【正文】 模板主要是國外機型為主，如科祿格（新加坡）、LAU牌（美國）和尼科達(dá)（意大利）；國內(nèi)機型為 1162 和 YDW11/12 等系列以及眾多上述進口機型的仿制品。 ⑵ 軸流風(fēng)機（氣體軸向進入旋轉(zhuǎn)葉道被加壓后再軸向排出，具有低壓、大流量、高效特點）。 軸流風(fēng)機按壓力高 低分為高壓（ 500～ 5000Pa）、低壓（＜ 500Pa）。低壓主要用于一般場所的通風(fēng)換氣用。 軸流風(fēng)機一般由葉輪、機殼、集流器和電機組成，葉輪由葉片和輪轂組成，機殼由風(fēng)筒、機架板和支架組成。 市場品種主要有 T T3 T40（工排）、 CDZ、 SF、 DZ、降溫風(fēng)機（ APB 系列）等。 ⑶ 混流風(fēng)機（氣體以與主軸成一定角度進入旋轉(zhuǎn)葉道，具有高壓大流量的特點） 混流風(fēng)機介于軸流和離心之間，其結(jié)構(gòu)與軸流相似，一般由葉輪、機殼、集流器和電機組成。其機殼由風(fēng)筒、導(dǎo)流內(nèi)筒、導(dǎo)葉等組成。 山東大學(xué)自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計（本科） 3 市場上主流的混流風(fēng)機產(chǎn)品 系列主要有： SWF（ HWFⅠ）， SJG（ HWFⅣ）、 HL32A、（ HWFV）。 ⑷ 橫流（貫流）風(fēng)機（氣體橫貫旋轉(zhuǎn)葉道進入再橫貫流出，出口氣流扁平，風(fēng)速高） 風(fēng)幕機（空氣幕）是橫流風(fēng)機中的代表產(chǎn)品，它可有效阻隔室內(nèi)外空氣的對流，因而風(fēng)幕機在有空調(diào)或有異味的公共場所應(yīng)用廣泛。 風(fēng)機一般用于鍛冶爐及高壓強制通風(fēng)，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(zhì)之氣體。介質(zhì)溫度一般不超過 50℃（最高不超過 80℃），介質(zhì)中塵土及硬質(zhì)顆粒物含量不大于 150mg/m3。 的主要性能參數(shù) 風(fēng)機性能試驗是以測試試驗數(shù)據(jù)，繪制風(fēng)機性能曲線為主，所以正確理解風(fēng)機主要性能參數(shù)和性能曲線尤為重要。風(fēng)機的主要性能參數(shù)有流量、全壓、功率、轉(zhuǎn)速及效率。 (1)軸功率 :原動機傳遞給風(fēng)機轉(zhuǎn)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(fēng)機輸入功率不可能全部傳給被輸送氣體，其中必有一部分能量損失，被輸送的氣體實際所得到的功率比原動機傳遞至風(fēng)機軸端的功率要小，他們的比值稱為風(fēng)機的效率，以幾表示。風(fēng)機效率越高，則氣體從風(fēng)機中得到的能量有效部分就越大，經(jīng)濟性就越高。 (3)流 量 :單位時間內(nèi)風(fēng)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“耐 /s”或“ m3/h”。嚴(yán)格地講，風(fēng)機的流量，特指風(fēng)機進口處容積流量。 (4)有效功率 :單位時間內(nèi)通過風(fēng)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(fēng)機內(nèi)所獲得的能量稱為全壓或風(fēng)壓，以 P 表示，單位為Pa。 (6)轉(zhuǎn)速 :風(fēng)機軸每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)稱為轉(zhuǎn)速，以 n 表示，單位為 r/min。風(fēng)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(fēng)機性能參數(shù)后，繪制風(fēng)機的性能曲線為風(fēng)機性能試 驗的最終結(jié)果，風(fēng)機的性能曲線有兩種，包括山東大學(xué)自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計（本科） 4 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(fēng)機在各工況下的性能參數(shù)值用曲線連接起來，繪制在直角坐標(biāo)系中，用以表示風(fēng)機流量、功率、效率、全壓與靜壓之間的關(guān)系曲線。 (8)無因次性能曲線 :為了選擇、比較和設(shè)計風(fēng)機，經(jīng)常采用一系列無因次參數(shù)。風(fēng)機的無因次性能曲線是去掉各種計量單位的物理性質(zhì)而表示的風(fēng)機流量、功率、效率、全壓與靜壓之間的關(guān)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(fēng)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(zhuǎn)速、氣體密度等因素?zé)o關(guān)，所以使用起來十分方便。無因次性能曲線在風(fēng)機的選型設(shè)計計算的應(yīng)用中尤為廣泛。 ~16 主要由葉輪、機殼、進風(fēng)口、傳動組等組成。 葉輪： 919 型風(fēng)機葉片為 12 片， 1926 型風(fēng)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(zhuǎn)實驗，故運轉(zhuǎn)平穩(wěn)。 機殼：用普通鋼板焊接成蝸殼形整體。 進風(fēng)口：做成收斂式流線型整體結(jié)構(gòu)，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(zhì)鋼制成，軸承箱整體結(jié)構(gòu)，采用滾動軸承，用軸承潤滑脂潤滑。 風(fēng)機控制系統(tǒng)的發(fā)展 風(fēng)機的控制系統(tǒng)是風(fēng)機的重要組成部分，它承擔(dān)著風(fēng)機監(jiān)控、自動調(diào)節(jié)、實現(xiàn)最大風(fēng)能捕獲以及保證良好的電網(wǎng)兼容性等重要任務(wù)，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）幾部分組成。各部分的主要功能如下： 監(jiān)控系統(tǒng)（ SCADA）：監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)對全風(fēng)場風(fēng)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(luò)。 山東大學(xué)自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計（本科） 5 主控系統(tǒng)：主控系統(tǒng)是風(fēng)機控制系統(tǒng)的主體，它實現(xiàn)自 動啟動、自動調(diào)向、自動調(diào)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(fēng)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(fēng)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(diào)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(fēng)能捕獲以及恒速運行，提高了風(fēng)力發(fā)電機組的運行靈活性。目前來看，變槳控制系統(tǒng)的葉片驅(qū) 動有液壓和電氣兩種方式，電氣驅(qū)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(shù)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，直接承擔(dān)著保證供電品質(zhì)、提高功率因素，滿足電網(wǎng)兼容性標(biāo)準(zhǔn)等重要作用。 從我國目前的情況來看，風(fēng)機控制系統(tǒng)的上述各個組成部分的自主配套規(guī)模還相當(dāng)不如人意，到目前為止對國外品牌的依賴仍然較大，仍是風(fēng)電設(shè)備制造業(yè)中最薄弱的環(huán)節(jié)。而風(fēng)機其它部件，包括葉片、齒輪箱、發(fā)電機、軸承等核心部件已基本實現(xiàn)國產(chǎn)化配套（盡管質(zhì)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(shù)領(lǐng)域的起步較晚，尤其是對兆瓦級以上大功率機組變速恒頻控制技術(shù)的研究，更是最近幾年的事情，這比風(fēng)機技術(shù)先進國家要落后二十年時間。前已述及，我國風(fēng)電制造產(chǎn)業(yè)是從 2021 年開始的最近四年才得到快速發(fā)展的，國內(nèi)主要風(fēng)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(shù)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(shù)。 (2)就風(fēng)機控制系統(tǒng)本身的要求來看，確有它的特殊性和復(fù)雜性。 從硬件來講，風(fēng)機控制系統(tǒng)隨風(fēng)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(fù)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(fēng)機要實現(xiàn)完全的自動控制，必須有一套與之相適應(yīng)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(fēng)速下的最大風(fēng)能捕獲、在中等風(fēng)速下的定轉(zhuǎn)速以及在較大風(fēng)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(fù)雜的控制算法。國內(nèi)企業(yè)要完全自主掌握確實需要一定時間。 (3)風(fēng)機控制系統(tǒng)是與風(fēng)機特性高度結(jié)合的系統(tǒng)，包括主控、變槳和變 頻器在內(nèi)的控制軟件不僅算法復(fù)雜，而且其各項參數(shù)的設(shè)定與風(fēng)機本身聯(lián)系緊密，風(fēng)機控制系統(tǒng)的任務(wù)不僅僅是實現(xiàn)對風(fēng)機的高度自動化監(jiān)控以及向電網(wǎng)供電，而且還必須通過合適的控制實現(xiàn)風(fēng)山東大學(xué)自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計（本科） 6 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。而中小規(guī)模的風(fēng)機制造商又無力進行這樣的開發(fā)。 即便如此，國內(nèi)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，已基本形成了自主的技術(shù)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(shù)和經(jīng)驗積累。比如，作為風(fēng)機控制系統(tǒng)中技術(shù)含量 最高的主控系統(tǒng)和變頻器，國內(nèi)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(fēng)機控制系統(tǒng)，并已完成各種測試及風(fēng)機運行驗證，實現(xiàn)了規(guī)?；a(chǎn)，基本形成了自主開發(fā)能力?？浦Z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(qū)機型的變頻器，產(chǎn)品已有小批量在風(fēng)場投運，呈獻(xiàn)出可喜的發(fā)展勢頭。 風(fēng)機控制系統(tǒng)的方案論證 隨著國內(nèi)企業(yè)所開發(fā)風(fēng)機容量越來越大，風(fēng)機控制技術(shù)必須不斷發(fā)展才能滿足這一要求， 如葉片的驅(qū)動和控制技術(shù)、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(xì)闡述。當(dāng)前，由于風(fēng)力發(fā)電機組在我國電網(wǎng)中所占比例越來越大，風(fēng)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(fēng)場、不同型號風(fēng)機之間的聯(lián)網(wǎng)要求也越來越高，這也對風(fēng)機控制系統(tǒng)提出了新的任務(wù)。 (1)采用統(tǒng)一和開放的協(xié)議以實現(xiàn)不同風(fēng)場、不同廠家和型號的風(fēng)機之間的方便互聯(lián)。目前，風(fēng)機投資用戶和電網(wǎng)調(diào)度中心對廣布于不同地域的風(fēng)場之間的聯(lián)網(wǎng)要求越來越迫切，雖然各個風(fēng)機制造廠家都提供了一定的手段實現(xiàn)風(fēng)機互連，但是由于采 用的方案不同，不同廠家的風(fēng)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(fēng)機之間的方便互聯(lián)是一個亟待解決的重要課題。 (2)需要進一步提高低電壓穿越運行能力（ LVRT）。風(fēng)力發(fā)電機組，尤其是雙饋型風(fēng)機，抵抗電網(wǎng)電壓跌落的能力本身較差。當(dāng)發(fā)生電網(wǎng)電壓跌落時，從前的做法是讓風(fēng)機從電網(wǎng)切出。當(dāng)風(fēng)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(fēng)機的數(shù)量越來越大，尤其是在風(fēng)力發(fā)電集中的地區(qū)，如國家規(guī)劃建設(shè)的六個千萬千瓦風(fēng)電基地，這種做法會對電網(wǎng)造成嚴(yán)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(guān)標(biāo)準(zhǔn)，要求在這種情況下風(fēng)機能保持在網(wǎng)運行以支撐電網(wǎng)。風(fēng)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(dāng)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(fēng)電場接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》，其中規(guī)定了我國自己的低電壓穿越技術(shù)要求，明確要求風(fēng)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(dāng)?shù)浒l(fā)生 3s 內(nèi)能夠恢復(fù)到額定電壓的 90%時，風(fēng)電機組保持并網(wǎng)運行的低電壓穿越運行要求。山東大學(xué)自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計（本科） 7 應(yīng)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(yán)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(jié)構(gòu)的改善，當(dāng)然和主控和變槳系統(tǒng)也有密切聯(lián)系。 (3)實現(xiàn)在功率預(yù)估條件下的風(fēng)電場有功及無功功率自動控制。目前，風(fēng)電機組都是運行在不調(diào)節(jié)的方式，也就是說，有多少風(fēng)、發(fā)多少電，這在風(fēng)電所占比例較小的情況下也沒有多大問題。但是，隨著風(fēng)電上網(wǎng)電量的大幅度增加，在用電低谷段往往是風(fēng)機出力最大的時段，造成電網(wǎng)調(diào)峰異常困難，電網(wǎng)頻率、電壓均易出現(xiàn)較大波動。當(dāng)前，電網(wǎng)對這一問題已相當(dāng)重視，要求開展 建設(shè)風(fēng)電場功率預(yù)測系統(tǒng)和風(fēng)電出力自動控制系統(tǒng)，實現(xiàn)在功率預(yù)測基礎(chǔ)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(shè)不是一件容易的事情，涉及到很多方面的技術(shù)問題。但是，無論如何說，序幕已經(jīng)拉開。 山東大學(xué)自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計（本科） 8 第二章 風(fēng)機的機械部分的設(shè)計 方法 在現(xiàn)代化工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，各種生產(chǎn)機械都廣泛應(yīng)用電動機來驅(qū)動，正確地選用與機械負(fù)載配套的電動機，可以使電動機在最經(jīng)濟、最合理的方式下運行，從而達(dá)到降低能耗、提高效率的目的。 選擇電動機有以下幾種方法 : ⑴根據(jù)電源電壓、使用條件、拖動對象選擇電動 機。要求電源電壓與電動機額定電壓相符。 ⑵根據(jù)安裝地點和工作環(huán)境選擇不同型式的電動機。 ⑶根據(jù)容量、效率、功率因數(shù)、轉(zhuǎn)數(shù)選擇電動機。 如果容量選擇過小 ,就會發(fā)生長期過載現(xiàn)象 ,影響電動機壽命甚至燒毀。 如果容量選擇過大 ,電動機的輸出機械功率不能充分利用 ,功率因數(shù)也不高。因為電動機的功率因數(shù)和效率是隨著負(fù)載變化的。 ⑷電動機在恒定負(fù)載運行下 ,功率計算公式如下： ??11PP? 式中： P —— 電動機的功率（ KW）； 1P —— 生產(chǎn)機械功率（ KW）；