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矿用通风机性能测试特性曲线的自动绘制*

王柏华 李顺才 /徐州师范大学    

摘要:以矿用通风机运转特性为理论基础,采用最小二乘法拟合曲线原理,并用Matlab语言编写程序,绘制出风机装置的实际运转特性曲线。

关键词:通风机;性能测试;特性曲线:自动绘制

中图分类号:TP273   文献标识码:B

The Automatic Drawing of Performance Measuring Characteristic Curve for Mine Fans

Abstract: In terms of the least square method fitting principle, the practical running characteristics curve of mine fans is generated by programming with Matlab tool based on the theory foundation of running characteristics.

Key words: fan ; performance measurement ; characteristic curve ; automatic drawing

0  引言

  新出厂的通风机特性曲线可以从厂家提供的资料或手册中查取,但生产矿井正在使用中的通风机,由于安装质量不同、磨损程度各异,以及安装现场增加了风硐、S型弯道、扩散塔及消声器等附属装置,使得风机实际运转特性曲线与出厂特性曲线有较大差别。因此,必须测定通风机装置的实际运转特性,以供风机运行考核及工况调整时使用。风机性能测试主要测量风机不同工况下的风量、风压和输出功率,并绘制风压—风量、轴功率—风量、效率—风量3条曲线。风机性能测定中有大量的数据要测量和计算处理,风机参数的现场准确测定是基础,后期技术资料的整理尤其是其特性曲线的快速、准确绘制是关键[1]

  在对近百台次矿用通风机的性能测试的基础上,使用Visual Foxpro开发了风机性能测试数据处理系统,并用Matlab绘制风机装置的实际运转特性曲线,具有数据输入和输出灵活、快捷,绘制曲线迅速、准确,对生产现场风机性能测试特性曲线的计算机绘制有一定推广价值。

1  通风机装置实际运转特性曲线函数算法原理

  最小二乘法原理是拟合曲线最常用的方法之一。其主要优点包括计算精度高,可进行方差分析,能检验结果的正确性;不足之处是计算量大,所需数据较多。最小二乘法原理特别适合通风机特性曲线的拟合[2]

1.1  最小二乘法原理

  有N组试验数据xi,yi,其二次方程式为y=a+bx+cx 2 。最小二乘法原理即是为了达到最好的拟合,应使各节点偏差平方和s(a,b,c)为最小。

1.2  通风机实际风压和效率特性方程

  在风机性能测定时,对n个工况点的参数进行了测定,获得n组风机的风压、风量和效率数据,额定转速和标准状态换算后,设为(Q i,p i,)和(Q i,η i),i=1,2,...n

  通风机实际风压特性曲线和效率特性曲线可用二次方程式和三次方程式表达。则用最小二乘法原理拟合出风机的风压特性曲线方程为

  上述特性方程组的解a,b,c即是风机实际风压系数。则风机实际风压特性方程式为p=a+bQ+cQ2

  而风机的效率特性曲线方程为

  上述特性方程组的解A0A1A2A3即是风机实际效率系数。则风机实际效率特性方程式η=A0 +A1Q1+A2Q22+A3Q33

2  Matlab 编程和使用介绍

  Matlab具有可靠的数值计算和符号计算功能,强大的绘图功能,简单的的语言体系和为数众多的应用工具等,使用简单,用户界面良好。

2.1 Matlab 程序(离心通风机测试点为10点)[3-4]

  Clear

  Q(1)=input(’ 输入风量第一点 ’)     E(1)=input(’ 输入全压效率第一点 ’)

  Q(3)=input(’ 输入风量第二点 ’)     E(3)=input(’ 输入全压效率第二点 ’)

  Q(2)=(Q(1)+Q(3))/2                       E(2)=(E(1)+E(3))/2

  Q(5)=input(’ 输入风量第三点 ’)     E(5)=input(’ 输入全压效率第三点 ’)

  Q(4)=(Q(3)+Q(5))/2                         E(4)=(E(3)+E(5))/2

  Q(7)=input(’ 输入风量第四点 ’)      E(7)=input(’ 输入全压效率第四点 ’)

  Q(6)=(Q(5)+Q(7))/2                        E(6)=(E(5)+E(7))/2

  Q(9)=input(’ 输入风量第五点 ’)      E(9)=input(’ 输入全压效率第五点 ’)

  Q(8)=(Q(7)+Q(9))/2                         E(8)=(E(7)+E(9))/2

  Q(11)=input(’ 输入风量第六点 ’)     E(11)=input(’ 输入全压效率第六点 ’)

  Q(10)=(Q(9)+Q(11))/2                     E(10)=(E(9)+E(11))/2

  Q(13)=input(’ 输入风量第七点 ’)     E(13)=input(’ 输入全压效率第七点 ’)

  Q(12)=(Q(11)+Q(13))/2                  E(12)=(E(11)+E(13))/2

  Q(15)=input(’ 输入风量第八点 ’)     E(15)=input(’ 输入全压效率第八点 ’)

  Q(14)=(Q(13)+Q(15))/2                     E(14)=(E(13)+E(15))/2

  Q(17)=input(’ 输入风量第九点 ’)       E(17)=input(’ 输入全压效率第九点 ’)

  Q(16)=(Q(15)+Q(17))/2                    E(16)=(E(15)+E(17))/2

  Q(19)=input(’ 输入风量第十点 ’)       E(19)=input(’ 输入全压效率第十点 ’)

  Q(18)=(Q(17)+Q(19))/2                    E(18)=(E(17)+E(19))/2

  H(1)=input(’ 输入全压第一点 ’)          p1=polyfit(Q,H,4);

  H(3)=input(’ 输入全压第二点 ’)         a4=p1(1)

  H(2)=(H(1)+H(3))/ 2                           a3=p1(2)

  H(5)=input(’ 输入全压第三点 ’)         a2=p1(3);

  H(4)=(H(3)+H(5))/ 2                          a1=p1(4);

  H(7)=input(’ 输入全压第四点 ’)         a0=p1(5);

  H(6)=(H(5)+H(7))/2 Hbest=a4*Q.^4+a3*Q.^3+a2*Q.^2+a1*Q+a0;

  H(9)=input(’ 输入全压第五点 ’)           p2=polyfit(Q,N,4);

  H(8)=(H(7)+H(9))/2                              b4=p2(1)

  H(11)=input(’ 输入全压第六点 ’)         b3=p2(2)

  H(10)=(H(9)+H(11))/2                          b2=p2(3);

  H(13)=input(’ 输入全压第七点 ’)           b1=p2(4);

  H(12)=(H(11)+H(13))/2                          b0=p2(5);

  H(15)=input(’ 输入全压第八点 ’) Nbest=b4*Q.^4+b3*Q.^3+b2*Q.^2+b1*Q+b0;

  H(14)=(H(13)+H(15))/2                            p3=polyfit(Q,E,4);

  H(17)=input(’ 输入全压第九点 ’)              c4=p3(1)

  H(16)=(H(15)+H(17))/ 2                           c3=p3(2)

  H(19)=input(’ 输入全压第十点 ’)              c2=p3(3)

  H(18)=(H(17)+H(19))/ 2                           c1=p3(4)

  N(1)=input(’ 输入轴功率第一点 ’)            c0=p3(5)

  N(3)=input(’ 输入轴功率第二点 ’) Ebest=c4*Q.^4+c3*Q.^3+c2*Q.^2+c1*Q+c0

  N(2)=(N(1)+N(3))/2                                 subplot(3,1,1);

  N(5)=input(’ 输入轴功率第三点 ’)            plot(Q,Nbest,’-’);

  N(4)=(N(3)+N(5))/2                                xlabel(’Q/m^3/s’);

  N(7)=input(’ 输入轴功率第四点 ’)           ylabel(’Paf/kW’);

  N(6)=(N(5)+N(7))/2                                  grid on

  N(9)=input(’ 输入轴功率第五点 ’)            subplot(3,1,2);

  N(8)=(N(7)+N(9))/2 plot(Q,Hbest,’-’);

  N(11)=input(’ 输入轴功率第六点 ’)          xlabel(’Q/m^3/s’);

  N(10)=(N(9)+N(11))/2                             ylabel(’Ptf/Pa’);

  N(13)=input(’ 输入轴功率第七点 ’)          grid on

  N(12)=(N(11)+N(13))/2                           subplot(3,1,3);

  N(15)=input(’ 输入轴功率第八点 ’)          plot(Q,Ebest,’-’);

  N(14)=(N(13)+N(15))/2                           xlabel(’Q/m^3/s’);

  N(17)=input(’ 输入轴功率第九点 ’)          ylabel(’ηtf/%’);

  N(16)=(N(15)+N(17))/2                            grid on

  N(19)=input(’ 输入轴功率第十点 ’)

  N(18)=(N(17)+N(19))/2

2.2 Matlab编程使用介绍[3]

  (1)首先打开Matlab主界面,点击工具栏上的打开按钮,见图1。

  (2)在Matlab的式作目录下的work文件夹下找到要似合的文件,例如轴流通风机,如测试了6个点的数据,则应打开“lixin6”的文件。

  (3)打开文件后,点击工具栏上的“run”按钮,见图2。

  (4)在Matlab的主界面中就会出现“输入风量的第一点”,输入后回车输入第二点,直至全部输完见图3a,则生成曲线图,见图3b。

  (5)在菜单栏中打开“file”,选择“Page Setup…”,点击“fill page”即可把图片充满张纸,见图4。

3  结论

  通风机性能测定中现场参数的准确测试是基础,后期技术资料的整理是关键,尤其是风机特性曲线的准确和快速绘制又是关键中的一环,直接关系到测试结论的精确度。用Matlab语言编程绘制出风机特性曲线,具有操作简单、绘制曲线快、精确度高等特点。

  本文重点介绍了通风机性能测试特性曲线的编程绘制,为风机性能测定提供了可靠保证[5]

参 考 文 献

[1] 马扶南.用三次样条函数作通风机性能曲线拟合[J].风机技术,2002(3):18-19.

[2] 邹德蕴,谢兴华.矿井主通风机性能曲线建模回归分析方法[J].矿业研究与开发,2005(11):34-35.

[3] 袁梅,李希建.煤矿通风机性能测定的计算机处理系统[J].煤,2007(11):12-13.

[4] 杜藏,骆源.科学计算语言Matlab简明教程[M].天津:南开大学出版社,1998.

[5] 国家安全生产监督管理局.煤矿在用主通风机系统安全检测检验规范[M].北京:煤炭工业出版社,2005.

[6] 陈维健,等.测试技术手册[M].徐州:中国矿业大学出版社,1998.

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  评论人:Bradley   打分:85 分  发表时间:2015-8-10 23:39:32
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