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羅茨鼓風(fēng)機(jī)內(nèi)部構(gòu)造，工作原理及常見用途
風(fēng)機(jī)包括通風(fēng)機(jī)、透平鼓風(fēng)機(jī)、羅茨鼓風(fēng)機(jī)和透平壓縮機(jī)，詳細(xì)劃分為離心式壓縮機(jī)、軸流式壓縮機(jī)、往復(fù)式壓縮機(jī)、離心式鼓風(fēng)機(jī)、羅茨鼓風(fēng)機(jī)、離心式通風(fēng)機(jī)、軸流式通風(fēng)機(jī)和葉氏鼓風(fēng)機(jī)等八大類。
一、離心式壓縮機(jī)
離心式壓縮機(jī)是一種葉片旋轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)（即透平式壓縮機(jī)）。在離心式壓縮機(jī)中，高速旋轉(zhuǎn)的葉輪給予氣體的離心力作用，以及在擴(kuò)壓通道中給予氣體的擴(kuò)壓作用，使氣體壓力得到提高。早期，由于這種壓縮機(jī)只適于低，中壓力、大流量的場(chǎng)合，而不為人們所注意。由于化學(xué)工業(yè)的發(fā)展，各種大型化工廠，煉油廠的建立，離心式壓縮機(jī)就成為壓縮和輸送化工生產(chǎn)中各種氣體的關(guān)鍵機(jī)器，而占有極其重要的地位。隨著氣體動(dòng)力學(xué)研究的成就使離心壓縮機(jī)的效率不斷提高，又由于高壓密封，小流量窄葉輪的加工，多油楔軸承等技術(shù)關(guān)鍵的研制成功，解決了離心壓縮機(jī)向高壓力，寬流量范圍發(fā)展的一系列問(wèn)題，使離心式壓縮機(jī)的應(yīng)用范圍大為擴(kuò)展，以致在很多場(chǎng)合可取代往復(fù)壓縮機(jī)，而大錦工擴(kuò)大了應(yīng)用范圍。
有些化工基礎(chǔ)原料，如丙烯、乙烯、丁二烯、苯等，可加工成塑料、纖維、橡膠等重要化工產(chǎn)品。在生產(chǎn)這種基礎(chǔ)原料的石油化工廠中，離心式壓縮機(jī)也占有重要地位，是關(guān)鍵設(shè)備之一。除此之外，其他如石油精煉，制冷等行業(yè)中，離心式壓縮機(jī)也是極為關(guān)鍵的設(shè)備。我國(guó)在五十年代已能制造離心式壓縮機(jī)，從七十年代初開始又以石油化工廠，大型化肥廠為主，引進(jìn)了一系列高性能的中、高壓力的離心式壓縮機(jī)，取得了豐富的使用經(jīng)驗(yàn)，并在對(duì)引進(jìn)技術(shù)進(jìn)行消化、吸收的基礎(chǔ)上大大增強(qiáng)了自己的研究、設(shè)計(jì)和制造能力。
性能特點(diǎn)：
優(yōu)點(diǎn)：
離心式壓縮機(jī)之所以能獲得這樣廣泛的應(yīng)用，主要是比活塞式壓縮機(jī)有以下一些優(yōu)點(diǎn)。
1、離心式壓縮機(jī)的氣量大，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，重量輕，機(jī)組尺寸小，占地面積小。
2、運(yùn)轉(zhuǎn)平衡，操作可靠，運(yùn)轉(zhuǎn)率高，摩擦件少，因之備件需用量少，維護(hù)費(fèi)用及人員少。
3、在化工流程中，離心式壓縮機(jī)對(duì)化工介質(zhì)可以做到絕對(duì)無(wú)油的壓縮過(guò)程。
4、離心式壓縮機(jī)為一種回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)器，它適宜于工業(yè)汽輪機(jī)或燃汽輪機(jī)直接拖動(dòng)。對(duì)一般大型化工廠，常用副產(chǎn)蒸汽驅(qū)動(dòng)工業(yè)汽輪機(jī)作動(dòng)力，為熱能綜合利用提供了可能。但是，離心式壓縮機(jī)也還存在一些缺點(diǎn)。
缺點(diǎn)：
1、離心式壓縮機(jī)還不適用于氣量太小及壓比過(guò)高的場(chǎng)合。
2、離心式壓縮機(jī)的穩(wěn)定工況區(qū)較窄，其氣量調(diào)節(jié)雖較方便，但經(jīng)濟(jì)性較差。
3、離心式壓縮機(jī)效率一般比活塞式壓縮機(jī)低。
二、軸流式壓縮機(jī)
軸流式壓縮機(jī)是屬于一種大型的空氣壓縮機(jī)，最大的功率可以達(dá)到KW，排氣量是20000m3每分鐘，它的壓縮機(jī)能效比可以達(dá)到百分之90左右，比離心機(jī)要節(jié)能一些。它是由3大部分組成，一是以轉(zhuǎn)軸為主體的可以旋轉(zhuǎn)的部分簡(jiǎn)稱轉(zhuǎn)子，二是以機(jī)殼和裝在機(jī)殼上的靜止部件為主體的簡(jiǎn)稱定子（靜子），三是殼體、密封體、軸承箱、調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、聯(lián)軸器、底座和控制保護(hù)等組成。軸流式壓縮機(jī)也屬于透平式或速度式壓縮機(jī)，煉油廠多選用作催化裂化裝置的主風(fēng)機(jī)。
性能特點(diǎn)：
效率較高，單機(jī)效率可達(dá)86%～92%，比離心式壓縮機(jī)高5%～10%，單位面積流通能力大，徑向尺寸小，適宜流量大于1500m3/min的場(chǎng)合，單級(jí)壓力比較低，單缸多級(jí)壓力比可達(dá)11，與離心式壓縮機(jī)相比，靜葉不可調(diào)試式軸流壓縮機(jī)的穩(wěn)定工況區(qū)較窄，在恒定轉(zhuǎn)速下，流量變化相對(duì)較少，壓力變化較大。此外，結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，維護(hù)方便。因此，軸流壓縮機(jī)對(duì)于中、低壓、大流量，且載荷基本不變的情況較為理想。全靜葉可調(diào)式軸流壓縮機(jī)可以擴(kuò)大壓縮機(jī)的穩(wěn)定工況區(qū)，彌補(bǔ)了靜葉不可調(diào)式軸流壓縮機(jī)的不足，而且可以提高壓縮機(jī)的效率，降低起動(dòng)功率。目前，煉油廠主要用全靜葉可調(diào)式軸流壓縮機(jī)。
三、往復(fù)式壓縮機(jī)
曲軸帶動(dòng)連桿，連桿帶動(dòng)活塞，活塞做上下運(yùn)動(dòng)?；钊\(yùn)動(dòng)使氣缸內(nèi)的容積發(fā)生變化，當(dāng)活塞向下運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，汽缸容積增大，進(jìn)氣閥打開，排氣閥關(guān)閉，空氣被吸進(jìn)來(lái)，完成進(jìn)氣過(guò)程；當(dāng)活塞向上運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，氣缸容積減小，出氣閥打開，進(jìn)氣閥關(guān)閉，完成壓縮過(guò)程。通常活塞上有活塞環(huán)來(lái)密封氣缸和活塞之間的間隙，氣缸內(nèi)有潤(rùn)滑油潤(rùn)滑活塞環(huán)?？恳粋€(gè)或幾個(gè)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞來(lái)改變壓縮腔內(nèi)部容積的容積式壓縮機(jī)。目前往復(fù)式壓縮機(jī)主要是活塞式空壓機(jī),化工工藝壓縮機(jī)，石油，天然氣壓縮機(jī)，為主，而活塞式空壓機(jī)現(xiàn)在主要向中壓及高壓方向發(fā)展，這個(gè)是螺桿機(jī)，離心機(jī)目前無(wú)法達(dá)到的一個(gè)高度。
性能特點(diǎn)：
由于設(shè)計(jì)原理的關(guān)系，就決定了活塞壓縮機(jī)的很多特點(diǎn)。比如運(yùn)動(dòng)部件多，有進(jìn)氣閥、排氣閥、活塞、活塞環(huán)、連桿、曲軸、軸瓦等；比如受力不均衡，沒有辦法控制往復(fù)慣性力；比如需要多級(jí)壓縮，結(jié)構(gòu)復(fù)雜；再比如由于是往復(fù)運(yùn)動(dòng)，壓縮空氣不是連續(xù)排出、有脈動(dòng)等。
優(yōu)點(diǎn)：
1、熱效率高、單位耗電量少
2、加工方便 對(duì)材料要求低，造價(jià)低廉
3、裝置系統(tǒng)較簡(jiǎn)單
4、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)早，制造技術(shù)成熟
5、應(yīng)用范圍廣
缺點(diǎn)：
1、運(yùn)動(dòng)部件多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，檢修工作量大，維修費(fèi)用高
2、轉(zhuǎn)速受限制
3、活塞環(huán)的磨損、氣缸的磨損、皮帶的傳動(dòng)方式使效率下降很快
4、噪音大
5、控制系統(tǒng)的落后，不適應(yīng)連鎖控制和無(wú)人值守的需要，所以盡管活塞機(jī)的價(jià)格很低，但是也往往不能夠被用戶接受。
四、離心式鼓風(fēng)機(jī)
在設(shè)計(jì)條件下，風(fēng)壓為15kPa~0.2MPa或壓縮比e=1.15~3的風(fēng)機(jī)叫鼓風(fēng)機(jī)，有兩個(gè)或更多葉輪串聯(lián)組成的離心鼓風(fēng)機(jī)叫多級(jí)離心鼓風(fēng)機(jī)，（相鄰葉輪之間必須有導(dǎo)葉連接）。多級(jí)離心鼓風(fēng)機(jī)廣泛應(yīng)用于各種冶煉高爐及化鐵爐鼓風(fēng)、洗煤跳汰機(jī)配套、礦山浮選、污水曝氣、化工造氣等需要輸送空氣的場(chǎng)合,亦可用于輸送其它特殊氣體。
性能特點(diǎn)：
該系列鼓風(fēng)機(jī)具有效率高、噪聲低、運(yùn)行平穩(wěn)、絕無(wú)脈沖、穩(wěn)定區(qū)域廣、輸送的氣體清潔、干燥且無(wú)油,易損件少和安裝、操作、維護(hù)簡(jiǎn)便等特點(diǎn)。
五、羅茨鼓風(fēng)機(jī)
羅茨鼓風(fēng)機(jī)系屬容積回轉(zhuǎn)鼓風(fēng)機(jī)。這種壓縮機(jī)靠轉(zhuǎn)子軸端的同步齒輪使兩轉(zhuǎn)子保持嚙合。轉(zhuǎn)子上每一凹入的曲面部分與氣缸內(nèi)壁組成工作容積，在轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)過(guò)程中從吸氣口帶走氣體，當(dāng)移到排氣口附近與排氣口相連通的瞬時(shí)，因有較高壓力的氣體回流，這時(shí)工作容積中的壓力突然升高，然后將氣體輸送到排氣通道。兩轉(zhuǎn)子互不接觸，它們之間靠嚴(yán)密控制的間隙實(shí)現(xiàn)密封，故排出的氣體不受潤(rùn)滑油污染。下側(cè)兩“鞋底尖”分開時(shí)，形成低壓，將氣體吸入；上側(cè)兩“鞋底尖”合攏時(shí)，形成高壓，將氣體排出。
性能特點(diǎn)：
其最大的特點(diǎn)是使用時(shí)當(dāng)壓力在允許范圍內(nèi)加以調(diào)節(jié)時(shí)流量之變動(dòng)甚微，壓力選擇范圍很寬，具有強(qiáng)制輸氣的特點(diǎn)。輸送時(shí)介質(zhì)不含油。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維修方便、使用壽命長(zhǎng)、整機(jī)振動(dòng)小。羅茨鼓風(fēng)機(jī)輸送介質(zhì)為清潔空氣，清潔煤氣，二氧化硫及其他惰性氣體，特殊氣體行業(yè)（煤氣、天然氣、沼氣、二氧化碳、二氧化硫等）及高壓工況的首選產(chǎn)品。鑒于具有上述特點(diǎn)，因而能廣泛適應(yīng)冶金、化工、化肥、石化、儀器、建材行業(yè)。
與離心風(fēng)機(jī)的區(qū)別比較大：
?、惫ぷ髟聿煌?，離心風(fēng)機(jī)用的是曲線風(fēng)葉，靠離心力將氣體甩到機(jī)殼處，而羅茨風(fēng)機(jī)用的是兩個(gè)8字形的風(fēng)葉，它們間的間隙很小，靠?jī)蓚€(gè)葉片的擠壓，將氣體擠至出氣口。
⒉由于工作原理不同，一般它們的工作壓力不同，羅茨風(fēng)機(jī)的出氣壓力比較高，而離心風(fēng)機(jī)比較小。
⒊風(fēng)量不同，一般羅茨風(fēng)機(jī)用在風(fēng)量要求不大但壓力要求較高的地方，而離心風(fēng)機(jī)用在壓力要求低，風(fēng)量要求大的地方。
?、粗圃炀炔灰粯?，羅茨風(fēng)機(jī)要求的精度很高，對(duì)裝配要求也很嚴(yán)，而離心風(fēng)機(jī)比較松。
六、離心式通風(fēng)機(jī)
其原理與離心泵相同。葉輪上葉片的數(shù)目比離心泵的稍多，葉片比較短。中低壓風(fēng)機(jī)的葉片常向前彎，高壓風(fēng)機(jī)的葉片為后彎葉片。
性能特點(diǎn)：
優(yōu)點(diǎn)：
1、通風(fēng)換氣效果好，非常適合用在管道抽風(fēng)或者送風(fēng)；
2、適用性強(qiáng)、無(wú)腐蝕、易燃易爆氣體場(chǎng)所均可使用。
3、噪聲低，離心式通風(fēng)機(jī)根據(jù)空氣流力學(xué)采用合理葉輪角度設(shè)計(jì)，運(yùn)行時(shí)，無(wú)任何機(jī)械摩擦，合理葉片形線使噪聲降為最低；離心式通風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的噪音是高頻噪音，只要有障礙物，即可隔音。
4、運(yùn)行平穩(wěn)，優(yōu)化設(shè)計(jì)的葉輪使軸向力減小到最低程度，且有高效的葉輪，并經(jīng)靜動(dòng)平衡校正，使整機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)，在不加任何減振裝置的情況下，軸承振幅比較小。
5、維護(hù)方便，部分機(jī)型可配置清理門，勿須拆機(jī)維護(hù)清潔，省時(shí)省力。
缺點(diǎn)：
1、體積較為龐大，其進(jìn)風(fēng)與送風(fēng)之方向垂直，在配置上，系統(tǒng)風(fēng)管需要較妥當(dāng)?shù)呐浜稀?/p>
2、無(wú)法逆向送風(fēng)。
3、價(jià)格較貴。
七、軸流式通風(fēng)機(jī)
送風(fēng)方向與軸向相同?？咳~片的軸向傾斜，將軸向空氣向前推進(jìn)。
性能特點(diǎn)：
優(yōu)點(diǎn)：
1、軸流式通風(fēng)具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、質(zhì)量輕、轉(zhuǎn)速高。
2、可直接與電動(dòng)機(jī)相連，風(fēng)量調(diào)節(jié)較為方便、可以逆向送風(fēng)。
3、價(jià)格便宜。
4、適用于低壓、錦工量的情況。
5、由于風(fēng)吹送的方向與軸平行，故可容易與管路相連接，成為管路統(tǒng)之套件。
缺點(diǎn)：
1、其缺點(diǎn)是噪音大、構(gòu)造復(fù)雜、檢修困難、并聯(lián)工作穩(wěn)定性差。它一般運(yùn)用于風(fēng)壓變化較大，風(fēng)量變化較小的礦井。
2、效率特性曲線陡直，略超出設(shè)計(jì)點(diǎn)之運(yùn)轉(zhuǎn)會(huì)產(chǎn)生激變的現(xiàn)象，效率迅速降低。
3、對(duì)塵埃及表面腐蝕的現(xiàn)象較為敏感，造成效率降低的現(xiàn)象。
八、葉氏鼓風(fēng)機(jī)
葉氏鼓風(fēng)機(jī)是另一種回轉(zhuǎn)式鼓風(fēng)機(jī)。它是由長(zhǎng)圓筒形機(jī)殼、阻風(fēng)翼、鼓風(fēng)翼以及兩根平行的軸所組成。圖1為葉氏鼓風(fēng)機(jī)的兩個(gè)轉(zhuǎn)子，它們的結(jié)構(gòu)互不相同。兩根平行軸的兩端裝有式樣完全相同的兩個(gè)活動(dòng)齒輪，其中一個(gè)軸與電動(dòng)機(jī)相聯(lián)，叫主動(dòng)軸，另一根叫從動(dòng)軸。鼓風(fēng)翼裝在主動(dòng)軸上，阻風(fēng)翼裝在從動(dòng)軸上。
羅茨鼓風(fēng)機(jī)主要由機(jī)殼、墻板、主軸、從動(dòng)軸、傳動(dòng)齒輪和同步齒輪及一對(duì)8字形葉輪等組成.
(1)機(jī)殼墻板采用灰口鑄鐵,經(jīng)過(guò)特殊熱處理.
(2)葉輪采用灰口鑄鐵,經(jīng)過(guò)特殊熱處理,葉輪裝配前經(jīng)靜,動(dòng)平衡調(diào)試完畢
(3)主從軸采用45號(hào)鋼制造,并經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)處理,主從軸兩端均用滾動(dòng)軸承支撐,其驅(qū)動(dòng)端端采用的是可調(diào)軸承,以保證主,從軸在受熱膨脹時(shí)沿軸向自由伸展.
(4)墻板采用中空全封閉型,在軸承座端部裝有相對(duì)的兩道骨架氟橡膠油封以達(dá)到封油之目的.
(5)兩側(cè)墻板下帶有排油氣絲堵,在正常運(yùn)行時(shí)，可以通過(guò)打開絲堵看有無(wú)油、氣排出來(lái)確定機(jī)封是否泄漏，及漏量大小。
(6)齒輪采用齒輪轂,齒圈結(jié)構(gòu),采用20Cr經(jīng)過(guò)滲碳淬火處理磨齒加工.
(7)密封部:采用雙端面機(jī)械密封，一個(gè)端面密封氣體部分，另一個(gè)密封油部分。機(jī)封的冷卻及潤(rùn)滑有外部設(shè)置密封液站提供.
葉輪
風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)力機(jī)通常有２片或３片葉片，葉尖速度50～70ｍ／ｓ，具有這樣的葉尖速度，3葉片葉輪通常能夠提供最佳效率，然而2葉片葉輪僅降低2～3％效率。甚至可以使用單葉片葉輪，它帶有平衡的重錘，其效率又降低一些，通常比2葉片葉輪低6％。盡管葉片少了，自然降低了葉片的費(fèi)用，但這是有代價(jià)的。對(duì)于外形很均衡的葉片，葉片少的葉輪轉(zhuǎn)速就要快些，這樣就會(huì)導(dǎo)致葉尖噪聲和腐蝕等問(wèn)題。更多的人認(rèn)為3葉片從審美的角度更令人滿意。3葉片葉輪上的受力更平衡，輪轂可以簡(jiǎn)單些，然而2葉片、1葉片葉輪的輪轂通常比較復(fù)雜，因?yàn)槿~片掃過(guò)風(fēng)時(shí)，速度是變的，為了限制力的波動(dòng)，輪轂具有翹翹板的特性。翹翹板的輪轂，葉輪鏈接在輪轂上，允許葉輪在旋轉(zhuǎn)平面內(nèi)向后或向前傾斜幾度。葉片的擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)，在每周旋轉(zhuǎn)中會(huì)明顯的減少由于陣風(fēng)和剪切在葉片上產(chǎn)生的載荷。
葉片是用加強(qiáng)玻璃塑料（GRP）、木頭和木板、碳纖維強(qiáng)化塑料（CFRP）、鋼和鋁構(gòu)成的。對(duì)于小型的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，如葉輪直徑小于５米，選擇材料通常關(guān)心的是效率而不是重量、硬度和葉片的其它特性。對(duì)于大型風(fēng)機(jī)，葉片特性通常較難滿足，所以對(duì)材料的選擇更為重要。
世界上大多數(shù)大型風(fēng)力機(jī)的葉片是由GRP制成的。這些葉片大部分是用手工把聚脂樹脂敷層，和通常制造船殼、園藝、游戲設(shè)施及世界范圍內(nèi)消費(fèi)品的方法一樣。其過(guò)程需要很高的技術(shù)水平才能得到理想的結(jié)果，并且如果人們對(duì)重量不太關(guān)心的話，比如對(duì)于長(zhǎng)度小于２０米的葉片，設(shè)計(jì)也不很復(fù)雜。不過(guò)有很多很先進(jìn)的利用GRP的方法，可以減小重量，增加強(qiáng)度，在此就不贅述了。玻璃纖維要較精確的放置，如果把它放在預(yù)浸片材中，使用高性能樹脂，如控制環(huán)氧樹脂比例，并在高溫下加工處理。當(dāng)今，出現(xiàn)了簡(jiǎn)單的手工鋪放聚脂，通過(guò)認(rèn)真地選擇和放置纖維，為GRP葉片提供了降低成本的途徑。
偏航系統(tǒng)
風(fēng)力機(jī)的偏航系統(tǒng)也稱為對(duì)風(fēng)裝置，其作用在于當(dāng)風(fēng)速矢量的方向變化時(shí)，能夠快速平穩(wěn)地對(duì)準(zhǔn)風(fēng)向，以便風(fēng)輪獲得最大的風(fēng)能。
小微型風(fēng)力機(jī)常用尾舵對(duì)風(fēng)，它主要有兩部分組成，一是尾翼，裝在尾桿上與風(fēng)輪軸平行或成一定的角度。為了避免尾流的影響，也可將尾翼上翹，裝在較高的位置。
中小型風(fēng)機(jī)可用舵輪作為對(duì)風(fēng)裝置，其工作原理大致如下：當(dāng)風(fēng)向變化時(shí)，位于風(fēng)輪后面兩舵輪（其旋轉(zhuǎn)平面與風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)平面相垂直）旋轉(zhuǎn)，并通過(guò)一套齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)使風(fēng)輪偏轉(zhuǎn)，當(dāng)風(fēng)輪重新對(duì)準(zhǔn)風(fēng)向后，舵輪停止轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)風(fēng)過(guò)程結(jié)束。
大中型風(fēng)力機(jī)一般采用電動(dòng)的偏航系統(tǒng)來(lái)調(diào)整風(fēng)輪并使其對(duì)準(zhǔn)風(fēng)向。偏航系統(tǒng)一般包括感應(yīng)風(fēng)向的風(fēng)向標(biāo)，偏航電機(jī)，偏航行星齒輪減速器，回轉(zhuǎn)體大齒輪等。其工作原理如下：
風(fēng)向標(biāo)作為感應(yīng)元件將風(fēng)向的變化用電信號(hào)傳遞到偏航電機(jī)的控制回路的處理器里，經(jīng)過(guò)比較后處理器給偏航電機(jī)發(fā)出順時(shí)針或逆時(shí)針的偏航命令，為了減少偏航時(shí)的陀螺力矩，電機(jī)轉(zhuǎn)速將通過(guò)同軸聯(lián)接的減速器減速后，將偏航力矩作用在回轉(zhuǎn)體大齒輪上，帶動(dòng)風(fēng)輪偏航對(duì)風(fēng)，當(dāng)對(duì)風(fēng)完成后，風(fēng)向標(biāo)失去電信號(hào)，電機(jī)停止工作，偏航過(guò)程結(jié)束。
風(fēng)機(jī)的發(fā)電機(jī)
所有并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)通過(guò)三相交流（AC）電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。發(fā)電機(jī)分為兩個(gè)主要類型。同步發(fā)電機(jī)運(yùn)行的頻率與其所連電網(wǎng)的頻率完全相同，同步發(fā)電機(jī)也被稱為交流發(fā)電機(jī)。異步發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)的頻率比電網(wǎng)頻率稍高，異步發(fā)電機(jī)常被稱為感應(yīng)發(fā)電機(jī)。
感應(yīng)發(fā)電機(jī)與同步發(fā)電機(jī)都有一個(gè)不旋轉(zhuǎn)的部件被稱為定子，這兩種電機(jī)的定子相似，兩種電機(jī)的定子都與電網(wǎng)相連，而且都是由疊片鐵芯上的三相繞組組成，通電后產(chǎn)生一個(gè)以恒定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)。盡管兩種電機(jī)有相似的定子，但它們的轉(zhuǎn)子是完全不同的。同步電機(jī)中的轉(zhuǎn)子有一個(gè)通直流電的繞組，稱為勵(lì)磁繞組，勵(lì)磁繞組建立一個(gè)恒定的磁場(chǎng)鎖定定子繞組建立的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。因此，轉(zhuǎn)子始終能以一個(gè)恒定的與定子磁場(chǎng)和電網(wǎng)頻率同步的恒定轉(zhuǎn)速上旋轉(zhuǎn)。在某些設(shè)計(jì)中，轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)是由永磁機(jī)產(chǎn)生的，但這對(duì)大型發(fā)電機(jī)來(lái)說(shuō)不常用。
感應(yīng)電機(jī)的轉(zhuǎn)子就不同例如，它是由一個(gè)兩端都短接的鼠籠形繞組構(gòu)成。轉(zhuǎn)子與外界沒有電的連接，轉(zhuǎn)子電流由轉(zhuǎn)子切割定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生。如果轉(zhuǎn)子速度完全等于定子轉(zhuǎn)速磁場(chǎng)的速度（與同步發(fā)電機(jī)一樣），這樣就沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，也就沒有轉(zhuǎn)子感應(yīng)電流。因此，感應(yīng)發(fā)電機(jī)總的轉(zhuǎn)速總是比定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)速度稍高，其速度差叫滑差，在正常運(yùn)行期間。它大概為1%。
同步發(fā)電機(jī)和異步發(fā)電機(jī)
將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能裝置的發(fā)電機(jī)常用同步勵(lì)磁發(fā)電機(jī)、永磁發(fā)電機(jī)和異步發(fā)電機(jī)。同步發(fā)電機(jī)應(yīng)用非常廣泛，在核電、水電、火電等常規(guī)電網(wǎng)中所使用的幾乎都是同步發(fā)電機(jī)，在風(fēng)力發(fā)電中同步發(fā)電機(jī)即可以獨(dú)立供電又可以并網(wǎng)發(fā)電。然而同步發(fā)電機(jī)在并網(wǎng)時(shí)必須要有同期檢測(cè)裝置來(lái)比較發(fā)電機(jī)側(cè)和系統(tǒng)側(cè)的頻率、電壓、相位，對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)進(jìn)行調(diào)整，使發(fā)電機(jī)發(fā)出電能的頻率與系統(tǒng)一致；操作自動(dòng)電壓調(diào)壓器將發(fā)電機(jī)電壓調(diào)整到與系統(tǒng)電壓相一致；同時(shí)，微調(diào)風(fēng)力機(jī)的轉(zhuǎn)速?gòu)闹芷跈z測(cè)盤上監(jiān)視，使發(fā)電機(jī)的電壓與系統(tǒng)的電壓相位相吻合，就在頻率、電壓、相位同時(shí)一臻的瞬間，合上斷路器將風(fēng)力發(fā)電機(jī)并入系統(tǒng)。同期裝置可采用手動(dòng)同期并網(wǎng)和自同期并網(wǎng)。但總體來(lái)說(shuō)，由于同步發(fā)電機(jī)造價(jià)比較高，同時(shí)并網(wǎng)麻煩，故在并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)中很少采用。
控制監(jiān)測(cè)系統(tǒng)
風(fēng)力機(jī)的運(yùn)行及保護(hù)需要一個(gè)全自動(dòng)控制系統(tǒng)，它必須能控制自動(dòng)啟動(dòng)，葉片槳距的機(jī)械調(diào)節(jié)裝置（在變槳距風(fēng)力機(jī)上）及在正常和非正常情況下停機(jī)。除了控制功能，系統(tǒng)也能用于監(jiān)測(cè)以提供運(yùn)行狀態(tài)、風(fēng)速、風(fēng)向等信息。該系統(tǒng)是以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)，除了小的風(fēng)力機(jī)，控制及監(jiān)測(cè)還可以遠(yuǎn)程進(jìn)行。控制系統(tǒng)具有及格主要功能：
1、順序控制啟動(dòng)、停機(jī)以及報(bào)警和運(yùn)行信號(hào)的監(jiān)測(cè)
2、偏航系統(tǒng)的低速閉環(huán)控制
3、槳距裝置(如果是變槳距風(fēng)力機(jī))快速閉環(huán)控制
4、與風(fēng)電場(chǎng)控制器或遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)的通訊
風(fēng)機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)
葉輪葉片產(chǎn)生的機(jī)械能有機(jī)艙里的傳動(dòng)系統(tǒng)傳遞給發(fā)電機(jī)，它包括一個(gè)齒輪箱、離合器和一個(gè)能使風(fēng)力機(jī)在停止運(yùn)行時(shí)的緊急情況下復(fù)位的剎車系統(tǒng)。齒輪箱用于增加葉輪轉(zhuǎn)速，從20~50轉(zhuǎn)/分到1000~1500轉(zhuǎn)/分，后者是驅(qū)動(dòng)大多數(shù)發(fā)電機(jī)所需的轉(zhuǎn)速。齒輪箱可以是一個(gè)簡(jiǎn)單的平行軸齒輪箱，其中輸出軸是不同軸的，或者它也可以是較昂貴的一種，允許輸入、輸出軸共線，使結(jié)構(gòu)更緊湊。傳動(dòng)系統(tǒng)要按輸出功率和最大動(dòng)態(tài)扭矩載荷來(lái)設(shè)計(jì)。由于葉輪功率輸出有波動(dòng)，一些設(shè)計(jì)者試圖通過(guò)增加機(jī)械適應(yīng)性和緩沖驅(qū)動(dòng)來(lái)控制動(dòng)態(tài)載荷，這對(duì)大型的風(fēng)力發(fā)電機(jī)來(lái)說(shuō)是非常重要的，因其動(dòng)態(tài)載荷很大，而且感應(yīng)發(fā)電機(jī)的緩沖余地比小型風(fēng)力機(jī)的小。
異步發(fā)電機(jī)
永磁發(fā)電機(jī)是一種將普通同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子改變成永磁結(jié)構(gòu)的發(fā)電機(jī)，常用的永磁材料有鐵氧體（BaFeO）、釤鈷5(SmCo)等，永磁發(fā)電機(jī)一般用于小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中。
異步發(fā)電機(jī)是指異步電機(jī)處于發(fā)電的工作狀態(tài)，從其激勵(lì)方式有電網(wǎng)電源勵(lì)磁發(fā)電（他勵(lì)）和并聯(lián)電容自勵(lì)發(fā)電（自勵(lì)）兩種情況。
電網(wǎng)電源勵(lì)磁發(fā)電：是將異步電機(jī)接到電網(wǎng)上，電機(jī)內(nèi)的定子繞組產(chǎn)生以同步轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，再用原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速大于同步轉(zhuǎn)速，電網(wǎng)提供的磁力矩的方向必定與轉(zhuǎn)速方向相反，而機(jī)械力矩的方向則與轉(zhuǎn)速方向相同，這時(shí)就將原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。在這種情況下，異步電機(jī)發(fā)出的有功功率向電網(wǎng)輸送；同時(shí)又消耗電網(wǎng)的無(wú)功功率作勵(lì)磁作用，并供應(yīng)定子和轉(zhuǎn)子漏磁所消耗的無(wú)功功率，因此異步發(fā)電機(jī)并網(wǎng)發(fā)電時(shí)，一般要求加無(wú)功補(bǔ)償裝置，通常用并列電容器補(bǔ)償?shù)姆绞健?/p>
?。?、并聯(lián)電容器自勵(lì)發(fā)電：并聯(lián)電容器的連接方式分為星形和三角形兩種。勵(lì)磁電容的接入在發(fā)電機(jī)利用本身的剩磁發(fā)電的過(guò)程中，發(fā)電機(jī)周期性地向電容器充電；同時(shí)，電容器也周期性地通過(guò)異步電機(jī)的定子繞組放電。這種電容器與繞組組成的交替進(jìn)行充放電的過(guò)程，不斷地起到勵(lì)磁的作用，從而使發(fā)電機(jī)正常發(fā)電。勵(lì)磁電容分為主勵(lì)磁電容和輔助勵(lì)磁電容，主勵(lì)磁電容是保證空載情況下建立電壓所需要的電容，輔助電容則是為了保證接入負(fù)載后電壓的恒定，防止電壓崩潰而設(shè)的。
通過(guò)上述的分析，異步發(fā)電機(jī)的起動(dòng)、并網(wǎng)很方便且便于自動(dòng)控制、價(jià)格低、運(yùn)行可靠、維修便利、運(yùn)行效率也較高、因此在風(fēng)力發(fā)電方面并網(wǎng)機(jī)組基本上都是采用異步發(fā)電機(jī)，而
同步發(fā)電機(jī)則常用于獨(dú)立運(yùn)行方面。
偏航系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
根據(jù)調(diào)向力矩的大小，可以進(jìn)行齒輪傳動(dòng)部分的設(shè)計(jì)計(jì)算。當(dāng)驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)體大齒輪的主動(dòng)小齒輪的強(qiáng)度不能滿足時(shí)，可選用兩套偏航電機(jī)－－－行星齒輪減速器分置于風(fēng)輪主輪的兩側(cè)對(duì)稱布置，每個(gè)電機(jī)的容量為總?cè)萘康囊话?。齒輪傳動(dòng)計(jì)算可按開式齒輪傳動(dòng)計(jì)算，其主要的磨損形式是齒面磨損失效，如調(diào)向力矩較大，除按照彎曲強(qiáng)度計(jì)算之外，應(yīng)計(jì)算齒面接觸強(qiáng)度。
值得注意的是，大多數(shù)風(fēng)機(jī)的發(fā)電機(jī)輸出功率的同軸電纜在風(fēng)力機(jī)偏航時(shí)一同旋轉(zhuǎn)，為了防止偏航超出而引起的電纜旋轉(zhuǎn)，應(yīng)該設(shè)置解纜裝置，并增加扭纜傳感器以監(jiān)視電纜的扭轉(zhuǎn)狀態(tài)。位于下風(fēng)向布重的風(fēng)輪，能夠自動(dòng)找正風(fēng)向。在總體布置時(shí)應(yīng)考慮塔架前面的重量略重一些，這樣在風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)平衡就會(huì)好一些。
電機(jī)的切換
根據(jù)風(fēng)速?zèng)Q定是選擇小發(fā)電機(jī)并網(wǎng)發(fā)電，還是選擇大發(fā)電機(jī)空轉(zhuǎn)，若風(fēng)速低于8米/秒，則小發(fā)電機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行且風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)切換到“投入G2”。如果風(fēng)速高于8米/秒，則選擇“空轉(zhuǎn)G1”運(yùn)行狀態(tài)。
投入G2：
小發(fā)電機(jī)接觸器閉合，發(fā)電機(jī)并網(wǎng)電流由可控硅控制到350A。一旦投入過(guò)程完成，可控硅切除，風(fēng)機(jī)切換到“運(yùn)行G2”狀態(tài)。
風(fēng)電投入小發(fā)電機(jī)發(fā)電，如果平均輸出功率在某一單位時(shí)間內(nèi)太低，這是小發(fā)電機(jī)斷開且風(fēng)機(jī)切換到“等待重新支轉(zhuǎn)”的狀態(tài)。如果平均輸出功率超過(guò)了限定值110KW，則小發(fā)電機(jī)切除，風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)切換到“G1空轉(zhuǎn)”。
G1空轉(zhuǎn)：
風(fēng)機(jī)等待風(fēng)速達(dá)到投入大電機(jī)的風(fēng)速，一旦達(dá)到這個(gè)風(fēng)速則風(fēng)機(jī)就切換到“投入G1”狀態(tài)。
投入G1：
大發(fā)電機(jī)的接觸接通。發(fā)電機(jī)的并網(wǎng)電流由可控硅將其限定在350A。投入過(guò)程一結(jié)束，可控硅切除，風(fēng)機(jī)切換到“運(yùn)行G1”狀態(tài)。
運(yùn)行G1
風(fēng)機(jī)的大電機(jī)投入發(fā)電，如果功率輸出在一定的時(shí)間內(nèi)少于限定值80KW，大發(fā)電機(jī)切除，風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)切換到“切換G11-G12”狀態(tài)。
切換G1-G2
大發(fā)電機(jī)的接觸器切除小發(fā)電機(jī)的接觸器接通，可控硅將發(fā)電機(jī)的電流限定到700A，一旦投入過(guò)程完成，可控硅切除，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)為“運(yùn)轉(zhuǎn)G2”狀態(tài)。
等待再投入
如果小發(fā)電機(jī)的出力小于限定值，則此運(yùn)行狀態(tài)動(dòng)作。此狀態(tài)下，小發(fā)電機(jī)的接觸器被切除，如果風(fēng)速有效，風(fēng)機(jī)就切換到“投入G2”狀態(tài)，如果風(fēng)速低于限定值，風(fēng)機(jī)將切換到“空轉(zhuǎn)G2”狀態(tài)。
風(fēng)機(jī)工作狀態(tài)之間轉(zhuǎn)變
風(fēng)機(jī)工作狀態(tài)之間轉(zhuǎn)變
說(shuō)明各種工作狀態(tài)之間是如何實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換的。
提高工作狀態(tài)層次只能一層一層地上升，而要降低工作狀態(tài)層次可以是一層或多層。這種工作狀態(tài)之間轉(zhuǎn)變方法是基本的控制策略，它主要出發(fā)點(diǎn)是確保機(jī)組的安全運(yùn)行。如果風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的工作狀態(tài)要往更高層次轉(zhuǎn)化，必須一層一層往上升，用這種過(guò)程確定系統(tǒng)的每個(gè)故障是否被檢測(cè)。當(dāng)系統(tǒng)在狀態(tài)轉(zhuǎn)變過(guò)程中檢測(cè)到故障，則自動(dòng)進(jìn)入停機(jī)狀態(tài)。
當(dāng)系統(tǒng)在運(yùn)行狀態(tài)中檢測(cè)到故障，并且這種故障是致命的，那么工作狀態(tài)不得不從運(yùn)行直接到緊停，這可以立即實(shí)現(xiàn)而不需要通過(guò)暫停和停止。
下面我們進(jìn)一步說(shuō)明當(dāng)工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)，系統(tǒng)是如何動(dòng)作的。
1．工作狀態(tài)層次上升
緊?！C(jī)
如果停機(jī)狀態(tài)的條件滿足，則：
1)關(guān)閉緊停電路；
2)建立液壓工作壓力；
3)松開機(jī)械剎車。
停機(jī)→暫停
如果暫停的條件滿足，則，
1)起動(dòng)偏航系統(tǒng)；
2)對(duì)變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，接通變槳距系統(tǒng)壓力閥。
暫?！\(yùn)行
如果運(yùn)行的條件滿足，則：
1)核對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組是否處于上風(fēng)向；
2)葉尖阻尼板回收或變槳距系統(tǒng)投入工作；
3)根據(jù)所測(cè)轉(zhuǎn)速，發(fā)電機(jī)是否可以切人電網(wǎng)。
2．工作狀態(tài)層次下降
工作狀態(tài)層次下降包括3種情況：
(1)緊急停機(jī)。緊急停機(jī)也包含了3種情況，即：停止→緊停；暫?！o停；運(yùn)行→緊停。其主要控制指令為：
1)打開緊停電路；
2)置所有輸出信號(hào)于無(wú)效；
3)機(jī)械剎車作用；
4)邏輯電路復(fù)位。
(2)停機(jī)。停機(jī)操作包含了兩種情況，即：暫?！C(jī)；運(yùn)行→停機(jī)。
暫停→停機(jī)
1)停止自動(dòng)調(diào)向；
2)打開氣動(dòng)剎車或變槳距機(jī)構(gòu)回油閥(使失壓)。
運(yùn)行→停機(jī)
1)變槳距系統(tǒng)停止自動(dòng)調(diào)節(jié)；
2)打開氣動(dòng)剎車或變槳距機(jī)構(gòu)回油閥(使失壓)；
3)發(fā)電機(jī)脫網(wǎng)。
(3)暫停。
1)如果發(fā)電機(jī)并網(wǎng)，調(diào)節(jié)功率降到。后通過(guò)晶閘管切出發(fā)電機(jī)；
2)如果發(fā)電機(jī)沒有并入電網(wǎng)，則降低風(fēng)輪轉(zhuǎn)速至0。
(三)故障處理
工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換過(guò)程實(shí)際上還包含著一個(gè)重要的內(nèi)容：當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組將自動(dòng)地從較高的工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換到較低的工作狀態(tài)。故障處理實(shí)際上是針對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組從某一工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換到較低的狀態(tài)層次可能產(chǎn)生的問(wèn)題，因此檢測(cè)的范圍是限定的。
為了便于介紹安全措施和對(duì)發(fā)生的每個(gè)故障類型處理，我們給每個(gè)故障定義如下信息：
1)故障名稱；
2)故障被檢測(cè)的描述；
3)當(dāng)故障存在或沒有恢復(fù)時(shí)工作狀態(tài)層次；
4)故障復(fù)位情況(能自動(dòng)或手動(dòng)復(fù)位，在機(jī)上或遠(yuǎn)程控制復(fù)位)。
(1)故障檢測(cè)?？刂葡到y(tǒng)設(shè)在頂部和地面的處理器都能夠掃描傳感器信號(hào)以檢測(cè)故障，故障由故障處理器分類，每次只能有一個(gè)故障通過(guò)，只有能夠引起機(jī)組從較高工作狀態(tài)轉(zhuǎn)入較低工作狀態(tài)的故障才能通過(guò)。
(2)故障記錄。故障處理器將故障存儲(chǔ)在運(yùn)行記錄表和報(bào)警表中。
(3)對(duì)故障的反應(yīng)。對(duì)故障的反應(yīng)應(yīng)是以下三種情況之一：
1)降為暫停狀態(tài)；
2)降為停機(jī)狀態(tài)；
3)降為緊急停機(jī)狀態(tài)。
4)故障處理后的重新起動(dòng)。在故障已被接受之前，工作狀態(tài)層不可能任意上升。故障被接受的方式如下：
如果外部條件良好，一此外部原因引起的故障狀態(tài)可能自動(dòng)復(fù)位。一般故障可以通過(guò)遠(yuǎn)程控制復(fù)位，如果操作者發(fā)現(xiàn)該故障可接受并允許起動(dòng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，他可以復(fù)位故障。有些故障是致命的，不允許自動(dòng)復(fù)位或遠(yuǎn)程控制復(fù)位，必須有工作人員到機(jī)組工作現(xiàn)場(chǎng)檢查，這些故障必須在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組內(nèi)的控制面板上得到復(fù)位。故障狀態(tài)被自動(dòng)復(fù)位后10min將自動(dòng)重新起動(dòng)。但一天發(fā)生次數(shù)應(yīng)有限定，并記錄顯示在控制面板上。
如果控制器出錯(cuò)可通過(guò)自檢(WATCHDOG)重新起動(dòng)。
隨著我國(guó)工業(yè)化進(jìn)程的加快，風(fēng)機(jī)在各行各業(yè)的各類機(jī)械中的應(yīng)用越來(lái)越普遍。隨著風(fēng)機(jī)制造業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的不斷加劇，各個(gè)風(fēng)機(jī)廠家也都在資源整合、生產(chǎn)工藝上下足了功夫。想要成為優(yōu)秀的風(fēng)機(jī)廠家就要不停地改良創(chuàng)新工藝、嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)。今天，小編就給大家詳細(xì)剖析我們湖北雙劍鼓風(fēng)機(jī)有限公司所生產(chǎn)風(fēng)機(jī)的主要部件及其功用。
首先，要清楚風(fēng)機(jī)的主要結(jié)構(gòu)部件：葉輪、機(jī)殼、進(jìn)風(fēng)口、支架、電機(jī)、皮帶輪、聯(lián)軸器、消音器、軸承等。
葉輪是風(fēng)機(jī)中最主要也是最核心的部件。葉輪由輪盤、輪蓋和葉片鉚接或焊接而成，這些組成風(fēng)機(jī)葉輪的零件全部由優(yōu)質(zhì)鋼組成。葉輪的主要作用是使通過(guò)葉輪后的氣體壓力、速度得到提高。
轉(zhuǎn)子組件也是風(fēng)機(jī)的主要部件，其形式有懸臂式和雙支承式兩種。它是由葉輪、主軸、排氣輪、密封套、平衡盤、聯(lián)軸器等部件組成。葉輪與軸常常采用過(guò)盈配合或過(guò)渡配合。如采用加熱法裝配時(shí)，應(yīng)注意加熱溫度，一般應(yīng)略低于裝配件材料的退火溫度的下限，以防止失去裝配件加工硬化的效果。
風(fēng)機(jī)軸承是關(guān)系到風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)及使用壽命的關(guān)鍵，風(fēng)機(jī)廠家采用優(yōu)質(zhì)的不銹碳鋼或是耐腐蝕的不銹鋼進(jìn)行制作成主軸，不僅支持風(fēng)機(jī)的所有旋轉(zhuǎn)件，還能傳遞扭矩。說(shuō)到傳遞扭矩，風(fēng)機(jī)的聯(lián)軸器是用來(lái)連接軸和傳遞旋轉(zhuǎn)力矩的重要部件，也可作為安全裝置。
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