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風(fēng)機(jī)選型與安裝
生產(chǎn)負(fù)壓風(fēng)機(jī)風(fēng)機(jī)葉片檢驗(yàn)主要項(xiàng)目概述用變速泵和變速風(fēng)機(jī)代替調(diào)
風(fēng)機(jī)葉片檢驗(yàn)和分析項(xiàng)目主要有以下幾種：
靜態(tài)檢驗(yàn)
疲勞檢驗(yàn)
室外檢驗(yàn)
模型分析
強(qiáng)度（硬度）檢驗(yàn)
紅外成像分析
聲學(xué)分析
超聲檢查
葉片表面質(zhì)量控制
質(zhì)量分布測量
自然頻率和阻尼的測定
一、靜態(tài)檢驗(yàn)
靜態(tài)檢驗(yàn)用來測定葉片的結(jié)構(gòu)特性，包括硬度數(shù)據(jù)和應(yīng)力分布。
靜態(tài)檢驗(yàn)可以使用多點(diǎn)負(fù)載方法或單點(diǎn)負(fù)載方法，并且負(fù)載可以在水平方向進(jìn)行也可以在垂直方向進(jìn)行。
二、疲勞檢驗(yàn)
葉片的疲勞檢驗(yàn)用來測定葉片的疲勞特性。實(shí)際大小的葉片疲勞檢驗(yàn)通常是認(rèn)證程序的基本部分。BLAEST葉片檢驗(yàn)中心提供的葉片疲勞檢驗(yàn)包括單獨(dú)的翼面向和翼弦向檢驗(yàn)。疲勞檢驗(yàn)時(shí)間要長達(dá)幾個(gè)月，檢驗(yàn)過程中，要定期的監(jiān)督、檢查以及檢驗(yàn)設(shè)備的校準(zhǔn)。
檢驗(yàn)工作人員通過網(wǎng)絡(luò)攝象機(jī)和數(shù)據(jù)采集工程的在線網(wǎng)絡(luò)端口進(jìn)行檢驗(yàn)過程的監(jiān)督。
三、室外檢驗(yàn)風(fēng)電材料設(shè)備
室外檢驗(yàn)是一種選擇性的檢驗(yàn)方式。室外檢驗(yàn)可以降低費(fèi)用，但同時(shí)也增加難度。必須對檢驗(yàn)和測量設(shè)備加以保護(hù)，以免受環(huán)境的破壞，并且還要考慮檢驗(yàn)的機(jī)密性和噪音的影響。
溫度變化和風(fēng)況也影響檢驗(yàn)的結(jié)果，因此有必要在測量、分析時(shí)把這些因素考慮進(jìn)去，然后得出結(jié)果。
四、超聲波檢查
最佳葉片生產(chǎn)需要淵博的設(shè)計(jì)、原材料知識(shí)以及生產(chǎn)技術(shù)。隨之帶來的問題是隨著葉片的增大，生產(chǎn)成本也在提高，技術(shù)要求也在提高，因此生產(chǎn)風(fēng)機(jī)葉片的風(fēng)險(xiǎn)也在提高，因此需要一種快速、高效并且非破壞性的檢查方法。
自動(dòng)超聲波檢查非常適合風(fēng)機(jī)葉片檢驗(yàn)。利用自動(dòng)超聲波檢驗(yàn)方可以有效的檢測層的厚度變化，顯示隱藏的產(chǎn)品故障，例如：分層、內(nèi)含物、氣孔（干燥地區(qū)）、缺少黏合劑、翼梁與外殼之間以及外殼的前緣與后緣之間黏結(jié)不牢。
超聲波檢驗(yàn)可以直接用來最優(yōu)化葉片設(shè)計(jì)和產(chǎn)品參數(shù)，從而大幅降低葉片故障的風(fēng)險(xiǎn)。
五、葉片表面質(zhì)量控制
良好的葉片表面和涂層是確保葉片使用壽命的第一步，如果對葉片表面進(jìn)行涂層，清潔是非常重要的。通過測量葉片表面張力來確定葉片表面是否清潔。完成葉片表面涂層后，可以通過測量顏色、光澤、表面粗糙度以及粘著力來判斷葉片表面質(zhì)量。
葉片的耐久性包括葉片抵御風(fēng)化的能力，通過周期性的噴灑鹽水加速自然風(fēng)化的方法檢驗(yàn)葉片的抗腐蝕的能力。葉片的耐久性還包括抵御酷暑天氣的能力。耐磨損以及化學(xué)穩(wěn)定性如果需要也可以進(jìn)行檢驗(yàn)。所有的耐久性檢驗(yàn)一般都是檢驗(yàn)樣品，而不是檢驗(yàn)已經(jīng)生產(chǎn)好的葉片。
六、紅外成象分析和聲學(xué)分析
非破壞性檢驗(yàn)可以是葉片疲勞檢驗(yàn)的紅外成像分析檢驗(yàn)或者是葉片疲勞和靜態(tài)檢驗(yàn)的應(yīng)力波分析檢驗(yàn)。
紅外成像分析葉片的紅外成像分析檢驗(yàn)可以提示設(shè)計(jì)人員葉片結(jié)構(gòu)的危險(xiǎn)區(qū)，這種危險(xiǎn)區(qū)的小的缺陷可以導(dǎo)致最終的故障。
七、聲學(xué)檢查
聲學(xué)分析或應(yīng)力波分析使鎖定小的裂痕和結(jié)構(gòu)上的小缺陷成為可能。在疲勞檢驗(yàn)和靜態(tài)檢驗(yàn)時(shí)使用聲學(xué)檢測工程使葉片在遭到破壞的程度大到足以毀壞葉片之前停止檢驗(yàn)成為可能。
聲學(xué)檢測工程是按照預(yù)定義模式放置在葉片上的一套壓電傳感器工程.傳感器與數(shù)據(jù)采集工程相連接，這樣可以采集傳感器的信號(hào)。
八、硬度檢驗(yàn)
硬度檢驗(yàn)用來測定葉片不同橫截面處的硬度分布，硬度檢驗(yàn)可以在翼面向和翼弦向進(jìn)行。而且還可以進(jìn)行扭力硬度檢驗(yàn)。
通過5個(gè)工程實(shí)例，探討在供熱空調(diào)工程中利用變速風(fēng)機(jī)和變速泵代替調(diào)節(jié)用風(fēng)閥水閥實(shí)現(xiàn)風(fēng)和水工程的調(diào)節(jié)的可能性。分析表明，這樣做可以節(jié)省運(yùn)行能耗，同時(shí)改善工程的調(diào)節(jié)品質(zhì)，工程的初投資一般也不會(huì)增加。
水泵和風(fēng)機(jī)能耗約占供熱空調(diào)工程總能耗的40？這些能耗中的1/3左右被各種調(diào)節(jié)閥門所消耗，但這樣大的代價(jià)并沒有換來好的調(diào)節(jié)效果，反而導(dǎo)致工程中許多問題發(fā)生。采用變速風(fēng)機(jī)和變速泵充當(dāng)調(diào)節(jié)手段，可節(jié)省這部分能耗，并可解決許多調(diào)節(jié)中的困難。
關(guān)鍵詞：變頻調(diào)節(jié)水工程風(fēng)工程變速水泵變速風(fēng)機(jī)
1、引言
在暖通空調(diào)工程中，使用大量的風(fēng)閥水閥對工程中的風(fēng)量水量進(jìn)行調(diào)整，使其滿足所要求的工況。它們的調(diào)節(jié)原理是增加工程的阻力，以消耗泵或風(fēng)機(jī)提供的多余的壓頭，達(dá)到減少流量的目的。因此這些調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)作用是以消耗風(fēng)機(jī)或水泵運(yùn)行能耗為代價(jià)的。目前暖通空調(diào)工程中愈來愈多地使用自動(dòng)控制工程。為實(shí)現(xiàn)自控，許多風(fēng)閥水閥還要使用電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
目前質(zhì)量好的電動(dòng)水閥價(jià)格為幾千甚至上萬元。電動(dòng)風(fēng)閥亦需要幾千元。電動(dòng)風(fēng)閥水閥的費(fèi)用常常占到自控工程總費(fèi)用的40％以上。能否改變工程的構(gòu)成方式，減少使用這些既耗能、又昂貴的閥門，用其它方式實(shí)現(xiàn)對流量的調(diào)節(jié)？風(fēng)機(jī)水泵與風(fēng)閥水閥是一一對應(yīng)的兩類調(diào)節(jié)流量的設(shè)備。
風(fēng)機(jī)水泵為流體提供動(dòng)力，而風(fēng)閥水閥則消耗流體多余的動(dòng)力。因此，若用風(fēng)機(jī)水泵代替風(fēng)閥水閥，不是在能量多余處加裝閥門，而是在能量不足處增裝水泵或風(fēng)機(jī)，通過調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)水泵的轉(zhuǎn)速，同樣可以實(shí)現(xiàn)對工程的流量調(diào)節(jié)。
此時(shí)由于減少了調(diào)節(jié)閥，也就減少了閥門所消耗的能量，因此會(huì)減小運(yùn)行能耗。同時(shí)，目前可變轉(zhuǎn)速的風(fēng)機(jī)、水泵價(jià)格與相同流量的電動(dòng)風(fēng)閥、水閥價(jià)格接近，甚至更低，因此初投資也不會(huì)提高。從這一思路出發(fā)，本文先給出幾個(gè)用泵代閥的例子，然后進(jìn)一步討論這一方案對暖能空調(diào)工程的意義及要注意的問題，以期引起大家的討論。
2、實(shí)例分析
2.1簡單工程的流量控制
一個(gè)簡單的控制循環(huán)流量的工程，泵P提供動(dòng)力以實(shí)現(xiàn)水通過閥V、管道及用戶U間的循環(huán)。圖2給出當(dāng)閥全開、泵的轉(zhuǎn)速n=n0時(shí)工程的工作點(diǎn)。此時(shí)，流量為G0，水泵工作效率為η0，即效率最高點(diǎn)。要使流量減小一半，一種方式是將閥門關(guān)小，使管網(wǎng)等效阻力特性曲線向左偏移，此時(shí)泵的效率降低至η1，壓力升至p1。
由于壓力升高，效率降低，因此盡管流量減少至一半，泵耗僅減少20％～30％，此時(shí)除閥門以外的管網(wǎng)部分由于其阻力特性不變，因此僅消耗壓降p0/4，剩余部分3(p0+(p1-p0))/4均消耗在閥門上，它消耗了此時(shí)泵耗的80％，這就是為什么說調(diào)節(jié)閥消耗了大部分水泵能耗的依據(jù)。此外，水泵工作點(diǎn)偏移造成的不穩(wěn)定、閥關(guān)小后大的節(jié)流和壓降引起的噪聲，都對工程有不良影響。
若保持不變，但將泵的轉(zhuǎn)速降至50％，圖2同時(shí)給出此時(shí)的工作狀況，這時(shí)管網(wǎng)的阻力特性曲線不變，泵的工作曲線下移，泵的工作效率仍將為η0，壓力p2為p0/4。這樣，減少流量后泵耗僅為原來的1/8，具有極顯著的節(jié)能效果。同時(shí)，由于泵的工作點(diǎn)及閥的位置均未變，因此工程工作穩(wěn)定，且不會(huì)有節(jié)流噪聲。
此簡單例子說明：
(1)當(dāng)調(diào)節(jié)閥產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用時(shí)，將消耗其所在支路的大部分流體動(dòng)力。并且由于改變了管網(wǎng)阻力特性，使管網(wǎng)中的動(dòng)力機(jī)械工作點(diǎn)偏移，在多數(shù)情況下這將導(dǎo)致效率下降。
(2)當(dāng)采用變速方式調(diào)節(jié)流量時(shí)，泵或風(fēng)機(jī)能耗可與流量變化的三次方成正比。并且由于工程阻力特性不變，泵或風(fēng)機(jī)的工作點(diǎn)不變，因此效率不變，泵、風(fēng)機(jī)及工程均可穩(wěn)定地工作。
(3)以調(diào)整泵或風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速來調(diào)整流量應(yīng)該是流量調(diào)節(jié)的最好手段。
2.2供熱水網(wǎng)
若工程設(shè)計(jì)合理，泵選擇適當(dāng)，則最遠(yuǎn)端用戶處的余壓恰好為它所需要的壓頭，閥V5全開，不多消耗能量。此時(shí)，若各用戶流量相等，彼此距離相等，主干管上比摩阻相同且忽略閥門全開時(shí)的阻力，對于n個(gè)用戶，閥門V1消耗的能量與用戶外管網(wǎng)所消耗的總能量的百分比EV1為：
EV1＝(1/n)×((n-1)/n)
第k個(gè)閥門所消耗能量與用戶外管網(wǎng)總能耗的百分比EVk
EV1＝(1/n)×((n-1)/n)
前n-1個(gè)閥門共消耗的能量為：
當(dāng)熱用戶個(gè)數(shù)足夠多時(shí)，（n－1）／(2n)約等于50％，也就是消耗在外網(wǎng)的能耗約有一半被各支路的調(diào)節(jié)閥所消耗。一般用戶側(cè)真正需要的揚(yáng)程僅為循環(huán)泵揚(yáng)程的20％～30％，即外網(wǎng)消耗70％～80％。因此，總泵耗的35％～40％的能量被調(diào)節(jié)閥消耗掉。有時(shí)為安全起見，循環(huán)泵的揚(yáng)程還要選大些，然后再通過圖3中的閥門V0將多余部分消耗掉。由此使一般供暖用熱水網(wǎng)中調(diào)節(jié)閥消耗一半以上的泵耗。
若改用圖5方式連接熱水管網(wǎng)，在各用戶處安裝用戶回水加壓泵，代替調(diào)節(jié)閥，減小主循環(huán)泵的揚(yáng)程，使其只承擔(dān)熱源及一部分干管的壓降，用戶的壓降及另一部分干管壓降由各用戶內(nèi)的回水加壓泵提供，則其水壓圖見圖6。
此時(shí)無調(diào)節(jié)閥，因此也無調(diào)節(jié)閥損失的泵耗，用戶處各個(gè)回水加壓泵的揚(yáng)程應(yīng)仔細(xì)選擇。若選擇過大，再用閥門降低同樣會(huì)消耗能量。但如果安裝變速泵則可以通過調(diào)整轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)各個(gè)用戶所要求的流量，因此不再靠調(diào)節(jié)閥消耗泵耗，這樣，盡管多裝了許多泵，但運(yùn)行電耗將降低50％以上。
在這種情況下，若各用戶要求的流量變化頻繁，整個(gè)工程的總流量亦在較大范圍內(nèi)變化，總循環(huán)泵也可用變頻泵，并根據(jù)干管中部供回水壓差（見圖5、6中點(diǎn)A）來控制其轉(zhuǎn)速，使該點(diǎn)壓差維持為零，則工程具有非常好的調(diào)節(jié)性能與節(jié)能效果。分析表明，當(dāng)采用如圖3常規(guī)的管網(wǎng)方式時(shí)，若由于某種原因，一半用戶關(guān)閉，不需要供水時(shí)，未關(guān)的用戶水量會(huì)增加，最大的流量可增加50％以上，而同樣的管網(wǎng)采用圖5的方式，并且對主循環(huán)泵的轉(zhuǎn)速進(jìn)行上述方式的控制，則同樣情況下未關(guān)閉的用戶的水量增加最大的不超8％，工程的水力穩(wěn)定性大為改善。
此方面的進(jìn)一步詳細(xì)分析見文獻(xiàn)[1]，這一方案準(zhǔn)備在已開始施工的杭州熱電廠冷熱聯(lián)供熱網(wǎng)中使用，各用戶為吸收式制冷機(jī)、生活熱水用換熱器，冬季則為建筑供暖及生活熱水。分析表明，對于這種負(fù)荷大范圍變化的工程，采用這種方式，比常規(guī)方式節(jié)省泵的電耗62％，并改善了工程的水力穩(wěn)定性。同時(shí)還使整個(gè)工程壓力變化范圍減小，從而可降低管網(wǎng)承壓要求，處長管網(wǎng)壽命。在各用戶處安裝調(diào)速泵所增加的費(fèi)用基本上可以從各用戶省掉的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥及節(jié)省的用電增容費(fèi)中補(bǔ)齊，因此總投資可以不增加甚至有所降低。
2.3空調(diào)水工程
為減少水泵電耗，便于工程調(diào)節(jié)，許多工程采用兩級(jí)泵方式，如圖7。泵組P1可根據(jù)要求的制冷機(jī)的運(yùn)行臺(tái)數(shù)而啟停，其揚(yáng)程僅克服蒸發(fā)器阻力及冷凍站內(nèi)部分管路的壓降，泵組P2則克服干管及冷水用戶的壓降。為了節(jié)能，P2有時(shí)還采用變速泵，根據(jù)用戶要求的流量調(diào)節(jié)泵的轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)規(guī)則是維持最遠(yuǎn)端用戶處的供回水壓差為額定的資用壓頭。文獻(xiàn)[2]中指出，P2采用變速泵后，其能耗并非如廠商所宣傳的那樣“與流量的三次方成正比”。
假設(shè)冷水用戶所要求的最大壓降與干管最大流量下的壓降各占50％，例如均為5m，則泵組P2的轉(zhuǎn)速就要按照使最末端壓差恒定為5m來控制。假設(shè)各用戶要求的流量均為最大流量的50％，則各用戶本身的調(diào)節(jié)閥都紛紛關(guān)小，此時(shí)末端壓差仍為5m，干管流量降低一斗，故壓降變?yōu)?.25m，泵組P2所要求的壓降從原來的10m降至6.25m，流量雖降至一半，但泵的工作點(diǎn)左偏，效率降低，因此泵耗約為最大流量時(shí)的45％左右，而并非按照三次方規(guī)律所預(yù)測的12.5％。造成這種現(xiàn)象是由于現(xiàn)象是由于各用戶調(diào)節(jié)閥關(guān)小，消耗了多余的這部分能量。見圖8。
此外，如果干管壓降占P2揚(yáng)程的一半，則如同上一例所分析，由于各用戶遠(yuǎn)近不同，這部分泵耗的一半也被各用戶的調(diào)節(jié)閥所消耗。并且空調(diào)工程為了改善其調(diào)節(jié)性能，還希望調(diào)節(jié)閥兩側(cè)壓差占所在支路資用壓頭的一半以上。這樣，平均估計(jì)，即使采用變速泵，泵組P2的能量中也有60％以上被各個(gè)調(diào)節(jié)閥消耗掉。
再分析這種工程的穩(wěn)定性。當(dāng)由于某種原因，一些用戶關(guān)閉，一些用戶調(diào)小，總流量降低50％時(shí)，干管壓降減少，泵的轉(zhuǎn)速未變化的用戶的流量最大增加幅度約為10％～20％，與泵的性能曲線形狀有關(guān)。這時(shí)只要將轉(zhuǎn)速相應(yīng)地減少，即可維持原流量。采用這種方式，用各個(gè)小變頻泵代替一組大變頻泵，由于總功率降低20％～30％，因此價(jià)格不會(huì)增加。采用新方案后，還省掉各個(gè)空調(diào)機(jī)的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，因此初投資將降低。
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葉片表面質(zhì)量控制
質(zhì)量分布測量
自然頻率和阻尼的測定
一、靜態(tài)檢驗(yàn)
靜態(tài)檢驗(yàn)用來測定葉片的結(jié)構(gòu)特性，包括硬度數(shù)據(jù)和應(yīng)力分布。
靜態(tài)檢驗(yàn)可以使用多點(diǎn)負(fù)載方法或單點(diǎn)負(fù)載方法，并且負(fù)載可以在水平方向進(jìn)行也可以在垂直方向進(jìn)行。
二、疲勞檢驗(yàn)
葉片的疲勞檢驗(yàn)用來測定葉片的疲勞特性。實(shí)際大小的葉片疲勞檢驗(yàn)通常是認(rèn)證程序的基本部分。BLAEST葉片檢驗(yàn)中心提供的葉片疲勞檢驗(yàn)包括單獨(dú)的翼面向和翼弦向檢驗(yàn)。疲勞檢驗(yàn)時(shí)間要長達(dá)幾個(gè)月，檢驗(yàn)過程中，要定期的監(jiān)督、檢查以及檢驗(yàn)設(shè)備的校準(zhǔn)。
檢驗(yàn)工作人員通過網(wǎng)絡(luò)攝象機(jī)和數(shù)據(jù)采集工程的在線網(wǎng)絡(luò)端口進(jìn)行檢驗(yàn)過程的監(jiān)督。
三、室外檢驗(yàn)風(fēng)電材料設(shè)備
室外檢驗(yàn)是一種選擇性的檢驗(yàn)方式。室外檢驗(yàn)可以降低費(fèi)用，但同時(shí)也增加難度。必須對檢驗(yàn)和測量設(shè)備加以保護(hù)，以免受環(huán)境的破壞，并且還要考慮檢驗(yàn)的機(jī)密性和噪音的影響。
溫度變化和風(fēng)況也影響檢驗(yàn)的結(jié)果，因此有必要在測量、分析時(shí)把這些因素考慮進(jìn)去，然后得出結(jié)果。
四、超聲波檢查
最佳葉片生產(chǎn)需要淵博的設(shè)計(jì)、原材料知識(shí)以及生產(chǎn)技術(shù)。隨之帶來的問題是隨著葉片的增大，生產(chǎn)成本也在提高，技術(shù)要求也在提高，因此生產(chǎn)風(fēng)機(jī)葉片的風(fēng)險(xiǎn)也在提高，因此需要一種快速、高效并且非破壞性的檢查方法。
自動(dòng)超聲波檢查非常適合風(fēng)機(jī)葉片檢驗(yàn)。利用自動(dòng)超聲波檢驗(yàn)方可以有效的檢測層的厚度變化，顯示隱藏的產(chǎn)品故障，例如：分層、內(nèi)含物、氣孔（干燥地區(qū)）、缺少黏合劑、翼梁與外殼之間以及外殼的前緣與后緣之間黏結(jié)不牢。
超聲波檢驗(yàn)可以直接用來最優(yōu)化葉片設(shè)計(jì)和產(chǎn)品參數(shù)，從而大幅降低葉片故障的風(fēng)險(xiǎn)。
五、葉片表面質(zhì)量控制
良好的葉片表面和涂層是確保葉片使用壽命的第一步，如果對葉片表面進(jìn)行涂層，清潔是非常重要的。通過測量葉片表面張力來確定葉片表面是否清潔。完成葉片表面涂層后，可以通過測量顏色、光澤、表面粗糙度以及粘著力來判斷葉片表面質(zhì)量。
葉片的耐久性包括葉片抵御風(fēng)化的能力，通過周期性的噴灑鹽水加速自然風(fēng)化的方法檢驗(yàn)葉片的抗腐蝕的能力。葉片的耐久性還包括抵御酷暑天氣的能力。耐磨損以及化學(xué)穩(wěn)定性如果需要也可以進(jìn)行檢驗(yàn)。所有的耐久性檢驗(yàn)一般都是檢驗(yàn)樣品，而不是檢驗(yàn)已經(jīng)生產(chǎn)好的葉片。
六、紅外成象分析和聲學(xué)分析
非破壞性檢驗(yàn)可以是葉片疲勞檢驗(yàn)的紅外成像分析檢驗(yàn)或者是葉片疲勞和靜態(tài)檢驗(yàn)的應(yīng)力波分析檢驗(yàn)。
紅外成像分析葉片的紅外成像分析檢驗(yàn)可以提示設(shè)計(jì)人員葉片結(jié)構(gòu)的危險(xiǎn)區(qū)，這種危險(xiǎn)區(qū)的小的缺陷可以導(dǎo)致最終的故障。
七、聲學(xué)檢查
聲學(xué)分析或應(yīng)力波分析使鎖定小的裂痕和結(jié)構(gòu)上的小缺陷成為可能。在疲勞檢驗(yàn)和靜態(tài)檢驗(yàn)時(shí)使用聲學(xué)檢測工程使葉片在遭到破壞的程度大到足以毀壞葉片之前停止檢驗(yàn)成為可能。
聲學(xué)檢測工程是按照預(yù)定義模式放置在葉片上的一套壓電傳感器工程.傳感器與數(shù)據(jù)采集工程相連接，這樣可以采集傳感器的信號(hào)。
八、硬度檢驗(yàn)
硬度檢驗(yàn)用來測定葉片不同橫截面處的硬度分布，硬度檢驗(yàn)可以在翼面向和翼弦向進(jìn)行。而且還可以進(jìn)行扭力硬度檢驗(yàn)。
通過5個(gè)工程實(shí)例，探討在供熱空調(diào)工程中利用變速風(fēng)機(jī)和變速泵代替調(diào)節(jié)用風(fēng)閥水閥實(shí)現(xiàn)風(fēng)和水工程的調(diào)節(jié)的可能性。分析表明，這樣做可以節(jié)省運(yùn)行能耗，同時(shí)改善工程的調(diào)節(jié)品質(zhì)，工程的初投資一般也不會(huì)增加。
水泵和風(fēng)機(jī)能耗約占供熱空調(diào)工程總能耗的40？這些能耗中的1/3左右被各種調(diào)節(jié)閥門所消耗，但這樣大的代價(jià)并沒有換來好的調(diào)節(jié)效果，反而導(dǎo)致工程中許多問題發(fā)生。采用變速風(fēng)機(jī)和變速泵充當(dāng)調(diào)節(jié)手段，可節(jié)省這部分能耗，并可解決許多調(diào)節(jié)中的困難。
關(guān)鍵詞：變頻調(diào)節(jié)水工程風(fēng)工程變速水泵變速風(fēng)機(jī)
1、引言
在暖通空調(diào)工程中，使用大量的風(fēng)閥水閥對工程中的風(fēng)量水量進(jìn)行調(diào)整，使其滿足所要求的工況。它們的調(diào)節(jié)原理是增加工程的阻力，以消耗泵或風(fēng)機(jī)提供的多余的壓頭，達(dá)到減少流量的目的。因此這些調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)作用是以消耗風(fēng)機(jī)或水泵運(yùn)行能耗為代價(jià)的。目前暖通空調(diào)工程中愈來愈多地使用自動(dòng)控制工程。為實(shí)現(xiàn)自控，許多風(fēng)閥水閥還要使用電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
目前質(zhì)量好的電動(dòng)水閥價(jià)格為幾千甚至上萬元。電動(dòng)風(fēng)閥亦需要幾千元。電動(dòng)風(fēng)閥水閥的費(fèi)用常常占到自控工程總費(fèi)用的40％以上。能否改變工程的構(gòu)成方式，減少使用這些既耗能、又昂貴的閥門，用其它方式實(shí)現(xiàn)對流量的調(diào)節(jié)？風(fēng)機(jī)水泵與風(fēng)閥水閥是一一對應(yīng)的兩類調(diào)節(jié)流量的設(shè)備。
風(fēng)機(jī)水泵為流體提供動(dòng)力，而風(fēng)閥水閥則消耗流體多余的動(dòng)力。因此，若用風(fēng)機(jī)水泵代替風(fēng)閥水閥，不是在能量多余處加裝閥門，而是在能量不足處增裝水泵或風(fēng)機(jī)，通過調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)水泵的轉(zhuǎn)速，同樣可以實(shí)現(xiàn)對工程的流量調(diào)節(jié)。
此時(shí)由于減少了調(diào)節(jié)閥，也就減少了閥門所消耗的能量，因此會(huì)減小運(yùn)行能耗。同時(shí)，目前可變轉(zhuǎn)速的風(fēng)機(jī)、水泵價(jià)格與相同流量的電動(dòng)風(fēng)閥、水閥價(jià)格接近，甚至更低，因此初投資也不會(huì)提高。從這一思路出發(fā)，本文先給出幾個(gè)用泵代閥的例子，然后進(jìn)一步討論這一方案對暖能空調(diào)工程的意義及要注意的問題，以期引起大家的討論。
2、實(shí)例分析
2.1簡單工程的流量控制
一個(gè)簡單的控制循環(huán)流量的工程，泵P提供動(dòng)力以實(shí)現(xiàn)水通過閥V、管道及用戶U間的循環(huán)。圖2給出當(dāng)閥全開、泵的轉(zhuǎn)速n=n0時(shí)工程的工作點(diǎn)。此時(shí)，流量為G0，水泵工作效率為η0，即效率最高點(diǎn)。要使流量減小一半，一種方式是將閥門關(guān)小，使管網(wǎng)等效阻力特性曲線向左偏移，此時(shí)泵的效率降低至η1，壓力升至p1。
由于壓力升高，效率降低，因此盡管流量減少至一半，泵耗僅減少20％～30％，此時(shí)除閥門以外的管網(wǎng)部分由于其阻力特性不變，因此僅消耗壓降p0/4，剩余部分3(p0+(p1-p0))/4均消耗在閥門上，它消耗了此時(shí)泵耗的80％，這就是為什么說調(diào)節(jié)閥消耗了大部分水泵能耗的依據(jù)。此外，水泵工作點(diǎn)偏移造成的不穩(wěn)定、閥關(guān)小后大的節(jié)流和壓降引起的噪聲，都對工程有不良影響。
若保持不變，但將泵的轉(zhuǎn)速降至50％，圖2同時(shí)給出此時(shí)的工作狀況，這時(shí)管網(wǎng)的阻力特性曲線不變，泵的工作曲線下移，泵的工作效率仍將為η0，壓力p2為p0/4。這樣，減少流量后泵耗僅為原來的1/8，具有極顯著的節(jié)能效果。同時(shí)，由于泵的工作點(diǎn)及閥的位置均未變，因此工程工作穩(wěn)定，且不會(huì)有節(jié)流噪聲。
此簡單例子說明：
(1)當(dāng)調(diào)節(jié)閥產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用時(shí)，將消耗其所在支路的大部分流體動(dòng)力。并且由于改變了管網(wǎng)阻力特性，使管網(wǎng)中的動(dòng)力機(jī)械工作點(diǎn)偏移，在多數(shù)情況下這將導(dǎo)致效率下降。
(2)當(dāng)采用變速方式調(diào)節(jié)流量時(shí)，泵或風(fēng)機(jī)能耗可與流量變化的三次方成正比。并且由于工程阻力特性不變，泵或風(fēng)機(jī)的工作點(diǎn)不變，因此效率不變，泵、風(fēng)機(jī)及工程均可穩(wěn)定地工作。
(3)以調(diào)整泵或風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速來調(diào)整流量應(yīng)該是流量調(diào)節(jié)的最好手段。
2.2供熱水網(wǎng)
若工程設(shè)計(jì)合理，泵選擇適當(dāng)，則最遠(yuǎn)端用戶處的余壓恰好為它所需要的壓頭，閥V5全開，不多消耗能量。此時(shí)，若各用戶流量相等，彼此距離相等，主干管上比摩阻相同且忽略閥門全開時(shí)的阻力，對于n個(gè)用戶，閥門V1消耗的能量與用戶外管網(wǎng)所消耗的總能量的百分比EV1為：
EV1＝(1/n)×((n-1)/n)
第k個(gè)閥門所消耗能量與用戶外管網(wǎng)總能耗的百分比EVk
EV1＝(1/n)×((n-1)/n)
前n-1個(gè)閥門共消耗的能量為：
當(dāng)熱用戶個(gè)數(shù)足夠多時(shí)，（n－1）／(2n)約等于50％，也就是消耗在外網(wǎng)的能耗約有一半被各支路的調(diào)節(jié)閥所消耗。一般用戶側(cè)真正需要的揚(yáng)程僅為循環(huán)泵揚(yáng)程的20％～30％，即外網(wǎng)消耗70％～80％。因此，總泵耗的35％～40％的能量被調(diào)節(jié)閥消耗掉。有時(shí)為安全起見，循環(huán)泵的揚(yáng)程還要選大些，然后再通過圖3中的閥門V0將多余部分消耗掉。由此使一般供暖用熱水網(wǎng)中調(diào)節(jié)閥消耗一半以上的泵耗。
若改用圖5方式連接熱水管網(wǎng)，在各用戶處安裝用戶回水加壓泵，代替調(diào)節(jié)閥，減小主循環(huán)泵的揚(yáng)程，使其只承擔(dān)熱源及一部分干管的壓降，用戶的壓降及另一部分干管壓降由各用戶內(nèi)的回水加壓泵提供，則其水壓圖見圖6。
此時(shí)無調(diào)節(jié)閥，因此也無調(diào)節(jié)閥損失的泵耗，用戶處各個(gè)回水加壓泵的揚(yáng)程應(yīng)仔細(xì)選擇。若選擇過大，再用閥門降低同樣會(huì)消耗能量。但如果安裝變速泵則可以通過調(diào)整轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)各個(gè)用戶所要求的流量，因此不再靠調(diào)節(jié)閥消耗泵耗，這樣，盡管多裝了許多泵，但運(yùn)行電耗將降低50％以上。
在這種情況下，若各用戶要求的流量變化頻繁，整個(gè)工程的總流量亦在較大范圍內(nèi)變化，總循環(huán)泵也可用變頻泵，并根據(jù)干管中部供回水壓差（見圖5、6中點(diǎn)A）來控制其轉(zhuǎn)速，使該點(diǎn)壓差維持為零，則工程具有非常好的調(diào)節(jié)性能與節(jié)能效果。分析表明，當(dāng)采用如圖3常規(guī)的管網(wǎng)方式時(shí)，若由于某種原因，一半用戶關(guān)閉，不需要供水時(shí)，未關(guān)的用戶水量會(huì)增加，最大的流量可增加50％以上，而同樣的管網(wǎng)采用圖5的方式，并且對主循環(huán)泵的轉(zhuǎn)速進(jìn)行上述方式的控制，則同樣情況下未關(guān)閉的用戶的水量增加最大的不超8％，工程的水力穩(wěn)定性大為改善。
此方面的進(jìn)一步詳細(xì)分析見文獻(xiàn)[1]，這一方案準(zhǔn)備在已開始施工的杭州熱電廠冷熱聯(lián)供熱網(wǎng)中使用，各用戶為吸收式制冷機(jī)、生活熱水用換熱器，冬季則為建筑供暖及生活熱水。分析表明，對于這種負(fù)荷大范圍變化的工程，采用這種方式，比常規(guī)方式節(jié)省泵的電耗62％，并改善了工程的水力穩(wěn)定性。同時(shí)還使整個(gè)工程壓力變化范圍減小，從而可降低管網(wǎng)承壓要求，處長管網(wǎng)壽命。在各用戶處安裝調(diào)速泵所增加的費(fèi)用基本上可以從各用戶省掉的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥及節(jié)省的用電增容費(fèi)中補(bǔ)齊，因此總投資可以不增加甚至有所降低。
2.3空調(diào)水工程
為減少水泵電耗，便于工程調(diào)節(jié)，許多工程采用兩級(jí)泵方式，如圖7。泵組P1可根據(jù)要求的制冷機(jī)的運(yùn)行臺(tái)數(shù)而啟停，其揚(yáng)程僅克服蒸發(fā)器阻力及冷凍站內(nèi)部分管路的壓降，泵組P2則克服干管及冷水用戶的壓降。為了節(jié)能，P2有時(shí)還采用變速泵，根據(jù)用戶要求的流量調(diào)節(jié)泵的轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)規(guī)則是維持最遠(yuǎn)端用戶處的供回水壓差為額定的資用壓頭。文獻(xiàn)[2]中指出，P2采用變速泵后，其能耗并非如廠商所宣傳的那樣“與流量的三次方成正比”。
假設(shè)冷水用戶所要求的最大壓降與干管最大流量下的壓降各占50％，例如均為5m，則泵組P2的轉(zhuǎn)速就要按照使最末端壓差恒定為5m來控制。假設(shè)各用戶要求的流量均為最大流量的50％，則各用戶本身的調(diào)節(jié)閥都紛紛關(guān)小，此時(shí)末端壓差仍為5m，干管流量降低一斗，故壓降變?yōu)?.25m，泵組P2所要求的壓降從原來的10m降至6.25m，流量雖降至一半，但泵的工作點(diǎn)左偏，效率降低，因此泵耗約為最大流量時(shí)的45％左右，而并非按照三次方規(guī)律所預(yù)測的12.5％。造成這種現(xiàn)象是由于現(xiàn)象是由于各用戶調(diào)節(jié)閥關(guān)小，消耗了多余的這部分能量。見圖8。
此外，如果干管壓降占P2揚(yáng)程的一半，則如同上一例所分析，由于各用戶遠(yuǎn)近不同，這部分泵耗的一半也被各用戶的調(diào)節(jié)閥所消耗。并且空調(diào)工程為了改善其調(diào)節(jié)性能，還希望調(diào)節(jié)閥兩側(cè)壓差占所在支路資用壓頭的一半以上。這樣，平均估計(jì)，即使采用變速泵，泵組P2的能量中也有60％以上被各個(gè)調(diào)節(jié)閥消耗掉。
再分析這種工程的穩(wěn)定性。當(dāng)由于某種原因，一些用戶關(guān)閉，一些用戶調(diào)小，總流量降低50％時(shí)，干管壓降減少，泵的轉(zhuǎn)速未變化的用戶的流量最大增加幅度約為10％～20％，與泵的性能曲線形狀有關(guān)。這時(shí)只要將轉(zhuǎn)速相應(yīng)地減少，即可維持原流量。采用這種方式，用各個(gè)小變頻泵代替一組大變頻泵，由于總功率降低20％～30％，因此價(jià)格不會(huì)增加。采用新方案后，還省掉各個(gè)空調(diào)機(jī)的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，因此初投資將降低。
生產(chǎn)負(fù)壓風(fēng)機(jī)
工廠降溫設(shè)備
屋頂排熱風(fēng)機(jī)
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