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                              AuoCAD對(duì)葉輪質(zhì)量及轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算 摘要：介紹了AuoCAD系統(tǒng)對(duì)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量方便而快捷的精確計(jì)算方法。 引言 葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量是風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子的重要物理量，是計(jì)算電機(jī)啟動(dòng)時(shí)間和轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速不可缺少的重要數(shù)據(jù)。由于葉輪葉片、前盤(pán)型線(xiàn)的復(fù)雜幾何形狀（特別是機(jī)翼型葉片），以及軸盤(pán)形狀的特殊性，對(duì)葉輪質(zhì)量及轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算帶來(lái)極大難度，而且難于精確求解。葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量偏大會(huì)導(dǎo)致主軸直徑甚至軸承直徑變大，電機(jī)啟動(dòng)時(shí)間計(jì)算值偏大而使電機(jī)功率選擇過(guò)高，造成不必要的浪費(fèi)；如果葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量偏小，轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算值偏高，容易造成風(fēng)機(jī)工作轉(zhuǎn)速接近主軸臨界轉(zhuǎn)速而引起風(fēng)機(jī)振動(dòng)，甚至主軸斷裂的重大事故，電機(jī)啟動(dòng)時(shí)間計(jì)算值比實(shí)際值偏大也易造成電機(jī)不能正常啟動(dòng)甚至燒毀事故的發(fā)生。筆者在用AuoCAD進(jìn)行風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，用該軟件計(jì)算葉輪質(zhì)量及轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，不僅方便而且準(zhǔn)確，即可以避免葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量偏大所造成的浪費(fèi)，又不必承擔(dān)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量偏小所帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)。 2 葉輪質(zhì)量及轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算 2.1 模型的建立 用AuoCAD系統(tǒng)對(duì)葉輪質(zhì)量及轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的求解是在AuoCAD三維環(huán)境中實(shí)現(xiàn)的，所以首先要建立風(fēng)機(jī)葉輪的三維幾何模型。 （1）AuoCAD二維環(huán)境中精確繪制葉輪、葉片及軸盤(pán)的兩個(gè)投影圖。        （2）利用AuoCAD的三維繪圖命令執(zhí)行“旋轉(zhuǎn)實(shí)體&dquo;即可創(chuàng)建輪蓋、輪盤(pán)及軸盤(pán)的三維模型。 （3）用AuoCAD的三維繪圖命令執(zhí)行“拉伸實(shí)體&dquo;即可創(chuàng)建單板型葉片的三維模型。 （4）  執(zhí)行AuoCAD的布爾運(yùn)  算及三維陣列命令即可完成風(fēng)機(jī)葉輪三維模型的建立。                                                 2.2葉輪質(zhì)量及轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的求解 利用AuoCAD系統(tǒng)提供的查詢(xún)功能，選擇所創(chuàng)建的葉輪三維模型，即可精確求出風(fēng)機(jī)三維葉輪的體積、質(zhì)量、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等數(shù)據(jù)。如圖5所示。   2.3 注意事項(xiàng) AuoCAD系統(tǒng)默認(rèn)沒(méi)有定義質(zhì)量單位，更沒(méi)有定義材料密度。所以只要所求解的量值進(jìn)行了必要的單位換算，即可帶入公式進(jìn)行電機(jī)啟動(dòng)時(shí)間和轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速的計(jì)算。        3 結(jié)論     AuoCAD系統(tǒng)是一套完備的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件，不僅提供了豐富的二維繪圖命令，也在R12版本以后逐漸增加和完善了三維功能，用AuoCAD系統(tǒng)三維功能求解機(jī)械系統(tǒng)三維特性，不僅方便，而且準(zhǔn)確。葉輪質(zhì)量及轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的精確求解對(duì)電機(jī)啟動(dòng)時(shí)間的計(jì)算以及主軸臨界轉(zhuǎn)速的校核都起著極為重要的作用。不僅可以節(jié)約成本及能源，避免不必要的浪費(fèi)，又可以保證安全生產(chǎn)，避免不必要的損失及事故的發(fā)生。

變頻調(diào)速技術(shù)在離心式引風(fēng)機(jī)控制中的節(jié)能分析                          摘要:簡(jiǎn)要介紹了變頻調(diào)速技術(shù)的節(jié)能原理，并以風(fēng)機(jī)系統(tǒng)為例，分析了變頻調(diào)速裝置在離心式引風(fēng)機(jī)控制中應(yīng)用的現(xiàn)狀與效果，變頻調(diào)速裝置除了具有節(jié)能效果外，還可以改善工藝狀況，具有廣泛的優(yōu)越性。關(guān) 引言 變頻器調(diào)速技術(shù)在離心式引風(fēng)機(jī)中得到廣泛地應(yīng)用。風(fēng)機(jī)最大特點(diǎn)是負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的平方成正比，而軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比，因此如將電機(jī)的定速運(yùn)轉(zhuǎn)改為根據(jù)需要的流量來(lái)調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速就可節(jié)約大量的電能。 2 控制系統(tǒng)改造的必要性分析 中鋁青海分公司鋁電解槽供料系統(tǒng)風(fēng)動(dòng)溜槽中促使氧化鋁流動(dòng)的高壓風(fēng)是由離心式引風(fēng)機(jī)提供的，共36臺(tái)，所以正確對(duì)離心式引風(fēng)機(jī)進(jìn)行控制是至關(guān)重要的。原來(lái)對(duì)離心式引風(fēng)機(jī)采用直接啟動(dòng)的方式，通過(guò)人工檢查氧化鋁的走料速度來(lái)決定啟、停高壓風(fēng)機(jī)的臺(tái)數(shù)，多數(shù)情況下，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)一套系統(tǒng)需啟動(dòng)兩臺(tái)功率為37kW的電機(jī)在工頻下驅(qū)動(dòng)的風(fēng)機(jī)來(lái)滿(mǎn)足供料。但實(shí)際中一臺(tái)風(fēng)機(jī)就能滿(mǎn)足風(fēng)動(dòng)溜槽中氧化鋁流動(dòng)所需的供風(fēng)量，啟動(dòng)兩臺(tái)離心式引風(fēng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是可保證電解槽的及時(shí)供料，風(fēng)動(dòng)溜槽中也不易積料，可避免由于溜槽中長(zhǎng)時(shí)間積料造成的溜槽不暢通，也就避免了影響正常的供料。在這中間忽略了能源的浪費(fèi)。近十幾年來(lái)，隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)與電力開(kāi)關(guān)器件的發(fā)展，交流變頻技術(shù)從理論到實(shí)踐逐漸走向成熟。變頻調(diào)速以其效率高、調(diào)速范圍大、調(diào)速精度高、特性硬、無(wú)級(jí)調(diào)速等優(yōu)點(diǎn)，在各種交、直流調(diào)速系統(tǒng)中，尤其是節(jié)能技術(shù)改造中，變頻技術(shù)的應(yīng)用面正在不斷擴(kuò)大，應(yīng)用也從簡(jiǎn)單的節(jié)能向改進(jìn)工藝提高產(chǎn)品質(zhì)量與產(chǎn)量的綜合型方向發(fā)展。在設(shè)計(jì)實(shí)施過(guò)程中，經(jīng)常遇到的問(wèn)題是使用變頻調(diào)速器是否節(jié)約能源，能否滿(mǎn)足生產(chǎn)工藝要求等。為此，對(duì)其電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行了改造，通過(guò)壓力傳感器檢測(cè)溜槽中風(fēng)壓調(diào)整變頻頻率，對(duì)離心式引風(fēng)機(jī)實(shí)行變頻器變頻控制，避免了能源的浪費(fèi)，所以具有較大的改造價(jià)值。 3 變頻調(diào)速技術(shù)的節(jié)能原理與負(fù)載關(guān)系 變頻器在離心式引風(fēng)機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)中應(yīng)用主要目的是節(jié)能，交流異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式n＝60f/P（1-S），電源頻率與轉(zhuǎn)速成正比，即改變頻率可改變電機(jī)轉(zhuǎn)速，理論上風(fēng)量與轉(zhuǎn)速的一次方成正比，軸功率與轉(zhuǎn)速的3次方成正比，調(diào)節(jié)風(fēng)門(mén)和調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速時(shí)的測(cè)試數(shù)據(jù)分別如表1和表2所示。 表1調(diào)節(jié)風(fēng)門(mén)時(shí)的測(cè)試數(shù)據(jù) 風(fēng)量/（m3/s） 0.035 0.113 0.205 0.268 0.3 0.34 電功率/kW 0.84 0.91 0.97 1.03 1.05 1.13 表2調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速時(shí)的測(cè)試數(shù)據(jù) 轉(zhuǎn)速/（/min） 165   500 900 1050 1200 1450 功率/kW 0.038   0.066 0.155 0.265 0.385 1.125   由表可見(jiàn)，與調(diào)節(jié)風(fēng)門(mén)相比，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速具有十分顯著的節(jié)能效果（被測(cè)電機(jī)pMN＝16kW nMN＝1430/min ） 風(fēng)機(jī)類(lèi)負(fù)載其中空氣、介質(zhì)對(duì)機(jī)器中的葉片之阻力基本上和轉(zhuǎn)速的平方成正比，即：Mfz＝Kn2，式中K為比例系數(shù)〔1〕，實(shí)際的風(fēng)機(jī)由于軸承上有一定的摩擦轉(zhuǎn)矩Mm，是反抗性負(fù)載性質(zhì)的，要由外加轉(zhuǎn)矩克服這個(gè)Mm后，才能使風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。因此，實(shí)際的風(fēng)機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩為Mfz＝Mm+Kn2?，F(xiàn)以恒轉(zhuǎn)矩類(lèi)負(fù)載與離心風(fēng)機(jī)為例分析節(jié)能特性，為了分析的方便，假定電動(dòng)機(jī)的輸入功能等于這類(lèi)裝置的軸功率，即不考慮裝置效率影響。由于風(fēng)機(jī)最大特點(diǎn)是負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的平方成正比，而軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比，因此如將電機(jī)的定速運(yùn)轉(zhuǎn)改為根據(jù)需要的流量來(lái)調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速就可節(jié)約大量的電能。 4  改造方案 4.1引風(fēng)機(jī)加裝變頻器結(jié)構(gòu)原理 從以上運(yùn)行情況分析：若提高電動(dòng)機(jī)的工作效率、節(jié)約電能，可在風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)上裝調(diào)速裝置。根據(jù)工作的情況調(diào)節(jié)調(diào)速器裝置的速度即可以滿(mǎn)足工作狀況的要求。用變頻器對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行改造不必對(duì)原系統(tǒng)進(jìn)行太大改動(dòng)。在變頻改造的過(guò)程中，當(dāng)氧化鋁流動(dòng)速度較慢時(shí)，讓電動(dòng)機(jī)高速運(yùn)行便可達(dá)到要求。當(dāng)需風(fēng)量不太大時(shí)，使電動(dòng)機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)可節(jié)約電能。同時(shí)，可根據(jù)需要而調(diào)節(jié)變頻器，以滿(mǎn)足工況要求。 4.2 改造原理 工作原理如圖1所示〔2〕，將溜槽的實(shí)際風(fēng)壓經(jīng)反饋后送到比較器的輸入端與給定壓力進(jìn)行比較，當(dāng)溜槽高壓風(fēng)壓力不足時(shí)，通過(guò)對(duì)參數(shù)運(yùn)算，調(diào)整PID的參數(shù)，控制電壓上升，使VVVF頻率相應(yīng)增大，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速加快，供風(fēng)量加大，迫使風(fēng)壓上升；反之，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速減慢，供風(fēng)量減少，迫使溜槽壓力下降。以保持穩(wěn)定的恒壓供風(fēng)。在本系統(tǒng)中采用了多風(fēng)機(jī)控制，單機(jī)設(shè)定在25～50Hz范圍內(nèi)變化，在調(diào)節(jié)范圍內(nèi)管道壓力遠(yuǎn)小于或大于設(shè)定值時(shí)，可以依靠增加或減少運(yùn)行風(fēng)機(jī)的數(shù)量來(lái)完成，加減風(fēng)機(jī)按1&a;2&a;3轉(zhuǎn)換順序選擇。 5 效果分析 變頻調(diào)速節(jié)能控制裝置的特點(diǎn)是效率高，沒(méi)有因調(diào)速而帶來(lái)附加轉(zhuǎn)差損耗，調(diào)速范圍大、精度高，可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，而且容易實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)控制和閉環(huán)控制。由于可利用原鼠籠式電動(dòng)機(jī)，所以特別適合舊設(shè)備的技術(shù)改造，它既保持了原電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠耐用、維修方便的優(yōu)點(diǎn)，又能達(dá)到顯著的節(jié)電效果，是風(fēng)機(jī)交流調(diào)速節(jié)能的理想方法。由于風(fēng)機(jī)的功率較大、工作時(shí)間較長(zhǎng)、節(jié)能效果非常顯著，實(shí)際測(cè)得離心引風(fēng)機(jī)實(shí)際電流為43A，直接啟動(dòng)電流為54A，如果按一年工作360天，調(diào)頻30～50Hz，用隨機(jī)分布來(lái)計(jì)算，可節(jié)約：37kW&imes;24h&imes;360d&imes;43A/54A=254560kW&middo;h，按每kW&middo;h0.28元計(jì)算每年每臺(tái)可節(jié)約71276.8元，則每年可以節(jié)約71276.8&imes;360＝25659648元。