【正文】 管道進(jìn)口處裝有調(diào)節(jié)風(fēng)量用的錐形節(jié)流門4，并在吸風(fēng)管道中放置測量流量用的畢托管5和靜壓測管6。氣體從集流器1進(jìn)入葉輪2，由葉輪流出的氣體從排風(fēng)管道3流出，用出口錐形節(jié)流門4調(diào)節(jié)流量，并在管道上裝設(shè)靜壓測管5和畢托管6。氣體由集流器1進(jìn)入吸風(fēng)管2。并在進(jìn)出口管道上裝設(shè)靜壓測管6和畢托管7。例如送風(fēng)機(jī)是從大氣吸入空氣，經(jīng)管道送入爐膛，應(yīng)采用排氣試驗(yàn)裝置。因本系統(tǒng)原有試驗(yàn)臺為一風(fēng)管式試驗(yàn)臺，所以，本系統(tǒng)采用風(fēng)管式排氣試驗(yàn)裝置。所以，如何使這四部分功能自動實(shí)現(xiàn)是系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵。 所謂虛擬儀器，實(shí)際上就是一種基于計算機(jī)的自動化測試儀器系統(tǒng)。從發(fā)展史看，電子測量儀器經(jīng)歷了由模擬儀器、智能儀器到虛擬儀器，由于計算機(jī)性能以摩爾定律（每半年提高一倍）飛速發(fā)展，已把傳統(tǒng)儀器遠(yuǎn)遠(yuǎn)拋到后面，如表21，并給虛擬儀器生產(chǎn)廠家不斷帶來較高的技術(shù)更新速率。在高速度、高帶寬和專業(yè)測試領(lǐng)域，獨(dú)立儀器具有無可替代的優(yōu)勢。 專家們指出，在這個計算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)時代，利用計算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對傳統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)進(jìn)行改造，已是大勢所趨，而虛擬儀器系統(tǒng)正是計算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與傳統(tǒng)的儀器技術(shù)進(jìn)行融合的產(chǎn)物，因此，在21 世紀(jì)，虛擬儀器將大行其道，日漸受寵，將會引發(fā)傳統(tǒng)的儀器產(chǎn)業(yè)一場新的革命。為適合現(xiàn)代測試系統(tǒng)的要求，需進(jìn)行風(fēng)機(jī)試驗(yàn)臺的改造并設(shè)計適合的測試手段與測試方法，即進(jìn)行系統(tǒng)總體方案的設(shè)計。 主要研究內(nèi)容有：設(shè)計風(fēng)機(jī)整體機(jī)械構(gòu)架，系統(tǒng)硬件部分是整個測試試驗(yàn)的基礎(chǔ)。硬件設(shè)計主要完成了風(fēng)機(jī)工況的調(diào)節(jié)、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)、風(fēng)機(jī)各試驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集等工作。設(shè)計并選擇傳感器（檢測風(fēng)機(jī)基本運(yùn)行參數(shù)），試驗(yàn)數(shù)據(jù)的檢測所采用的測量儀器多為傳感器。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。數(shù)據(jù)采集板作為儀器系統(tǒng)硬件的主要組成部分，是外界電信號與PC機(jī)之間的橋梁。軟件控制與處理顯示（利用LABVIEW編制程序?qū)鞲衅鳈z測到的信號進(jìn)行處理及顯示）。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖24。壓差傳感器PCI數(shù)據(jù)采集板卡靜壓傳感器扭矩、轉(zhuǎn)速傳感器大氣壓力、溫度、濕度變頻器電動機(jī)風(fēng)機(jī)計算機(jī)圖24系統(tǒng)總體示意圖第三章 風(fēng)機(jī)硬件系統(tǒng)的設(shè)計具體機(jī)械硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計內(nèi)容：根據(jù)功率選擇電動機(jī) 連軸器的選型 漸開線鼓風(fēng)箱的設(shè)計計算 風(fēng)機(jī)葉片的設(shè)計與選型 風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)管的設(shè)計計算 風(fēng)機(jī)軸承的設(shè)計計算及選型 風(fēng)機(jī)變頻器的選擇與設(shè)計 壓力與壓差傳感器的選型與設(shè)計安裝位置 數(shù)據(jù)采集板卡的選擇進(jìn)風(fēng)調(diào)節(jié)柄進(jìn)風(fēng)管壓力傳感器風(fēng)管支座鼓風(fēng)室聯(lián)軸器出風(fēng)口葉片后支座電動機(jī)轉(zhuǎn)速 轉(zhuǎn)矩傳感器圖31風(fēng)機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)示意圖：。風(fēng)速選擇為：近風(fēng)口v=7~15m/s，出風(fēng)口v=10~30m/s。 工作介質(zhì)干燥空氣：ρ=M=R=(kg k)Cp=(kg k)C1=(kg k)K=Cp/C1= 轉(zhuǎn)速初選電機(jī)型號為：Y100L24電機(jī) N=1430r/min。葉輪如圖32。 風(fēng)機(jī)葉輪輪轂外徑： 風(fēng)機(jī)工作輪進(jìn)口直徑： 風(fēng)機(jī)工作輪密封處外徑：1 風(fēng)機(jī)葉片進(jìn)口直徑：1 風(fēng)機(jī)葉片進(jìn)口線速度：1 風(fēng)機(jī)葉輪葉片數(shù)： 1風(fēng)機(jī)葉片厚度：根據(jù)以上計算可以通過風(fēng)機(jī)設(shè)計手冊選型為 葉輪，并且確定為型軸盤。 風(fēng)機(jī)近風(fēng)口的選型：根據(jù)風(fēng)機(jī)設(shè)計手冊選擇 ST070104 風(fēng)機(jī)主軸的設(shè)計計算根據(jù)以上已經(jīng)選擇的風(fēng)機(jī)葉輪與軸盤，選擇軸的最小直徑為d=32mm.軸的強(qiáng)度計算：（1） 葉輪的質(zhì)量(將前盤曲面略看作直面計算)葉輪軸盤因?yàn)檫x用的為4c型 型軸盤 查風(fēng)機(jī)手冊可知：因此可以計算葉輪總質(zhì)量為：（2） 風(fēng)機(jī)葉輪轉(zhuǎn)速N=1430r/min（3） 風(fēng)機(jī)主軸的最大彎矩以及最大轉(zhuǎn)矩的計算① 主軸的最大彎矩的計算，主軸受力如圖33。該重力可以造成風(fēng)機(jī)葉輪重心與主軸旋轉(zhuǎn)中心線有一定的偏移距離。為安全起見，計算時?。?，因此，由于葉輪重心與主軸旋轉(zhuǎn)中心線不一致產(chǎn)生的不平衡力F1 為： （式32）圖33風(fēng)機(jī)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34風(fēng)機(jī)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34②風(fēng)機(jī)主軸的轉(zhuǎn)矩計算③風(fēng)機(jī)主軸的復(fù)合應(yīng)力風(fēng)機(jī)主軸的材料選用45鋼 查得其許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力[τ1]=155MPa 許用彎曲應(yīng)力[σ1]=275MPa。因?yàn)樵诖嗽O(shè)計的風(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。當(dāng)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： （式34）其中ρ=103 kg/m3ω為葉輪角速度 b為葉片長=141mm L為葉片寬度=82mm δ為葉片厚度=3mm R為葉片重心到葉輪中心的距離=296mm。圖37風(fēng)機(jī)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(diǎn)，將F分解成沿葉片的法向力F1和切向力F2。由F2產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力，因葉片的抗彎截面模量大，故可忽略。葉片彎矩如圖38。圖39軸盤后盤與軸盤之間的鉚釘強(qiáng)度計算（切應(yīng)力計算）軸盤上的轉(zhuǎn)矩為： （式36）在鉚釘分布的圓周半徑R上，鉚釘所受的切應(yīng)力為： （式37）鉚釘初選材料為Q215，Z個鉚釘所承受的平均切應(yīng)力為：由于風(fēng)機(jī)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。聯(lián)軸器的計算轉(zhuǎn)矩 （式38） KA為風(fēng)機(jī)的工作工況系數(shù)鼓風(fēng)機(jī)工作轉(zhuǎn)矩變化小，即為透平空氣壓縮機(jī)械。風(fēng)機(jī)聯(lián)軸器型號的確定與校核從GB/T432384中查得GY5型剛性凸緣聯(lián)軸器的許用轉(zhuǎn)矩為400Nm。適合軸徑為32mm。風(fēng)機(jī)主軸軸徑為：32mm，根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)軸徑在30~38mm中，選擇的鍵的規(guī)格為：b*h=10*8,從鍵的長度系列中選擇鍵的長度為L=45mm。所以鍵連接部分滿足要求。風(fēng)機(jī)要求的轉(zhuǎn)速不是很高。綜上，可選擇調(diào)心輥?zhàn)虞S承，根據(jù)軸徑可選擇22209軸承。C為軸承的基本額定動載荷ε為指數(shù)，球軸承為3，對于磙子軸承為10/3。風(fēng)機(jī)長期連續(xù)工作，可選預(yù)期壽命為： 軸承應(yīng)具有的基本額定動載荷為：因此，所選軸承滿足要求。所以選擇油脂潤滑方式。但是在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，風(fēng)機(jī)需要有不同的轉(zhuǎn)速，當(dāng)然也是為了節(jié)能方面的考慮。變頻器調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速原理如圖310。交流變頻調(diào)速的優(yōu)異特性　　(1)低速時，特性靜關(guān)率較高，相對穩(wěn)定性好。調(diào)速范圍較大，精度高。起動電流低，對系統(tǒng)及電網(wǎng)無沖擊，節(jié)電效果明顯。變頻器體積小，便于安裝、調(diào)試、維修簡便。易于實(shí)現(xiàn)過程自動化。必須有專用的變頻電源|穩(wěn)壓器，目前造價較高。在恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速時，低速段電動機(jī)的過載能力大為降低。變頻調(diào)速的基本原理是根據(jù)電動機(jī)轉(zhuǎn)速與輸入頻率成比例的關(guān)系，通過改變供給電動機(jī)三相電源的頻率值來達(dá)到改變電動機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。變頻器根據(jù)其變頻的原理分為直接變頻和間接變頻。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(diào)制為頻率可調(diào)的交流電。順變器就是整流器，它是一個晶閘管一橋式電路，其作用為將定壓定頻的交流電變換為可調(diào)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(jìn)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，是將直流電變換（調(diào)制）為可調(diào)頻率的交流電，它是變頻器的主要部分。控制器有二種控制方式：一種是以各種集成電路構(gòu)成的模擬控制方式；另一種是以單片機(jī)、微處理器構(gòu)成的數(shù)字控制方式。 決定功率開關(guān)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(diào)制（PWM）方法。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(guān)器件，起到了功率放大作用。在此選擇交流變頻器型號為：RNB3000 電機(jī)為Y100L24主回路端子接線圖、控制回路接線圖如圖31各端子說明如表31。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。充滿管道的流體，當(dāng)它流經(jīng)管道內(nèi)的節(jié)流件時，如圖312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。這種測量方法是以質(zhì)量守恒定律和能量守恒定律為基礎(chǔ)的。圖312壓差測量工作原理 式（310） 式（311）式中 qm質(zhì)量流量，kg/s。　　 C流出系數(shù)；　　 ε可膨脹性系數(shù)；　　 β直徑比，β=d/D?！　∮缮鲜娇梢姡髁繛镃、ε、d、ρ、△P、β 6個參數(shù)的函數(shù)，此6個參數(shù)可分為實(shí)測量[d，ρ，△P，β(D)]和統(tǒng)計量(C、ε)兩類。圖313標(biāo)準(zhǔn)板孔的法蘭取壓由以上論述看出，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。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)信號為20mA(或l5V)以便送到單元組合儀表及計算機(jī)進(jìn)行上業(yè)過程控制。本測試裝置采用氣