無(wú)葉風(fēng)扇和塔扇風(fēng)量能效測(cè)試室
一、 功能概述：
本測(cè)試系統(tǒng)是依據(jù)GB/T 13380-2018《交流電風(fēng)扇和調(diào)速器》及其最新修行信息的相關(guān)要求，同時(shí)滿足于IEC 60879-2019 家用和類似用途的舒適風(fēng)扇和調(diào)節(jié)器測(cè)試性能的方法。
本試驗(yàn)裝置由電風(fēng)扇升降機(jī)構(gòu)，風(fēng)速測(cè)量機(jī)構(gòu)，環(huán)境測(cè)量裝置、風(fēng)扇對(duì)中機(jī)構(gòu)及數(shù)據(jù)采樣及處理系統(tǒng)構(gòu)成，主要測(cè)控儀表采用進(jìn)口產(chǎn)品。PLC+計(jì)算機(jī)人機(jī)交互界面操作簡(jiǎn)便，采用風(fēng)速表測(cè)量方法完成電風(fēng)扇標(biāo)稱風(fēng)量，輸入功率、電流及使用值的試驗(yàn)。試驗(yàn)時(shí)，風(fēng)速計(jì)葉輪由自動(dòng)行走機(jī)構(gòu)精確定位，可自動(dòng)按標(biāo)準(zhǔn)要求自動(dòng)運(yùn)行在規(guī)定的點(diǎn)位，計(jì)算機(jī)自動(dòng)采集：功率值、電流值、風(fēng)速值，自動(dòng)計(jì)算平均風(fēng)速、風(fēng)量、送風(fēng)圓錐角度和能效值，并完成數(shù)據(jù)處理，打印出試驗(yàn)報(bào)告。
建造，主要采用電腦控制，伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，操作人員處于測(cè)試室外，人員不會(huì)對(duì)風(fēng)場(chǎng)產(chǎn)生影響，設(shè)備測(cè)試工作全自動(dòng)完成，并將試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄、保存、自動(dòng)生成風(fēng)量報(bào)表與能效等級(jí)評(píng)定，具有數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、重復(fù)性好、效益高、數(shù)據(jù)貯存方便等特點(diǎn)。
二、測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)： （如下圖）
三、測(cè)試系統(tǒng)原理：
設(shè)備主要由風(fēng)量測(cè)試機(jī)械部分與電腦控制系統(tǒng)兩部分組成，設(shè)備安裝在一個(gè)L6000mm×W4500×H3000mm的試驗(yàn)室內(nèi)，風(fēng)量測(cè)試機(jī)構(gòu)如上圖。測(cè)試室有一面可滑動(dòng)墻，自動(dòng)運(yùn)行，在需要的時(shí)候改變測(cè)試室的尺寸，讓測(cè)試室的長(zhǎng)度可以輕易的從4500mm變成6000mm，滿足不同被測(cè)無(wú)葉風(fēng)扇的測(cè)試要求。
為了兼顧風(fēng)速計(jì)精度及量程，配備15個(gè)MicroAir64 Macro風(fēng)速計(jì)，葉輪直徑85mm，量程為0.2～20m/s，測(cè)量精度為±1.0%fs或±1.5%rdg,f風(fēng)速計(jì)之間間隔120mm，所有傳感器安裝在一個(gè)可移動(dòng)到直線導(dǎo)軌上，向左或向右移動(dòng)40mm，這樣每一個(gè)水平面，共有45個(gè)風(fēng)速測(cè)點(diǎn)，正中間是零位點(diǎn)，兩邊測(cè)試軸都有22個(gè)測(cè)點(diǎn)，滿足測(cè)試要求。
移動(dòng)墻是由導(dǎo)熱性能良好的鋁板建造，移動(dòng)墻上設(shè)計(jì)有兩個(gè)自動(dòng)風(fēng)門，一個(gè)吸風(fēng)一個(gè)送風(fēng)，目的是在測(cè)試準(zhǔn)備階段可以更快達(dá)到測(cè)試間溫度穩(wěn)定，當(dāng)測(cè)試開(kāi)始時(shí)，風(fēng)門自動(dòng)關(guān)閉；移動(dòng)墻將作為熱輻射墻來(lái)穩(wěn)定測(cè)試間內(nèi)的環(huán)境溫度。
移動(dòng)墻上設(shè)置有可自動(dòng)關(guān)閉送回風(fēng)口，便于更快的穩(wěn)定測(cè)試工況。當(dāng)測(cè)試開(kāi)始后，為避免影響測(cè)試室內(nèi)的氣流場(chǎng)，送回風(fēng)口自動(dòng)關(guān)閉。
移動(dòng)墻的推出機(jī)構(gòu)也做了改進(jìn)，比原來(lái)的機(jī)構(gòu)更美觀，運(yùn)行更可靠。如下圖所示：
。
測(cè)試室安裝有可自動(dòng)調(diào)整高度的激光水平儀，不管是在1200mm高還是1500mm高度上，都能射出一個(gè)十字交叉激光線，方便測(cè)試人員依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)校正被試樣品無(wú)葉風(fēng)扇姿態(tài)。
配備五維調(diào)整樣品臺(tái)，樣品臺(tái)承重20kg，可以前后、左右、上下、俯仰、旋轉(zhuǎn)調(diào)整電風(fēng)扇的姿態(tài)，配備遙控器，非常方便電風(fēng)扇定位對(duì)準(zhǔn)。前后方向的調(diào)整行程約±200mm，左右方向約±100mm，上下方向約±350mm，俯仰角度±25°，并可360°旋轉(zhuǎn)，如圖示：
五維調(diào)整樣品臺(tái)承重20kg，被測(cè)樣品無(wú)葉風(fēng)扇可以直接放置在樣品臺(tái)上。
*更新的設(shè)計(jì)里，這個(gè)樣品臺(tái)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)機(jī)器視覺(jué)自動(dòng)調(diào)整功能，當(dāng)啟動(dòng)自動(dòng)調(diào)整功能后，樣品臺(tái)五維聯(lián)動(dòng)，將樣品無(wú)葉風(fēng)扇的姿態(tài)調(diào)整到測(cè)試狀態(tài)。
測(cè)量裝置由垂直導(dǎo)軌支架和水平導(dǎo)軌組成，水平導(dǎo)軌安裝在地面上，并調(diào)節(jié)水平度。垂直導(dǎo)軌支架安裝在水平導(dǎo)軌上。
水平導(dǎo)軌是絲桿直線滑軌結(jié)構(gòu)，由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，根據(jù)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)和被測(cè)無(wú)葉風(fēng)扇的當(dāng)量直徑，自動(dòng)調(diào)整與被測(cè)風(fēng)扇之間的距離。也可以依據(jù)測(cè)試要求，自動(dòng)由近及遠(yuǎn)定位不同的測(cè)試面，描繪出當(dāng)前測(cè)試面的風(fēng)速分布圖，當(dāng)所有測(cè)試面風(fēng)速分布圖測(cè)試完成后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)生成被測(cè)無(wú)葉風(fēng)扇風(fēng)速場(chǎng)三位立體圖。
垂直導(dǎo)軌支架上，安裝兩套絲桿直線滑軌，能精確定位安裝在X軸導(dǎo)軌上的風(fēng)俗傳感器扇葉中心線的水平位置，有效行程從離地300mm到2500mm。測(cè)試當(dāng)量直徑不大于400mm的無(wú)葉風(fēng)扇，以40mm間距，則最大向下測(cè)試點(diǎn)數(shù)為22點(diǎn)，最大向上測(cè)試點(diǎn)數(shù)為32點(diǎn)；測(cè)量當(dāng)量直徑大于400mm的無(wú)葉風(fēng)扇，以40mm間距，則最大向下測(cè)試點(diǎn)數(shù)為30點(diǎn)，最大向上測(cè)試點(diǎn)數(shù)為25點(diǎn)，都可以遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足測(cè)試要求。
為了減少傳感器使用數(shù)量，降低系統(tǒng)成本，系統(tǒng)配備15個(gè)風(fēng)速傳感器，水平導(dǎo)軌在每一個(gè)測(cè)試面，都要進(jìn)行三次測(cè)試，共得到45個(gè)測(cè)試點(diǎn)，除中心點(diǎn)外，兩條支臂各有22個(gè)測(cè)試點(diǎn)，也可以遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足測(cè)試要求。
在垂直導(dǎo)軌固定的任意一個(gè)測(cè)試面，完成一個(gè)完整的測(cè)試，以四個(gè)軸向測(cè)試點(diǎn)數(shù)均為22核算，則需要的測(cè)試時(shí)間大約為五小時(shí)，當(dāng)然這是最大值，更小型號(hào)的風(fēng)扇，所需要的測(cè)試時(shí)間肯定比這個(gè)要少。
如果要完成風(fēng)扇風(fēng)速場(chǎng)的立體圖，測(cè)試時(shí)間將根據(jù)垂直導(dǎo)軌支架的移動(dòng)步距，初始位置的不同而不同。
設(shè)備電腦控制系統(tǒng)主要用于試驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集、記錄、計(jì)算、貯存、查詢等，控制系統(tǒng)原理
如下圖：
電腦主要用于設(shè)定試驗(yàn)參數(shù)（風(fēng)速計(jì)前后距離、風(fēng)速計(jì)左右采集點(diǎn)位置等）、接收PLC傳來(lái)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)、計(jì)算分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)、計(jì)算風(fēng)量值、計(jì)算能效值、貯存、查詢?cè)囼?yàn)數(shù)據(jù)等功能，同時(shí)根據(jù)操作者的向PLC發(fā)出執(zhí)行命令；PLC控制器主要執(zhí)行電腦執(zhí)行指令，收集風(fēng)速計(jì)與功率計(jì)傳來(lái)的數(shù)據(jù)值。
四、主要設(shè)備描述
1、水平移動(dòng)平臺(tái)：
由工業(yè)鋁合金、高精度直線滑軌、高精度直線絲桿組合而成，伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，控制精度優(yōu)于0.1mm。有較強(qiáng)的負(fù)載能力，帶動(dòng)垂直導(dǎo)軌支架前后移動(dòng)，長(zhǎng)度3000mm，總行程約為2500mm，在五線激光水平儀的輔助下，可以自動(dòng)定位風(fēng)速計(jì)扇葉平面和被測(cè)電風(fēng)扇扇葉平面之間的距離。控制準(zhǔn)確、快捷，平穩(wěn)；由于采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，噪聲低；
2、垂直導(dǎo)軌支架
由工業(yè)鋁合金、高精度直線滑軌、高精度直線絲桿組合而成，伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，控制精度優(yōu)于0.1mm。有較強(qiáng)的負(fù)載能力，垂直支架上配置兩套絲桿直線滑軌，帶動(dòng)X軸導(dǎo)軌上下移動(dòng)，長(zhǎng)度2800mm，總行程約為2500mm?？刂茰?zhǔn)確、快捷，平穩(wěn)；由于采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，噪聲低；
3、X軸導(dǎo)軌
由工業(yè)鋁合金、高精度直線滑軌、高精度直線絲桿組合而成，伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，控制精度優(yōu)于0.1mm。導(dǎo)軌上按120mm間距，均勻布置15個(gè)風(fēng)速傳感器。X軸導(dǎo)軌可在以垂直導(dǎo)軌中軸線為基點(diǎn)，左右兩邊移動(dòng)40mm，這樣每個(gè)垂直導(dǎo)軌定位點(diǎn)，都可以得到45個(gè)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)。
4、葉輪風(fēng)速傳感器
Schiltknecht的葉輪風(fēng)速計(jì)MiniAir64，精度高，長(zhǎng)期穩(wěn)定性好，輸出4～20mA風(fēng)速模擬信號(hào)、穩(wěn)定、無(wú)毛刺；安裝方便，在多維云臺(tái)的支持下，可以很方便的調(diào)整其角度及方位。
在先進(jìn)的技術(shù)和工藝的保證下，風(fēng)速計(jì)移動(dòng)平臺(tái)，運(yùn)行精度高、噪聲低，方便可靠快捷，測(cè)試數(shù)據(jù)穩(wěn)定性一致性好。如圖所示：
2、多維升降平臺(tái)
全新設(shè)計(jì)的多維升降平臺(tái)，具備前后、左右、上下、角度、旋轉(zhuǎn)等五個(gè)維度的高精度調(diào)節(jié)，全部選用伺服電機(jī)控制。有了這個(gè)升降平臺(tái)，測(cè)試之前的準(zhǔn)備工作變得輕而易舉，您只需要將被測(cè)電風(fēng)扇隨意安放在平臺(tái)上，測(cè)控系統(tǒng)都能在很短的時(shí)間內(nèi)，將被測(cè)風(fēng)扇擺著、定位。
整個(gè)多維升降平臺(tái)，鋁合金精密加工，承重量為20公斤，請(qǐng)不要放置超過(guò)20公斤的其他設(shè)備在上面，更不要隨意坐在上面休息。其損壞是不可逆的，且較昂貴。
3、移動(dòng)墻推出機(jī)構(gòu)：
為了有效的節(jié)省空間，及移動(dòng)的平穩(wěn)性，我們?cè)O(shè)計(jì)了如圖所示的移動(dòng)強(qiáng)推出機(jī)構(gòu)：
整個(gè)機(jī)構(gòu)和移動(dòng)墻一起安放在直線滑軌上，全部收縮后，最小長(zhǎng)度為1050mm，全部推出后，最大長(zhǎng)度為2550mm，推出及收縮行程為1500mm，移動(dòng)速度為30mm/s。
也可以采用其他方式或者完全手動(dòng)來(lái)推動(dòng)移動(dòng)墻。
四、性能參數(shù)：
1、樣品臺(tái)升降范圍：400-1000mm(無(wú)級(jí)可調(diào))。
2、風(fēng)速計(jì)滑臺(tái)與樣品臺(tái)距離：200-2000mm(自動(dòng)調(diào)節(jié))。
3、風(fēng)速計(jì)滑臺(tái)左右移動(dòng)距離：20-2600mm(自動(dòng)調(diào)節(jié))。
4、風(fēng)速表支架上下移動(dòng)高度：1200mm、1500mm兩檔。
5、風(fēng)速測(cè)量?jī)x：Schiltknecht的葉輪風(fēng)速計(jì)MiniAir64
6、葉輪（80mm，量程+0.2~+20 m/s 精度±(0.1m/s+1.5%測(cè)量值)）
7、測(cè)量范圍：0~1200mm/min(20/s)
8、測(cè)量精度: 0.1 m/s±1.5%測(cè)量值
9、風(fēng)速靈敏度：優(yōu)于0.15m/s
10、溫度探頭：量程0~+50℃；精度±0.5℃
10、驅(qū)動(dòng)方式：伺服電機(jī)+導(dǎo)向軸。
11、控制方式：電腦控制。
12、采集數(shù)據(jù)：功率值、風(fēng)速值。
13、數(shù)據(jù)處理：自動(dòng)計(jì)算平均風(fēng)速、風(fēng)量、能效值、評(píng)定能效等級(jí)。
14、數(shù)據(jù)貯存、備查功能。
15、控制軟件：運(yùn)行于windows操作系統(tǒng)，可設(shè)定數(shù)據(jù)采集點(diǎn)位置、風(fēng)速數(shù)據(jù)采集、
功率數(shù)據(jù)采集、平均風(fēng)速計(jì)算、風(fēng)量計(jì)算、能效值計(jì)算、能效等級(jí)評(píng)定等功能，可以自動(dòng)生成、打印測(cè)試報(bào)告，貯存當(dāng)前試驗(yàn)數(shù)據(jù)，查詢歷史數(shù)據(jù)。
16、配有日本橫河WT310功率計(jì)：可測(cè)電壓、電流、功率；精度：0.1%。
17、變頻電源：0~300V 500VA紅外線發(fā)光裝置調(diào)節(jié)風(fēng)扇軸線水平，與風(fēng)速計(jì)中心水平，高度一致。
18、試驗(yàn)室尺寸：L6000mmXW4500XH3000mm。
19、室內(nèi)環(huán)境：
溫度：20℃±0.5℃。
濕度：35%~95%±5。
電壓波動(dòng)：±1%。
電源頻率波動(dòng)值：±1%。
20、電壓0-300V可調(diào)。頻率50Hz可轉(zhuǎn)換60Hz
21、測(cè)控軟件可以依據(jù)不同國(guó)家的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，控制測(cè)試步長(zhǎng)計(jì)最后的數(shù)據(jù)處理。
23、移動(dòng)墻單獨(dú)可控，方便特殊測(cè)試時(shí)使用。
24、測(cè)控軟件，提供單點(diǎn)定位及測(cè)量功能，方便特殊測(cè)試時(shí)使用。
五、技術(shù)特點(diǎn)及先進(jìn)性描述
序號(hào) | 技術(shù)特點(diǎn) | 技術(shù)先進(jìn)性描述 |
1 | 采用電腦控制 | 操作人員可以不進(jìn)入測(cè)試驗(yàn)室，不會(huì)對(duì)試驗(yàn)風(fēng)產(chǎn)生影響。 |
試驗(yàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)記錄，高效、準(zhǔn)確。 |
試驗(yàn)數(shù)據(jù)貯存方便，并且方便查詢。 |
試驗(yàn)過(guò)程自動(dòng)控制，數(shù)據(jù)重復(fù)性好、效率高。 |
根據(jù)采集的風(fēng)速數(shù)據(jù)自動(dòng)計(jì)算風(fēng)量數(shù)據(jù)。 |
根據(jù)風(fēng)量數(shù)據(jù)與采集的功率數(shù)據(jù)自動(dòng)計(jì)算能效值。 |
2 | 采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng) | 風(fēng)速采集點(diǎn)位置電腦設(shè)定后，可快速、準(zhǔn)確定位，使試驗(yàn)數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確，重復(fù)性更好。 |
試驗(yàn)過(guò)程中電腦遠(yuǎn)程控制 |
六、恒溫恒濕控制：
1、房體采樣50mm聚氨酯庫(kù)板，包括頂板和地板，地板加密加固處理；房高3100mm；房間一端設(shè)置有移動(dòng)墻，移動(dòng)墻用50mm聚氨酯庫(kù)板，環(huán)境空調(diào)機(jī)組安裝移動(dòng)墻外，采取小風(fēng)量循環(huán)技術(shù)，不會(huì)對(duì)測(cè)試風(fēng)扇產(chǎn)生干擾；
2、環(huán)境機(jī)組采樣1匹博克變頻壓縮機(jī)組，可連續(xù)24小時(shí)運(yùn)行，冷媒R404A。
3、采樣溫控調(diào)節(jié)儀調(diào)整測(cè)試房間溫度及濕度。
七、試驗(yàn)報(bào)表：
無(wú)葉風(fēng)扇能效測(cè)試報(bào)告
水平方向預(yù)留測(cè)試點(diǎn)位45個(gè)，垂直方向預(yù)留測(cè)試點(diǎn)位45個(gè)；
依據(jù)現(xiàn)有配置及測(cè)試規(guī)則，最大測(cè)試周期為150s×3×45=20250s=337.5min=5.625h。
