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風(fēng)機(jī)是造風(fēng)、送風(fēng)的機(jī)械設(shè)備。風(fēng)有自然風(fēng)和人造風(fēng)之別。風(fēng)的能量和它的威力都很大。 大風(fēng),可以將樹連根拔起，大風(fēng)在幾秒鐘內(nèi)制造的功率，可達(dá)到幾百萬千瓦之多。1978年4月10日，在中國新疆哈密西部的紅柳車站，一陣大風(fēng)使三節(jié)重4．4萬公斤的貨車，在一聲巨響中，玩具似的翻滾下了路基。至于沿海地區(qū)年年發(fā)生的臺風(fēng)，它的威力和給人們造成的傷害就更大了。自然風(fēng)是大氣層中空氣對流的一種現(xiàn)象，由于空氣的溫度和密度發(fā)生了變化，而產(chǎn)生壓力差，即是壓力高的空氣向低壓力區(qū)域流動而來的。風(fēng)含有的能量，叫做“風(fēng)能&dquo;。風(fēng)能和天然氣、石油、煤炭、水力、海洋能、太陽能、地?zé)嵋粯?，也是能源中的一種。計算風(fēng)能大小的標(biāo)桿是“風(fēng)壓&dquo;，風(fēng)壓的大小與風(fēng)速的平方成正比，風(fēng)速大，風(fēng)壓亦大，風(fēng)速小，風(fēng)壓亦小。英國人蒲福于1905年，以風(fēng)速的大小做標(biāo)準(zhǔn)，把“風(fēng)&dquo;分成以0～12級的13個等級，稱為“蒲福風(fēng)級&dquo;，每個風(fēng)級取有名字從低到高，即：靜風(fēng)、軟風(fēng)、輕風(fēng)、微風(fēng)、和風(fēng)、勁風(fēng)、強(qiáng)風(fēng)、大風(fēng)、烈風(fēng)、狂風(fēng)、暴風(fēng)、颶風(fēng)。該風(fēng)力等級很方便人們識別風(fēng)的大小，靜風(fēng)的風(fēng)速低于0．2m/s，颶風(fēng)的風(fēng)速在32．7～36．9m/s，這級風(fēng)有著非常大的摧毀力。1946年以來，風(fēng)力等級又增加到18個等級、從13～17級的風(fēng)速是可以用儀器測量。17級的風(fēng)速為36.1～61.2m/s。對于風(fēng)機(jī)來說，只要測出它的風(fēng)速是多少，就可計算這個風(fēng)機(jī)能造出幾級風(fēng)了。 一般三級自然風(fēng)就可推動風(fēng)車發(fā)出電來?？茖W(xué)家預(yù)測了一個數(shù)字：地球表面上所接受的太陽能中大約有1.5%～2.5％變成為大氣層中的風(fēng)力，在整個大氣層中的總風(fēng)力約為3億億kw，即全年大約有26萬億億kw&middo;h的能量?？梢杂脕戆l(fā)電的風(fēng)能又至少有10～100億kw之多，比全世界可利用的水力發(fā)電資源還要大出4倍；全世界每年燃燒煤所獲得的能量，也只有風(fēng)力在年內(nèi)所提供能量的三千分之一。 那么，人造風(fēng)的能力又如何呢?這就是本文要談的中心內(nèi)容。至于造風(fēng)的風(fēng)機(jī)又是怎樣產(chǎn)出和發(fā)展的呢?下面就來追蹤溯源。 在商代、西周之前，我國人民就發(fā)明了一種強(qiáng)制送風(fēng)的工具，名叫風(fēng)箱，主要用于冶鑄業(yè)。4800年以前，我國就能制造青銅器——銅刀；商代早期的銅爵，有的壁厚僅2mm；商代中期已使用錫青銅和鉛青銅兩種合金,能鑄造重80kg的大鼎.商代后期，青銅冶鑄業(yè)臻于鼎盛.我國早在春秋時代就已發(fā)明了鑄鐵技術(shù)。公元前14至前11世紀(jì)的殷代時期，已開始運(yùn)用了退火處理的熱處理技術(shù)。在商代中朝，公元前14世紀(jì)，我國用隕鐵制造武器，已采用了加熱鍛造工藝，所有這些工藝技術(shù)的發(fā)明、創(chuàng)造和用之于生產(chǎn)，都和送風(fēng)工具風(fēng)箱分不開的。 洛陽出土的西周鑄爐壁殘塊上已發(fā)現(xiàn)有通風(fēng)口，依時代不同，風(fēng)箱的部件結(jié)構(gòu)也不盡相同。早期是用牛皮或馬皮制成的一種皮囊，古時稱之為橐。外接風(fēng)管，利用皮囊的脹縮來實現(xiàn)鼓風(fēng)。最初是單囊作業(yè)，在山東滕縣出土的漢代冶鐵畫像中可看出它的操作情形。 在戰(zhàn)國時期或者更早些時，我國出現(xiàn)了多橐并聯(lián)或串聯(lián)的裝置，漢代稱之為“排橐&dquo;。北寧時期又發(fā)明了木風(fēng)扇。從元代王禎于1313年所著《農(nóng)書》中的臥式水排圖和《熬波圖》來看，它的外形好像一個木箱，是利甩箱蓋啟閉來實現(xiàn)鼓風(fēng)的。 明代宋應(yīng)星的科技名著《天工開物》中記載有木風(fēng)箱，它是古老的活塞式鼓風(fēng)機(jī)，一直沿用至今，可稱之為現(xiàn)代往復(fù)式壓縮機(jī)的鼻祖。木風(fēng)箱兩端各設(shè)有一個進(jìn)風(fēng)口，口上設(shè)有活瓣。箱側(cè)設(shè)有一風(fēng)道，風(fēng)道側(cè)端各設(shè)一個出風(fēng)口，口上亦裝有活瓣。通過伸出箱外的桿，驅(qū)動活塞往復(fù)運(yùn)動，促使活瓣一啟一閉，以達(dá)到鼓風(fēng)的目的。木風(fēng)箱的動力有人力和水力等。 “水排&dquo;是古代以水力推動的冶鑄鼓風(fēng)裝置。相傳是東漢(公元25～221年)初年南陽太守杜詩所發(fā)明的。在他之前，像冶鑄爐鼓風(fēng)的動力主要是人力和畜力。水排工作部件隨著時代的不同經(jīng)歷了皮囊、木風(fēng)扇、木風(fēng)箱階段。元代水排分臥輪式和主輪式兩種，是依靠連把旋轉(zhuǎn)運(yùn)動變成直線往復(fù)運(yùn)動的一種機(jī)器。 歐洲水力鼓風(fēng)機(jī)大約發(fā)明于12世紀(jì)，對14世紀(jì)歐洲生鐵的出現(xiàn)起到了促進(jìn)作用. 中國發(fā)明的簡單的木制礱谷風(fēng)車，在南方沿用至今。它有一個等寬像現(xiàn)代多葉離心通風(fēng)機(jī)機(jī)殼那樣的木板風(fēng)箱，上面有可放進(jìn)谷子的方形口，左水平前面有方口，木輪子置于風(fēng)箱中，輪子木軸伸出，裝有搖把，靠搖把下側(cè)設(shè)有斜口，輪子前后與風(fēng)箱均有空隙可進(jìn)空氣。當(dāng)手搖動輪子時，將谷子由上口倒進(jìn)，由于輪子對由輪子與風(fēng)箱之空隙進(jìn)去的空氣做功，提高了氣體壓力，將谷殼和稻草末由前方口吹送出去，谷子因為比重大，就由左下側(cè)斜口流到谷袋里。這種木質(zhì)礱谷風(fēng)車也就是現(xiàn)代離心通風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)和壓縮機(jī)的鼻祖。 還有，螺旋槳式風(fēng)車在我國古代也早有創(chuàng)造和應(yīng)用，它又是軸流式風(fēng)機(jī)的鼻祖。 歐洲工業(yè)革命時期，蒸汽機(jī)車的出現(xiàn)，鋼鐵工業(yè)、煤炭工業(yè)的突飛猛進(jìn)，通風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)也就隨波逐流地發(fā)展起來了。有的國家的風(fēng)機(jī)產(chǎn)品隨著鋼鐵產(chǎn)量的起落而起落；有的國家的風(fēng)機(jī)產(chǎn)品則又隨著石油、石油化工產(chǎn)品的產(chǎn)量的升降而升降。 1862年，英國圭貝爾發(fā)明了離心通風(fēng)機(jī)，其葉輪、機(jī)殼為同心圓型，機(jī)殼用磚制，木制葉輪采用后向直葉片,效率為40％左右，主要用于礦山通風(fēng)。1880年，設(shè)計出用于礦井排送風(fēng)的蝸形機(jī)殼和后向彎曲葉片的離心通風(fēng)機(jī)，結(jié)構(gòu)比較完善。1898年，愛爾蘭人設(shè)計出前向葉片的西羅柯式離心通風(fēng)機(jī)，并為各國廣泛采用。19世紀(jì)，軸流通風(fēng)機(jī)已應(yīng)用于礦井通風(fēng)和冶金工業(yè)的鼓風(fēng)，但壓力僅為100～300Pa，效率僅為15%～25％。這種通風(fēng)機(jī)，直到20世紀(jì)40年代以后才得到較快的發(fā)展。1935年，德國首先采用軸流等壓通風(fēng)機(jī)作為鍋爐通風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)。1948年,丹麥制成運(yùn)行中動葉可調(diào)的軸流通風(fēng)機(jī)。對旋軸流通風(fēng)機(jī)、子午加速軸流通風(fēng)機(jī)、斜流通風(fēng)機(jī)和橫流通風(fēng)機(jī)也都獲得發(fā)展。 離心式壓縮機(jī)是在離心通風(fēng)機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，20世紀(jì)出現(xiàn)了壓力比為4.5的離心壓縮機(jī)。50年代開始，離心壓縮機(jī)制造業(yè)在歐美的工業(yè)發(fā)達(dá)國家得到發(fā)展。1963年，美國生產(chǎn)出第一臺合成氨廠用的14.7MPa高壓離心壓縮機(jī)，采用筒型機(jī)殼代替水平剖分型機(jī)殼，又稱筒型壓縮機(jī)，它能承受10MPa以上的壓力。70年代，美國、意大利和德國先后制成60～70MPa高壓筒型壓縮機(jī)，筒體壁厚280mm。80年代初排氣壓力已達(dá)80MPa。離心壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速一般為每分鐘幾千轉(zhuǎn)以上，有的已達(dá)到25000轉(zhuǎn)以上。所需功率可達(dá)幾萬千瓦，流量已達(dá)10000m3/min。離心壓縮機(jī)的常規(guī)葉輪是以一維流動理論為基礎(chǔ)設(shè)計的，60年代開始應(yīng)用三維流動理論設(shè)計空間扭曲葉片，以改善葉輪級的性能。 軸流壓縮機(jī)也是在歐洲首先出現(xiàn)的。19世紀(jì)末，英國人帕森斯讓多級反動式汽輪機(jī)反向旋轉(zhuǎn)，作為試驗用軸流壓縮，但由于效率很低而不能實用。20世紀(jì)初，英國制造出第一臺軸流壓縮機(jī)，效率仍不高。一直到30年代，由于航空事業(yè)的發(fā)展，開展了對軸流壓縮機(jī)氣體動力學(xué)理論研究和試驗研究，效率才有顯著提高。亞音速級(氣流速度低于聲速)中壓力比不大，一般不超過1．3。為了提高級的壓力比和增大流量，人們研究跨聲速和超聲速壓縮機(jī)，并已廣泛應(yīng)用于噴氣發(fā)動機(jī)等設(shè)備。

異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速n與電源頻率f、轉(zhuǎn)差率s、電機(jī)極對數(shù)p的關(guān)系由下式?jīng)Q定[1]n=60fp（1-s）?？梢钥闯?，轉(zhuǎn)速n與電源頻率f成正比，即改變f就可改變n.基于這一原理，要實現(xiàn)變頻調(diào)速可用變頻器作為變頻電源來調(diào)節(jié)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。 　　節(jié)能原理 　　由風(fēng)機(jī)的基本理論可知，風(fēng)機(jī)風(fēng)量qV與轉(zhuǎn)速n的一次方成正比，風(fēng)壓p與轉(zhuǎn)速n的平方成正比，軸功率P與轉(zhuǎn)速n的三次方成正比，即qV1=qV2n1n2，p1=p2n1n2，P1=P2n1n23。 　　因此，當(dāng)系統(tǒng)需減少風(fēng)量時，調(diào)低轉(zhuǎn)速可使風(fēng)機(jī)功率快速降低。例如，當(dāng)風(fēng)量與轉(zhuǎn)速均下降到額定值的80時，風(fēng)機(jī)功率降低到額定功率的51；當(dāng)風(fēng)量與轉(zhuǎn)速均下降到額定值的60時，風(fēng)機(jī)功率降低到額定功率的21. 　　變頻調(diào)速控制風(fēng)量與調(diào)節(jié)風(fēng)門控制風(fēng)量的節(jié)電原理可通過進(jìn)行比較說明。圖中曲線1為風(fēng)機(jī)在恒速下的風(fēng)壓-風(fēng)量特性曲線，曲線2為恒速下功率-風(fēng)量特性曲線，曲線3為風(fēng)門全開時的管網(wǎng)風(fēng)阻特性曲線。風(fēng)機(jī)軸功率正比于管網(wǎng)阻力曲線上的點對應(yīng)的風(fēng)壓值p與風(fēng)量值qV的乘積。點A為額定工作點，此時輸出風(fēng)量qV1為100，效率最高，軸功率P1正比于p1與qV1的乘積，相當(dāng)于圖中Ap1OqV1的面積。根據(jù)生產(chǎn)的需要，當(dāng)風(fēng)量從qV1減少到qV2時，若減小風(fēng)門開度，則管網(wǎng)阻力增加，管網(wǎng)阻力特性曲線變?yōu)榍€4，工況點A移至新的工況點B.可以看出，風(fēng)量降低，風(fēng)壓增加，軸功率P2（正比于p2與qV2的乘積，相當(dāng)于圖中Bp2OqV2面積）和軸功率P1相比減少不多。如果通過變頻調(diào)速技術(shù)來控制風(fēng)量，由于風(fēng)門全開，只改變風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速而不改變管網(wǎng)阻力，風(fēng)機(jī)風(fēng)量由qV1變到qV2時，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速由n1降到n2，風(fēng)壓-風(fēng)量曲線下移，如圖中曲線5所示，工況點A沿管網(wǎng)阻力曲線3移至工況點C，即風(fēng)量減少時風(fēng)壓p2降低明顯，軸功率P3（正比于p3與qV2的乘積，相當(dāng)于圖中面積Cp3OqV2）和軸功率P1相比顯著減少，節(jié)省的功耗P正比于p（p=p2-p3）與qV2的乘積，相當(dāng)于圖中面積Bp2p3C. 　　變頻調(diào)速技術(shù)的特點及評價特點 　　變頻調(diào)速具有以下特點：（1）調(diào)速范圍廣?？蓱?yīng)用于異步電動機(jī)實現(xiàn)無級調(diào)速；高壓大容量變頻器可以做到在0100額定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)任意調(diào)節(jié)。 　?。?）調(diào)節(jié)精度高、效率高，沒有附加損耗，在正常調(diào)速范圍內(nèi)，變頻裝置的總效率在93以上，功率因數(shù)超過0.95. 　　風(fēng)機(jī)的特性曲線（3）可實現(xiàn)真正的軟啟動，并且啟動轉(zhuǎn)矩大、啟動電流小。 　　（4）設(shè)備發(fā)生故障時可隨時切換以保持運(yùn)轉(zhuǎn)，適用于不允許停機(jī)的場合。 　?。?）容易實現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動控制及遠(yuǎn)程控制。 　　（6）變頻器預(yù)留有控制接口，能為機(jī)組實現(xiàn)計算機(jī)優(yōu)化控制提供方便。 　　評價 　　應(yīng)用變頻調(diào)速控制技術(shù)節(jié)能效果明顯、調(diào)節(jié)性能穩(wěn)定、調(diào)節(jié)范圍大、調(diào)節(jié)響應(yīng)速度快，并能實現(xiàn)自動化控制。 　　當(dāng)然，變頻調(diào)速技術(shù)也有其不足之處：一是我國電站中大功率電動機(jī)供電電壓高，而變頻器開關(guān)器件的耐壓水平較低，造成電壓匹配上的難題；二是高壓大功率變頻調(diào)速技術(shù)的技術(shù)含量高、難度大、成本高，配置低壓變頻器為800元/kW，而配置高電壓電動機(jī)變頻器為2000元/kW，配置高壓電動機(jī)變頻器的投資為液力偶合器的68倍，但是一般風(fēng)機(jī)的節(jié)能改造都要求低投入高回報，從而造成經(jīng)濟(jì)上的難題。 　　隨著變頻裝置國產(chǎn)化工作的加強(qiáng)，不久的將來國內(nèi)可望能生產(chǎn)出技術(shù)先進(jìn)、性能可靠、價格合理的產(chǎn)品，滿足國內(nèi)對變頻裝置日益增長的需求。 　　節(jié)能效益分析 　　目前200MW以下火電機(jī)組的風(fēng)機(jī)最常用的調(diào)節(jié)方式是閥門或擋板節(jié)流調(diào)節(jié)，這種調(diào)節(jié)方式雖然簡單，但能耗很高。據(jù)測試，當(dāng)風(fēng)機(jī)的風(fēng)量由100降至50時，電機(jī)功率則降至額定功率的64，而此時風(fēng)機(jī)的軸功率理論計算值應(yīng)為額定功率的12.5，可見，大部分功率損失在了節(jié)流調(diào)節(jié)中。 　　為3種調(diào)節(jié)方式下，風(fēng)機(jī)電動機(jī)的耗電特性表。從中可知，在風(fēng)機(jī)高負(fù)荷時，變頻調(diào)速技術(shù)在節(jié)能方面并沒有優(yōu)越性，但在負(fù)荷低于80下時，節(jié)能效果非常明顯。由于電網(wǎng)峰谷差不斷增大的原因，200MW以下火電機(jī)組的引、送風(fēng)機(jī)常年運(yùn)行在70額定負(fù)荷左右，變頻器與風(fēng)機(jī)結(jié)合的綜合評價,所以，電站鍋爐風(fēng)機(jī)應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)有許多節(jié)能潛力可挖。 　　國產(chǎn)125MW機(jī)組鍋爐配置了2臺送風(fēng)機(jī)和2臺引風(fēng)機(jī)，電動機(jī)容量分別為550kW和700kW.采用變頻調(diào)速技術(shù)后，根據(jù)測試和計算，與定速風(fēng)機(jī)采用進(jìn)口導(dǎo)向器調(diào)節(jié)相比，全年按工作7000h計算，節(jié)能效果如下： 　?。?）機(jī)組負(fù)荷為120MW運(yùn)行時，每年節(jié)電80萬kWh. 　?。?）機(jī)組負(fù)荷為90MW運(yùn)行時，每年節(jié)電201萬kWh. 　?。?）若按全年1/3時間在8090MW低谷運(yùn)行，2/3時間在120MW高峰運(yùn)行，則平均年節(jié)電120.3萬kWh，以電費0.6元/（kWh）計算，則年節(jié)約電費72.2萬元。 　?。?）若配用2臺西門子ECOO1-500K/3變頻器和2臺西門子ECOO1-800K/3變頻器，設(shè)備總價170萬，熱工儀表及自動控制儀表費用2萬元，其他費用1萬元，則總投入173萬元，需要2年5個月收回投資。從價格方面看，一般情況下，液力偶合器的投資可以在半年到一年的時間內(nèi)，通過節(jié)省的電費得到收回，而相同功率的變頻調(diào)速器的投資，大約需要一年半到三年的時間。如果是高-高變頻，則需要的時間會更長。 　　某電站結(jié)合風(fēng)機(jī)調(diào)速改造，對原設(shè)備進(jìn)行了優(yōu)化配置，取得了相當(dāng)可觀的節(jié)能效果，改造前后節(jié)電測試數(shù)據(jù)如2所示：（1）風(fēng)機(jī)采用變頻器調(diào)速后，當(dāng)負(fù)荷為410/h，節(jié)電率26.5；當(dāng)負(fù)荷為370/h，節(jié)電率30.5；當(dāng)負(fù)荷為290/h，節(jié)電率48.5. 　?。?）由于對風(fēng)機(jī)進(jìn)行了優(yōu)化配置，加之采用變頻調(diào)速技術(shù)，避免了大馬拉小車！現(xiàn)象，使風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率大為提高，這也是節(jié)電的一個主要原因。 　?。?）近年來，工業(yè)發(fā)達(dá)國家已逐步用交流電機(jī)變頻調(diào)速取代直流電機(jī)調(diào)速。交流變頻調(diào)速在頻率范圍、動態(tài)響應(yīng)、工作效益、精度要求、輸出特性及使用方便等方面比以往的調(diào)壓調(diào)速、變極調(diào)速、串級調(diào)速、滑差調(diào)速、液力偶合器調(diào)速等均較為優(yōu)越，也取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。 　　結(jié)論 　　變頻調(diào)速控制技術(shù)在電站風(fēng)機(jī)節(jié)能應(yīng)用中，具有其他調(diào)節(jié)方式不可比擬的優(yōu)勢。在風(fēng)機(jī)耗電量占有巨大比例的電站中，利用變頻調(diào)速技術(shù)，既可提高設(shè)備效率，又滿足了生產(chǎn)工藝的要求，大大減少了設(shè)備維護(hù)、維修費用，經(jīng)濟(jì)效益十分明顯，在電力工業(yè)和整個國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展中，具有廣闊的應(yīng)用前景。