劉 昶 張 瑞 蔣洪濤 惠詠薇 王紹興 莫鑫宇

（1.廣州地鐵集團有限公司；2.浙江上風高科專風實業(yè)有限公司）

軌道交通風機運行參數(shù)的集成測量方法

劉 昶1張 瑞1蔣洪濤2惠詠薇1王紹興1莫鑫宇1

（1.廣州地鐵集團有限公司；2.浙江上風高科專風實業(yè)有限公司）

以軌道交通風機為研究對象，重點闡述了軌道交通風機運行參數(shù)的集成測量系統(tǒng)，并根據(jù)電表統(tǒng)計數(shù)據(jù)，實時計算出軌道交通風機的在線運行效率，為軌道交通風機的運行節(jié)能提供了重要依據(jù)。

軌道交通風機；運行參數(shù)；測量；方法；效率；集成測量系統(tǒng)

0 引言

城市軌道交通具有改善城市環(huán)境、緩解交通擁擠及節(jié)約能源的優(yōu)勢，相對于其它城市公共交通工具而言，具有安全舒適、快速環(huán)保、運能大和能源消耗少的特點。雖然按同等運能比較，軌道交通比其他交通形式能耗小，但由于其大運量的特點，使得總耗電量相當大，是耗能大戶，仍有節(jié)能潛力[1-2]。

據(jù)統(tǒng)計，目前我國軌道交通風機運行能耗巨大，約占軌道交通通風系統(tǒng)能耗的50%以上。一個特別重要的原因在于，設計選型的不合理、系統(tǒng)阻力計算的不準確導致風機性能參數(shù)選擇裕量太大，大多數(shù)風機實際運行在大馬拉小車的狀態(tài)，需要經(jīng)常用導葉來調(diào)節(jié)氣體的流量，導致大量的功率損失消耗在導葉調(diào)節(jié)上[3]。因此，實時掌握軌道交通風機的運行參數(shù)對軌道交通通風系統(tǒng)的節(jié)能降耗具有十分重大的意義。

目前，風機系統(tǒng)的測量[4]通常都采用皮托管或其他插入式流量計在風機的進口和出口管道斷面上測量氣體流速（流量）和用電表測量電動機運行參數(shù)相結(jié)合的方法，此種測量方式受風機系統(tǒng)實際生產(chǎn)工藝所限。首先，市場上現(xiàn)有的插入式流量計[5]通常都是針對天然氣、蒸汽等大流量、高流速、高壓力的測量應用場合，結(jié)構(gòu)笨重，一般固定安裝在管道上，不能輕易移動，無法適應各類軌道交通風機的使用要求；此外，軌道交通風機系統(tǒng)的進出口管道通常都是密封的，而且管道內(nèi)空氣通常都具有一定的溫度和壓力，要使用皮托管或其他插入式流量計的前提是必須在管道上開孔，無論從安全性還是可操作性上來說實現(xiàn)都很復雜，因此開發(fā)一種軌道交通風機運行參數(shù)的集成測量方法，可以從根本上解決傳統(tǒng)測量手段單一、測量過程復雜以及測量結(jié)果不可靠等問題。

1 軌道交通風機

城市軌道交通風機一般用于有軌電車、地鐵、輕軌、磁懸浮交通、單軌交通、市郊鐵路等軌道交通線路內(nèi)，大部分為軸流通風機，其工作原理為：當葉輪旋轉(zhuǎn)時，氣體從進風口軸向進入葉輪，受到葉輪上葉片的推擠而使氣體的能量升高，然后流入導葉。導葉將偏轉(zhuǎn)氣流變?yōu)檩S向流動，同時將氣體導入擴壓管，進一步將氣體動能轉(zhuǎn)換為壓力能，最后引入通風管路[6]。一種典型的軌道交通風機的示意圖如圖1所示。

圖1 壁式軸流通風機示意圖Fig.1 Wall-type axial flow fan

2 集成測量流程圖

2.1 風機流量測量流程圖（圖2）

圖2 風機流量測量流程圖Fig.2 Flow chart of fan flow measurement

2.2 風機運行效率測量流程圖（圖3）

圖3 風機運行效率測量流程圖Fig.3 Flow chart of fan operational efficiency

2.3 測試斷面圖及傳感器儀表說明

圖4中，測試斷面1-1為風機進口1測試斷面，測試斷面2-2為風機進口2測試斷面，測試斷面3-3為風機出口測試斷面。

圖4 軸流通風機測試斷面位置圖Fig.4 Axial flow fan test section diagram

測試傳感器及儀器儀表說明：溫度傳感器采用大連久茂溫度傳感器902005系列產(chǎn)品，壓力傳感器采用大連久茂壓力傳感器401001(2)系列產(chǎn)品，電表采用長沙威盛DTSD341-MB3G系列產(chǎn)品。

3 具體測量步驟

3.1 風機流量測量

1）如圖3所示，將溫度和壓力傳感器布置在風機進口管道斷面1-1和2-2中，用以測量風機進口氣體的壓力和溫度，風機進口1的溫度傳感器與風機進口1的壓力傳感器應布置于管道同一斷面1-1上，風機進口2的溫度傳感器與風機進口2的壓力傳感器也應布置于管道同一斷面2-2上，并保證互不干擾[7-8]。

2）測量風機進口1處的氣體平均壓力----pin1、風機進口2處的氣體平均壓力、風機進口1處的氣體平均溫度，風機進口2處的氣體平均溫度，并采用以下公式計算風機進口的氣體流量Q：

將風機進口1處的氣體壓力分為N個采樣點pin11，pin12……pin1N，風機進口2處的氣體壓力也分為N個采樣點pin21，pin22……pin2N，采樣點的數(shù)量及分布詳細參照通風機性能測試標準[9]，在每一點測試工況下，穩(wěn)定10min后進行測量，在測量期間，運行工況應保持不變，則風機進口1、進口2平均氣體壓力分別為

將風機進口1處的氣體分為M個采樣點tin11，tin12……tin1M，在每一點測試工況下，穩(wěn)定10min后進行測量，在測量期間，運行方式應保持不變，則風機進口平均氣體溫度分別為

其中，ρin1為風機進口處的氣體密度，kg/m3；△pk為風機進口1，2斷面的氣體靜壓差，Pa；p0為當?shù)卮髿鈮毫Γ琍a；pin1ab為風機進口絕對壓力，Pa；k為流量系數(shù)，取0.9～1.3，根據(jù)風機運行工況真實風量反推計算得到。

3.2 風機效率測量

3）利用步驟2）中得到的一些參數(shù)，并進一步測量風機進出口傳感器布置斷面截面積，結(jié)合電表的讀數(shù)，風機的運行效率可采用以下公式計算得到：

風機進出口斷面氣體重度的表達式為

根據(jù)風機進出口傳感器布置斷面截面積，得到風機進出口斷面氣體流速分別為

風機進出口斷面氣體動壓表示成

風機進出口氣體全壓的計算公式為

根據(jù)上述計算結(jié)果推導得到風機全壓的表達式

正確讀出電表的讀數(shù)，計算風機電動機消耗的軸功率的公式為

則最終得到風機運行效率的表達式

以上各式中，γ0為標準狀態(tài)下大氣重度，N/m3；γin1，γout為風機進出口處氣體重度，N/m3；Fin1，F(xiàn)out分別為風機進出口管道截面積，m2；vin1，vout分別為風機進出口氣體流速，m/s；pdin1，pdout分別為風機進出口氣體動壓，Pa；Hin1，Hout分別為風機進出口氣體全壓，Pa；H為風機全壓，Pa；U，I，P分別為電動機電壓V，電流A和消耗的軸功率W；ηd，ηt，η分別為電動機效率、傳動效率和風機的運行效率，其中電動機效率及傳動效率根據(jù)電機廠提供的不同工況條件下的實測效率曲線數(shù)據(jù)取值。

4 結(jié)論

針對軌道交通風機這一研究對象，重點闡述了軌道交通風機運行參數(shù)的集成測量方法，獲得了風機特定運行工況下的流量、壓力等重要參數(shù)，并根據(jù)電表統(tǒng)計數(shù)據(jù)，實時計算出風機的在線運行效率[11]，為軌道交通風機的運行節(jié)能提供了重要依據(jù)。

[1]宋敏華.城市軌道交通節(jié)能技術發(fā)展趨勢研究[J].工程建設與設計,2009(1):15-19.

[2]盛艷波.我國大城市軌道交通發(fā)展前景分析[J].交通建設與管理,2007(Z1):42-46.

[3]吳珂,方飛龍,朱凱，等.基于FLUENT的隧道射流風機最佳安裝傾斜角研究[J].風機技術,2014(6):17-21.

[4]沈洪森.自制離心風機流量測量裝置[J].化工自動化及儀表, 1983(5):32-33,22.

[5]沈新榮,單力鈞,林雄偉,等.一種插入式流量計的研究[J].流體傳動與控制,2008(3):4-5,8.

[6]劉宣佐.軸流風機數(shù)值模擬的若干問題探討[D].浙江大學,2015.

[7]李一興,葉增明,楊榮蔚,等.組態(tài)軟件在風機測試及控制中的應用與改進[J].風機技術,2001(6):46-48.

[8]王振杰,張超凡.智能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在風機測試中的應用研究[J].價值工程,2013(23):205-206.

[9]華人民共和國機械電子工業(yè)部.GB 10178-88,通風機現(xiàn)場試驗[S].北京:中國標準出版社，1988.

[10]余學文.測定礦井風機風量的靜壓差法[J].江西煤炭科技,2000 (1):30-31.

[11]AMCA.風機效率在實現(xiàn)節(jié)能目標中的作用[C].煙臺:首屆中國風機學術會議,2013.

Integrated Measurement System for the Operational Parameters of a Rail Transit Fan

Chang Liu1Rui Zhang1Hong-tao Jiang2Yong-wei Hui1Shao-xing Wang1Xin-yu Mo1
（1.Guangzhou Metro Group Co.,Ltd.；2.Zhejiang Shangfeng Special Blower Industrial Co.,Ltd.）

This paper focuses on an integrated measurement system for the operational parameters of a rail transit fan including the average pressure and temperature,the static pressure difference,air density,and air flow in the outlet.According to the statistical data from the ammeter,it calculates in real-time the online operational efficiency and provides an important basis for the energy-saving operation of the rail transit fan.

Rail transit fan;operational parameters;efficiency;integrated measurement system

TH413；TK05

：1006-8155-(2017)01-0076-04

ADOI：10.16492/j.fjjs.2017.01.0010

2016-11-20 廣東 廣州 510335