则电路连通控制模块跳级选择量程低两级的切换支路,重复Sd3~Sd4,直至选到最适量程切换支路,完成当前工况下的电参测量和后续的流量测试。
本发明的有益效果在于:
(1)本发明的能效试验台通过在试验工位后依次串联可以对后续流量测量气路中进气压力进行调节的流量选择气路,以及具有不同量程与测量精度的测量气路,使本发明的能效试验台可以对安装在试验工位上不同型号的动力压缩机进行不同工况下的整机能效测试,大大降低了压缩机整机能效试验需要依据压缩机型号专门定制试验台而产生的成本,本发明的能效试验台具有很高的通用性,提高了压缩机整机能效试验的测试效率。
(2)本发明试验台的动力电路可以根据满额工况下铭牌参数输入录入或量程比对,自动选择出当前工况下的测量电流的最适量程电流互感器所在的切换支路,若后续还存在其需要测试的偏离工况条件,本发明试验台会根据满额工况的参数,以及自定义的偏离工况与满额工况之间的关系,自动计算出各种偏离工况下的设定功率与设定电流,并进行动力电路切换;当铭牌参数清晰无误时,可直接根据铭牌参数输入,选择最适量程动力电路的切换支路,测试效率高;当铭牌参数不清晰时,无需人工录入待测动力压缩机的铭牌参数,本试验台会通过量程比对自动完成最适量程的切换支路选择,避免了人工录入铭牌可能产生的数据错误,更避免了人工录入错误导致待测动力压缩机所有工况下的电参数测试结果都不精确或者超出量程无法测量的风险。
(3)本发明综合采集不同型号压缩机工作时的两个维度状态参量,对样本数据中的整机质量与稳定工况噪声数据进行聚团划分,进行KNN分类计算,对分类结果进行映射,利用整机质量与稳定工况噪声的二维信息在整机排量的实时预测,完成最适量程的准确选择。即当本发明采用该种全自动测量方式进行最适量程的流量测量气路的选择时,无需录入待测动力压缩机的铭牌参数,也无需从大量程到小量程的多次测量支路的比对与切换,就可以全过程自动化,通过监测整机质量与系统稳定工作的噪声完成最适量程的测量支路选择,避免了人工录入铭牌可能产生的数据错误,在无需铭牌参数的情况下也能选择出最适量程的测量支路,减少了多次测量支路切换带来的测试时间长和耗电等问题,自动化程度高,缩短了试验时间,保证了气路部分测量容积流量的准确性,提高了试验效率。
(4)本发明的测量支路选择还支持铭牌参数输入,也即通过手动录入方式来减少多次测量支路切换时间,提高测试效率;同时,本发明也支持通过量程比对的方案自动选择出最适量程的测量支路,可以在铭牌损坏的条件下通过从大量程气路到小量程气路的依次切换与当前试验压缩机的容积流量进行比对,选择出最适量程的测量支路,无需人工录入待测动力压缩机的铭牌参数,避免了人工录入铭牌可能产生的数据错误,更避免了人工录入错误导致待测动力压缩机所有工况下的流量测试结果都不精确或者超出量程无法测量的风险,保证了气路部分测量容积流量的准确性。
(5)本发明的流量选择气路由各不同调节孔径不同的前端电动调节阀两端并联而成,各前端电动调节阀中,可只开启一个前端电动调节阀并调节它的阀门开度,关闭其他前端电动调节阀;也可以同时开启两个及以上的前端电动调节阀并调节它的阀门开度,大流量的前端电动调节阀与小流量的前端电动调节阀相互配合,缩短调节后续流量测量气路中所需气流压力的时间,提高调节的精确程度。
附图说明
图1为本发明能效试验台的整体结构示意图;
图2为本发明能效试验台全自动测量方式的试验数据处理图;
图3为本发明能效试验台全自动测量方式的数据空间分类边界图;
图4为本发明能效试验台全自动测量方式的测试验证图;
本发明各标号与部件名称的实际对应关系如下:
11、试验工位;111、整机质量计;112、噪声采集器;
21、流量选择气路;211、前端电动调节阀;22、流量测量气路;221、截止阀;222、测量装置;222a、中端喷嘴;223、后端电动调节阀;
31、动力电源;32、动力开关;33、电流互感器;
41、电路连通控制模块;42、状态参量数采模块;43、电参数测量模块;431、电压测量单元;432、功率测量单元;44、阀门连通控制模块;
5、洁净装置;
具体实施方式
本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下对本发明技术方案的技术特征进行等价替换和常规推理得出的方案均落入本发明的保护范围。
下面分别对本发明能效试验台中的具体结构和工作方式进行描述:
本发明的试验工位11上设置了电源接口和排气管路,用于与待测动力压缩机进行连接;试验工位11的电源接口由动力电源31供电;试验工位11的排气管路与流量选择气路21相连通,后续进行流量测试。试验工位11还包括噪声采集器112和设置在试验工位11下方的整机质量计111,噪声采集器112用于采集稳定工况下待测动力压缩机的声音响度,整机质量计111用于对放置在试验工位11上的待测动力压缩机进行整机称重。连接试验工位11与流量选择气路21的排气管路上,其靠近试验工位11的一端设置有出口温度传感器T1和出口压力传感器P1,用于测量待测动力压缩机的整机排气口温度和排气压力。
本发明的气路设计主要包括左侧的流量选择气路21和右侧的流量测量气路22两部分。流量选择气路21由若干调节孔径不同的前端电动调节阀211并联而成,各前端电动调节阀211的左端进气管路并联且与连接试验工位11的排气管路相连通,各前端电动调节阀211的右端排气管路并联至中间联通管路;流量选择气路21由若干调节孔径不同的前端电动调节阀211并联而成,以便兼容不同额定流量大小的待测动力压缩机,并且可以调节后续流量测量气路22的进气压力。本实施例中为三组调节孔径分别为DN25、DN65与DN100的前端电动调节阀211,为了便于描述,此处由上而下依次命名为第一选择气路、第二选择气路和第三选择气路。流量测量气路22由若干条不同量程与测量精度的测量气路并联而成,各条测量气路均包括从左到右依次串联的截止阀221、测量装置222和后端电动调节阀223;各条测量气路的截止阀221左端进气管路并联至中间联通管路,各条测量气路后端电动调节阀223的右端出气管路并联至洁净装置5。洁净装置5对进入其中的气体进行净化处理,被净化后的气体达到排放标准的就直接排放至周围环境中,否则另行收集处理。为了便于描述,本实施例中为各条测量气路由上而下依次命名为第一测量支路~第六测量支路,第一测量支路~第六测量支路的测量量程分别为[0,1)、[1,3)、[3,10)、[10,25)、[25,52)、[52,+∞),单位:m3/min。以第一测量支路为例,中间联通管路与截止阀221的左端进气管路相连通,截止阀221的右端出气管路与测量装置222的左端进气口相连通,测量装置222的右端出气口与后端电动调节阀223的左端进气管路相连通,后端电动调节阀223的右端出气管路与洁净装置5的进气口相连通。测量装置222的中部设置有中端喷嘴222a,中端喷嘴222a的进气口处即测量装置222的前部设置有测量中端喷嘴222a进气口压力的前压传感器P2;中端喷嘴222a的出气口处即测量装置222的后部设置有测量中端喷嘴222a出气口温度的温度传感器T2和测量中端喷嘴222a出气口压力的背压传感器P3,第二测量支路~第六测量支路不再赘述。流量选择气路21和流量测量气路22相互配合,采用GB/T 15487-2015中的ISA 1932方式对气体流量进行测试。本实施例中,流量选择气路21和流量测量气路22中包含的并联支路条数,测量量程、电动调节阀个数、型号以及各电动调节阀的调节孔径等均不能作为对本发明的限制。
本发明的动力电路用于给试验工位11提供380V交流电,包括依次串联在的一个动力电源31和若干条两端并联的切换支路。各条切换支路均包括依次串联的动力开关32和电流互感器33,各条切换支路的电流互感器33量程与测量精度不同。各动力开关32的一端相互并联连接至动力电源31上,另一端分别与各自支路上的电流互感器33的一端相连接;各电流互感器33的另一端相互并联连接至试验工位11。本实施例中动力电路所包含的切换支路条数、动力开关32个数、电流互感器33个数与量程均不能作为对本发明的限制。
为保证数据采集效果和对试验过程的控制,本发明还包括测量与控制系统。测量与控制系统包括电路连通控制模块41、状态参量数采模块42、电参数测量模块43以及阀门连通控制模块44;其中,电参数测量模块43还包括与其通过测量线路连接的功率测量单元432,以及与功率测量单元432之间通过测量线路连接的电压测量单元431。
电路连通控制模块41与各动力开关32均通过信号控制线路相连接,电路连通控制模块41通过控制保证每次试验只有一个动力开关32闭合,即动力电源31每次只通过一条切换支路给试验工位11供电,也只有该闭合的切换支路上的电流互感器33可以测量到电流。
状态参量数采模块42与整机质量计111、噪声采集器112,以及所有温度传感器和压力传感器之间均通过测量线路连接,状态参量数采模块42对这些与其通过测量线路连接的部件数据进行状态参量的数据采集。状态参量数采模块42将获取的压力数据与目标数据进行比较,当低于预设值时,可以自动数字化负反馈于阀门连通控制模块44,使阀门连通控制模块44控制气路中相应的前端电动调节阀211和后端电动调节阀223的阀门开度,或是控制截止阀221的开闭来切换流量测量气路22,从而实现与采集系统的协调工作,直至负反馈调节到获取的压力数据符合预设值。
电压测量单元431与动力电源31之间通过测量线路连接,电压测量单元431会采集并记录动力电源31的实时电压值;电压测量单元431与功率测量单元432之间通过测量线路相连接,电压测量单元431将测量到的动力电源31实时电压传送到功率测量单元432内。功率测量单元432与各电流互感器33均通过信号控制线路相连接,功率测量单元432会直接采集电流互感器33中的实时电流值;功率测量单元432通过采集到的实时电压值与实时电流值计算出实时功率,再通过测量线路将这些实时电参量数据传送到电参数测量模块43内,作为整机能效测试中的能耗参数进行记录。电参数测量模块43将根据采集到的电流数据自动数字化负反馈于电路连通控制模块41,使电路连通控制模块41控制各动力开关32的开闭,为精确测量电流切换到最适量程电流互感器33所在的切换支路。
阀门连通控制模块44与本发明中所有前端电动调节阀211、截止阀221、后端电动调节阀223以及洁净装置5通过信号控制线路相连接。阀门连通控制模块44接受状态参量数采模块42的统一调配,将控制信号转换为控制各电动调节阀的阀门开度、各截止阀和洁净装置5的阀门开闭的控制信号。
下面对本发明的具体工作方式作以下进一步描述:
测试开始前,将待测动力压缩机放置到试验工位11上,将待测动力压缩机的电源接口与试验工位11的电源接口接好,将待测动力压缩机的排气口与试验工位11的排气管路连接好,准备进行满额工况测试和偏离工况测试。
测试基本流程为:
在测量与控制系统内设定好满额工况测试参数和需要进行的偏离工况测试参数。偏离工况测试应根据实际需求自行设定,本实施例中将偏离工况设定成两种,即第一偏离工况为70%满额工况,第二偏离工况为40%满额工况。测试期间每次改变动力电路的切换支路时,都需要将本发明的能效试验台断电停机;恢复通电后的能效试验台,等出口压力传感器P1测得的待测动力压缩机的整机排气压力被调节到额定压力后,再稳定运行20-30分钟,每种工况采用抽样法等时间间隔测试若干组电参数与流量参数数据,再根据GB 19153-2009测量标准进行整机性能和能效等级获取。本实施例每种工况采用抽样法测试5组电参数与流量参数数据,每组间隔1分钟。测试期间不改变动力电路的切换支路时,就无需停机,通过改变流量选择气路21中的气流量和选择最适量程的流量测量气路22,来实现对待测动力压缩机的整机能效试验。
具体如下,以进行满额工况下的能效测试为例:
将待测动力压缩机安装在试验工位11上后,测量与控制系统完成初始化设定,选择满额工况下的能效测试。此时本发明试验台通过电参自动测量选择出最适量程的动力电路切换支路,电路连通控制模块41闭合该支路的动力开关32,待测动力压缩机启动。阀门连通控制模块44对前端电动调节阀211和后端电动调节阀223的阀门开度、截止阀221的阀门开闭进行调节;通过测量气路自动选择出最适量程的一条测量支路的截止阀221阀门开启,其他测量支路的截止阀221阀门均关闭,实现最左侧试验工位11至最右侧洁净装置5的气路管路连通,完成测量气路的选择步骤。人工选择是否通过阀门连通控制模块44打开洁净装置5出气口阀门,将被净化后的气体排放至周围环境中。
待测动力压缩机在开机后运行的20-30分钟内,阀门连通控制模块44受状态参量数采模块42的统一调配,调节各前端电动调节阀211和被选中作为最适量程测量支路上的后端电动调节阀223的阀门开度,直至出口压力传感器P1测得的待测动力压缩机的整机排气压力达到额定压力,且由背压传感器P3测得的中端喷嘴222a出气口压力与前压传感器P2测得的中端喷嘴222a进气口压力所计算出的压气比不低于0.75时,电参数测量模块43和状态参量数采模块42才可以正式采集并记录该工况下能效测试的所需的各种电参数和状态参量。例如对型号为BD-350PM-II的容积式空气压缩机进行满额工况下的能效测试,其额定功率为0.7MPa,则阀门连通控制模块44必须调节使出口压力传感器P1测得的整机排气压力为0.7MPa,且
电参数测量模块43和状态参量数采模块42才可以正式采集并记录该工况下能效测试的所需的各种电参数和状态参量。
如果此时测量与控制系统通过状态参量数采模块42采集到的数据再次进行测量气路自动选择,发现需要切换其他测量支路作为最佳测量支路,则阀门连通控制模块44先控制被选中的测量支路的截止阀221打开,再控制被切换的测量支路的截止阀221关闭,重新完成测量气路自动选择。测试过程中仅仅是测量支路的切换,则无需停机;测量支路切换后,采用GB/T 15487-2015中的ISA 1932方式对气体流量进行测试,电参数测量模块43和状态参量数采模块42再采集并记录最新的电参数和状态参量数据作为该工况下的能效测试数据,并根据GB 19153-2009测量标准计算并获取整机能效等级,自动生成数据报表。
完成满额工况下的能效测试后,再对待测动力压缩机的进行偏离工况下的能效测试,若无需进行偏离工况下的能效测试,则该待测待测动力压缩机的所有能效测试结束。测量与控制系统将根据满额工况的参数,以及自定义的偏离工况与满额工况之间的关系,自动计算出各种偏离工况下的额定参数后,完成电参自动测量和测量气路自动选择,并进行能效测试,直至所有工况均完成测试,该待测待测动力压缩机的所有能效测试结束。
电参自动测量有两种方案:
方案一:铭牌录入自动选择
Sc1、首先人工录入待测动力压缩机额定工况下的各种铭牌参数;当在满额工况下进行能效测试时,测量与控制系统直接采用额定工况下的额定功率作为设定功率,并计算出设定功率下的电流作为设定电流;当在偏离工况下进行能效测试时,测量与控制系统将根据满额工况的参数,以及自定义的偏离工况与满额工况之间的关系,自动计算出各种偏离工况下的设定功率与设定电流;
Sc2、分别比较该设定电流与各切换支路上的电流互感器33量程的比值;当设定电流与当前电流互感器33的量程比值小于1,且设定电流与当前电流互感器33的量程比值是所有切换支路中的最大值,则判定该切换支路为最适量程切换支路;
Sc3、选定最适量程切换支路后,电路连通控制模块41发出控制指令,先将其他切换支路上的动力开关32断开,再将最适量程切换支路上的动力开关32闭合,后续进行能效测试;
Sc4、当完成该工况下的能效测试后,测量与控制系统根据下一个待测工况下的设定电流,重复Sc1~Sc4,直至所有工况下的能效测试全部完成。
该方案的优点:仅需人工录入待测动力压缩机额定工况下的各种铭牌参数,后续电参测量过程中,系统将自动完成最适量程切换支路的选择。
该方案的缺点:若出现人工录入铭牌数据错误,则测量与控制系统会根据错误的设定电流匹配的不适的切换支路,会导致待测动力压缩机所有工况下的电参数测试结果都不精确或者超出量程无法测量。
方案二:量程比对自动选择
Sd1、首先人工录入最佳电参测量比值的下限c,跳选切换支路的下限d,0<d<c≤1;本实施例中d=0.3,c=0.5;
Sd2、测量与控制系统先选择量程最大的电流互感器33所在的切换支路;
Sd3、电路连通控制模块41先将其他切换支路上的动力开关32断开,再将该切换支路上的动力开关32闭合;
Sd4、电参数测量模块43采集该切换支路上的电流数据;当电参数测量模块43采集到的电流数据与当前切换支路上电流互感器33的量程比值大于c,则判定该切换支路为最适量程切换支路;此时获得该量程下的电参数,并进行当前工况下后续的流量测试;
当电参数测量模块43采集到的电流数据与当前切换支路上电流互感器33的量程比值大于d且小于c,则电路连通控制模块41自动选择量程低一级的切换支路,重复Sd3~Sd4,直至选到最适量程切换支路,完成当前工况下的电参测量和后续的流量测试;
当电参数测量模块43采集到的电流数据与当前切换支路上电流互感器33的量程比值小于等于d,则电路连通控制模块41跳级选择量程低两级的切换支路,重复Sd3~Sd4,直至选到最适量程切换支路,完成当前工况下的电参测量和后续的流量测试。
该方案的优点:无需人工录入待测动力压缩机的铭牌参数,即可自动化完成最适量程的切换支路选择,避免了人工录入铭牌可能产生的数据错误,更避免了人工录入错误导致待测动力压缩机所有工况下的电参数测试结果都不精确或者超出量程无法测量的风险。
该方案的缺点:当测试工况的电流较小时,可能涉及多次不同动力开关32开闭动作,每次都会断电停机,重新通电至待测动力压缩机稳定运行的时间会增加试验耗时以及耗电量,增大试验成本。
测量气路自动选择有三种方案:
方案一:铭牌录入自动选择
Sa1、首先人工录入待测动力压缩机额定工况下的各种铭牌参数;当在满额工况下进行能效测试时,测量与控制系统直接采用额定工况下的流量参数作为设定排量;当在偏离工况下进行能效测试时,测量与控制系统将根据满额工况的参数,以及自定义的偏离工况与满额工况之间的关系,自动计算出各种偏离工况下的流量参数作为设定排量;
Sa2、分别比较该设定排量与各流量测量气路22的量程的比值;当设定排量与当前测量支路的量程比值小于1,且设定排量与当前测量支路的量程比值是所有流量测量气路22中的最大值,则判定该测量支路为最适量程测量支路;
Sa3、选定最适量程测量支路后,阀门连通控制模块44发出控制指令,先将最适量程测量支路上的截止阀221与后端电动调节阀223打开,再关闭流量测量气路22中其他测量支路上的截止阀221,完成测量气路自动选择,后续进行能效测试;
Sa4、当完成该工况下的能效测试后,测量与控制系统根据下一个待测工况下的设定排量,重复Sa1~Sa4,直至所有工况下的能效测试全部完成。
该方案的优点:仅需人工录入待测动力压缩机额定工况下的各种铭牌参数,后续整个测量过程中,系统将自动完成与待测动力压缩机相匹配的最适量程测量支路的选择。
该方案的缺点:若出现人工录入铭牌数据错误,则测量与控制系统会根据错误的设定排量匹配流量测量气路22中的不适测量支路,会导致待测动力压缩机所有工况下的流量测试结果都不精确或者超出量程无法测量。
方案二:量程比对自动选择
Sb1、首先人工录入最佳测量比值的下限a,跳选测量支路的下限b,0<b<a≤1;本实施例中b=0.3,a=0.5;
Sb2、测量与控制系统先选择流量测量气路22中量程最大的测量支路作为测试管路;
Sb3、阀门连通控制模块44发出控制指令,将测试管路上的截止阀221与后端电动调节阀223打开,再关闭流量测量气路22中其他测量支路上的截止阀221;阀门连通控制模块44受状态参量数采模块42控制,根据测试管路的量程,控制流量选择气路21中一个或多个前端电动调节阀211的阀门开度;
Sb4、状态参量数采模块42采集该测量管路上的容积流量;
当测试管路采集到的容积流量与当前测试管路的量程比值大于a,则判定该测试管路为最适量程测量支路;此时获得该量程下的试验数值,完成当前工况下的流量测试;
当测试管路采集到的容积流量与当前测试管路的量程比值大于b且小于a,则测量与控制系统自动选择量程低一级的测量支路作为测试管路,重复Sb3~Sb4,直至选到最适量程测量支路,完成当前工况下的流量测试;
当测试管路采集到的容积流量与当前测试管路的量程比值小于等于b,则测量与控制系统跳级选择量程低两级的测量支路作为测试管路,重复Sb3~Sb4,直至选到最适量程测量支路,完成当前工况下的流量测试。
该方案的优点:无需人工录入待测动力压缩机的铭牌参数,测量与控制系统全过程自动化完成最适量程的测量支路选择,避免了人工录入铭牌可能产生的数据错误,更避免了人工录入错误导致待测动力压缩机所有工况下的流量测试结果都不精确或者超出量程无法测量的风险。
该方案的缺点:当测试工况的容积流量较小时,可能涉及多次阀门切换动作,耗时费电。
方案三:全自动测量方式:
S1、采集监测参量,获取样本数据:
S11、对样本数据进行分类:十二种机型的螺杆压缩机;
S12、获取样本数量:每种机型均通过试验获取140组样本数据;
S13、设定训练集与测试集:每种机型对应数据中100组样本作为训练样本,40组作为测试样本;
S14、样本采集:试验并获取训练集样本,每组样本为试验工位稳定工作后的声音响度,即稳定工况噪声数据,以及整机质量信息这两种维度的样本数据;这些数据分别由噪声采集器112和整机质量计111获取。
S2、对样本数据进行聚团与划分,并验证准确性:
处理策略:由于同类型螺杆压缩机,其整机质量和与整机排量有较强相关性,而压缩机厂家的部分改进机型,由于工作原理的变化,其排量调节能力更为宽泛,此时该系列压缩机的稳定工况下噪声水平有不同,所以对样本数据中的整机质量与稳定工况噪声数据进行聚团划分,进行KNN分类计算,对分类结果进行映射,利用整机质量与稳定工况噪声的二维信息在整机排量的实时预测,完成最适量程的准确选择:
S21、首先对样本空间各个样本点的整机质量与机器稳定工作工位的声音响度信息做欧式距离度量计算,通过下式获取模型向量空间的距离信息:
第j种机型数据集:
其中:
Dj,train为第j种机型压缩机的训练集数据中,整机质量数据和机器稳定工况下的声音响度数据之间的欧式距离结果矩阵,
Mj,i为试验工位11上的第j种机型压缩机在第i次试验时的整机质量数据;
Aj,i为第j种机型压缩机响度信息数据集中的第i个数据,
Dj,test为第j种机型压缩机的测试集数据中,整机质量数据和机器稳定工况下的声音响度数据之间的欧式距离结果矩阵,
Mj,m为试验工位11上的第j种机型压缩机在第m次试验时的整机质量数据,
Aj,m为第j种机型压缩机响度信息数据集中的第m个数据,且i+1≤m;
本实施例中j=1,2,..,12,i=1,2,..,100,m=100,101,..,140;
此处将压缩机整机质量与稳定工况的噪声数据信息进行组合判断,形成12组数据集;
每组均由整机质量数据和机器稳定工况下的声音响度数据的二维信息组成,12组训练集中,每组有100个样本;12组测试集中,有40个样本,数据集汇总如图2所示;
S22、设定初始算法超参数k,获取初步各个压缩机型号对应的数据集,完成同类机型的数据聚集,形成不同的数据团;
S23、结合数据团分布情况,调整算法超参数k,并进一步对数据空间进行分类划分,获取空间区域中的机型映射;
在本实施例中,当k为15时,当前样本数据下,有较高分类准确度,分类结果参照图3所示;
S24、测试集数据导入,验证分类结果与映射的准确性:
将测试集中的12组数据,每组40个测试样本,导入训练模型对分类结果与映射准确性进行测试验证,图3的不同颜色区域,即是对数据域的精确划分;当测试样本落入所在颜色域后,即对应相关的测试量程,测量与控制系统自动完成最适量程的选择,可进行后续检测;若未落入,则重复S1~S2中所有步骤,直至所有测试集数据均了落入;
S25、对映射区域进行排量标类,完成机型与排量映射。
S3、纠正与自学习:
出现新机型场景时,测量与控制系统具有手工录入,自动修正的能力;
S31、创建新样本:手工标记该机型,测量与控制系统将自动创建新分类数据集,将新分类数据集划分为训练集与测试集;
S32、进行样本积累:对新增样本的试验工况数据收集汇总;
S33、训练新分类:重复S1与S2及其包含的子步骤,获取新数据分类映射。
采集待测动力压缩机稳定工况下的两个维度参量,并由测量与控制系统完成数据分类,确定待测动力压缩机机型与该机型的最大量程的信息,完成最适量程的快速选择。
以整机质量为312.2kg,额定压力8.5bar的稳定工况下的噪声数值为70.5dB的待测动力压缩机验证样本为例:
由待测动力压缩机的整机质量与稳定工况下的噪声数值获取分类坐标D验证=(312.2,70.5),该坐标落在图4中的验证点的位置为深红色区域标记;测量与控制系统中对该处映射的测量策略为8.5bar稳定工况下采用5标方每分钟的测量系统进行流量测量。而螺杆泛工况18型压缩机置信区域,宽泛工况为0.65~3.54标方每分钟,对应的8.5bar的额定工况最大排量为3.54标方每分钟,实际压缩机型号确实为该厂家的螺杆泛工况18型压缩机。
测试验证结果表明,所用的测量排量准确无误。本实施例中试验样本所获得整体测试精度为98.33%,精度高。
该方案的优点:无需人工录入待测动力压缩机的铭牌参数,也无需从大量程到小量程的多次测量支路切换,就可以全过程自动化,通过监测整机质量与系统稳定工作的噪声完成最适量程的测量支路选择,避免了人工录入铭牌可能产生的数据错误,也减少了多次测量支路切换带来的测试时间长和耗电等问题,自动化程度高,缩短了试验时间,提高了试验效率。
本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。
Claims (7)
1.一种动力压缩机整机能效试验台,其特征在于:包括用于安装待测动力压缩机的试验工位(11)、给所述试验工位(11)供电的动力电源(31),以及与所述试验工位(11)的排气管路依次串联的流量选择气路(21)和流量测量气路(22);所述流量选择气路(21)包括两条以上相互并联设置的选择气路,各选择气路均包括前端电动调节阀(211),所述前端电动调节阀(211)的进气管路均与所述试验工位(11)的排气管路相连通,所述前端电动调节阀(211)的出气管路并联至中间联通管路,各所述前端电动调节阀(211)的调节孔径均不同;所述流量测量气路(22)包括若干条相互并联设置且量程不同的测量支路,各测量支路均包括依序串联的截止阀(221)、测量装置(222)和后端电动调节阀(223),各所述截止阀(221)的进气管路并联至中间联通管路,各后端电动调节阀(223)的出气管路并联连通至洁净装置(5);
该能效试验台还包括测量与控制系统,包括用于控制动力电源(31)供电的电路连通控制模块(41)、用于采集动力电源(31)各种电参数并控制电路连通控制模块(41)的电参数测量模块(43)、用于控制各阀门启闭与开度的阀门连通控制模块(44)、用于采集试验台中数据的状态参量数采模块(42),状态参量数采模块(42)将采集到的数据作为负反馈信号输入到阀门连通控制模块(44)中;
用于连接所述试验工位(11)与所述流量选择气路(21)的排气管路上,靠近所述试验工位(11)的一端设置有测量待测动力压缩机整机排气口温度的出口温度传感器T1和测量待测动力压缩机整机排气口压力的出口压力传感器P1;
所述测量装置(222)的中部设置有中端喷嘴(222a),所述测量装置(222)的前部设置有用于测量所述中端喷嘴(222a)进气口压力的前压传感器P2,所述测量装置(222)的后部设置有用于测量所述中端喷嘴(222a)出气口压力的背压传感器P3;
所述试验工位(11)还设置有用于对待测动力压缩机进行整机称重的整机质量计(111)和用于采集待测动力压缩的声音响度的噪声采集器(112);
所述状态参量数采模块(42)用于采集各传感器以及整机质量计(111)和噪声采集器(112)中的数据;
所述动力电源(31)与所述试验工位(11)之间设置有两条以上相互并联的切换支路,各条切换支路均包括依次串联的动力开关(32)和电流互感器(33),各条切换支路上的电流互感器(33)量程不同;
所述电路连通控制模块(41)控制所述动力开关(32)的开闭;
应用动力压缩机整机能效试验台的测试方法,包括以下步骤:
S1、采集监测参量,获取样本数据:
S11、对样本数据中不同的压缩机机型进行分类;
S12、获取不同分类压缩机机型的样本信息;
S13、将不同分类压缩机机型的样本信息划分为训练集与测试集;
S14、样本采集:试验并获取训练集样本,每组样本为试验工位(11)稳定工作后的声音响度,即稳定工况噪声数据,以及整机质量信息这两种维度的样本数据;
S2、对样本数据进行聚团与划分:
对样本数据中的整机质量与稳定工况噪声数据进行聚团划分,进行KNN分类计算,对分类结果进行映射,完成最适量程的准确选择,包括以下步骤:
S21、对样本空间各个样本点的整机质量与机器稳定工作工位的声音响度信息做欧式距离度量计算,通过下式获取模型向量空间的距离信息:
Aj,i为第j种机型压缩机响度信息数据集中的第i个数据,
Dj,test为第j种机型压缩机的测试集数据中,整机质量数据和机器稳定工况下的声音响度数据之间的欧式距离结果矩阵,
Aj,m为第j种机型压缩机响度信息数据集中的第m个数据,
i+1≤m,
此处将压缩机整机质量与稳定工况的噪声数据信息进行组合判断,形成j组数据集;
S22、设定初始算法超参数k,获取初步各个压缩机型号对应的数据集,完成同类机型的数据聚集,形成不同的数据团;
S23、结合数据团分布情况,调整算法超参数k,并进一步对数据空间进行分类划分,获取空间区域中的机型映射;
S24、对映射区域进行排量标类,完成机型与排量映射。
2.根据权利要求1所述的一种动力压缩机整机能效试验台的测试方法,其特征在于,S23之后、S24之前还包括以下步骤:
测试集数据导入,验证分类结果与映射的准确性:
将测试集数据导入训练模型,对分类结果与映射准确性进行测试验证,不同颜色区域,是对数据域的精确划分,当测试样本落入所在颜色域后,即对应相关的测试量程,测量与控制系统自动完成最适量程的选择,可进行后续检测;若未落入,则重复S1~S2中所有步骤,直至所有测试集数据均落入。
3.根据权利要求1或2所述的一种动力压缩机整机能效试验台的测试方法,其特征在于,还包括以下步骤:
S3、纠正与自学习:
出现新机型场景时,测量与控制系统具有手工录入,自动修正的能力;
S31、创建新样本:手工标记该机型,测量与控制系统将自动创建新分类数据集,将新分类数据集划分为训练集与测试集;
S32、进行样本积累:对新增样本的试验工况数据收集汇总;
S33、训练新分类:重复S1与S2及其包含的子步骤,获取新数据分类映射。
4.应用权利要求1中任意一项所述的一种动力压缩机整机能效试验台的测试方法,其特征在于,还包括以下步骤:
Sa1、首先人工录入待测动力压缩机额定工况下的各种铭牌参数;当在满额工况下进行能效测试时,测量与控制系统直接采用额定工况下的流量参数作为设定排量;当在偏离工况下进行能效测试时,测量与控制系统将根据满额工况的参数,以及自定义的偏离工况与满额工况之间的关系,自动计算出各种偏离工况下的流量参数作为设定排量;
Sa2、分别比较该设定排量与各流量测量气路(22)的量程的比值;当设定排量与当前测量支路的量程比值小于1,且设定排量与当前测量支路的量程比值是所有流量测量气路(22)中的最大值,则判定该测量支路为最适量程测量支路;
Sa3、选定最适量程测量支路后,阀门连通控制模块(44)发出控制指令,先将最适量程测量支路上的截止阀(221)与后端电动调节阀(223)打开,再关闭流量测量气路(22)中其他测量支路上的截止阀(221),完成测量气路自动选择,后续进行能效测试;
Sa4、当完成该工况下的能效测试后,测量与控制系统根据下一个待测工况下的设定排量,重复Sa1~Sa4,直至所有工况下的能效测试全部完成。
5.应用权利要求1中任意一项所述的一种动力压缩机整机能效试验台的测试方法,其特征在于,还包括以下步骤:
Sb1、首先人工录入最佳测量比值的下限a,当前测量管路上的容积流量与当前测试管路的量程比值大于a且小于等于1,即为最佳测量比值;人工录入对测量支路进行跳选的测量比值下限b,0<b<a≤1;
Sb2、测量与控制系统先选择流量测量气路(22)中量程最大的测量支路作为测试管路;
Sb3、阀门连通控制模块(44)发出控制指令,将测试管路上的截止阀(221)与后端电动调节阀(223)打开,再关闭流量测量气路(22)中其他测量支路上的截止阀(221);阀门连通控制模块(44)受状态参量数采模块(42)控制,根据测试管路的量程,控制流量选择气路(21)中一个或多个前端电动调节阀(211)的阀门开度;
Sb4、状态参量数采模块(42)采集该测量管路上的容积流量;
当测试管路采集到的容积流量与当前测试管路的量程比值大于a,则判定该测试管路为最适量程测量支路;此时获得该量程下的试验数值,完成当前工况下的流量测试;
当测试管路采集到的容积流量与当前测试管路的量程比值大于b且小于a,则测量与控制系统自动选择量程低一级的测量支路作为测试管路,重复Sb3~Sb4,直至选到最适量程测量支路,完成当前工况下的流量测试;
当测试管路采集到的容积流量与当前测试管路的量程比值小于等于b,则测量与控制系统跳级选择量程低两级的测量支路作为测试管路,重复Sb3~Sb4,直至选到最适量程测量支路,完成当前工况下的流量测试。
6.应用权利要求1中任意一项所述的一种动力压缩机整机能效试验台的测试方法,其特征在于,还包括以下步骤:
Sc1、首先人工录入待测动力压缩机额定工况下的各种铭牌参数;当在满额工况下进行能效测试时,测量与控制系统直接采用额定工况下的额定功率作为设定功率,并计算出设定功率下的电流作为设定电流;当在偏离工况下进行能效测试时,测量与控制系统将根据满额工况的参数,以及自定义的偏离工况与满额工况之间的关系,自动计算出各种偏离工况下的设定功率与设定电流;
Sc2、分别比较该设定电流与各切换支路上的电流互感器(33)量程的比值;当设定电流与当前电流互感器(33)的量程比值小于1,且设定电流与当前电流互感器(33)的量程比值是所有切换支路中的最大值,则判定该切换支路为最适量程切换支路;
Sc3、选定最适量程切换支路后,电路连通控制模块(41)发出控制指令,先将其他切换支路上的动力开关(32)断开,再将最适量程切换支路上的动力开关(32)闭合,后续进行能效测试;
Sc4、当完成该工况下的能效测试后,测量与控制系统根据下一个待测工况下的设定电流,重复Sc1~Sc4,直至所有工况下的能效测试全部完成。
7.应用权利要求1中任意一项所述的一种动力压缩机整机能效试验台的测试方法,其特征在于,还包括以下步骤:
Sd1、首先人工录入最佳电参测量比值的下限c,当前切换支路上的电流数据与当前切换支路上电流互感器 33 的量程比值大于c且小于等于1,即为最佳电参测量比值;人工录入对切换支路进行跳选的测量比值下限d,0<d<c≤1;
Sd2、测量与控制系统先选择量程最大的电流互感器(33)所在的切换支路;
Sd3、电路连通控制模块(41)先将其他切换支路上的动力开关(32)断开,再将该切换支路上的动力开关(32)闭合;
Sd4、电参数测量模块(43)采集该切换支路上的电流数据;当电参数测量模块(43)采集到的电流数据与当前切换支路上电流互感器(33)的量程比值大于c,则判定该切换支路为最适量程切换支路;此时获得该量程下的电参数,并进行当前工况下后续的流量测试;
当电参数测量模块(43)采集到的电流数据与当前切换支路上电流互感器(33)的量程比值大于d且小于c,则电路连通控制模块(41)自动选择量程低一级的切换支路,重复Sd3~Sd4,直至选到最适量程切换支路,完成当前工况下的电参测量和后续的流量测试;
当电参数测量模块(43)采集到的电流数据与当前切换支路上电流互感器(33)的量程比值小于等于d,则电路连通控制模块(41)跳级选择量程低两级的切换支路,重复Sd3~Sd4,直至选到最适量程切换支路,完成当前工况下的电参测量和后续的流量测试。
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