【正文】 模板主要是國(guó)外機(jī)型為主，如科祿格（新加坡）、LAU牌（美國(guó)）和尼科達(dá)（意大利）；國(guó)內(nèi)機(jī)型為 1162 和 YDW11/12 等系列以及眾多上述進(jìn)口機(jī)型的仿制品。 ⑵ 軸流風(fēng)機(jī)（氣體軸向進(jìn)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(diǎn)）。 軸流風(fēng)機(jī)按壓力高 低分為高壓（ 500～ 5000Pa）、低壓（＜ 500Pa）。低壓主要用于一般場(chǎng)所的通風(fēng)換氣用。 軸流風(fēng)機(jī)一般由葉輪、機(jī)殼、集流器和電機(jī)組成，葉輪由葉片和輪轂組成，機(jī)殼由風(fēng)筒、機(jī)架板和支架組成。 市場(chǎng)品種主要有 T T3 T40（工排）、 CDZ、 SF、 DZ、降溫風(fēng)機(jī)（ APB 系列）等。 ⑶ 混流風(fēng)機(jī)（氣體以與主軸成一定角度進(jìn)入旋轉(zhuǎn)葉道，具有高壓大流量的特點(diǎn)） 混流風(fēng)機(jī)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(jī)殼、集流器和電機(jī)組成。其機(jī)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(jì)（本科） 3 市場(chǎng)上主流的混流風(fēng)機(jī)產(chǎn)品 系列主要有： SWF（ HWFⅠ）， SJG（ HWFⅣ）、 HL32A、（ HWFV）。 ⑷ 橫流（貫流）風(fēng)機(jī)（氣體橫貫旋轉(zhuǎn)葉道進(jìn)入再橫貫流出，出口氣流扁平，風(fēng)速高） 風(fēng)幕機(jī)（空氣幕）是橫流風(fēng)機(jī)中的代表產(chǎn)品，它可有效阻隔室內(nèi)外空氣的對(duì)流，因而風(fēng)幕機(jī)在有空調(diào)或有異味的公共場(chǎng)所應(yīng)用廣泛。 風(fēng)機(jī)一般用于鍛冶爐及高壓強(qiáng)制通風(fēng)，亦可廣泛用于輸送物料、空氣及無(wú)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(guò) 50℃（最高不超過(guò) 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(jī)性能試驗(yàn)是以測(cè)試試驗(yàn)數(shù)據(jù)，繪制風(fēng)機(jī)性能曲線為主，所以正確理解風(fēng)機(jī)主要性能參數(shù)和性能曲線尤為重要。風(fēng)機(jī)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(dòng)機(jī)傳遞給風(fēng)機(jī)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(jī)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(shí)際所得到的功率比原動(dòng)機(jī)傳遞至風(fēng)機(jī)軸端的功率要小，他們的比值稱為風(fēng)機(jī)的效率，以幾表示。風(fēng)機(jī)效率越高，則氣體從風(fēng)機(jī)中得到的能量有效部分就越大，經(jīng)濟(jì)性就越高。 (3)流 量 :單位時(shí)間內(nèi)風(fēng)機(jī)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(jī)的流量，特指風(fēng)機(jī)進(jìn)口處容積流量。 (4)有效功率 :單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)風(fēng)機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)的各性能參數(shù)一般都不是在試驗(yàn)臺(tái)上直接測(cè)量的，而是通過(guò)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算而得到。得到風(fēng)機(jī)性能參數(shù)后，繪制風(fēng)機(jī)的性能曲線為風(fēng)機(jī)性能試 驗(yàn)的最終結(jié)果，風(fēng)機(jī)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(jì)（本科） 4 有因次性能曲線和無(wú)因次性能曲線。 (7)有因次性能曲線 :將風(fēng)機(jī)在各工況下的性能參數(shù)值用曲線連接起來(lái)，繪制在直角坐標(biāo)系中，用以表示風(fēng)機(jī)流量、功率、效率、全壓與靜壓之間的關(guān)系曲線。 (8)無(wú)因次性能曲線 :為了選擇、比較和設(shè)計(jì)風(fēng)機(jī)，經(jīng)常采用一系列無(wú)因次參數(shù)。風(fēng)機(jī)的無(wú)因次性能曲線是去掉各種計(jì)量單位的物理性質(zhì)而表示的風(fēng)機(jī)流量、功率、效率、全壓與靜壓之間的關(guān)系曲線。因?yàn)檫@些性能參數(shù)去除了計(jì)量單位的影響，所以對(duì)每一種型式的風(fēng)機(jī)，僅有一組無(wú)因次性能曲線。無(wú)因次性能曲線與計(jì)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(lái)十分方便。無(wú)因次性能曲線在風(fēng)機(jī)的選型設(shè)計(jì)計(jì)算的應(yīng)用中尤為廣泛。 ~16 主要由葉輪、機(jī)殼、進(jìn)風(fēng)口、傳動(dòng)組等組成。 葉輪： 919 型風(fēng)機(jī)葉片為 12 片， 1926 型風(fēng)機(jī)葉片為 16 片。均屬前向彎曲型。葉輪擴(kuò)壓器外緣最高圓周線速度不得超過(guò) 140m/s。葉輪成型后經(jīng)靜、動(dòng)平衡校正和超速運(yùn)轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)，故運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。 機(jī)殼：用普通鋼板焊接成蝸殼形整體。 進(jìn)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(dòng)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(dòng)軸承，用軸承潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑。 風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展 風(fēng)機(jī)的控制系統(tǒng)是風(fēng)機(jī)的重要組成部分，它承擔(dān)著風(fēng)機(jī)監(jiān)控、自動(dòng)調(diào)節(jié)、實(shí)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(shí)現(xiàn)對(duì)全風(fēng)場(chǎng)風(fēng)機(jī)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(jì)（本科） 5 主控系統(tǒng)：主控系統(tǒng)是風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)的主體，它實(shí)現(xiàn)自 動(dòng)啟動(dòng)、自動(dòng)調(diào)向、自動(dòng)調(diào)速、自動(dòng)并網(wǎng)、自動(dòng)解列、故障自動(dòng)停機(jī)、自動(dòng)電纜解繞及自動(dòng)記錄與監(jiān)控等重要控制、保護(hù)功能。它對(duì)外的三個(gè)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(jī)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)及統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的交換，與變槳控制系統(tǒng)接口完成對(duì)葉片的控制，實(shí)現(xiàn)最大風(fēng)能捕獲以及恒速運(yùn)行，與變頻系統(tǒng)（變頻器）接口實(shí)現(xiàn)對(duì)有功功率以及無(wú)功功率的自動(dòng)調(diào)節(jié)。 變槳控制系統(tǒng)：與主控系統(tǒng)配合，通過(guò)對(duì)葉片節(jié)距角的控制，實(shí)現(xiàn)最大風(fēng)能捕獲以及恒速運(yùn)行，提高了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行靈活性。目前來(lái)看，變槳控制系統(tǒng)的葉片驅(qū) 動(dòng)有液壓和電氣兩種方式，電氣驅(qū)動(dòng)方式中又有采用交流電機(jī)和直流電機(jī)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(lái)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(jī)、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(guó)目前的情況來(lái)看，風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)的上述各個(gè)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(duì)國(guó)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(jī)其它部件，包括葉片、齒輪箱、發(fā)電機(jī)、軸承等核心部件已基本實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化配套（盡管質(zhì)量水平 及運(yùn)行狀況還不能令人滿意），之所以如此，原因主要有： (1)我國(guó)在這一技術(shù)領(lǐng)域的起步較晚，尤其是對(duì)兆瓦級(jí)以上大功率機(jī)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(jī)技術(shù)先進(jìn)國(guó)家要落后二十年時(shí)間。前已述及，我國(guó)風(fēng)電制造產(chǎn)業(yè)是從 2021 年開(kāi)始的最近四年才得到快速發(fā)展的，國(guó)內(nèi)主要風(fēng)機(jī)制造廠家為了快速搶占市場(chǎng)，都致力于擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，無(wú)力對(duì)控制系統(tǒng)這樣的技術(shù)含量較高的產(chǎn)品進(jìn)行自主開(kāi)發(fā)，因此多直接從 MITA、 Windtec 等國(guó)外公司采購(gòu)產(chǎn)品或引進(jìn)技術(shù)。 (2)就風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)本身的要求來(lái)看，確有它的特殊性和復(fù)雜性。 從硬件來(lái)講，風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)隨風(fēng)機(jī)一起安裝在接近自然的環(huán)境中，工作有較大振動(dòng)、大范圍的溫度變化、強(qiáng)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(lái)講，風(fēng)機(jī)要實(shí)現(xiàn)完全的自動(dòng)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(shí)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(yùn)行，這需要在這幾大部件中有一套先進(jìn)、復(fù)雜的控制算法。國(guó)內(nèi)企業(yè)要完全自主掌握確實(shí)需要一定時(shí)間。 (3)風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)是與風(fēng)機(jī)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(xiàng)參數(shù)的設(shè)定與風(fēng)機(jī)本身聯(lián)系緊密，風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)的任務(wù)不僅僅是實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)機(jī)的高度自動(dòng)化監(jiān)控以及向電網(wǎng)供電，而且還必須通過(guò)合適的控制實(shí)現(xiàn)風(fēng)山東大學(xué)自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計(jì)（本科） 6 能捕獲的最大化和載荷的最小化，一般的自動(dòng)化企業(yè)即使能研制出樣機(jī)，也很難得到驗(yàn)證，推廣就更加困難。而中小規(guī)模的風(fēng)機(jī)制造商又無(wú)力進(jìn)行這樣的開(kāi)發(fā)。 即便如此，國(guó)內(nèi)企業(yè)通過(guò)這幾年的努力，已經(jīng)在控制系統(tǒng)主要部件的開(kāi)發(fā)上取得了積極進(jìn)展，已基本形成了自主的技術(shù)開(kāi)發(fā)能力，所欠缺的主要是產(chǎn)品的大規(guī)模投運(yùn)業(yè)績(jī)以及技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)積累。比如，作為風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)中技術(shù)含量 最高的主控系統(tǒng)和變頻器，國(guó)內(nèi)企業(yè)在自主開(kāi)發(fā)上已取得重要進(jìn)展。東方自控經(jīng)過(guò)幾年的努力，已成功開(kāi)發(fā)出 DWS5000 風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)，并已完成各種測(cè)試及風(fēng)機(jī)運(yùn)行驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)了規(guī)?；a(chǎn)，基本形成了自主開(kāi)發(fā)能力?？浦Z偉業(yè)也研制出了兆瓦級(jí)機(jī)組的控制系統(tǒng)。在變頻器方面，東方自控、合肥陽(yáng)光、清能華福、科諾偉業(yè)等一批企業(yè)也異軍突起，開(kāi)發(fā)出了大功率雙饋及直驅(qū)機(jī)型的變頻器，產(chǎn)品已有小批量在風(fēng)場(chǎng)投運(yùn)，呈獻(xiàn)出可喜的發(fā)展勢(shì)頭。 風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)的方案論證 隨著國(guó)內(nèi)企業(yè)所開(kāi)發(fā)風(fēng)機(jī)容量越來(lái)越大，風(fēng)機(jī)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(dòng)和控制技術(shù)、如更大容量的變頻器開(kāi)發(fā)，都是必須不斷解決的新的課題，這里不進(jìn)行詳細(xì)闡述。當(dāng)前，由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在我國(guó)電網(wǎng)中所占比例越來(lái)越大，風(fēng)力發(fā)電方式的電網(wǎng)兼容性較差的問(wèn)題也逐漸暴露出來(lái)，同時(shí)用戶對(duì)不同風(fēng)場(chǎng)、不同型號(hào)風(fēng)機(jī)之間的聯(lián)網(wǎng)要求也越來(lái)越高，這也對(duì)風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)提出了新的任務(wù)。 (1)采用統(tǒng)一和開(kāi)放的協(xié)議以實(shí)現(xiàn)不同風(fēng)場(chǎng)、不同廠家和型號(hào)的風(fēng)機(jī)之間的方便互聯(lián)。目前，風(fēng)機(jī)投資用戶和電網(wǎng)調(diào)度中心對(duì)廣布于不同地域的風(fēng)場(chǎng)之間的聯(lián)網(wǎng)要求越來(lái)越迫切，雖然各個(gè)風(fēng)機(jī)制造廠家都提供了一定的手段實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)互連，但是由于采 用的方案不同，不同廠家的風(fēng)機(jī)進(jìn)行互聯(lián)時(shí)還是會(huì)有很多問(wèn)題存在，實(shí)施起來(lái)難度較大。因此，實(shí)現(xiàn)不同風(fēng)機(jī)之間的方便互聯(lián)是一個(gè)亟待解決的重要課題。 (2)需要進(jìn)一步提高低電壓穿越運(yùn)行能力（ LVRT）。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，尤其是雙饋型風(fēng)機(jī)，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(shí)，從前的做法是讓風(fēng)機(jī)從電網(wǎng)切出。當(dāng)風(fēng)機(jī)在電網(wǎng)中所占比例較小時(shí)，這種做法對(duì)電網(wǎng)的影響還可以忽略不計(jì)。但是，隨著在網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)機(jī)的數(shù)量越來(lái)越大，尤其是在風(fēng)力發(fā)電集中的地區(qū)，如國(guó)家規(guī)劃建設(shè)的六個(gè)千萬(wàn)千瓦風(fēng)電基地，這種做法會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成嚴(yán)重影響，甚至可 能進(jìn)一步擴(kuò)大事故。歐洲很多國(guó)家，如德國(guó)、西班牙、丹麥等國(guó)家，早就出臺(tái)了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，要求在這種情況下風(fēng)機(jī)能保持在網(wǎng)運(yùn)行以支撐電網(wǎng)。風(fēng)機(jī)具有的這種能力稱為低電壓穿越運(yùn)行能力（ LVRT），有的國(guó)家甚至要求當(dāng)電網(wǎng)電壓跌落至零時(shí)還能保持在網(wǎng)運(yùn)行。我國(guó)也于今年 8 月由國(guó)家電網(wǎng)公司出臺(tái)了《風(fēng)電場(chǎng)接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》，其中規(guī)定了我國(guó)自己的低電壓穿越技術(shù)要求，明確要求風(fēng)電機(jī)組在并網(wǎng)點(diǎn)電壓跌落至 20%額定電壓時(shí)能夠保持并網(wǎng)運(yùn)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(shí)，風(fēng)電機(jī)組保持并網(wǎng)運(yùn)行的低電壓穿越運(yùn)行要求。山東大學(xué)自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計(jì)（本科） 7 應(yīng)該說(shuō)， 這還只是一個(gè)初步的、相對(duì)較低的運(yùn)行要求。在今后可能還會(huì)出臺(tái)更為嚴(yán)格的上網(wǎng)限制措施。這些要求的實(shí)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(shí)現(xiàn)在功率預(yù)估條件下的風(fēng)電場(chǎng)有功及無(wú)功功率自動(dòng)控制。目前，風(fēng)電機(jī)組都是運(yùn)行在不調(diào)節(jié)的方式，也就是說(shuō)，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(méi)有多大問(wèn)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(jī)出力最大的時(shí)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(dòng)。當(dāng)前，電網(wǎng)對(duì)這一問(wèn)題已相當(dāng)重視，要求開(kāi)展 建設(shè)風(fēng)電場(chǎng)功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)和風(fēng)電出力自動(dòng)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)在功率預(yù)測(cè)基礎(chǔ)上的有功功率和無(wú)功功率控制能力。事際上，這個(gè)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(wèn)題。但是，無(wú)論如何說(shuō)，序幕已經(jīng)拉開(kāi)。 山東大學(xué)自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計(jì)（本科） 8 第二章 風(fēng)機(jī)的機(jī)械部分的設(shè)計(jì) 方法 在現(xiàn)代化工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，各種生產(chǎn)機(jī)械都廣泛應(yīng)用電動(dòng)機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)，正確地選用與機(jī)械負(fù)載配套的電動(dòng)機(jī)，可以使電動(dòng)機(jī)在最經(jīng)濟(jì)、最合理的方式下運(yùn)行，從而達(dá)到降低能耗、提高效率的目的。 選擇電動(dòng)機(jī)有以下幾種方法 : ⑴根據(jù)電源電壓、使用條件、拖動(dòng)對(duì)象選擇電動(dòng) 機(jī)。要求電源電壓與電動(dòng)機(jī)額定電壓相符。 ⑵根據(jù)安裝地點(diǎn)和工作環(huán)境選擇不同型式的電動(dòng)機(jī)。 ⑶根據(jù)容量、效率、功率因數(shù)、轉(zhuǎn)數(shù)選擇電動(dòng)機(jī)。 如果容量選擇過(guò)小 ,就會(huì)發(fā)生長(zhǎng)期過(guò)載現(xiàn)象 ,影響電動(dòng)機(jī)壽命甚至燒毀。 如果容量選擇過(guò)大 ,電動(dòng)機(jī)的輸出機(jī)械功率不能充分利用 ,功率因數(shù)也不高。因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)的功率因數(shù)和效率是隨著負(fù)載變化的。 ⑷電動(dòng)機(jī)在恒定負(fù)載運(yùn)行下 ,功率計(jì)算公式如下： ??11PP? 式中： P —— 電動(dòng)機(jī)的功率（ KW）； 1P —— 生產(chǎn)機(jī)械功率（ KW）；