機電一體化畢業(yè)設計（論文）-風機控制系統(tǒng)的改造

1、山東英才學院畢業(yè)設計題 目 風機控制系統(tǒng)的改造專 業(yè) 機電一體化工程 姓 名 指導教師二OO九年十二月十日目錄 TOC o 1-3 u 第一章 概 述 PAGEREF _Toc257553031 h 1風機簡述 PAGEREF _Toc257553032 h 1風機的用途 PAGEREF _Toc257553033 h 1風機的分類 PAGEREF _Toc257553034 h 1風機主要性能參數(shù) PAGEREF _Toc257553035 h 2風機機械局部的組成 PAGEREF _Toc257553036 h 3風機控制系統(tǒng)的開展 PAGEREF _Toc257553037 h 3第二章

2、 風機的機械局部的設計 PAGEREF _Toc257553038 h 7電動機的選擇 PAGEREF _Toc257553039 h 72.1.1.功率的選擇 PAGEREF _Toc257553040 h 72.2.2.種類和型式的選擇 PAGEREF _Toc257553041 h 7風機測試傳感器的設計選用 PAGEREF _Toc257553042 h 8壓差測量 PAGEREF _Toc257553043 h 8壓差測量工作原理 PAGEREF _Toc257553044 h 9壓差測量傳感器 PAGEREF _Toc257553045 h 10風機靜壓測量與傳感器 PAGEREF

3、 _Toc257553046 h 10風機主要性能參數(shù)確實定 PAGEREF _Toc257553047 h 11轉速 PAGEREF _Toc257553048 h 11工作介質 PAGEREF _Toc257553049 h 11功率 PAGEREF _Toc257553050 h 122.6風機工作輪的設計計算與選型 PAGEREF _Toc257553051 h 12風機進出氣機殼的設計計算與選型 PAGEREF _Toc257553052 h 14風機葉片強度計算 PAGEREF _Toc257553053 h 14風機傳動組的設計計算 PAGEREF _Toc257553054 h

4、 16滾動軸承的選型與計算 PAGEREF _Toc257553055 h 21滾動軸承的選型 PAGEREF _Toc257553056 h 21軸承的壽命計算 PAGEREF _Toc257553057 h 21軸承的潤滑方式的選擇 PAGEREF _Toc257553058 h 22軸盤材料的選用計算與軸盤上鉚釘強度的計算 PAGEREF _Toc257553059 h 22軸盤材料的選用計算 PAGEREF _Toc257553060 h 22后盤與軸盤之間的鉚釘強度計算切應力計算 PAGEREF _Toc257553061 h 22風機聯(lián)軸器的選型與計算 PAGEREF _Toc25

5、7553062 h 23聯(lián)軸器的計算轉矩 PAGEREF _Toc257553063 h 23風機聯(lián)軸器型號確實定與校核 PAGEREF _Toc257553064 h 23風機輪盤的強度計算 PAGEREF _Toc257553065 h 23輪盤本身的離心切應力 PAGEREF _Toc257553066 h 23葉片離心力在圓盤中心產(chǎn)生的應力 PAGEREF _Toc257553067 h 24第三章風機控制系統(tǒng)設計 PAGEREF _Toc257553068 h 25總體設計 PAGEREF _Toc257553069 h 25風機變頻調速控制設計 PAGEREF _Toc257553

6、070 h 253.2.1交流變頻調速的優(yōu)異特性 PAGEREF _Toc257553071 h 25變頻調速原理 PAGEREF _Toc257553072 h 26變頻器控制 PAGEREF _Toc257553073 h 27變頻器控制電路 PAGEREF _Toc257553074 h 27致謝 PAGEREF _Toc257553075 h 30參考文獻 PAGEREF _Toc257553076 h 31摘要 在我們的日常生活中，風機設備應用廣泛，諸如鍋爐燃燒系統(tǒng)。通風系統(tǒng)和烘干系統(tǒng)等。傳統(tǒng)的風機控制是全速運轉，即不管生產(chǎn)工藝的需求大小，風機都提供固定數(shù)值的風量，而生產(chǎn)工藝往往需要

7、對爐膛壓力，風速，風量及溫度等指標進行控制和調節(jié)，最常用的方法是調節(jié)風門或擋板開度的大小來調整受控對象，這樣，就是的能量從風門，當班的節(jié)流中損失掉了。統(tǒng)計資料顯示，在工業(yè)生產(chǎn)中，風機的風門，擋板及其相關設備的節(jié)流損失以及維護，維修費用占到生產(chǎn)的725.這不僅造成大量的能源浪費和設備損耗，而且控制精度也受到限制，直接影響產(chǎn)品質量和生產(chǎn)效率。因此有必要對風機進行合理的改造。 變頻調速是上世紀80年代初開展起來的新技術，具有易操作，免維護，控制精度高等優(yōu)點。普通電動機采用變頻調速技術后，在其拖動負載無須任何改動的情況下，就可以按照生產(chǎn)工藝要求調整轉速。因此，風機設備完全可以用變頻驅動方案取代風門，擋

8、板控制方案，從而降低電機功耗，到達系統(tǒng)高效運行的目的。因此，正確掌握風機的設計，對保證風機的正常經(jīng)濟運行是很重要的。 關鍵詞：風機性能；風機控制；風機設計；變頻調速；變頻器等。 Abstract In our daily lives, fan equipment, widely used, such as the boiler combustion system. Ventilation systems and drying systems. Traditional fan control is at full speed, that is, regardless of the size of

9、 the production process needs, fans provide a fixed value of air flow, while the production process is often the need for furnace pressure, wind speed, air volume and temperature control and adjustment indicators, the most commonly used method is regulating damper or baffle opening to adjust the siz

10、e of the controlled object, so that the energy from the throttle, the throttle on duty lost out. Statistics show that in industrial production, fan damper, baffle and its associated equipment, throttle loss and maintenance, maintenance costs, accounting for production 7 to 25. This is not only cause

11、d a great deal of energy waste and equipment wear and tear, and the control accuracy also limited direct impact on product quality and production efficiency. It is essential to the transformation of rational fans. Frequency is the early 80s of last century developed a new technology, with easy to op

12、erate, maintenance-free, control and high precision. Ordinary motor using frequency control technology, in its drag the load without any changes to the case, you can adjust the speed of the production process requirements. Therefore, the fan device can use the program to replace the inverter-driven

13、throttle, baffles control program, thereby reducing electrical power consumption, efficient operation to achieve the purpose of the system. Therefore, the correct grasp the fan design, ensuring the normal fan is very important to the economy. Keywords: fan performance; fan control; fan design; frequ

14、ency conversion; converter and so on第一章 概 述風機簡述風機是把原動機的機械能轉變?yōu)闅怏w能量的一種機械,它是用來提高氣體壓力,并輸送氣體的機械,是透平機械中的一種。風機按工作壓力提高的程度來分,可以分為四種：1 風扇2 通風機 3 鼓風機4 壓縮機壓縮機的壓比又稱壓縮比，是壓縮機出口與進口處氣體壓力之比。風機使用面廣，種類繁多，在工業(yè)生產(chǎn)中利用風機產(chǎn)生的氣流做介質進行工作，可實現(xiàn)清選、別離、加熱烘干、物料輸送、通風換氣、除塵降溫等多種工作風機的用途一般用于鍛冶爐及高壓強制通風，亦可廣泛用于輸送物料、空氣及無腐蝕性、不自然、不含粘性物質之氣體。介質溫度一般不

15、超過50最高不超過80，介質中塵土及硬質顆粒物含量不大于150mg/m3。風機的分類 HYPERLINK :/ qjy168 /forum/d_151546.html o 搜索 風機 相關的文章 風機按使用材質分類可以分好幾種，如鐵殼風機普通風機、玻璃鋼風機、塑料風機、鋁風機、不銹鋼風機等等。風機分類可以按氣體流動的方向，分為離心式、軸流式、斜流式和橫流式等類型。 風機根據(jù)氣流進入葉輪后的流動方向分為：軸流式風機、離心式風機和斜流(混流)式風機。風機按用途分為壓入式局部風機(以下簡稱壓入式風機)和隔爆電動機置于流道外或在流道內，隔爆電動機置于防爆密封腔的抽出式局部風機(以下簡稱抽出式風機)。風

16、機按照加壓的形式也可以分單級、雙級或者多級加壓風機。如4-72是單級加壓，羅茨風機那么是多級加壓風機。風機主要性能參數(shù)風機性能試驗是以測試試驗數(shù)據(jù)，繪制風機性能曲線為主，所以正確理解風機主要性能參數(shù)和性能曲線尤為重要。風機的主要性能參數(shù)有流量、全壓、功率、轉速及效率。(l) 軸功率:原動機傳遞給風機轉軸上的功率，即為輸入功率，又稱為軸功率，以p表示單位為kw。(2) 效率:風機輸入功率不可能全部傳給被輸送氣體，其中必有一局部能量損失，被輸送的氣體實際所得到的功率比原動機傳遞至風機軸端的功率要小，他們的比值稱為風機的效率，以幾表示。風機效率越高，那么氣體從風機中得到的能量有效局部就越大，經(jīng)濟性就

17、越高。(3) 流量:單位時間內風機所輸送的流體量稱為流量。常用體積流量Q表示，其單位為機進口處容積流量。(4)有效功率:單位時間內通過風機的氣體所獲得的總能量稱為有效功率，單位為kw。(5) 全壓:單位體積的氣體在風機內所獲得的能量稱為全壓或風壓，以P表示，單位為Pa。(6)轉速:風機軸每分鐘的轉數(shù)稱為轉速，以n表示，單位為r/min。風機的各性能參數(shù)一般都不是在試驗臺上直接測量的，而是通過對試驗數(shù)據(jù)進行計算而得到。得到風機性能參數(shù)后，繪制風機的性能曲線為風機性能試驗的最終結果，風機的性能曲線有兩種，包括有因次性能曲線和無因次性能曲線。(7)有因次性能曲線:將風機在各工況下的性能參數(shù)值用曲線連

18、接起來，繪制在直角坐標系中，用以表示風機流量、功率、效率、全壓與靜壓之間的關系曲線。(8)無因次性能曲線:為了選擇、比擬和設計風機，經(jīng)常采用一系列無因次參數(shù)。風機的無因次性能曲線是去掉各種計量單位的物理性質而表示的風機流量、功率、效率、全壓與靜壓之間的關系曲線。因為這些性能參數(shù)去除了計量單位的影響，所以對每一種型式的風機，僅有一組無因次性能曲線。無因次性能曲線與計量單位、幾何尺寸、轉速、氣體密度等因素無關，所以使用起來十分方便。無因次性能曲線在風機的選型設計計算的應用中尤為廣泛。風機機械局部的組成N07.116主要由葉輪、機殼、進風口、傳動組等組成。 葉輪：9-19型風機葉片為12片，19-2

19、6型風機葉片為16片。均屬前向彎曲型。葉輪擴壓器外緣最高圓周線速度不得超過140m/s。葉輪成型后經(jīng)靜、動平衡校正和超速運轉實驗，故運轉平穩(wěn)。 機殼：用普通鋼板焊接成蝸殼形整體。 進風口：做成收斂式流線型整體結構，用螺栓固定于前蓋板上。 傳動組：由主軸、軸承箱、聯(lián)軸器等組成。主軸由優(yōu)質鋼制成，軸承箱整體結構，采用滾動軸承，用軸承潤滑脂潤滑。風機控制系統(tǒng)的開展風機的控制系統(tǒng)是風機的重要組成局部，它承當著風機監(jiān)控、自動調節(jié)、實現(xiàn)最大風能捕獲以及保證良好的電網(wǎng)兼容性等重要任務，它主要由監(jiān)控系統(tǒng)、主控系統(tǒng)、變槳控制系統(tǒng)以及變頻系統(tǒng)變頻器幾局部組成。各局部的主要功能如下：監(jiān)控系統(tǒng)SCADA：監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)

20、對全風場風機狀況的監(jiān)視與啟、停操作，它包括大型監(jiān)控軟件及完善的通訊網(wǎng)絡。主控系統(tǒng)：主控系統(tǒng)是風機控制系統(tǒng)的主體，它實現(xiàn)自動啟動、自動調向、自動調速、自動并網(wǎng)、自動解列、故障自動停機、自動電纜解繞及自動記錄與監(jiān)控等重要控制、保護功能。它對外的三個主要接口系統(tǒng)就是監(jiān)控系統(tǒng)、變槳控制系統(tǒng)以及變頻系統(tǒng)變頻器，它與監(jiān)控系統(tǒng)接口完成風機實時數(shù)據(jù)及統(tǒng)計數(shù)據(jù)的交換，與變槳控制系統(tǒng)接口完成對葉片的控制，實現(xiàn)最大風能捕獲以及恒速運行，與變頻系統(tǒng)變頻器接口實現(xiàn)對有功功率以及無功功率的自動調節(jié)。變槳控制系統(tǒng)：與主控系統(tǒng)配合，通過對葉片節(jié)距角的控制，實現(xiàn)最大風能捕獲以及恒速運行，提高了風力發(fā)電機組的運行靈活性。目前來看

21、，變槳控制系統(tǒng)的葉片驅動有液壓和電氣兩種方式，電氣驅動方式中又有采用交流電機和直流電機兩種不同方案。究竟采用何種方式主要取決于制造廠家多年來形成的技術路線及傳統(tǒng)。變頻系統(tǒng)變頻器：與主控制系統(tǒng)接口，和發(fā)電機、電網(wǎng)連接，直接承當著保證供電品質、提高功率因素，滿足電網(wǎng)兼容性標準等重要作用。從我國目前的情況來看，風機控制系統(tǒng)的上述各個組成局部的自主配套規(guī)模還相當不如人意，到目前為止對國外品牌的依賴仍然較大，仍是風電設備制造業(yè)中最薄弱的環(huán)節(jié)。而風機其它部件，包括葉片、齒輪箱、發(fā)電機、軸承等核心部件已根本實現(xiàn)國產(chǎn)化配套盡管質量水平及運行狀況還不能令人滿意，之所以如此，原因主要有：1我國在這一技術領域的起步

22、較晚，尤其是對兆瓦級以上大功率機組變速恒頻控制技術的研究，更是最近幾年的事情，這比風機技術先進國家要落后二十年時間。前已述及，我國風電制造產(chǎn)業(yè)是從2005年開始的最近四年才得到快速開展的，國內主要風機制造廠家為了快速搶占市場，都致力于擴大生產(chǎn)規(guī)模，無力對控制系統(tǒng)這樣的技術含量較高的產(chǎn)品進行自主開發(fā)，因此多直接從MITA、Windtec等國外公司采購產(chǎn)品或引進技術。2就風機控制系統(tǒng)本身的要求來看，確有它的特殊性和復雜性。從硬件來講，風機控制系統(tǒng)隨風機一起安裝在接近自然的環(huán)境中，工作有較大振動、大范圍的溫度變化、強電磁干擾這樣的復雜條件下，因此其硬件要求比一般系統(tǒng)要高得多。從軟件來講，風機要實現(xiàn)完

23、全的自動控制，必須有一套與之相適應的完善的控制軟件。主控系統(tǒng)、變槳系統(tǒng)和變頻器需要協(xié)同工作才能實現(xiàn)在較低風速下的最大風能捕獲、在中等風速下的定轉速以及在較大風速下的恒頻、恒功運行，這需要在這幾大部件中有一套先進、復雜的控制算法。國內企業(yè)要完全自主掌握確實需要一定時間。 3風機控制系統(tǒng)是與風機特性高度結合的系統(tǒng)，包括主控、變槳和變頻器在內的控制軟件不僅算法復雜，而且其各項參數(shù)的設定與風機本身聯(lián)系緊密，風機控制系統(tǒng)的任務不僅僅是實現(xiàn)對風機的高度自動化監(jiān)控以及向電網(wǎng)供電，而且還必須通過適宜的控制實現(xiàn)風能捕獲的最大化和載荷的最小化，一般的自動化企業(yè)即使能研制出樣機，也很難得到驗證，推廣就更加困難。而中

24、小規(guī)模的風機制造商又無力進行這樣的開發(fā)。 即便如此，國內企業(yè)通過這幾年的努力，已經(jīng)在控制系統(tǒng)主要部件的開發(fā)上取得了積極進展，已根本形成了自主的技術開發(fā)能力，所欠缺的主要是產(chǎn)品的大規(guī)模投運業(yè)績以及技術和經(jīng)驗積累。比方，作為風機控制系統(tǒng)中技術含量最高的主控系統(tǒng)和變頻器，國內企業(yè)在自主開發(fā)上已取得重要進展。東方自控經(jīng)過幾年的努力，已成功開發(fā)出DWS5000風機控制系統(tǒng)，并已完成各種測試及風機運行驗證，實現(xiàn)了規(guī)?；a(chǎn)，根本形成了自主開發(fā)能力。科諾偉業(yè)也研制出了兆瓦級機組的控制系統(tǒng)。在變頻器方面，東方自控、合肥陽光、清能華福、科諾偉業(yè)等一批企業(yè)也異軍突起，開發(fā)出了大功率雙饋及直驅機型的變頻器，產(chǎn)品已有

25、小批量在風場投運，呈獻出可喜的開展勢頭。隨著國內企業(yè)所開發(fā)風機容量越來越大，風機控制技術必須不斷開展才能滿足這一要求，如葉片的驅動和控制技術、如更大容量的變頻器開發(fā)，都是必須不斷解決的新的課題，這里不進行詳細闡述。當前，由于風力發(fā)電機組在我國電網(wǎng)中所占比例越來越大，風力發(fā)電方式的電網(wǎng)兼容性較差的問題也逐漸暴露出來，同時用戶對不同風場、不同型號風機之間的聯(lián)網(wǎng)要求也越來越高，這也對風機控制系統(tǒng)提出了新的任務。1采用統(tǒng)一和開放的協(xié)議以實現(xiàn)不同風場、不同廠家和型號的風機之間的方便互聯(lián)。目前，風機投資用戶和電網(wǎng)調度中心對廣布于不同地域的風場之間的聯(lián)網(wǎng)要求越來越迫切，雖然各個風機制造廠家都提供了一定的手段

26、實現(xiàn)風機互連，但是由于采用的方案不同，不同廠家的風機進行互聯(lián)時還是會有很多問題存在，實施起來難度較大。因此，實現(xiàn)不同風機之間的方便互聯(lián)是一個亟待解決的重要課題。2需要進一步提上下電壓穿越運行能力LVRT。風力發(fā)電機組，尤其是雙饋型風機，抵抗電網(wǎng)電壓跌落的能力本身較差。當發(fā)生電網(wǎng)電壓跌落時，從前的做法是讓風機從電網(wǎng)切出。當風機在電網(wǎng)中所占比例較小時，這種做法對電網(wǎng)的影響還可以忽略不計。但是，隨著在網(wǎng)運行風機的數(shù)量越來越大，尤其是在風力發(fā)電集中的地區(qū)，如國家規(guī)劃建設的六個千萬千瓦風電基地，這種做法會對電網(wǎng)造成嚴重影響，甚至可能進一步擴大事故。歐洲很多國家，如德國、西班牙、丹麥等國家，早就出臺了相關

27、標準，要求在這種情況下風機能保持在網(wǎng)運行以支撐電網(wǎng)。風機具有的這種能力稱為低電壓穿越運行能力LVRT，有的國家甚至要求當電網(wǎng)電壓跌落至零時還能保持在網(wǎng)運行。我國也于今年8月由國家電網(wǎng)公司出臺了?風電場接入電網(wǎng)技術規(guī)定?，其中規(guī)定了我國自己的低電壓穿越技術要求，明確要求風電機組在并網(wǎng)點電壓跌落至20%額定電壓時能夠保持并網(wǎng)運行625ms、當?shù)浒l(fā)生3s內能夠恢復到額定電壓的90%時，風電機組保持并網(wǎng)運行的低電壓穿越運行要求。應該說，這還只是一個初步的、相對較低的運行要求。在今后可能還會出臺更為嚴格的上網(wǎng)限制措施。這些要求的實現(xiàn)，主要靠控制系統(tǒng)中變頻器算法及結構的改善，當然和主控和變槳系統(tǒng)也有密切

28、聯(lián)系。3實現(xiàn)在功率預估條件下的風電場有功及無功功率自動控制。目前，風電機組都是運行在不調節(jié)的方式，也就是說，有多少風、發(fā)多少電，這在風電所占比例較小的情況下也沒有多大問題。但是，隨著風電上網(wǎng)電量的大幅度增加，在用電低谷段往往是風機出力最大的時段，造成電網(wǎng)調峰異常困難，電網(wǎng)頻率、電壓均易出現(xiàn)較大波動。當前，電網(wǎng)對這一問題已相當重視，要求開展建設風電場功率預測系統(tǒng)和風電出力自動控制系統(tǒng)，實現(xiàn)在功率預測根底上的有功功率和無功功率控制能力。事際上，這個系統(tǒng)的建設不是一件容易的事情，涉及到很多方面的技術問題。但是，無論如何說，序幕已經(jīng)拉開。第二章 風機的機械局部的設計三相交流異步電動機的選用，主要從選用

29、的電動機的功率、工作電壓、種類、型式及其保護電器考慮。 .功率的選擇選用電動機的功率大小是根據(jù)生產(chǎn)機械的需要所確定的。(1)連續(xù)運行電動機功率的選擇對于連續(xù)運行的電動機，先算出生產(chǎn)機械的功率，所選用的電動機的額定功率等于或大于生產(chǎn)機械的功率即可。例如，帶動車床切削的電動機功率為:P=kW式中P1為車床的切削功率；F為切削力N；v為切削速度m/min;1為傳動機構的效率。(2)短時運行電動機功率的選擇短時運行電動機的功率可以允許適當過載設過載系數(shù)為，那么電動機的額定功率可以是生產(chǎn)機械所要求的功率的.如上例是短時切削加工車床，其電動機的功率為；P=kW.種類和型式的選擇(1種類的選擇選擇電動機的種

30、類是從交流或直流、機械特性、調速與起動特性、維護及價格等方面考慮。 因為生產(chǎn)上常用的是三相交流點，如沒有特殊要求，多采用交流電動機。由于三相鼠籠式異步電動機結構簡單，鞏固耐用，工作可靠，價格低廉，維護方便；其缺點是調速困難，功率因數(shù)較低，起動性能較差。因此，在要求機械特性較硬而無特殊要求的一般生產(chǎn)機械的拖動，如水泵、通風機、運輸機、傳送帶和機床都采用鼠籠式異步電動機。 繞線式電動機的根本性能與鼠籠式相同。其特點是起動性能較好，并可在不大的范圍內平滑調速。但是它的價格較鼠籠式電動機為貴，維護亦較不便。因此，只有在某些必須采用繞線式電動機的場合，如起重機、鍛壓機等，大多采用鼠籠式異步電動機。(2)

31、結構形式的選擇 在不同的工作環(huán)境，應采用不同結構形式的電動機，以保證平安可靠地運行。電動機常用的結構形式有：開啟式、防護式、封閉式和防爆式。(3)電壓和轉速的選擇 電動機電壓等級的選擇，要根據(jù)電動機的類型，功率以及使用地點的電壓來決定。電動機的額定轉速根據(jù)生產(chǎn)機械的要求而決定，一般采用盡量高轉速的電動機。本系統(tǒng)采用的傳感器包括壓差傳感器、壓力傳感器和扭矩傳感器。壓差傳感器主要用于檢測流量，壓力傳感器主要用于檢測靜壓，扭矩傳感器主要用于檢測功率信號。差壓式流量計(以下簡稱DPF或流量計)是根據(jù)安裝于管道中流量檢測件產(chǎn)生的差壓、的流體條件和檢測件與管道的幾何尺寸來測量流量的儀表。DPF由一次裝置(

32、檢測件)和二次裝置(差壓轉換和流量顯示儀表)組成。通常以檢測件的型式對DPF分類，如孔扳流量計、文丘里管流量計及均速管流量計等。二次裝置為各種機械、電子、機電一體式差壓計，差壓變送器和流量顯示及計算儀表，它已開展為三化(系列化、通用化及標準化)程度很高的種類規(guī)格龐雜的一大類儀表。差壓計既可用于測量流量參數(shù)，也可測量其他參數(shù)(如壓力、物位、密度等)。壓差測量工作原理充滿管道的流體，當它流經(jīng)管道內的節(jié)流件時，如圖2-1所示，流速將在節(jié)流件處形成局部收縮，因而流速增加，靜壓力降低，于是在節(jié)流件前后便產(chǎn)生了壓差。流體流量愈大，產(chǎn)生的壓差愈大，這樣可依據(jù)壓差來衡量流量的大小。這種測量方法是以流動連續(xù)性方

33、程(質量守恒定律)和伯努利方程(能量守恒定律)為根底的。壓差的大小不僅與流量還與其他許多因素有關，例如當節(jié)流裝置形式或管道內流體的物理性質(密度、粘度)不同時，在同樣大小的流量下產(chǎn)生的壓差也是不同的。圖2-1壓差測量工作原理 式2-1 式2-2式中 qm-質量流量，kg/s; qv-體積流量，m3/s; C-流出系數(shù)； -可膨脹性系數(shù)； -直徑比，=d/D; d-工作條件下節(jié)流件的孔徑，m； D-工作條件下上游管道內徑，m； P-差壓，Pa； 1-上游流體密度，kg/m3。由上式可見，流量為C、d、P、 6個參數(shù)的函數(shù)，此6個參數(shù)可分為實測量d，P，(D)和統(tǒng)計量(C、)兩類。壓差測量傳感器由

34、以上論述看出，通過孔板的流體的流量與孔板兩端的壓力差的平方根成正比。本試驗裝置中，此壓差信號由壓差式變送器測量。壓差式流量傳感器是目前工業(yè)上技術最成熟、使用最多的一種，其使用量約占全部流量測量儀表的70-80%。他不僅可以用來顯示，而且可以經(jīng)壓差變送器轉換成統(tǒng)一的標準信號為20mA(或l-5V)以便送到單元組合儀表及計算機進行上業(yè)過程控制。差壓式節(jié)流裝置的特點是:結構簡單，使用壽命長，適應能力強，幾乎能測量各種工作狀態(tài)(包括高溫、高壓)下。本測試裝置采用氣壓傳感器C268、RANGE:+/-1000Pa。壓力傳感器用來測量管道的靜壓。壓力傳感器的種類繁多，本系統(tǒng)采用電容式微壓傳感器不，其特點如

35、下:(1)測量范圍大。金屬應變絲的極限一般為l%，而半導體應變片可達20%，電容傳感器相對變化量大于100%。(2)靈敏度高。如用比率變壓器電橋可測出電容值，其相對變化量可達IE-7(3)動態(tài)響應時間短。由于電容式傳感器可動局部質量小，因此其固有頻率很高，可月J幾動態(tài)信號的測量。(4)機械損失小。電容式傳感器極間相互吸引力非常微小，又不存在摩擦，故其自熱墳應極微，可保證電齊式傳感器具有較高的精度。結構簡單，適應性強。電容式傳感器一般使用金屬材料做電極，以無機材料做絕緣支撐，故能承受很大的溫度變化和各種形式的強輻射作用，適合在惡劣環(huán)境中工作。電容式傳感器一般可分為三種形式:變截面型、變介質介電常

36、數(shù)型、變極板間距型。本系統(tǒng)選用變截面接口靜壓傳感器，其型號為:C268、RANGE:0-50Pa，技術指標如下:作溫度:-18-+65測量介質:空氣或類似的非導電性氣體輸入電源:9-3V DC輸出電流:4-20mA量程:0-5OPa接線方式為兩線式，傳感器采用24V直流電源供電，數(shù)據(jù)采集卜的模擬輸入通道采集25O精密電阻兩端的電壓信號，此電壓信號進入到計算機中進行計算。風機主要性能參數(shù)確實定根據(jù)風機擬定的工作環(huán)境選擇流量q=/s。風速選擇為：近風口v=715m/s，出風口v=1030m/s。轉速 風機全壓為 P=49kp。工作介質枯燥空氣：=/m3M=/kmolR=/(kg k)Cp5KJ/(

37、kg k)C1=0.716KJ/(kg k)K=Cp/C1功率初選電機的功率為3kw 風機效率一般為80%90%.風機工作輪的設計計算與選型初選葉輪大徑D2=作為設計基準。葉輪如圖2-2.風機葉輪周速：風機全壓系數(shù)： 圖2-2風機葉輪示意圖風機的比轉數(shù)： 風機進口軸向速度：風機進口當量直徑：風機流量系數(shù)：內孔直徑：其中Nah =8。風機葉輪輪轂外徑：風機工作輪進口直徑：風機工作輪密封處外徑：風機葉片進口直徑：風機葉片進口線速度：風機葉輪葉片數(shù)： 14、風機葉片厚度：根據(jù)以上計算可以通過風機設計手冊選型為 S1064.25 葉輪，并且確定為型軸盤。風機進出氣機殼的設計計算與選型蝸室橫截面積當量直

38、徑的計算： 式2-3風機進風管直徑： 長度：L=3500mm。風機近風口的選型：根據(jù)風機設計手冊選擇 ST070104風機葉片強度計算因為在此設計的風機葉片與葉輪前后盤的連接為焊接，所以葉片的最大彎矩應產(chǎn)生在梁的兩端。葉片受力如圖2-3。當葉輪以角速度旋轉時單個葉片因本身質量產(chǎn)生的離心力F為： 式2-4其中103 kg/m3為葉輪角速度 b為葉片長=141mm L為葉片寬度=82mm 為葉片厚度=3mm R為葉片重心到葉輪中心的距離=296mm。C=2 2 。圖2-3風機葉片受力示意圖如圖葉片的重心假定在葉片工作面的O點，將F分解成沿葉片的法向力F1和切向力F2。葉片在F1和F2的作用下，在相

39、應的方向彎曲。由F2產(chǎn)生的彎曲應力，因葉片的抗彎截面模量大，故可忽略。只計算F1產(chǎn)生的彎曲應力。葉片彎矩如圖2-4。葉片的抗彎截面模量為：葉片的最大彎矩：圖2-4葉片受力及彎矩圖葉片的最大彎曲應力：風機傳動組的設計計算風機主軸的設計計算，根據(jù)以上已經(jīng)選擇的風機葉輪與軸盤，選擇軸的最小直徑為d=32mm.軸的強度計算：葉輪的質量(將前盤曲面略看作直面計算)葉輪軸盤因為選用的為4c型 型軸盤 查風機手冊可知：因此可以計算葉輪總質量為：風機葉輪轉速N=1430r/min風機主軸的最大彎矩以及最大轉矩的計算主軸的最大彎矩的計算，主軸受力如圖2-5。作用在風機主軸上的主要作用力是葉輪重力與其不平衡力，葉

40、輪經(jīng)過平衡后，仍有允許的剩余不平衡重力。該重力可以造成風機葉輪重心與主軸旋轉中心線有一定的偏移距離。此距離一般為：。為平安起見，計算時取：，因此，由于葉輪重心與主軸旋轉中心線不一致產(chǎn)生的不平衡力F1 為： 式2-5圖2-5風機主軸受力示意圖葉輪重力與其不平衡力之和：軸端與聯(lián)軸器重力之和：軸承之間軸的重力：主軸與葉輪連接處軸的重力：圖2-6風機主軸受力彎矩圖主軸支撐座反力計算：主軸彎矩計算：主軸彎矩如圖2-6風機主軸的轉矩計算風機主軸的復合應力風機主軸的材料選用45鋼 查得其許用扭轉切應力-1=155MPa 許用彎曲應力-1=275MPa。主軸扭轉切應力為：主軸的最大彎曲應力為：按照第三強度理論

41、計算風機主軸的最大復合應力：風機主軸剛度計算風機主軸的彎曲剛度計算圖2-7主軸階梯主軸的當量直徑：圖2-8主軸撓度示意圖彎曲撓度：主軸撓度如圖2-8偏轉角：風機主軸的扭轉剛度的計算 式2-6其中：T為扭矩 T=20.04N mG為鋼的剪切彈性模量 Ip 為主軸的截面的極慣性矩 5主軸的臨界轉速的計算所以風機主軸運轉平安。2.10滾動軸承的選型與計算滾動軸承的選型因為風機主軸的軸端為風機葉輪，所以主軸為一懸臂梁徑向載荷較大而軸向載荷較小。風機要求的轉速不是很高。因為主軸軸端承受懸臂力，所以要求軸承有一定的調節(jié)主軸彎曲的能力。綜上，可選擇調心輥子軸承，根據(jù)軸徑可選擇22209軸承。軸承的壽命計算

42、式2-7n為軸承轉速n=1430r/min。C為軸承的根本額定動載荷為指數(shù)，球軸承為3，對于磙子軸承為10/3。P為軸承載荷，在這里既為徑向載荷，在前面計算的軸的載荷時已經(jīng)計算過為216.18N。風機長期連續(xù)工作機械，可選預期壽命為：軸承應具有的根本額定動載荷為：因此，所選軸承滿足要求。軸承的潤滑方式的選擇因為dn=321430=45760mm/r min-1 。所以選擇油脂潤滑方式。 2.11軸盤材料的選用計算與軸盤上鉚釘強度的計算軸盤材料的選用計算軸盤最大直徑d處的線速度為：所以線速度小于30的軸盤選擇一般灰鑄鐵 HT250。圖2-9軸盤后盤與軸盤之間的鉚釘強度計算切應力計算軸盤上的轉矩為

43、： 式2-8在鉚釘分布的圓周半徑R上，鉚釘所受的切應力為： 式2-9鉚釘初選材料為Q215，Z個鉚釘所承受的平均切應力為：風機聯(lián)軸器的選型與計算由于風機的工作環(huán)境為載荷較小、沖擊較小，因此可以選擇剛性土緣聯(lián)軸器。風機電機的輸出的功率為：3KW 風機輸出轉矩為：T=20.04N m。聯(lián)軸器的計算轉矩 式2-10 KA為風機的工作工況系數(shù)鼓風機工作轉矩變化小，即為透平空氣壓縮機械。并且原動機為電動機，因此可選KA為1.5。風機聯(lián)軸器型號確實定與校核從GB/T4323-84中查得GY5型剛性凸緣聯(lián)軸器的許用轉矩為400Nm。許用最大轉速為8000r/min。適合軸徑為32mm。故合用。風機輪盤的強度

44、計算輪盤本身的離心切應力葉片離心力在圓盤中心產(chǎn)生的應力 式2-11半圓盤重心所在半徑半圓盤的離心力 單個葉片的離心力所以后盤共計最大切應力第三章風機控制系統(tǒng)設計3.1總體設計在風機測試過程中，要求風機的轉速不變。但是在實際應用當中，風機需要有不同的轉速，當然也是為了節(jié)能方面的考慮。因此，對風機的交流異步電機的調速就是對風機的調速過程。隨著新型電力電子器件的開展，交流變頻調速技術已經(jīng)崛起，它幾乎和計算機控制一樣，成為了現(xiàn)代交流傳動調速技術領域的主要標志之一。20世紀70年代后，大規(guī)模集成電路和計算機控制技術的開展，以及現(xiàn)代控制理論的應用，使得交流電力拖動系統(tǒng)逐步具備了寬的調速范圍、高的穩(wěn)速范圍、

45、高的穩(wěn)速精度、快的動態(tài)響應以及在四象限作可逆運行等良好的技術性能，在調速性能方面可以與直流電力拖動媲美。在交流調速技術中，變頻調速具有絕對優(yōu)勢，并且它的調速性能與可靠性不斷完善，價格不斷降低，特別是變頻調速節(jié)電效果明顯，而且易于實現(xiàn)過程自動化，深受工業(yè)行業(yè)的青睞。變頻器調節(jié)風機轉速原理如圖3-1。圖3-1風機轉速調節(jié)裝置流程圖3.2風機變頻調速控制設計交流變頻調速的優(yōu)異特性 (1)調速時平滑性好，效率高。低速時，特性靜關率較高，相對穩(wěn)定性好。(2)調速范圍較大，精度高。(3)起動電流低，對系統(tǒng)及電網(wǎng)無沖擊，節(jié)電效果明顯。(4)變頻器體積小，便于安裝、調試、維修簡便。(5)易于實現(xiàn)過程自動化。(

46、6)必須有專用的變頻電源|穩(wěn)壓器，目前造價較高。(7)在恒轉矩調速時，低速段電動機的過載能力大為降低。3.變頻調速原理變速調速也稱為變頻調速系統(tǒng)，它主要由變頻器和控制器兩大局部組成。變頻調速的根本原理是根據(jù)電動機轉速與輸入頻率成比例的關系，通過改變供應電動機三相電源的頻率值來到達改變電動機轉速的目的。 1、變頻器 變頻器的作用是將所接收的三相電源如380V，50Hz轉換為頻率可調節(jié)的三相電源。變頻器根據(jù)其變頻的原理分為直接變頻和間接變頻。直接變頻為交交變頻；間接變頻為交直交變頻。間接變頻是指將交流經(jīng)整流器后變?yōu)橹绷?，然后再?jīng)逆變器調制為頻率可調的交流電。 交直交頻器由順變器、中間濾波器和逆變器

47、三局部組成。順變器就是整流器，它是一個晶閘管感想一橋式電路，其作用為將定壓定頻的交流電變換為可調直流電，然后作為逆變器的直流供電電源；中間濾波器由電抗器或電容組成，其作用是對整流后的電壓或電流進行濾波；逆變器也是三相橋式整流電路，但它的作用與順變器相反，綜將直流電變換調制為可調頻率的交流電，它是變頻器的主要局部。 2、控制器 控制器是根據(jù)變頻調速的不同方式產(chǎn)生相應的控制信號，控制逆變器中各功率開關元件的工作狀態(tài)，使逆變器輸出預定頻率和預定電壓的交流電源?？刂破饔卸N控制方式：一種是以各種集成電路構成的模擬控制方式；另一種是以單片機、微處理器構成的數(shù)字控制方式。市場銷售的微電腦變頻器，就是使用單

48、片微機或微處理器為控制核心的變頻器。 決定功率開關器件如晶閘管動作順序和時間分配規(guī)律的控制方法稱為脈寬調制PWM方法。用這種方法通過改變矩形脈沖的寬度可以控制逆變器輸出交流基波電壓的幅值；通過改變調制矩形脈沖波形的頻率或周期可以控制交流基波電壓的頻率。控制器輸出一組等幅而脈沖寬度隨時間按正弦規(guī)律變化的矩形脈沖，用此脈沖電壓去觸發(fā)逆變器中的功率開關器件，起到了功率放大作用。由于各個矩形脈沖波下的面積接近于正弦波下的面積，因此，逆變器的輸出電壓就接近于正弦波，這樣就能滿足變頻調速對電壓與頻率協(xié)調控制的要求。 .3變頻器控制在此選擇交流變頻器型號為：RNB3000 電機為Y100L2-4主回路端子接

49、線圖、控制回路接線圖如圖3-2、各端子說明如表3-1。圖3-2 變頻器接線說明表3-1變頻器端子說明變頻器控制電路給異步電動機供電的主電路提供控制信號的網(wǎng)絡，稱為控制回路，控制電路由頻率，電壓的運算電路，主電路的電壓，電流檢測電路，電動機的速度檢測電路，將運算電路的控制信號進行放大的驅動電路，以及逆變器和電動機的保護電路等組成。無速度檢測電路為開環(huán)控；在控制電路增加了速度檢測電路，即增加速度指令，可以對異步電動機的速度進行更精確的閉環(huán)控制。運算電路將外部的速度，轉矩等指令同檢測電路的電流，電壓信號進行比擬運算，決定逆變器的輸出電壓、頻率。電壓、電流檢測電路為與主回路電位隔離檢測電壓，電流等。驅動電路為驅動主電路器件的電路，它與控制電路隔離，控制主電路器件的導通與關斷。I/O電路使變頻更好地人機交互，其具有多信號的輸入，還有各種內部參數(shù)的輸入。速度檢測電路將裝在異步電動機軸上的速度檢測器的信號設為速度信號，送入運算回路，根據(jù)指令和運算可使電動機按指令