【文章內(nèi)容簡介】 1? —— 生產(chǎn)機械本身效率； ?—— 電動機效率 上式計算出的功率不一定與產(chǎn)品規(guī)格相同 ,所以選擇電動機的額定功率 (P1)應等于或稍大于計算所得的功率。 當改變大氣壓力 pb、溫度 t 時的換算式： 山東大學自學考試畢業(yè)設計（本科） 9 PPPPtPPPPsmqqvabbtFtFv00030)(2 7 3 202 7 3)/(?????? 000 )(27320273?? ????? KWtPPPPbb 按該公式換算為標準狀態(tài)下的參數(shù)。注腳“ 0”表示標準狀態(tài)下或性能表中的參數(shù)，無“ 0”表示風機實際工作條件下的參數(shù)，所選電動機不低于所需功率。 在所選系列風機性能曲線上，可以根據(jù)流量對應的壓力，選出風機的轉(zhuǎn)速，在標準狀態(tài)下的軸功率加上電動機儲備系數(shù)得出電動機功率。 計算比轉(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、已知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 (檢測件 )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，它已發(fā)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 )。 ⑴壓差測量工作原理 充滿管道的流體，當它流經(jīng)管道內(nèi)的節(jié)流件時，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。這種測量方法是以流動連續(xù)性方程(質(zhì)量守恒定律 )和伯努利方程 (能量守恒定律 )為基礎的。壓差的大小不僅與流量還與其他許山東大學自學考試畢業(yè)設計（本科） 10 多因素有關，例如當節(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，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。 山東大學自學考試畢業(yè)設計（本科） 11 由上式可見，流量為 C、 ε、 d、 ρ、 △ P、 β 6 個參數(shù)的函數(shù)，此 6 個參數(shù)可分為實測量[d， ρ， △ P， β(D)]和統(tǒng)計量 (C、 ε)兩類。 ⑵ 風機壓差測量方式 此測試系統(tǒng)采用法蘭取壓的標準板孔如圖 22。 圖 22標準板孔的法蘭取壓 ⑶壓差測量傳感器 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(shù)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 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)一的標準信號為 20mA(或 l5V)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(jié)構(gòu)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。 山東大學自學考試畢業(yè)設計（本科） 12 本測試裝置采用氣壓傳感器 C26 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 IE7 (3)動態(tài)響應時間短。由于電容式傳感器可動部分質(zhì)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(jié)構(gòu)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(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，其型號為 :C26RANGE:050Pa，技術(shù)指標如下 : 作溫度 :18+65℃ 測量介質(zhì) :空氣或類似的非導電性氣體 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，此電壓信號進入到計算機中進行計算。 與選型 初選葉輪大徑 D2=。葉輪如圖 23。 山東大學自學考試畢業(yè)設計（本科） 13 ⒈風機葉輪 周速： smnDU / ?? ? ⒉風機全壓系數(shù)： 32249 10 tfPu? ??? ? ??? 圖 23風機葉輪示意圖 ⒊風機的比轉(zhuǎn)數(shù)： 33 44 1430 49000vs tfqnnp? ? ? ? ? ? ⒋風機進口軸向速度： 0. 27 0. 270 8. 92 6 8. 92 6 88 .9 3 29 .9 8 /vv q m s? ? ? ? ⒌風機進口當量直徑： . 04 4 8 8 . 9 3 0 . 2 5 16 0 6 0 2 9 . 9 8 3 . 1 4voe qDmv ?? ?? ? ?? ? ? ? ⒍風機流量系數(shù)： 山東大學自學考試畢業(yè)設計（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風機葉輪輪轂外徑： 0 74 09d d m? ? ? ? ⒐風機工作輪進口直徑： 2 2 2 20 . 0 0 .2 5 1 0 .2 0 9 0 .3 2 6oeD D d m? ? ? ? ? ⒑風機工作輪密封處外徑： 26 59D D m? ? ? ? ⒒風機葉片進口直徑： 85 85 26 54D D m? ? ? ? ⒓風機葉片進口線速度： 11 0 .3 5 4 1 4 3 0 2 6 .5 0 /6 0 6 0Dnu m s? ? ??? ? ? ⒔風機葉輪葉片數(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風機葉片厚度： 0. 23 4 0. 23 42 / 10 00 2 88 .9 3 / 10 00 0. 00 3vqm? ? ? ? ? 山東大學自學考試畢業(yè)設計（本科） 15 根據(jù)以上計算可以通過風機設計手冊選型為 葉輪，并且確定為 ? 型軸盤。 片的設計與選型 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能力，葉片的優(yōu)化設計顯 得十分重要，尤其是符合空氣動力學要求的大型復合材料葉片的最佳外形設計和結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計的重要性尤為突出，它是實現(xiàn)葉片的材料工藝有效結(jié)合的軟件支撐。另外，計算機仿真技術(shù)的應用也使得葉片的結(jié)構(gòu)與層合板設計更加細化，有力的支持了最佳工藝參數(shù)的確定。 早在 1920 年，德國的物理學家 Albert Betz 就對風力發(fā)電葉片進行過詳細的計算?；诋敃r的計算條件和對風力發(fā)電葉片的認識， Betz 在葉片計算時采用了一些假設條件。隨著計算機技術(shù)發(fā)展，計算手段的顯著提高，風力發(fā)電技術(shù)的快速發(fā)展，人們對風力發(fā)電葉片的認識和理解也在逐 漸深入。尤其是近十年來，經(jīng)過研究人員對風力發(fā)電葉片進行的多次現(xiàn)場載荷、聲音和動力測量以后，發(fā)現(xiàn)葉片的理論預測值與實際記錄值有較大的偏離。這可能是由于過多的相信了風洞實驗，而對葉片服役期間可能遇到的較強動態(tài)環(huán)境和湍流條件考慮不足造成的。因此，一些相關人員對當時的葉片計算采用假設條件提出了質(zhì)疑。 流體動力學計算和軟件的改進使得研究人員能夠更精確的模擬葉片實際的受力狀態(tài)。在此基礎上，進一步改善葉片的空氣動力學特征，即使葉片在旋轉(zhuǎn)速度降低 5％的情況下，捕風能力仍可以提高 5％；隨著葉片旋轉(zhuǎn)速度的降低，葉片運行的噪音大 約可以降低 3dB。同時，較低的葉片旋轉(zhuǎn)速度要求的運行載荷也較低，旋轉(zhuǎn)直徑可以相應的增加。在此項研究的基礎上，德國的 Enercon 公司將風力發(fā)電機的旋轉(zhuǎn)直徑由 30 米增加到 33 米，復合材料葉片也隨著相應的增加。由于葉片長度的增加，葉片轉(zhuǎn)動時掃過的面積增大，捕風能力大約提高 25％。 Enercon 公司還對 33 米葉片進行了空氣動力實驗，經(jīng)過精確的測定，葉片的實際氣動效率為 56％，比按照 Betz 計算的最大氣動效率低約 3～ 4 個百分點。為此，該公司對大型葉片外形型面和結(jié)構(gòu)都進行了必要的改進：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)電機主艙附近的捕風能力，對葉片根莖進行重新改進，縮小葉片的外形截面，增加葉徑長度；對葉片頂部和根部之間的型面進行優(yōu)化設計。在此基礎上， Enercon 公司開發(fā)出旋轉(zhuǎn)直徑 71 米的 2MW 風力發(fā)電機組，改進后葉片根部的捕風能力得異提高。 Enercon 公司在 風力發(fā)電機設計中繼續(xù)采用此項技術(shù)，旋轉(zhuǎn)直徑為 112 米的葉片端部仍安裝的傾斜“小翼”，使得葉片單片的運行噪音小于 3 個葉片 (旋轉(zhuǎn)直徑為 66 米 )山東大學自學考試畢業(yè)設計（本科） 16 運行使產(chǎn)生的噪音。 丹麥的 LM 公司在 米復合材料 葉片樣機的設計中對其葉片根部固定進行了改進，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前增加 20％。另外， LM 公司的葉片預彎曲專有技術(shù)也可以進一步降低葉片重量和提高產(chǎn)能。 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 24。 當葉輪以角速度ω旋轉(zhuǎn)時單個葉片因本身質(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 =