太阳集团通风降温系统
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1 引言
簧片阀是冰箱压缩机的重要部件，也是易损件，直接影响压缩机的性能。如果对其设计不当，将会增大阀片疲劳断裂的可能，从而导致压缩机非正常停机、使用寿命降低等不良后果。因此，如何正确设计簧片阀，对于提高压缩机使用寿命，避免非正常停机具有重要意义。
目前，针对压缩机簧片阀已经开展了很多研究工作。王毅、谭伟华，给出了气阀运动规律的数学模型[1]，何国庚、肖彪在此基础之上又对簧片阀的结构进行了部分优化[2]。通过对已有研究工作的分析我们发现，针对簧片阀的设计理论还不完善，存在的主要问题是多数研究工作都是对簧片阀工作性能的研究，优化设计只是针对单一参数分别进行优化，还不能做到多目标、多参数同步优化。
本文使用有限元分析软件ANSYS WORKBENCH，对我公司某型号压缩机吸气阀片进行了较为全面的多目标、多参数同步优化设计。在获得气阀运动过程中的应力分布的基础上，通过优化设计，有效地降低了气阀的工作应力，提高了气阀可靠性和安全性。采用文中的多目标、多参数同步优化设计方法可以有效地缩短设计周期，对多目标和多参数零件和结构优化设计具有普遍的指导意义。
2 基本原理与求解
2.1 大变形单元刚度方程
考虑到吸气阀片工作状态下的变形较大，排气系统属于大变形问题。整体结构的非线性有限元刚度方程具有以下的形式：
[K(u)]{U}={P}（1）
从上式可以看出，在考虑大变形的条件下，刚度矩阵依赖于待求位移。在局部坐标系下，包括大变形的单元刚度方程为：
式中，
[K]e为单元刚度矩阵，[K0]e是小变形刚度矩阵，[Kσ]e是初应力刚度矩阵，[Kl]e是大变形刚度矩阵。{p}e,{f}e,{r}e分别为等效节点载荷、单元所受到的节点力和初应力节点力。由单元刚度矩阵经坐标变换可以通过组集来建立整体结构的刚度方程。
2.2 目标函数和优化设计变量
根据压缩机吸气阀片的设计要求，选取四个目标函数，即：工作应力最小、结构应变与变形最小，结构反作用力适当。其表达式为：
将优化设计变量取为：
其中：
h—底圆圆心竖直方向高度
t—最细截面1/2宽度
α—阀片伸展角度
r—最细截面过渡圆弧半径
R—底部圆弧半径
根据设计要求,确定的约束条件如下：
吸气阀片的多目标多参数优化设计可表述为寻找满足约束条件式（8）-（17）时式（4）-（6）的解。由于式（4）-（6）不能用函数表示，只能采用数值方法求解。考虑到约束条件较多，文中通过优化设计参数的敏感性分析确定了2个对目标函数影响最大的参数。
3 模型与求解
3.1 有限元建模与网格划分
打开Design Model，模型选用牛顿-毫米（N-mm）单位制。首先按照自底向上的方式创建1/2簧片阀模型，然后使用轴对称命令，建立完整的阀片模型。最后，将(7)式中的优化设计变量设置为优化设计输入参数，见图1。
图1 吸气簧片阀参数模型图
在Design Space下，设置材料参数弹性模量E=2.1*1011Pa,泊松比μ=0.3。共划分3030个空间单元，如图2所示。
,负压风机降温方案; 图2 吸气簧片阀网格图
3.2 边界条件及求解
根据阀片的实际工作状况，在吸气阀片根部施加零位移约束，在阀片中心位置施加垂直于阀片的Z向位移。根据选取的目标函数,将结构等效应力、等效应变、总体变形设置为优化设计响应参数保存在Design Space中,同时考虑结构反作用力对优化设计参数的响应。
在Design Xplore下，通过参数设置选项对输入参数进行赋值，创建驱动参数Stiffness,把它定义为结构反作用力的目标函数。
4 敏感性分析与优化结果分析
目标函数对优化设计变量的敏感度分析表明: 优化设计变量t和α，即阀片最细截面宽度和阀片伸展角度两个参数对目标函数的影响最大, 等效应力敏感度的分析见图3, 等效应变的敏感度图显示（图略），等效应变受t和α的影响更大，但对r和R并不敏感。分析中通过定义反作用力与系统刚度的函数关系，研究了优化设计参数对吸气阀片整体刚度的影响。
图3 应力敏感度图
图4绘出了簧片阀最细截面宽度与应力关系。可以看出，结构最大应力随着t的增大而增大。为了降低气阀的工作应力，应在考虑工艺条件允许的情况下，适当减小最细截面处的宽度。图5则显示了最细截面宽度与阀片伸展角度共同影响结构应力的变化关系。当t=1, α=9度时应力最小，设计时应尽量将上述两个参数设置在这个值附近；而当t=1.2，α=9度时结构应力最大，设计时应予以避免。
图4 最细截面宽度与应力关系
图6反映了系统刚度的变化情况。最细截面宽度、阀片伸展角度是影响它的两个重要因素。如果希望增大系统刚度，应同时增大两个参数的取值；如果希望获得一个较低的系统刚度，应尽量减小这两个参数的取值。
图5最细截面宽度-角度-应力关系 图6最细截面宽度-角度-刚度关系
图7反映了结构等效应变随着阀片伸展角度、底部圆弧半径的改变而变化的趋势。减小阀片伸展角度同时增大底部圆弧半径有助于降低结构的等效应变。
,换气负压风机;
图7角度-底圆半径-应变关系 图8. 方案B结构应力云图
5 簧片阀设计实例
根据Design Xplore优化设计要求[3]，将上述参数进行重新筛选组合，备选设计方案(表1),并对被选方案进行验证。
通过对表1各候选方案的计算发现，经优化设计之后的吸气簧片阀工作应力明显降低（表2）。综合阀片刚度的设计要求，我们选择了方案B作为最终设计方案。图8为方案B经Design Space综合优化设计后的等效应力结果。应力由原来的577MPa降低到532MPa，降低了7.8%。图9为经过优化设计之后的压缩机簧片阀实物图，目前它已经应用于我公司新型号压缩机的样机制造。
图9 优化后的簧片阀
6 结论
6.1使用Design Xplore对压缩机吸气簧片阀进行优化设计可以有效地降低它的工作应力，提高使用安全性。
6.2采用文中的优化设计方法可以有效地缩短簧片阀的设计周期，将原有的设计时间从4周缩短到3天，不仅提高了工作效率，而且避免了大量的重复劳动。
6.3文中的优化设计方法对多目标和多参数零件和结构优化设计具有普遍的指导意义。
中国风机产业网 风机类型有良多，在现今的市场中泛起了良多科技型的风机类型，其中就包括了玻璃钢风机，那这种新型的风机类型能在使用中为用户带来什么样的效果呢？它在场所中能起到什么意义呢？良多用户对选择玻璃钢风机都非常质疑，因此我们需要了解玻璃钢风机毕竟为什么能获得那么多用户的喜爱和认可。
首先玻璃钢风机采用提高前辈最科学的变频技术，我们都知道变频技术的泛起，解决了良多能源铺张的题目，为用户带来了很实际有用的效果，玻璃钢风机采用了这样的技术，那么在节能性上就能起到很好的作用，为用户节省一定的经济本钱。
负压风机的电念头是按照最大负荷期额定负荷选择的，而工作时绝大部门不能满载运行，电念头工作于满电压、满速度而负载很小，也会有良多时间空载运行，节电原理任何利用交流感应电念头作为电力传动方式的出产机械，这种风机很正视电机的节能性，所以玻璃钢风机无论在设计仍是制造上都本着节能性原则来完成的。
负压风机的风量为了能得到一个最佳的范围，我们可以自行调节风量的大小，风量的调整方式主要采用档板、风门、回流、起停电机等方式控制，而采用变频调速，改变风机电念头的输入频率从而改变电念头、风机转速，达到调节空气流量的目的，既知足出产工艺变化的要求，又节省电能。所以说负压风机之所以能得到用户的信任都是由于这些上风，为了能保持负压风机的持久效果，我们在使用风机的过程中添加一些维护保养的方案，这样就能让风机的效果更加有效。
风机概述：风机是各个工厂、企业普遍使用的设备之一，特别是风机的应用更为广泛。锅炉鼓风、消烟除尘、通风冷却都离不开风机，在电站、矿井、化工以及环保工程，风机更是不可缺少的重要设备，正确掌握风机的设计，对保证风机的正常经济运行是很重要的。 离心风机设计方案的选择 离心风机设计时通常给定的条件有：容积流量、全压、工作介质及其密度（或工作介质温度），有时还有结构上的要求和特殊要求等。 对离心风机设计的要求大都是：满足所需流量和压力的工况点应在最高效率点附近；最高效率值要尽量大一些，效率曲线平坦；压力曲线的稳定工作区间要宽；风机结构简单，工艺性好；材料及附件选择方便；有足够的强度、刚度，工作安全可靠；运转稳定，噪声低；调节性能好，工作适应性强；风机尺寸尽可能小，重量轻；操作和维护方便，拆装运输简单易行。 然而，同时满足上述全部要求，一般是不可能的。在气动性能与结构（强度、工艺）之间往往也有矛盾，通常要抓住主要矛盾协调解决。这就需要设计者选择合理的设计方案，以解决主要矛盾。例如： 随着风机的用途不同，要求也不一样，如公共建筑所用的风机一般用来作通风换气用，一般最重要的要求就是低噪声，多翼式离心风机具有这一特点；而要求大流量的离心风机通常为双吸气型式；对一些高压离心风机，比转速低，其泄漏损失的相对比例一般较大。离心风机设计时几个重要方案的选择： （1）叶片型式的合理选择：常见风机在一定转速下，后向叶轮的压力系数中Ψt较小，则叶轮直径较大，而其效率较高；对前向叶轮则相反。 （2）风机传动方式的选择：如传动方式为A、D、F三种，则风机转速与电动机转速相同；而B、C、E三种均为变速，设计时可灵活选择风机转速。一般对小型风机广泛采用与电动机直联的传动A，，对大型风机，有时皮带传动不适，多以传动方式D、F传动。对高温、多尘条件下，传动方式还要考虑电动机、轴承的防护和冷却问题。 （3）蜗壳外形尺寸的选择：蜗壳外形尺寸应尽可能小。对高比转数风机，可采用缩短的蜗形，对低比转数风机一般选用标准蜗形。有时为了缩小蜗壳尺寸，可选用蜗壳出口速度大于风机进口速度方案，此时采用出口扩压器以提高其静压值。 （4）叶片出口角的选定：叶片出口角是设计时首先要选定的主要几何参数之一。为了便于应用,湿帘厂家，我们把叶片分类为：强后弯叶片（水泵型）、后弯圆弧叶片、后弯直叶片、后弯机翼形叶片；径向出口叶片、径向直叶片；前弯叶片、强前弯叶片（多翼叶）。表1列出了离心风机中这些叶片型式的叶片的出口角的大致范围。 （5）叶片数的选择：在离心风机中，增加叶轮的叶片数则可提高叶轮的理论压力，因为它可以减少相对涡流的影响（即增加K值）。但是，叶片数目的增加，将增加叶轮通道的摩擦损失，这种损失将降低风机的实际压力而且增加能耗。因此，对每一种叶轮，存在着一个最佳叶片数目。具体确定多少叶片数，有时需根据设计者的经验而定。根据我国目前应用情况，在表2推荐了叶片数的选择范围。 （6）全压系数Ψt的选定：设计离心风机时，实际压力总是预先给定的。这时需要选择全压系数Ψt，全压系数的大致选择范围可参考表3。 （7）离心叶轮进出口的主要几何尺寸的确定：叶轮是风机传递给气体能量的唯一元件，故其设计对风机影响甚大；能否正确确定叶轮的主要结构，对风机的性能参数起着关键作用。它包含了离心风机设计的关键技术－－叶片的设计。而叶片的设计最关键的环节就是如何确定叶片出口角β2A。关键技术的设计分析 在设计离心风机时，关键就是掌握好叶轮叶片出口角β2A的确定。 根据叶片出口角β2A的不同，可将叶片分成三种型式即后弯叶片（β2A<90℃），径向出口叶片（β2A=90℃）和前弯叶片（β2A＞90℃）。 三种叶片型式的叶轮，目前均在风机设计中应用。前弯叶片叶轮的特点是尺寸重量小，价格便宜，而后弯叶片叶轮可提高效率，节约能源，故在现代生产的风机中，特别是功率大的大型风机多数用后弯叶片。 现代前弯叶片风机效率，比老式产品已有显著提高，故在小流量高压力的场合或低压大流量场合中仍广为采用。 径向出口叶片在我国已不常用，在某些要求耐磨和耐腐蚀的风机中，常用径向出口直叶片。 离心风机叶轮设计时还必须考虑到比转速与叶片型式存在一定的关系，故在确定叶片出口角的同时，必须综合考虑三种叶片型式对压力、径向尺寸和效率的影响。 正确确定了离心风机叶轮叶片出口角β2A将为叶轮其它主要几何尺寸的确定奠定了坚实的基础，从而对整台离心风机的性能起着关键的作用。
近日，从刚刚结束的2010中国机械工业节能与资源利用大会传来好消息，重庆通用工业（集团）有限责任公司研发制造的等减速曲叶型离心通风机、曝气离心鼓风机、干熄焦循环风机、机械蒸气再压缩离心通风机等四款新产品荣获节能机电产品称号，并被中华人民共和国工业和信息化部列为推荐节能产品。
节约能源和环境保护是我国经济社会发展的一项长期战略任务。近年来，该公司致力于节能和环保新产品的研发和技术创新工作，不断加大科技投入，在产品研发过程中，大量采用了新技术、新工艺、新材料，成功探索出一条符合公司自身特点的新产品研发途径。
此次研发制造成功的四款节能产品其主要性能及可靠性均达国际先进水平，可以全面替代同类进口产品。
等减速曲叶型离心通风机（6-39-B№10D型）系采用国际上先进的叶轮机械内流分析CFD软件，对原引进的英国豪登风机进行气动优化设计而成。该风机叶轮采用等减速设计，叶片为双曲线型，风量调节范围广，风机整机效率达到85.4%。
曝气离心鼓风机（BCD300-1.90/1.00型）系采用先进的美国NREC软件进行优化气动设计， 配用重庆通用享有专利技术的独立驱动联合能量调节系统，机组效率高，压缩机介质彻底无油，密封效果好，运行区宽，产品压比达到1.9，效率达到85.5%。
干熄焦循环风机（5-38№10D型）系采用当今国际上先进的CFD软件优化设计，平前盖结构叶轮，取得了双向可调叶轮进口密封间隙结构技术创新，叶轮易磨损部位采用自动堆焊耐磨合金及复合耐磨板结构，硬度高达HRC≥62，使用寿命大大延长，产品效率达84.41%。
机械蒸气再压缩离心通风机（6-20№10D型）系采用德国先进离心叶轮及蜗壳机械数值化设计软件进行模型级的设计，旋转机械六面体结构型网格数值模拟流场分析软件进行风机性能验算。叶轮材料选用高强度结构钢并在叶轮表面喷涂防腐耐磨涂层，使用寿命长，该产品效率达83.6%。
重庆通用将努力以科技发展为动力，以技术创新为手段，加大开发节能环保产品的投入，积极为保护人类资源和生态环境作出新贡献。
| 晶闸管软起动器在ＴＶＦ风机中的应用 |
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| ＴＶＦ 风机在地铁隧道内火灾事故发生时相邻的隧道口四台风机同时起动，分别由ＦＡＳ控制分二组一正一反、一送一回逆职员逃生方向送进新风、排烟及有毒气体，在消防系统中有十分重要的地位．然而由于其起动时要产生较大冲击电流（一般为Ie的７～8倍），同时由于起动应力较大，使负载设备的使用寿命降低。国家有关部分对电机起动早有明确规定，既电机起动时的电网电压降不能超过15%。解决办法有两个：
图1-1 交流电机机械特性 图1-2 交流电机调压机械特性
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| 风机泵类变频节能工作原理是什么？ |
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| 我国的电动机用电量占全国发电量的60％～70％，风机、水泵设备年耗电量占全国电力消耗的1/3。造成这种状况的主要原因是：风机、水泵等设备传统的调速方法是通过调节入口或出口的挡板、阀门开度来调节给风量和给水量，其输出功率大量的能源消耗在挡板、阀门地截流过程中。由于风机、水泵类大多为平方转矩负载，轴功率与转速成立方关系，所以当风机、水泵转速下降时，消耗的功率也大大下降，因此节能潜力非常大，最有效的节能措施就是采用变频调速器来调节流量、风量，应用变频器节电率为20％～50％，而且通常在设计中，用户水泵电机设计的容量比实际需要高出很多，存在"大马拉小车"的现象，效率低下，造成电能的大量浪费。因此推广交流变频调速装置效益显着。 采用变频器驱动具有很高的节能空间。目前许多国家均已指定流量压力控制必须采用变频调速装置取代传统方式，中国国家能源法第29条第二款也明确规定风机泵类负载应该采用电力电子调速。 变频调速节能装置的节能原理 1、变频节能 由流体力学可知，P（功率）=Q（流量）?H（压力），流量Q与转速N的一次方成正比，压力H与转速N的平方成正比，功率P与转速N的立方成正比，如果水泵的效率一定，当要求调节流量下降时，转速N可成比例的下降，而此时轴输出功率P成立方关系下降。即水泵电机的耗电功率与转速近似成立方比的关系。例如：一台水泵电机功率为55KW，当转速下降到原转速的4/5时，其耗电量为28.16KW，省电48.8％，当转速下降到原转速的1/2时，其耗电量为6.875KW，省电87.5％。 2、功率因数补偿节能 无功功率不但增加线损和设备的发热，更主要的是功率因数的降低导致电网有功功率的降低，大量的无功电能消耗在线路当中，设备使用效率低下，浪费严重，由公式P=S?COSФ，Q=S?SINФ，其中S－视在功率，P－有功功率，Q－无功功率，COSФ－功率因数，可知COSФ越大，有功功率P越大，普通水泵电机的功率因数在0.6-0.7之间，使用变频调速装置后，由于变频器内部滤波电容的作用，COSФ≈1，从而减少了无功损耗，增加了电网的有功功率。 3、软启动节能 由于电机为直接启动或Y/D启动，启动电流等于（４-7）倍额定电流，这样会对机电设备和供电电网造成严重的冲击，而且还会对电网容量要求过高，启动时产生的大电流和震动时对挡板和阀门的损害极大，对设备、管路的使用寿命极为不利。而使用变频节能装置后，利用变频器的软启动功能将使启动电流从零开始，最大值也不超过额定电流，减轻了对电网的冲击和对供电容量的要求，延长了设备和阀门的使用寿命。节省了设备的维护费用。 |
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收录时间:2010年12月26日 12:39:54 来源:机械专家网 发布时间：2009-10-2 作者: |
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