【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 1? —— 生產(chǎn)機(jī)械本身效率； ?—— 電動(dòng)機(jī)效率 上式計(jì)算出的功率不一定與產(chǎn)品規(guī)格相同 ,所以選擇電動(dòng)機(jī)的額定功率 (P1)應(yīng)等于或稍大于計(jì)算所得的功率。 當(dāng)改變大氣壓力 pb、溫度 t 時(shí)的換算式： 山東大學(xué)自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計(jì)（本科） 9 PPPPtPPPPsmqqvabbtFtFv00030)(2 7 3 202 7 3)/(?????? 000 )(27320273?? ????? KWtPPPPbb 按該公式換算為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的參數(shù)。注腳“ 0”表示標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下或性能表中的參數(shù)，無“ 0”表示風(fēng)機(jī)實(shí)際工作條件下的參數(shù)，所選電動(dòng)機(jī)不低于所需功率。 在所選系列風(fēng)機(jī)性能曲線上，可以根據(jù)流量對(duì)應(yīng)的壓力，選出風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的軸功率加上電動(dòng)機(jī)儲(chǔ)備系數(shù)得出電動(dòng)機(jī)功率。 計(jì)算比轉(zhuǎn)數(shù)大小，在已有系列產(chǎn)品中查找比轉(zhuǎn)數(shù)相等或相近的通風(fēng)機(jī)。 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(cè)流量，壓力傳感器主要用于檢測(cè)靜壓，扭矩傳感器主要用于檢測(cè)功 率信號(hào)。 差壓式流量計(jì) (以下簡(jiǎn)稱 DPF 或流量計(jì) )是根據(jù)安裝于管道中流量檢測(cè)件產(chǎn)生的差壓、已知的流體條件和檢測(cè)件與管道的幾何尺寸來測(cè)量流量的儀表。 DPF 由一次裝置 (檢測(cè)件 )和二次裝置 (差壓轉(zhuǎn)換和流量顯示儀表 )組成。通常以檢測(cè)件的型式對(duì) DPF 分類，如孔扳流量計(jì)、文丘里管流量計(jì)及均速管流量計(jì)等。二次裝置為各種機(jī)械、電子、機(jī)電一體式差壓計(jì)，差壓變送器和流量顯示及計(jì)算儀表，它已發(fā)展為三化 (系列化、通用化及標(biāo)準(zhǔn)化 )程度很高的種類規(guī)格龐雜的一大類儀表。差壓計(jì)既可用于測(cè)量流量參數(shù)，也可測(cè)量其他參數(shù) (如壓力、 物位、密度等 )。 ⑴壓差測(cè)量工作原理 充滿管道的流體，當(dāng)它流經(jīng)管道內(nèi)的節(jié)流件時(shí)，如圖 21 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(cè)量方法是以流動(dòng)連續(xù)性方程(質(zhì)量守恒定律 )和伯努利方程 (能量守恒定律 )為基礎(chǔ)的。壓差的大小不僅與流量還與其他許山東大學(xué)自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計(jì)（本科） 10 多因素有關(guān)，例如當(dāng)節(jié)流裝置形式或管道內(nèi)流體的物理性質(zhì) (密度、粘度 )不同時(shí)，在同樣大小的流量下產(chǎn)生的壓差也是不同的。 圖 21壓差測(cè)量工作原理 124 241 ???? pdCq m ??? ?/mv qq ? 式中 qm質(zhì)量流量， kg/s。 qv體積流量， m3/s。 C流出系數(shù)； ε可膨脹性系數(shù)； β直徑比， β=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(nèi)徑， m； △ P差壓， Pa； Ρ1上游流體密度， kg/m3。 山東大學(xué)自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計(jì)（本科） 11 由上式可見，流量為 C、 ε、 d、 ρ、 △ P、 β 6 個(gè)參數(shù)的函數(shù)，此 6 個(gè)參數(shù)可分為實(shí)測(cè)量[d， ρ， △ P， β(D)]和統(tǒng)計(jì)量 (C、 ε)兩類。 ⑵ 風(fēng)機(jī)壓差測(cè)量方式 此測(cè)試系統(tǒng)采用法蘭取壓的標(biāo)準(zhǔn)板孔如圖 22。 圖 22標(biāo)準(zhǔn)板孔的法蘭取壓 ⑶壓差測(cè)量傳感器 由以上論述看出，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(yàn)裝置中，此壓差信號(hào)由壓差式變送器測(cè)量。壓差式流量傳感器是目前工業(yè)上技術(shù)最成熟、使用最多的一種，其使用量約占全部流量測(cè)量儀表的 7080%。他不僅可以用來顯示，而且可以經(jīng)壓差變送器轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)為 20mA(或 l5V)以便送到單元組合儀表及計(jì)算機(jī)進(jìn)行上業(yè)過程控制。差壓式節(jié)流裝置的特點(diǎn)是 :結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用壽命長，適應(yīng)能力強(qiáng)，幾乎能測(cè)量各種工作狀態(tài) (包括高溫、高壓 )下。 山東大學(xué)自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計(jì)（本科） 12 本測(cè)試裝置采用氣壓傳感器 C26 RANGE:+/1000Pa。 壓力傳感器用來測(cè)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(diǎn)如下 : (1)測(cè)量范圍大。金屬應(yīng)變絲的極限一般為 l%，而半導(dǎo)體應(yīng)變片可達(dá) 20%，電容傳感器相對(duì)變化量大于 100%。 (2)靈敏度高。如用比率變壓器電橋可測(cè)出電容值，其相對(duì)變化量可達(dá) IE7 (3)動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間短。由于電容式傳感器可動(dòng)部分質(zhì)量小，因此其固有頻率很高，可月J 幾動(dòng)態(tài)信號(hào)的測(cè)量。 (4)機(jī)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(yīng)極微，可保證電齊式傳感器具有較高的精度。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適應(yīng)性強(qiáng)。電容式傳感器一般使用金屬材料做電極，以無機(jī)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(qiáng)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(zhì)介電常數(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(hào)為 :C26RANGE:050Pa，技術(shù)指標(biāo)如下 : 作溫度 :18+65℃ 測(cè)量介質(zhì) :空氣或類似的非導(dǎo)電性氣體 輸入電源 :93V DC 輸出電流 :420mA 量程 :05OPa 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25OΩ精密電阻兩端的電壓信號(hào)，此電壓信號(hào)進(jìn)入到計(jì)算機(jī)中進(jìn)行計(jì)算。 與選型 初選葉輪大徑 D2=。葉輪如圖 23。 山東大學(xué)自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計(jì)（本科） 13 ⒈風(fēng)機(jī)葉輪 周速： smnDU / ?? ? ⒉風(fēng)機(jī)全壓系數(shù)： 32249 10 tfPu? ??? ? ??? 圖 23風(fēng)機(jī)葉輪示意圖 ⒊風(fēng)機(jī)的比轉(zhuǎn)數(shù)： 33 44 1430 49000vs tfqnnp? ? ? ? ? ? ⒋風(fēng)機(jī)進(jìn)口軸向速度： 0. 27 0. 270 8. 92 6 8. 92 6 88 .9 3 29 .9 8 /vv q m s? ? ? ? ⒌風(fēng)機(jī)進(jìn)口當(dāng)量直徑： . 04 4 8 8 . 9 3 0 . 2 5 16 0 6 0 2 9 . 9 8 3 . 1 4voe qDmv ?? ?? ? ?? ? ? ? ⒍風(fēng)機(jī)流量系數(shù)： 山東大學(xué)自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計(jì)（本科） 14 2 222 4 4vqDu? ? ? ??? ?? ⒎內(nèi)孔直徑： .0 .1 1 ( 1 ) 0 .7 0 .1 1 9 0 .7 0 .2 5 1 0 .1 7 4ah o ed N D m? ? ? ? ? ? ? ? 其中 Nah =8。 ⒏風(fēng)機(jī)葉輪輪轂外徑： 0 74 09d d m? ? ? ? ⒐風(fēng)機(jī)工作輪進(jìn)口直徑： 2 2 2 20 . 0 0 .2 5 1 0 .2 0 9 0 .3 2 6oeD D d m? ? ? ? ? ⒑風(fēng)機(jī)工作輪密封處外徑： 26 59D D m? ? ? ? ⒒風(fēng)機(jī)葉片進(jìn)口直徑： 85 85 26 54D D m? ? ? ? ⒓風(fēng)機(jī)葉片進(jìn)口線速度： 11 0 .3 5 4 1 4 3 0 2 6 .5 0 /6 0 6 0Dnu m s? ? ??? ? ? ⒔風(fēng)機(jī)葉輪葉片數(shù)： 5321 2 1 21 .4 4 1 0 0 .3 8 3 52sin ( )sin sin 8 .8 92 .8 1 01 0 1 0 1 0 1 21 / 1 / 1 0 .3 5 4 / 0 .4 0 5sAknZ D D D D????? ? ??? ? ? ? ? ? ?? ? ? ⒕風(fēng)機(jī)葉片厚度： 0. 23 4 0. 23 42 / 10 00 2 88 .9 3 / 10 00 0. 00 3vqm? ? ? ? ? 山東大學(xué)自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計(jì)（本科） 15 根據(jù)以上計(jì)算可以通過風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)選型為 葉輪，并且確定為 ? 型軸盤。 片的設(shè)計(jì)與選型 以最小的葉片重量獲得最大的葉片面積，使得葉片具有更高的捕風(fēng)能力，葉片的優(yōu)化設(shè)計(jì)顯 得十分重要，尤其是符合空氣動(dòng)力學(xué)要求的大型復(fù)合材料葉片的最佳外形設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的重要性尤為突出，它是實(shí)現(xiàn)葉片的材料工藝有效結(jié)合的軟件支撐。另外，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的應(yīng)用也使得葉片的結(jié)構(gòu)與層合板設(shè)計(jì)更加細(xì)化，有力的支持了最佳工藝參數(shù)的確定。 早在 1920 年，德國的物理學(xué)家 Albert Betz 就對(duì)風(fēng)力發(fā)電葉片進(jìn)行過詳細(xì)的計(jì)算?；诋?dāng)時(shí)的計(jì)算條件和對(duì)風(fēng)力發(fā)電葉片的認(rèn)識(shí)， Betz 在葉片計(jì)算時(shí)采用了一些假設(shè)條件。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展，計(jì)算手段的顯著提高，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的快速發(fā)展，人們對(duì)風(fēng)力發(fā)電葉片的認(rèn)識(shí)和理解也在逐 漸深入。尤其是近十年來，經(jīng)過研究人員對(duì)風(fēng)力發(fā)電葉片進(jìn)行的多次現(xiàn)場(chǎng)載荷、聲音和動(dòng)力測(cè)量以后，發(fā)現(xiàn)葉片的理論預(yù)測(cè)值與實(shí)際記錄值有較大的偏離。這可能是由于過多的相信了風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)，而對(duì)葉片服役期間可能遇到的較強(qiáng)動(dòng)態(tài)環(huán)境和湍流條件考慮不足造成的。因此，一些相關(guān)人員對(duì)當(dāng)時(shí)的葉片計(jì)算采用假設(shè)條件提出了質(zhì)疑。 流體動(dòng)力學(xué)計(jì)算和軟件的改進(jìn)使得研究人員能夠更精確的模擬葉片實(shí)際的受力狀態(tài)。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步改善葉片的空氣動(dòng)力學(xué)特征，即使葉片在旋轉(zhuǎn)速度降低 5％的情況下，捕風(fēng)能力仍可以提高 5％；隨著葉片旋轉(zhuǎn)速度的降低，葉片運(yùn)行的噪音大 約可以降低 3dB。同時(shí)，較低的葉片旋轉(zhuǎn)速度要求的運(yùn)行載荷也較低，旋轉(zhuǎn)直徑可以相應(yīng)的增加。在此項(xiàng)研究的基礎(chǔ)上，德國的 Enercon 公司將風(fēng)力發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)直徑由 30 米增加到 33 米，復(fù)合材料葉片也隨著相應(yīng)的增加。由于葉片長度的增加，葉片轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)掃過的面積增大，捕風(fēng)能力大約提高 25％。 Enercon 公司還對(duì) 33 米葉片進(jìn)行了空氣動(dòng)力實(shí)驗(yàn)，經(jīng)過精確的測(cè)定，葉片的實(shí)際氣動(dòng)效率為 56％，比按照 Betz 計(jì)算的最大氣動(dòng)效率低約 3～ 4 個(gè)百分點(diǎn)。為此，該公司對(duì)大型葉片外形型面和結(jié)構(gòu)都進(jìn)行了必要的改進(jìn)：包括為了抑制生成擾流和旋 渦，在葉片端部安裝“小翼”；為改善和提高渦輪發(fā)電機(jī)主艙附近的捕風(fēng)能力，對(duì)葉片根莖進(jìn)行重新改進(jìn)，縮小葉片的外形截面，增加葉徑長度；對(duì)葉片頂部和根部之間的型面進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。在此基礎(chǔ)上， Enercon 公司開發(fā)出旋轉(zhuǎn)直徑 71 米的 2MW 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，改進(jìn)后葉片根部的捕風(fēng)能力得異提高。 Enercon 公司在 風(fēng)力發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)中繼續(xù)采用此項(xiàng)技術(shù)，旋轉(zhuǎn)直徑為 112 米的葉片端部仍安裝的傾斜“小翼”，使得葉片單片的運(yùn)行噪音小于 3 個(gè)葉片 (旋轉(zhuǎn)直徑為 66 米 )山東大學(xué)自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計(jì)（本科） 16 運(yùn)行使產(chǎn)生的噪音。 丹麥的 LM 公司在 米復(fù)合材料 葉片樣機(jī)的設(shè)計(jì)中對(duì)其葉片根部固定進(jìn)行了改進(jìn)，尤其是固定螺栓與螺栓空周圍區(qū)域。這樣，在保持現(xiàn)有根部直徑的情況下，能夠支撐的葉片長度可比改進(jìn)前增加 20％。另外， LM 公司的葉片預(yù)彎曲專有技術(shù)也可以進(jìn)一步降低葉片重量和提高產(chǎn)能。 風(fēng)機(jī)葉片強(qiáng)度計(jì)算 因?yàn)樵诖嗽O(shè)計(jì)的風(fēng)機(jī)葉片與葉輪前后盤的連接為焊接，所以葉片的最大彎矩應(yīng)產(chǎn)生在梁的兩端。葉片受力如圖 24。 當(dāng)葉輪以角速度ω旋轉(zhuǎn)時(shí)單個(gè)葉片因本身質(zhì)量產(chǎn)生的離心力 F 為： 2F b l R Cbl R? ? ? ??? 其中ρ = 103 kg/m3ω為葉輪角速度 b 為葉片長 =