压缩机寿命试验装置分析与设计

大型风机结构与气动性能试验分析第一章 绪论1.1 课题研究背景及意义在现代技术的日益进步的情况，风机的存在是必不可少的。风机不仅在各个领域里都占有一席之地，而且正在处于稳步上升发展状态。日常生活中，风机也已经是人类生活不可或缺的一部分了。风机是依靠输入的机械能，提高气体压力并排送气体的机械，它是一种从动的流体机械。风机是我国对气体压缩和气体输送机械的习惯简称，通常所说的风机包括通风机，鼓风机，压缩机以及罗茨鼓风机，离心式风机,回转式风机,水环式风机,但是不包括活塞压缩机等容积式鼓风机和压缩机。气体压缩和气体输送机械是把旋转的机械转换为气体压力能和动能，并将气体输送出去的机械。 图1-1 离心风机风机广泛用于工厂、矿井、隧道、冷却塔、车辆、船舶和建筑物的通风、排尘和冷却；锅炉和工业炉窑的通风和引风；空气调节设备和家用电器设备中的冷却和通风；谷物的烘干和选送；风洞风源和气垫船的充气和推进等。 授课：XXX风机的工作原理与透平压缩机基本相同，只是由于气体流速较低，压力变化不大，一般不需要考虑气体比容的变化，即把气体作为不可压缩流体处理。 图1-2 高压风机授课：XXX图1-3 风机运行曲线风机的性能参数主要有流量、压力、功率，效率和转速。另外，噪声和振动的大小也是主要的风机设计指标。流量也称风量，以单位时间内流经风机的气体体积表示；压力也称风压，是指气体在风机内压力升高值，有静压、动压和全压之分；功率是指风机的输入功率，即轴功率。风机有效功率与轴功率之比称为效率。风机全压效率可达90。1.2 课题研究主要内容我国目前中小容量机组(200MW及以下)在火电厂中占相当大的比例，这些机组的监控模式为模拟控制系统加以常规仪表为主的数据采集系统。这种监控模式存在着检修维护工作量大、没有可靠的历史记录等缺点。而且常规模拟仪表也进入老化淘汰期，设备可靠性明显降低，某些仪表的备品备件也得不到保障，因此中小型机组监控系统的技术改造工作已势在必行。结合我国国情，借鉴国内类似系统的研制经验，开发出一套经济实用的FDC-型分布式发电厂运行实时数据监测系统，既可用于中小机组技术改造，又可应用于变电站、供电局等电力生产、管理部门。图1-4 数据采集系统授课：XXX数据采集是指从传感器和其它待测设备等模拟和数字被测单元中自动采集信息的过程。数据采集系统是结合基于计算机的测量软硬件产品来实现灵活的、用户自定义的测量系统。比如条码机、扫描仪等都是数据采集工具（系统）。 图1-5 数据采集用来批量采集网页，论坛等的内容，直接保存到数据库或发布到网络的一种信息化工具。可以根据用户设定的规则自动采集原网页，获取格式网页中需要的内容，也可以对数据进行处理。比如乐思（Knowlesys）数据采集系统等。目前我国国产机组热控装置的质量和主辅机的可控性不尽人意，设计、安装、调试、运行水平等都存在一些问题，针对这一现状设计了FDC-型分布式发电厂运行实时数据监测系统。它是只有监视功能而没有控制功能的计算机监视系统，即数据采集系统DAS。 该系统可以采集的发电厂运行数据包括电气参数和非电气参数两类。其中电气参数主要有电流、电压、功率、频率等模拟量，断路器状态、隔离开关位置、继电保护动作信号等开关量以及表示电度的脉冲量等。而非电气参数种类较多，既可以是采集火力发电厂运行中的各种温度、压力、流量等热工信号，也可有水电厂中的水位、流速、流量等水工信号，还可以采集诸如绝缘介质状态、气象环境等其它信号。 授课：XXX该系统还包括用VisualC+开发的后台处理软件，主要有数据处理、数据库管理、实时监视、异常处理、统计计算及报表、性能分析及运行指导等功能。该系统具有如下特点： a.数据采集通用性较强。不仅可采集电气量，亦可采集非电气量。电气参数采集用交流离散采样，非电气参数采集采用继电器巡测，信号处理由高精度隔离运算放大器AD202JY调理，线性度好，精度高。 b.整个系统采用分布式结构，软、硬件均采用了模块化设计。数据采集部分采用自行开发的带光隔离的RS-485网，通信效率高，安全性好，结构简单。后台系统可根据实际被监控系统规模大小及要求，构成485网、Novell网及WindowsNT网等分布式网络。由于软、硬件均为分布式、模块化结构，因而便于系统升级、维护，且根据需要组成不同的系统。 c.数据处理在WindowsNT平台上采用VisualC+语言编程，处理能力强、速度快、界面友好，可实现网络数据共享。 d.整个系统自行开发，符合我国国情。对发电厂原有系统的改动很小，系统造价较低，比较适合中小型发电厂技术改造需要。1.3 风机概述风机主要由风叶、百叶窗、开窗机构、电机、皮带轮、进风罩、内框架、机壳、安全网等部件组成。开机时由电机驱动风叶旋转，并使开窗机构打开百叶窗排风。停机时百叶窗自动关闭。 风机按使用材质分类可以分好几种，如铁壳风机（普通风机）、玻璃钢风机、塑料风机、铝风机、不锈钢风机等等 风机分类可以按气体流动的方向，分为离心式、轴流式、斜流式（混流式）和横流式等类型。 风机根据气流进入叶轮后的流动方向分为：轴流式风机、离心式风机和斜流(混流)式风机。 授课：XXX风机按用途分为压入式局部风机(以下简称压入式风机)和隔爆电动机置于流道外或在流道内，隔爆电动机置于防爆密封腔的抽出式局部风机(以下简称抽出式风机)。 风机按照加压的形式也可以分单级、双级或者多级加压风机。如4-72是单级加压，罗茨风机则是多级加压风机 风机按照用途划分可以分为：轴流风机、混流风机、罗茨风机、屋顶风机、空调风机等。 风机按压力可分为低压风机,中压风机,高压风机。风机选型是一个技术性很强的工作，具体的选型方法也很多，比如：按无因次特性曲线选型、按对数坐标曲线选型、按有因次特性曲线或性能表选型、变型选型、按管网阻力选型等，目前还有通过Web网上选型系统和运用专门的选型软件来选型。方法纷繁复杂，有的方法的掌握需要一定的专业知识。 对于一般业务人员，熟悉和掌握有因次性能表选型和风机专门的选型软件两种方法就可以了。这两种方法简单容易操作。选用风机时，首先根据所需要风机的风量、全压这两个基本参数，就可以通过风机的有因次性能表（各家风机产品说明书都有相关数据）确定风机的型号和机号，这时可能不止一个产品满足要求；这时再结合风机用途、工艺要求、使用场合等，选择风机的种类、机型以及结构材质等以符合所需的工作条件，力求使风机的额定流量和额定压力，尽量接近工艺要求的流量和压力，从而使风机运行时使用工况点接近风机特性的高效区。具体原则如下： 在选择通风机前，应了解国内通风机的生产和产品质量情况，如生产的通风机品种、规格和各种产品的特殊用途，新产品的发展和推广情况等，还应充分考虑环保的要求，以便择优选用风机。 根据通风机输送气体的物理、化学性质的不同，选择不同用途的通风机。如输送有爆炸和易燃气体的应选防爆通风机；排尘或输送煤粉的应选择排尘或煤粉通风机；输送有腐蚀性气体的应选择防腐通风机；在高温场合下工作或输送高温气体的应选择高温通风机等。 授课：XXX在通风机选择性能图表上查得有二种以上的通风机可供选择时，应优先选择效率较高、机号较小：调节范围较大的一种，当然还应加以比较，权衡利弊而决定。 如果选定的风机叶轮直径较原有风机的叶轮直径偏大很多时，为了利用原有电动机轴、轴承及支座等，必须对电动机启动时间、风机原有部件的强度及轴的临界转速等进行核算。 选择离心式通风机时，当其配用的电机功率小于或等于75KW时，可不装设仅为启动用的阀门。当排送高温烟气或空气而选择离心锅炉引风机时，应设启动用的阀门，以防冷态运转时造成过载。 对有消声要求的通风系统，应首先选择效率高、叶轮圆周速度低的通风机，且使其在最高效率点工作；还应根据通风系统产生的噪声和振动的传播方式，采取相应的消声和减振措施。通风机和电动机的减振措施，一般可采用减振基础，如弹簧减振器或橡胶减振器等。 在选择通风机时，应尽量避免采用通风机并联或串联工作。当不可避免时，应选择同型号、同性能的通风机联合工作。当采用串联时，第一级通风机到第二级通风机之间应有一定的管路联结。 所选用的新风机应考虑充分利用原有设备、适合现场制作安装及安全运行等问题。第2章 大型风机气动性能测试系统结构分析2.1 轴流风机风管出气试验系统介绍轴流风机，就是与风叶的轴同方向的气流，如电风扇，空调外机风扇就是轴流方式运行风机。之所以称为“轴流式”，是因为气体平行于风机轴流动。轴流式风机通常用在流量要求较高而压力要求较低的场合。轴流式风机固定位置并使空气移动授课：XXX。图2-1 气动通风机轴流式风机叶片的工作方式与飞机的机翼类似。但是，后者是将升力向上作用于机翼上并支撑飞机的重量，而轴流式风机则固定位置并使空气移动。 轴流式风机的横截面一般为翼剖面。叶片可以固定位置，也可以围绕其纵轴旋转。叶片与气流的角度或者叶片间距可以不可调或可调。改变叶片角度或间距是轴流式风机的主要优势之一。小叶片间距角度产生较低的流量，而增加间距则可产生较高的流量。 先进的轴流式风机能够在风机运转时改变叶片间距（这与直升机旋翼颇为相似），从而相应地改变流量。这称为动叶可调(VP)轴流式风机。 轴流风机又叫局部通风机，是工矿企业常用的一种风机，安不同于一般的风机它的电机和风叶都在一个圆筒里，外形就是一个筒形，用于局部通风，安装方便，通风换气效果明显，安全，可以接风筒把风送到指定的区域。轴流式通风机工作时，动力机驱动叶轮在圆筒形机壳内旋转，气体从集流器进入，通过叶轮获得能量，提高压力和速度，然后沿轴向排出。轴流通风机的布置形式有立式、卧式和倾斜式三种，小型的叶轮直径只有100毫米左右，大型的可达20米以上。小型低压轴流通风机由叶轮、机壳和集流器等部件组成，通常安装在建筑物的墙壁或天花板上；大型高压轴流通风机由集流器、叶轮、流线体、机壳、扩散筒和传动部件组成。叶片均匀布置在轮毂上，数目一般为224。叶片越多，风压越高；叶片安装角一般为10授课：XXX45，安装角越大，风量和风压越大。轴流式通风机的主要零件大都用钢板焊接或铆接而成。图2-2 风机风管出气试验系统性能测试性能测试是通过自动化的测试工具模拟多种正常、峰值以及异常负载条件来对系统的各项性能指标进行测试。负载测试和压力测试都属于性能测试，两者可以结合进行。通过负载测试，确定在各种工作负载下系统的性能，目标是测试当负载逐渐增加时，系统各项性能指标的变化情况。压力测试是通过确定一个系统的瓶颈或者不能接收的性能点，来获得系统能提供的最大服务级别的测试。授课：XXX图2-3 性能测试图象1性能测试在软件的质量保证中起着重要的作用，它包括的测试内容丰富多样。中国软件评测中心将性能测试概括为三个方面：应用在客户端性能的测试、应用在网络上性能的测试和应用在服务器端性能的测试。通常情况下，三方面有效、合理的结合，可以达到对系统性能全面的分析和瓶颈的预测。目的是验证软件系统是否能够达到用户提出的性能指标，同时发现软件系统中存在的性能瓶颈，优化软件，最后起到优化系统的目的。 包括以下几个方面 ：评估系统的能力，测试中得到的负荷和响应时间数据可以被用于验证所计划的模型的能力，并帮助作出决策。识别体系中的弱点：受控的负荷可以被增加到一个极端的水平，并突破它，从而修复体系的瓶颈或薄弱的地方。系统调优：重复运行测试，验证调整系统的活动得到了预期的结果，从而改进性能。 检测软件中的问题：长时间的测试执行可导致程序发生由于内存泄露引起的失败，揭示程序中的隐含的问题或冲突。验证稳定性（resilience）可靠性（reliability）：在一个生产负荷下执行测试一定的时间是评估系统稳定性和可靠性是否满足要求的唯一方法。 图2-4 性能测试图象2性能测试主要是通过自动化的测试工具模拟多种正常、峰值以及异常负载条件来对系统的各项性能指标进行测试。负载测试和压力测试都属于性能测试，两者可以结合进行。在实际中作中我们经常会对两种类型软件进行测试：bs和cs，这两方面的性能指标一般需要哪些内容呢？ 授课：XXXBs结构程序一般会关注的通用指标如下（简）： Web服务器指标指标： * Avg Rps: 平均每秒钟响应次数总请求时间 / 秒数； * Avg time to last byte per terstion （mstes）:平均每秒业务角本的迭代次数 ,有人会把这两者混淆； * Successful Rounds：成功的请求； * Failed Rounds ：失败的请求； * Successful Hits ：成功的点击次数； * Failed Hits ：失败的点击次数； * Hits Per Second ：每秒点击次数； * Successful Hits Per Second ：每秒成功的点击次数； * Failed Hits Per Second ：每秒失败的点击次数； * Attempted Connections ：尝试链接数； CS结构程序，由于一般软件后台通常为数据库，所以我们更注重数据库的测试指标： * User 0 Connections ：用户连接数，也就是数据库的连接数量； * Number of deadlocks：数据库死锁； * Butter Cache hit ：数据库Cache的命中情况授课：XXX2.2 试验依据的标准与测量参数分析Aerodynamic Acceptance TestPage 2 of 43.Symbols and SubscriptsSYMBOLDESCRIPTIONSIAArea of cross sectionm2DDiameter and equivalent diametermDhHydraulic diametermfCoefficient of frictiondimensionlessHFan power inputWHOFan power outputWKpCompressibility coefficientdimensionlessLeEquivalent length of straightenermLX,XLength of duct between planes X and XmNRotational speedrpmnNumber of readingsdimensionlessPsFan static pressure PaPsXStatic pressure at plane XPaPtFan total pressurePaPtXTotal pressure at plane XPaPVFan velocity pressurePaPVXVelocity pressure at plane XPapbCorrected barometric pressurePapeSaturated vapor pressure at twPappPartial vapor pressurePaQFan airflow ratem3/sQXAirflow rate at plane Xm3/sRGas constantJ/kgKReReynolds numberdimensionaltdDry-bulb temperatureCtwWet-bulb temperatureCTTorque input to motorNmxFunction used to determine KpdimensionlessRatio of specific heatsdimensionlessMotor efficiencydimensionlesstFan total efficiencydimensionlessFan air densitykg/m3XAir density at plane Xkg/m3ProjectRev.Dwg. No.Sheet No/ of Sheets授课：XXXDwg. No.CAD File (Y/N):ScaleFormatAerodynamic Acceptance Test4. Evaluation of measured values, Method of evaluation, Determination of volume flow Flow rate m3/s m3/s Pa kg/m3 kg/m3 Pa Pa PaProjectRev.Dwg. No.Sheet No/ of SheetsDwg. No.授课：XXXCAD File (Y/N):ScaleFormatAerodynamic Acceptance Test Total pressure increase of the fan Pa mbar Pa Fan power output kW Fan power input kW Fan total efficiency % m3/s Pa授课：XXX测量参数*1.大气压力大气压力(atmospheric pressure.barometric pressure)是地球表面覆盖有一层厚厚的由空气组成的大气层。在大气层中的物体，都要受到空气分子撞击产生的压力。也可以认为，大气压力是大气层中的物体受大气层自身重力产生的作用于物体上的压力。由于地心引力作用，距地球表面近的地方，地球吸引力大，空气分子的密集程度高，撞击到物体表面的频率高，由此产生的大气压力就大。距地球表面远的地方，地球吸引力小，空气分子的密集程度低，撞击到物体表面的频率也低，由此产生的大气压力就小。因此在地球上不同高度的大气压力是不同的，位置越高大气压力越小。此外，空气的温度和湿度对大气压力也有影响。 在物理学中，把纬度为45度海平面（即海拔高度为零）上的常年平均大气压力规定为1标准大气压（atm）。此标准大气压为一定值。其值为 1标准大气压=760毫米汞柱 =1.033工程大气压 =1.0133 X 10的5次方帕0.10133MPa。*2.大气温度湿度所谓大气湿度就是指空气中的潮湿程度，它表示当时大气中水汽含量距离大气饱和的程度，一般用相对湿度百分比来表示大气湿度的程度。在一定气温下，大气中相对湿度越小，水汽蒸发也就越快；反之，大气中相对湿度越大，水汽蒸发也就越慢。在人们实际生活中，冬春季会感到空气干燥，夏季出现天气闷热的现象，这都是由于大气中湿度的变化在起作用。*3.进气静压进气口处流体在静止时所产生的压力*4.出气静压出气口流体在静止时所产生的压力授课：XXX*5.出口动压物体在流体中运动时，在正对流动运动的方向的表面，流体完全受阻，此处的流体速度为0，其动能转变为压力能，压力增大，其压力称为全受阻压力（简称全压或总压，用P表示），它与未受扰动处的压力（即静压，用P静表示）之差，称为动压（用P动表示）。*6.进口温度*7.出口温度*8.风机转速2.3 轴流风机主要组成部件功能分析大型风机气动性能试验数据采集与处理系统的主要组成部件有测量管路连接，测试台架，变送器信号，多通道数据I/O单元，远程监控计算机，现场监控计算机，冗余监视计算机，以太网等部件组成。下面专门解释一下以太网。以太网(Ethernet)指的是由Xerox公司创建并由Xerox、Intel和DEC公司联合开发的基带局域网规范，是当今现有局域网采用的最通用的通信协议标准。以太网络使用CSMA/CD(载波监听多路访问及冲突检测)技术，并以10M/S的速率运行在多种类型的电缆上。以太网与IEEE8023系列标准相类似。图2-5 以太网以太网技术的最初进展来自于施乐帕洛阿尔托研究中心的许多先锋技术项目中的一个。人们通常认为以太网发明于1973年，当年罗伯特授课：XXX梅特卡夫(Robert Metcalfe)给他PARC的老板写了一篇有关以太网潜力的备忘录。但是梅特卡夫本人认为以太网是之后几年才出现的。在1976年，梅特卡夫和他的助手David Boggs发表了一篇名为以太网：局域计算机网络的分布式包交换技术的文章。1977年底，梅特卡夫和他的合作者获得了“具有冲突检测的多点数据通信系统”的专利，多点传输系统被称为CSMA/CD(带冲突检测的载波侦听多路访问)。从此标志以太网的诞生。 1979年，梅特卡夫为了开发个人电脑和局域网离开了施乐，成立了3Com公司。3com对迪吉多, 英特尔, 和施乐进行游说，希望与他们一起将以太网标准化、规范化。这个通用的以太网标准于1980年9月30日出台。当时业界有两个流行的非公有网络标准令牌环网和ARCNET，在以太网大潮的冲击下他们很快萎缩并被取代。而在此过程中，3Com也成了一个国际化的大公司。 梅特卡夫曾经开玩笑说，Jerry Saltzer为3Com的成功作出了贡献。Saltzer在一篇与他人合著的很有影响力的论文中指出，在理论上令牌环网要比以太网优越。受到此结论的影响，很多电脑厂商或犹豫不决或决定不把以太网接口做为机器的标准配置，这样3Com才有机会从销售以太网网卡大赚。这种情况也导致了另一种说法“以太网不适合在理论中研究，只适合在实际中应用”。也许只是句玩笑话，但这说明了这样一个技术观点：通常情况下，网络中实际的数据流特性与人们在局域网普及之前的估计不同，而正是因为以太网简单的结构才使局域网得以普及。梅特卡夫和Saltzer曾经在麻省理工学院 MAC项目(Project MAC)的同一层楼里工作，当时他正在做自己的哈佛大学毕业论文，在此期间奠定了以太网技术的理论基础。 它不是一种具体的网络，是一种技术规范。 该标准定义了在局域网（LAN）中采用的电缆类型和信号处理方法。以太网在互联设备之间以10100Mbps的速率传送信息包，双绞线电缆10 Base T以太网由于其低成本、高可靠性以及10Mbps的速率而成为应用最为广泛的以太网技术。直扩的无线以太网可达11Mbps，许多制造供应商提供的产品都能采用通用的软件协议进行通信，开放性最好。 授课：XXX为什么叫以太网？ 以太网这个名字，起源于一个科学假设：声音是通过空气传播的，那么光呢？在外太空没有空气光也可以传播。于是，有人说光是通过一种叫以太的物质传播。后来，爱因斯坦证明以太根本就不存在。 大家知道，声音是通过空气传播的，那么光是通过什么传播的呢？ 在牛顿运动定律中，物体的运动是相对的。比如，地铁车厢里面的人看见您在车厢里原地踏步走，而位于车厢外面的人却看见你以120公里每小时的速度前进。 但光的运动并不是这样，您无论以什么物体作为参照物，它的运动速度始终都是299 792 458 米 / 秒。这个问题困惑了很多科学家，难道牛顿定律失灵了？一个来自瑞士专利局的职员，名叫爱因斯坦的人在1905年发表了篇论文，文中提到，无论观察者以何种速度运动，相对于他们而言，光的速度是恒久不变的，相对论便由此诞生了。 这简单的理念有一些非凡的结论。可能最著名者莫过于质量和能量的等价，用爱因斯坦的方程来表达就是Emc2（E是能量，m是质量，c是光速），以及没有任何东西能运动得比光还快的定律。由于能量和质量的等价，物体由于它的运动所具的能量应该加到它的质量上面去。换言之，要加速它将变得更为困难。这个效应只有当物体以接近于光速的速度运动时才有实际的意义。例如，以10光速运动的物体的质量只比原先增加了0.5，而以90光速运动的物体，其质量变得比正常质量的2倍还多。当一个物体接近光速时，它的质量上升得越来越快，它需要越来越多的能量才能进一步加速上去。有鉴于此，以太网的命名也就是一个笑话。但以太网并不会消失，它正随着人们追求高速度而不断的进行蜕变。以前，只要数据链路层遵从CSMA/CD协议通信，那么它就可以被称为以太网，但随着接入共享网络设备的增加，冲突会使网络的传输效率越来越低。未来，以太网会披上光的外衣，飞的更快。授课：XXX第3章 数据采集系统部件结构分析3.1 毕托管（测量仪器）毕托管又叫皮托管，是实验室内量测时均点流速常用的仪器。这种仪器是1730年由享利毕托(Henri Pitot)所首创，后经200多年来各方面的改进，目前已有几十种型式。下面介绍一种常用的毕托管，这种毕托管又称为普朗特(L. Prandtl)毕托管。普朗特毕托管的构造如图1(a)所示，由图可以看出这种毕托管是由两根空心细管组成。细管1为总压管，细管2为测压管。量测流速时使总压管下端出口方向正对水流流速方向，测压管下端出口方向与流速垂直。在两细管上端用橡皮管分别与压差计的两根玻璃管相连接。用毕托管量测水流流速时，必须首先将毕托管及橡皮管内的空气完全排出，然后将毕托管的下端放入水流中，并使总压管的进口正对测点处的流速方向。此时压差计的玻璃管中水面即出现高差h。如果所测点的流速较小，h的值也较小。为了提高量测精度，可将压差计的玻璃管倾斜放置。 图3-1 毕托管优点：能测得流体总压和静压之差的复合测压管。 结构简单，使用、制造方便，价格便宜，只要精心制造并雅阁标定和适当修改，在一定的速度范围之内，它可以达到较高的测速精度。 授课：XXX缺点：用毕托管测流速时，仪器本身对流场会产生扰动，这是使用这种方法测流速的一个缺点。3.2 数据采集系统表3-1序号名称数量型号测量范围精度1信号调理箱2大气压力变送器EJA310+/-0.075% (F.S.)3温湿度变送器HMT100+/-0.05% (F.S.)4转速*1WO-DNPW20-3000rpm+/-0.1% (F.S.)5静压变送器1*EJA110A-2-0KPA+/-0.075% (F.S.)JYB3151+/-0.2% (F.S.)6静压变送器4EJX3100-35KPA+/-0.04%(F.S.)JYB-KB-HAG+/-0.2% (F.S.)7动压变送器24EJA110A0-2KPA+/-0.075% (F.S.)JYB3151+/-0.2% (F.S.)*8高精度手持压力计2DPI8029温度变送器4YTA310-10-150+/-0.05%(F.S.)JWB-KP-A+/-0.25% (F.S.)10多通道数据采集仪器DA100+/-0.05%(F.S.)KSL+/-0.2% (F.S.)11高精度电源*1N5772A授课：XXX12大屏幕显示器或投影显示系统113多路视频分频器114笔记本电脑*2IBM15打印机*1CANON尽管系统一词频繁出现在社会生活和学术领域中，但不同的人在不同的场合往往赋予它不同的含义。长期以来，系统概念的定义和其特征的描述尚无统一规范的定论。一般我们采用如下的定义：系统是由一些相互联系、相互制约的若干组成部分结合而成的、具有特定功能的一个有机整体（集合）。 图3-2 系统原理图系统: 有条理；有顺序：系统知识系统研究。同类事物按一定的秩序和内部联系组合而成的整体：循环系统商业系统组织系统系统工程。由要素组成的有机整体。与要素相互依存相互转化，一系统相对较高一级系统时是一个要素(或子系统)，而该要素通常又是较低一级的系统。系统最基本的特性是整体性，其功能是各组成要素在孤立状态时所没有的。它具有结构和功能在涨落作用下的稳定性，具有随环境变化而改变其结构和功能的适应性，以及历时性。多细胞生物体内由几种器官按一定顺序完成一种或几种生理功能的联合体。如高等动物的呼吸系统包括鼻、咽、喉、气管、支气管和肺，能进行气体交换。 授课：XXX系统：不同结构不同性质不同功能等不同的东西，但又能协调统一到一起，有联系有区分有上下左右结构层次区别的，能构互相转换互相循环，有主有次有前沿有源头，等像水系，像自然运转这样的结构层次的东西，称之为系统！一个系统是由许多相互关联又相互作用的部分所组成的不可分割的整体，较复杂的系统可进一步划分成更小、更简单的次系统，许多系统可组织成更复杂的超系统。 我们可以从三个方面理解系统的概念： 系统是由若干要素（部分）组成的。这些要素可能是一些个体、元件、零件，也可能其本身就是一个系统（或称之为子系统）。如运算器、控制器、存储器、输入/输出设备组成了计算机的硬件系统，而硬件系统又是计算机系统的一个子系统。 系统有一定的结构。一个系统是其构成要素的集合，这些要素相互联系、相互制约。系统内部各要素之间相对稳定的联系方式、组织秩序及失控关系的内在表现形式，就是系统的结构。例如钟表是由齿轮、发条、指针等零部件按一定的方式装配而成的，但一堆齿轮、发条、指针随意放在一起却不能构成钟表；人体由各个器官组成，单个各器官简单拼凑在一起不能成其为一个有行为能力的人。 系统有一定的功能，或者说系统要有一定的目的性。 系统的功能是指系统与外部环境相互联系和相互作用中表现出来的性质、能力、和功能。例如信息系统的功能是进行信息的收集、传递、储存、加工、维护和使用，辅助决策者进行决策，帮助企业实现目标。 与此同时，我们还要从以下几个方面对系统进行理解：系统由部件组成，部件处于运动之中；部件间存在着联系；系统各主量和的贡献大于各主量贡献的和，即常说的1+12；系统的状态是可以转换、可以控制的。 系统在实际应用中总是以特定系统出现的，如消化系统、生物系统、教育系统等，其前面的修饰词描述了研究对象的物质特点，即“物性”， 而“系统”一词则表征所述对象的整体性。对某一具体对象的研究，既离不开对其物性的描述，也离不开对其系统性的描述。系统科学研究将所有实体作为整体对象的特征，如整体与部分、结构与功能、稳定与演化等等。授课：XXX 图3-3系统架构图本系统用于信号采集的所有压力变送器、温度变送器以及电量状态传感器安装在可移动的信号调理箱内，变送信号以电流方式送多通道数据 I/O 单元。多通道数据 I/O 单元预留输出控制信号，可供变频器等执行机构扩展。多通道数据 I/O单元通过 485 总线与现场监控计算机完成数据交换。可设一台或者多台现场冗余计算机连接 485 总线，并同时进行数据采样。现场可以通过视频输出将监控画面通过大屏幕平面显示器或者投影仪进行扩展。远程监控计算机可以通过以太网与现场监控计算机共享并交换数据。3.3 数据分析授课：XXX采用 Labview 构建采集系统上位机软件。图的软件界面样图仅供参考，信号显示方式以及类型量程等都可以根据要求设定。显示布局会根据实际系统要求进行修改。图3-4 软件界面图样上位机软件可以完成如下功能：*1.信号采集（采集周期=0.5s）*2.采样补偿与数字滤波*3.数据实时显示*4.数据记录保存（Excel 格式或者用户定义格式）*5.数据远程共享其中，功能 1 2 3 4 为现场监控计算机上的软件实现，功能 5 需要在远程监控计算机上开发上位机软件与现场监控计算机配合实现。数据冗余记录功能可以使用现场监控计算机上的软件在另一台计算机上进行相关配置并完成。授课：XXX3.4 人机交互人机交互、人机互动（英文：HumanComputer Interaction或HumanMachine Interaction，简称HCI或HMI），是一门研究系统与用户之间的交互关系的学问。系统可以是各种各样的机器，也可以是计算机化的系统和软件。人机交互界面通常是指用户可见的部分。用户通过人机交互界面与系统交流，并进行操作。小如收音机的播放按键，大至飞机上的仪表板、或是发电厂的控制室。人机交互界面的设计要包含用户对系统的理解（即心智模型），那是为了系统的可用性或者用户友好性。图3-5 基本监控操作接口人机交互（Human-Computer Interaction, 简写HCI）：是研究关于设计、评价和实现供人们使用的交互计算系统以及有关这些现象进行研究的科学。操作系统的人机交互功能是决定计算机系统“友善性”的一个重要因素。人机交互功能主要靠可输入输出的外部设备和相应的软件来完成。可供人机交互使用的设备主要有键盘显示、鼠标、各种模式识别设备等。与这些设备相应的软件就是操作系统提供人机交互功能的部分。人机交互部分的主要作用是控制有关设备的运行和理解并执行通过人机交互设备传来的有关的各种命令和要求。早期的人机交互设施是键盘显示器。操作员通过键盘打入命令，操作系统接到命令后立即执行并将结果通过显示器显示。打入的命令可以有不同方式，但每一条命令的解释是清楚的，唯一的。 授课：XXX随着计算机技术的发展，操作命令也越来越多，功能也越来越强。随着模式识别，如语音识别、汉字识别等输入设备的发展，操作员和计算机在类似于自然语言或受限制的自然语言这一级上进行交互成为可能。此外，通过图形进行人机交互也吸引着人们去进行研究。这些人机交互可称为智能化的人机交互。这方面的研究工作正在积极开展。59年美国学者B.Shackel从人在操纵计算机时如何才能减轻疲劳出发，提出了被认为是人机界面的第一篇文献的关于计算机控制台设计的人机工程学的论文。1960年，Liklider JCK首次提出人机紧密共栖（Human-Computer Close Symbiosis）的概念，被视为人机界面学的启蒙观点。1969年在英国剑桥大学召开了第一次人机系统国际大会，同年第一份专业杂志国际人机研究（IJMMS）创刊。可以说，1969年是人机界面学发展史的里程碑。 在1970年成立了两个HCI研究中心：一个是英国的Loughbocough大学的HUSAT研究中心，另一个是美国Xerox公司的Palo Alto研究中心。 1970年到1973年出版了四本与计算机相关的人机工程学专著，为人机交互界面的发展指明了方向。 20世纪80年代初期，学术界相继出版了六本专著，对最新的人机交互研究成果进行了总结。人机交互学科逐渐形成了自己的理论体系和实践范畴的架构。理论体系方面，从人机工程学独立出来，更加强调认知心理学以及行为学和社会学的某些人文科学的理论指导；实践范畴方面，从人机界面（人机接口）拓延开来，强调计算机对于人的反馈交互作用。人机界面一词被人机交互所取代。HCI中的I，也由Interface(界面/接口)变成了Interaction(交互)。 授课：XXX20世纪90年代后期以来，随着高速处理芯片，多媒体技术和Internet Web技术的迅速发展和普及，人机交互的研究重点放在了智能化交互，多模态（多通道）-多媒体交互，虚拟交互以及人机协同交互等方面，也就是放在以人为在中心的人机交互技术方面。 第4章 大型风机气动性能试验测试工艺分析4.1 标准规定授课：XXX图4-1 标准规定1授课：XXX图4-2 标准规定2授课：XXX图4-3 标准规定3授课：XXX图4-4 标准规定4授课：XXX图4-5 标准规定5授课：XXX图4-6 标准规定6授课：XXX4.2 不确定性原理又名“测不准原理”、“不确定关系”,英文Uncertainty principle，是量子力学的一个基本原理，由德国物理学家海森堡于1927年提出。本身为傅立叶变换导出的基本关系：若复函数f(x)与F(k)构成傅立叶变换对，且已由其幅度的平方归一化（即f*(x)f(x)相当于x的概率密度；F*(k)F(k)/2相当于k的概率密度，*表示复共轭），则无论f(x)的形式如何，x与k标准差的乘积xk不会小于某个常数（该常数的具体形式与f(x)的形式有关）。该原理表明：一个微观粒子的某些物理量（如位置和动量，或方位角与动量矩，还有时间和能量等），不可能同时具有确定的数值，其中一个量越确定，另一个量的不确定程度就越大。测量一对共轭量的误差（标准差）的乘积必然大于常数 h/4 （h是普朗克常数）是海森堡在1927年首先提出的，它反映了微观粒子运动的基本规律以共轭量为自变量的概率幅函数（波函数）构成傅立叶变换对；以及量子力学的基本关系（E=h/2*，p=h/2*k），是物理学中又一条重要原理。 海森伯在创立矩阵力学时，对形象化的图象采取否定态度。但他在表述中仍然需要使用“坐标”、“速度”之类的词汇，当然这些词汇已经不再等同于经典理论中的那些词汇。可是，究竟应该怎样理解这些词汇新的物理意义呢？海森伯抓住云室实验中观察电子径迹的问题进行思考。他试图用矩阵力学为电子径迹作出数学表述，可是没有成功。这使海森伯陷入困境。他反复考虑，意识到关键在于电子轨道的提法本身有问题。人们看到的径迹并不是电子的真正轨道，而是水滴串形成的雾迹，水滴远比电子大，所以人们也许只能观察到一系列电子的不确定的位置，而不是电子的准确轨道。因此，在量子力学中，一个电子只能以一定的不确定性处于某一位置，同时也只能以一定的不确定性具有某一速度。可以把这些不确定性限制在最小的范围内，但不能等于零。这就是海森伯对不确定性最初的思考。据海森伯晚年回忆，爱因斯坦1926年的一次谈话启发了他。爱因斯坦和海森伯讨论可不可以考虑电子轨道时，曾质问过海森伯：“难道说你是认真相信只有可观察量才应当进入物理理论吗？”对此海森伯答复说：授课：XXX“你处理相对论不正是这样的吗？你曾强调过绝对时间是不许可的，仅仅是因为绝对时间是不能被观察的。”爱因斯坦承认这一点，但是又说：“一个人把实际观察到的东西记在心里，会有启发性帮助的在原则上试图单靠可观察量来建立理论，那是完全错误的。实际上恰恰相反，是理论决定我们能够观察到的东西只有理论，即只有关于自然规律的知识，才能使我们从感觉印象推论出基本现象。” 海森伯在1927年的论文一开头就说：“如果谁想要阐明一个物体的位置（例如一个电子的位置）这个短语的意义，那么他就要描述一个能够测量电子位置的实验，否则这个短语就根本没有意义。”海森伯在谈到诸如位置与动量，或能量与时间这样一些正则共轭量的不确定关系时，说：“这种不确定性正是量子力学中出现统计关系的根本原因。” 海森伯测不准原理是通过一些实验来论证的。设想用一个射线显微镜来观察一个电子的坐标，因为射线显微镜的分辨本领受到波长的限制，所用光的波长越短，显微镜的分辨率越高，从而测定电子坐标不确定的程度q就越小，所以q。但另一方面，光照射到电子，可以看成是光量子和电子的碰撞，波长越短，光量子的动量就越大，所以有p1/。经过一番推理计算，海森伯得出：qph/4。海森伯写道：“在位置被测定的一瞬，即当光子正被电子偏转时，电子的动量发生一个不连续的变化，因此，在确知电子位置的瞬间，关于它的动量我们就只能知道相应于其不连续变化的大小的程度。于是，位置测定得越准确，动量的测定就越不准确，反之亦然。” 海森伯还通过对确定原子磁矩的斯特恩-盖拉赫实验的分析证明，原子穿过偏转所费的时间T越长，能量测量中的不确定性E就越小。再加上德布罗意关系h/p，海森伯得到ETh/2，并且作出结论：“能量的准确测定如何，只有靠相应的对时间的测不准量才能得到。” 海森伯的测不准原理得到了玻尔的支持，但玻尔不同意他的推理方式，认为他建立测不准关系所用的基本概念有问题。双方发生过激烈的争论。玻尔的观点是测不准关系的基础在于波粒二象性，他说：“这才是问题的核心。”而海森伯说：“我们已经有了一个贯彻一致的数学推理方式，它把观察到的一切告诉了人们。在自然界中没有什么东西是这个数学推理方式不能描述的。授课：XXX”玻尔则说：“完备的物理解释应当绝对地高于数学形式体系。” 玻尔更着重于从哲学上考虑问题。1927年玻尔作了量子公设和原子理论的新进展的演讲，提出著名的互补原理。他指出，在物理理论中，平常大家总是认为可以不必干涉所研究的对象，就可以观测该对象，但从量子理论看来却不可能，因为对原子体系的任何观测，都将涉及所观测的对象在观测过程中已经有所改变，因此不可能有单一的定义，平常所谓的因果性不复存在。对经典理论来说是互相排斥的不同性质，在量子理论中却成了互相补充的一些侧面。波粒二象性正是互补性的一个重要表现。测不准原理和其它量子力学结论也可从这里得到解释。 科学理论，特别是牛顿引力论的成功，使得法国科学家拉普拉斯侯爵在19世纪初论断，宇宙是完全被决定的。他认为存在一组科学定律，只要我们完全知道宇宙在某一时刻的状态，我们便能依此预言宇宙中将会发生的任一事件。例如，假定我们知道某一个时刻的太阳和行星的位置和速度，则可用牛顿定律计算出在任何其他时刻的太阳系的状态。这种情形下的宿命论是显而易见的，但拉普拉斯进一步假定存在着某些定律，它们类似地制约其他每一件东西，包括人类的行为。 很多人强烈地抵制这种科学宿命论的教义，他们感到这侵犯了上帝干涉世界的自由。但直到20世纪初，这种观念仍被认为是科学的标准假定。这种信念必须被抛弃的一个最初的征兆，是由英国科学家瑞利勋爵和詹姆斯金斯爵士所做的计算，他们指出一个热的物体例如恒星必须以无限大的速率辐射出能量。按照当时我们所相信的定律，一个热体必须在所有的频段同等地发出电磁波（诸如无线电波、可见光或X射线）。例如，一个热体在1万亿赫兹到2万亿赫兹频率之间发出和在2万亿赫兹到3万亿赫兹频率之间同样能量的波。而既然波的频谱是无限的，这意味着辐射出的总能量必须是无限的。 为了避免这显然荒谬的结果，德国科学家马克斯普郎克在1900年提出，光波、X射线和其他波不能以任意的速率辐射，而必须以某种称为量子的形式发射。并且，每个量子具有确定的能量，波的频率越高，其能量越大。这样，在足够高的频率下，辐射单独量子所需要的能量比所能得到的还要多。因此，在高频下辐射被减少了，物体丧失能量的速率变成有限的了。 授课：XXX量子假设可以非常好地解释所观测到的热体的发射率，但直到1926年另一个德国科学家威纳海森堡提出著名的不确定性原理之后，它对宿命论的含义才被意识到。为了预言一个粒子未来的位置和速度，人们必须能准确地测量它现在的位置和速度。显而易见的办法是将光照到这粒子上，一部分光波被此粒子散射开来，由此指明它的位置。然而，人们不可能将粒子的位置确定到比光的两个波峰之间距离更小的程度，所以必须用短波长的光来测量粒子的位置。现在，由普郎克的量子假设，人们不能用任意少的光的数量，至少要用一个光量子。这量子会扰动这粒子，并以一种不能预见的方式改变粒子的速度。而且，位置测量得越准确，所需的波长就越短，单独量子的能量就越大，这样粒子的速度就被扰动得越厉害。换言之，你对粒子的位置测量得越准确，你对速度的测量就越不准确，反之亦然。海森堡指出，粒子位置的不确定性乘上粒子质量再乘以速度的不确定性不能小于一个确定量普郎克常数。并且，这个极限既不依赖于测量粒子位置和速度的方法，也不依赖于粒子的种类。海森堡不确定性原理是世界的一个基本的不可回避的性质。 不确定性原理对我们世界观有非常深远的影响。甚至到了50多年之后，它还不为许多哲学家所鉴赏，仍然是许多争议的主题。不确定性原理使拉普拉斯科学理论，即一个完全宿命论的宇宙模型的梦想寿终正寝：如果人们甚至不能准确地测量宇宙的现在的态，就肯定不能准确地预言将来的事件了！我们仍然可以想像，对于一些超自然的生物，存在一组完全地决定事件的定律，这些生物能够不干扰宇宙地观测它现在的状态。然而，对于我们这些芸芸众生而言，这样的宇宙模型并没有太多的兴趣。看来，最好是采用称为奥铿剃刀的经济学原理，将理论中不能被观测到的所有特征都割除掉。20世纪20年代。在不确定性原理的基础上，海森堡、厄文薛定谔和保尔狄拉克运用这种手段将力学重新表达成称为量子力学的新理论。在此理论中，粒子不再有分别被很好定义的、能被同时观测的位置和速度，而代之以位置和速度的结合物的量子态。 授课：XXX一般而言，量子力学并不对一次观测预言一个单独的确定结果。代之，它预言一组不同的可能发生的结果，并告诉我们每个结果出现的概率。也就是说，如果我们对大量的类似的系统作同样的测量，每一个系统以同样的方式起始，我们将会找到测量的结果为A出现一定的次数，为B出现另一不同的次数等等。人们可以预言结果为A或B的出现的次数的近似值，但不能对个别测量的特定结果作出预言。因而量子力学为科学引进了不可避免的非预见性或偶然性。尽管爱因斯坦在发展这些观念时起了很大作用，但他非常强烈地反对这些。他之所以得到诺贝尔奖就是因为对量子理论的贡献。即使这样，他也从不接受宇宙受机遇控制的观点；他的感觉可表达成他著名的断言：“上帝不玩弄骰子。”然而，大多数其他科学家愿意接受量子力学，因为它和实验符合得很完美。它的的确确成为一个极其成功的理论，并成为几乎所有现代科学技术的基础。它制约着晶体管和集成电路的行为，而这些正是电子设备诸如电视、计算机的基本元件。它并且是现代化学和生物学的基础。物理科学未让量子力学进入的唯一领域是引力和宇宙的大尺度结构。 图4-7 量子力学中的不确定性原则上帝知道粒子在何处 无论你是相信上帝，还是不相信，这并不重要。不过上帝有时候，的确能帮助我们认识一下世界。 在这里，上帝不再是万能的神。他作为一种假设的存在，没有任何一个人能替代他