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屋頂通風(fēng)排熱風(fēng)機(jī)_無級調(diào)速變風(fēng)量風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)節(jié)能分析暖通空調(diào)

??? 摘要： 風(fēng)機(jī)盤管空調(diào)機(jī)組（FCU）的冷熱量調(diào)節(jié)，一般有三種方法：（1）水量調(diào)節(jié)法；（2）風(fēng)量調(diào)節(jié)法；（3）空氣旁通調(diào)節(jié)法。空氣旁通調(diào)節(jié)法采用較少，主要采用水量調(diào)節(jié)和風(fēng)量調(diào)節(jié)法。國內(nèi)對風(fēng)機(jī)盤管空調(diào)機(jī)組的水量調(diào)節(jié)，一般是采用溫控器，控制電動兩通閥的開關(guān)，對風(fēng)機(jī)盤管的供水實行供或停的兩位調(diào)節(jié)，風(fēng)量調(diào)節(jié)則采用高音、中、低三檔變速調(diào)節(jié)法，由人工進(jìn)行控制。 ??? 關(guān)鍵詞： 變風(fēng)量 風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng) 節(jié)能 無級調(diào)速 ??? 1　前言 ??? 風(fēng)機(jī)盤管空調(diào)機(jī)組（FCU）的冷熱量調(diào)節(jié)，一般有三種方法：（1）水量調(diào)節(jié)法；（2）風(fēng)量調(diào)節(jié)法；（3）空氣旁通調(diào)節(jié)法�？諝馀酝ㄕ{(diào)節(jié)法采用較少，主要采用水量調(diào)節(jié)和風(fēng)量調(diào)節(jié)法。國內(nèi)對風(fēng)機(jī)盤管空調(diào)機(jī)組的水量調(diào)節(jié)，一般是采用溫控器，控制電動兩通閥的開關(guān)，對風(fēng)機(jī)盤管的供水實行供或停的兩位調(diào)節(jié)，風(fēng)量調(diào)節(jié)則采用高音、中、低三檔變速調(diào)節(jié)法，由人工進(jìn)行控制。因此風(fēng)機(jī)盤管機(jī)組無級調(diào)速一直是空調(diào)界研究的課題之一。 ??? 2 無級調(diào)速風(fēng)機(jī)盤管空調(diào)機(jī)組簡介 ??? 無級調(diào)速變風(fēng)量風(fēng)機(jī)盤管空調(diào)機(jī)組是由筆者研智能溫控器和風(fēng)機(jī)盤管空調(diào)機(jī)組兩部分組成，室內(nèi)溫度的控制是通過無級調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)盤管機(jī)組的送風(fēng)量來完成。當(dāng)室內(nèi)溫度低于設(shè)定溫度（冬季為高于），溫控器在設(shè)定的時間隔內(nèi)，開始降低風(fēng)機(jī)盤管機(jī)組風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，即減少送入室內(nèi)的風(fēng)量，直到室內(nèi)溫度等于設(shè)定溫度，風(fēng)機(jī)盤管機(jī)組風(fēng)機(jī)保持在該轉(zhuǎn)速下運行。室內(nèi)溫度波動可控制在正負(fù)0.5攝氏度范圍內(nèi)。 ??? 無級調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，由于已作線性化處理，所以風(fēng)機(jī)盤管機(jī)組的風(fēng)量完全與電壓成線性關(guān)系，從而實現(xiàn)風(fēng)機(jī)送風(fēng)量的自動控制和無級調(diào)節(jié)，使室內(nèi)溫度控制在規(guī)定的范圍內(nèi)。 ??? 3 無級調(diào)速變風(fēng)量風(fēng)機(jī)盤管空調(diào)機(jī)組節(jié)能分析 ??? 3.1 空調(diào)全年負(fù)荷分析 ??? 由于空高設(shè)計時，在冷水機(jī)組選擇上往往采用較大的安全系數(shù)，而在空調(diào)末端裝置選擇上考慮到空氣過濾器阻力逐步增加、空氣換熱器管內(nèi)結(jié)垢和表面污染等原因， 設(shè)備 容量較實際所需容量要明顯偏大。 ??? 3.2 無級變速風(fēng)機(jī)盤管空調(diào)機(jī)組節(jié)能分析 ??? 帶獨立新風(fēng)的風(fēng)機(jī)盤管空調(diào)系統(tǒng)的能耗主要由以下幾部分組成：冷水機(jī)組、冷卻塔、水泵、風(fēng)機(jī)盤管空調(diào)機(jī)組、新風(fēng)機(jī)組。對于變風(fēng)量風(fēng)機(jī)盤管空調(diào)系統(tǒng)，冷卻塔、水泵、新風(fēng)機(jī)組的容量是不變的，而風(fēng)機(jī)盤管空調(diào)機(jī)組和冷水機(jī)組的容量是可調(diào)節(jié)的。 ??? 3.3 無級變速風(fēng)機(jī)盤管空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能分析 ??? 采用無級調(diào)速之后，除了可以明顯減少風(fēng)機(jī)盤管空調(diào)機(jī)組的風(fēng)機(jī)耗電量之外，風(fēng)機(jī)盤管空調(diào)機(jī)組的冷量隨轉(zhuǎn)速的減少而明顯下降，這樣不但避免了房間過冷（冬季過熱）現(xiàn)象的發(fā)生，更主要的是空調(diào)系統(tǒng)的能耗可以相應(yīng)減少。 ??? 4 結(jié)論 ??? （1）采用智能型溫控器可對風(fēng)機(jī)盤管空調(diào)機(jī)組的送風(fēng)量實現(xiàn)無級平滑調(diào)節(jié)。 ??? （2）空調(diào)負(fù)荷滿負(fù)荷運行時間在全年空調(diào)運行時間中所占時間很低，加之；空調(diào)選擇設(shè)備時，采用的安全系數(shù)又往往偏大，所以給采用變風(fēng)量風(fēng)機(jī)盤管和對冷水機(jī)組進(jìn)行卸載調(diào)節(jié)提供了可能。 ??? （3）采用變風(fēng)量技術(shù)，可以明顯減少空調(diào)系統(tǒng)的全年能耗，風(fēng)機(jī)盤管全年單位冷量耗量電可減少45％-55％，冷水機(jī)組全年單位冷量耗電量可減少15％-25％。

1 引言

    簧片閥是冰箱壓縮機(jī)的重要部件，也是易損件，直接影響壓縮機(jī)的性能。如果對其設(shè)計不當(dāng)，將會增大閥片疲勞斷裂的可能，從而導(dǎo)致壓縮機(jī)非正常停機(jī)、使用壽命降低等不良后果。因此，如何正確設(shè)計簧片閥，對于提高壓縮機(jī)使用壽命，避免非正常停機(jī)具有重要意義。

    目前，針對壓縮機(jī)簧片閥已經(jīng)開展了很多研究工作。王毅、譚偉華，給出了氣閥運動規(guī)律的數(shù)學(xué)模型[1]，何國庚、肖彪在此基礎(chǔ)之上又對簧片閥的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了部分優(yōu)化[2]。通過對已有研究工作的分析我們發(fā)現(xiàn)，針對簧片閥的設(shè)計理論還不完善，存在的主要問題是多數(shù)研究工作都是對簧片閥工作性能的研究，優(yōu)化設(shè)計只是針對單一參數(shù)分別進(jìn)行優(yōu)化，還不能做到多目標(biāo)、多參數(shù)同步優(yōu)化。

    本文使用有限元分析軟件ANSYS WORKBENCH，對我公司某型號壓縮機(jī)吸氣閥片進(jìn)行了較為全面的多目標(biāo)、多參數(shù)同步優(yōu)化設(shè)計。在獲得氣閥運動過程中的應(yīng)力分布的基礎(chǔ)上，通過優(yōu)化設(shè)計，有效地降低了氣閥的工作應(yīng)力，提高了氣閥可靠性和安全性。采用文中的多目標(biāo)、多參數(shù)同步優(yōu)化設(shè)計方法可以有效地縮短設(shè)計周期，對多目標(biāo)和多參數(shù)零件和結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計具有普遍的指導(dǎo)意義。

2 基本原理與求解

    2.1 大變形單元剛度方程

    考慮到吸氣閥片工作狀態(tài)下的變形較大，排氣系統(tǒng)屬于大變形問題。整體結(jié)構(gòu)的非線性有限元剛度方程具有以下的形式：

    [K(u)]{U}={P}（1）

    從上式可以看出，在考慮大變形的條件下，剛度矩陣依賴于待求位移。在局部坐標(biāo)系下，包括大變形的單元剛度方程為：

                                 

    式中，

                                    

    [K]e為單元剛度矩陣，[K0]e是小變形剛度矩陣，[Kσ]e是初應(yīng)力剛度矩陣，[Kl]e是大變形剛度矩陣。{p}e,{f}e,{r}e分別為等效節(jié)點載荷、單元所受到的節(jié)點力和初應(yīng)力節(jié)點力。由單元剛度矩陣經(jīng)坐標(biāo)變換可以通過組集來建立整體結(jié)構(gòu)的剛度方程。

    2.2 目標(biāo)函數(shù)和優(yōu)化設(shè)計變量

    根據(jù)壓縮機(jī)吸氣閥片的設(shè)計要求，選取四個目標(biāo)函數(shù)，即：工作應(yīng)力最小、結(jié)構(gòu)應(yīng)變與變形最小，結(jié)構(gòu)反作用力適當(dāng)。其表達(dá)式為：

                                           

    將優(yōu)化設(shè)計變量取為：

                                              

    其中：
    h—底圓圓心豎直方向高度
    t—最細(xì)截面1/2寬度
    α—閥片伸展角度
    r—最細(xì)截面過渡圓弧半徑
    R—底部圓弧半徑

    根據(jù)設(shè)計要求,確定的約束條件如下：

                         

    吸氣閥片的多目標(biāo)多參數(shù)優(yōu)化設(shè)計可表述為尋找滿足約束條件式（8）-（17）時式（4）-（6）的解。由于式（4）-（6）不能用函數(shù)表示，只能采用數(shù)值方法求解�？紤]到約束條件較多，文中通過優(yōu)化設(shè)計參數(shù)的敏感性分析確定了2個對目標(biāo)函數(shù)影響最大的參數(shù)。

3 模型與求解

    3.1 有限元建模與網(wǎng)格劃分

    打開Design Model，模型選用牛頓-毫米（N-mm）單位制。首先按照自底向上的方式創(chuàng)建1/2簧片閥模型，然后使用軸對稱命令，建立完整的閥片模型。最后，將(7)式中的優(yōu)化設(shè)計變量設(shè)置為優(yōu)化設(shè)計輸入?yún)?shù)，見圖1。

                                                 圖1 吸氣簧片閥參數(shù)模型圖

    在Design Space下，設(shè)置材料參數(shù)彈性模量E=2.1*1011Pa,泊松比μ=0.3。共劃分3030個空間單元，如圖2所示。

             
                    ,負(fù)壓風(fēng)機(jī)降溫方案;                              圖2 吸氣簧片閥網(wǎng)格圖

    3.2 邊界條件及求解

    根據(jù)閥片的實際工作狀況，在吸氣閥片根部施加零位移約束，在閥片中心位置施加垂直于閥片的Z向位移。根據(jù)選取的目標(biāo)函數(shù),將結(jié)構(gòu)等效應(yīng)力、等效應(yīng)變、總體變形設(shè)置為優(yōu)化設(shè)計響應(yīng)參數(shù)保存在Design Space中,同時考慮結(jié)構(gòu)反作用力對優(yōu)化設(shè)計參數(shù)的響應(yīng)。

    在Design Xplore下，通過參數(shù)設(shè)置選項對輸入?yún)?shù)進(jìn)行賦值，創(chuàng)建驅(qū)動參數(shù)Stiffness,把它定義為結(jié)構(gòu)反作用力的目標(biāo)函數(shù)。

4 敏感性分析與優(yōu)化結(jié)果分析

    目標(biāo)函數(shù)對優(yōu)化設(shè)計變量的敏感度分析表明: 優(yōu)化設(shè)計變量t和α，即閥片最細(xì)截面寬度和閥片伸展角度兩個參數(shù)對目標(biāo)函數(shù)的影響最大, 等效應(yīng)力敏感度的分析見圖3, 等效應(yīng)變的敏感度圖顯示（圖略），等效應(yīng)變受t和α的影響更大，但對r和R并不敏感。分析中通過定義反作用力與系統(tǒng)剛度的函數(shù)關(guān)系，研究了優(yōu)化設(shè)計參數(shù)對吸氣閥片整體剛度的影響。

                 
                                                         圖3 應(yīng)力敏感度圖

    圖4繪出了簧片閥最細(xì)截面寬度與應(yīng)力關(guān)系。可以看出，結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力隨著t的增大而增大。為了降低氣閥的工作應(yīng)力，應(yīng)在考慮工藝條件允許的情況下，適當(dāng)減小最細(xì)截面處的寬度。圖5則顯示了最細(xì)截面寬度與閥片伸展角度共同影響結(jié)構(gòu)應(yīng)力的變化關(guān)系。當(dāng)t=1, α=9度時應(yīng)力最小，設(shè)計時應(yīng)盡量將上述兩個參數(shù)設(shè)置在這個值附近；而當(dāng)t=1.2，α=9度時結(jié)構(gòu)應(yīng)力最大，設(shè)計時應(yīng)予以避免。


                                              圖4 最細(xì)截面寬度與應(yīng)力關(guān)系

    圖6反映了系統(tǒng)剛度的變化情況。最細(xì)截面寬度、閥片伸展角度是影響它的兩個重要因素。如果希望增大系統(tǒng)剛度，應(yīng)同時增大兩個參數(shù)的取值；如果希望獲得一個較低的系統(tǒng)剛度，應(yīng)盡量減小這兩個參數(shù)的取值。

            
                                圖5最細(xì)截面寬度-角度-應(yīng)力關(guān)系 圖6最細(xì)截面寬度-角度-剛度關(guān)系

    圖7反映了結(jié)構(gòu)等效應(yīng)變隨著閥片伸展角度、底部圓弧半徑的改變而變化的趨勢。減小閥片伸展角度同時增大底部圓弧半徑有助于降低結(jié)構(gòu)的等效應(yīng)變。

                   ,換氣負(fù)壓風(fēng)機(jī); 
                                圖7角度-底圓半徑-應(yīng)變關(guān)系 圖8. 方案B結(jié)構(gòu)應(yīng)力云圖

5 簧片閥設(shè)計實例

    根據(jù)Design Xplore優(yōu)化設(shè)計要求[3]，將上述參數(shù)進(jìn)行重新篩選組合，備選設(shè)計方案(表1),并對被選方案進(jìn)行驗證。

                            

    通過對表1各候選方案的計算發(fā)現(xiàn)，經(jīng)優(yōu)化設(shè)計之后的吸氣簧片閥工作應(yīng)力明顯降低（表2）。綜合閥片剛度的設(shè)計要求，我們選擇了方案B作為最終設(shè)計方案。圖8為方案B經(jīng)Design Space綜合優(yōu)化設(shè)計后的等效應(yīng)力結(jié)果。應(yīng)力由原來的577MPa降低到532MPa，降低了7.8%。圖9為經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計之后的壓縮機(jī)簧片閥實物圖，目前它已經(jīng)應(yīng)用于我公司新型號壓縮機(jī)的樣機(jī)制造。

                        
                                                              圖9 優(yōu)化后的簧片閥

6 結(jié)論

    6.1使用Design Xplore對壓縮機(jī)吸氣簧片閥進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計可以有效地降低它的工作應(yīng)力，提高使用安全性。
    6.2采用文中的優(yōu)化設(shè)計方法可以有效地縮短簧片閥的設(shè)計周期，將原有的設(shè)計時間從4周縮短到3天，不僅提高了工作效率，而且避免了大量的重復(fù)勞動。
    6.3文中的優(yōu)化設(shè)計方法對多目標(biāo)和多參數(shù)零件和結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計具有普遍的指導(dǎo)意義。


    中國風(fēng)機(jī)產(chǎn)業(yè)網(wǎng)  風(fēng)機(jī)類型有良多，在現(xiàn)今的市場中泛起了良多科技型的風(fēng)機(jī)類型，其中就包括了玻璃鋼風(fēng)機(jī)，那這種新型的風(fēng)機(jī)類型能在使用中為用戶帶來什么樣的效果呢？它在場所中能起到什么意義呢？良多用戶對選擇玻璃鋼風(fēng)機(jī)都非常質(zhì)疑，因此我們需要了解玻璃鋼風(fēng)機(jī)畢竟為什么能獲得那么多用戶的喜愛和認(rèn)可。

    首先玻璃鋼風(fēng)機(jī)采用提高前輩最科學(xué)的變頻技術(shù)，我們都知道變頻技術(shù)的泛起，解決了良多能源鋪張的題目，為用戶帶來了很實際有用的效果，玻璃鋼風(fēng)機(jī)采用了這樣的技術(shù)，那么在節(jié)能性上就能起到很好的作用，為用戶節(jié)省一定的經(jīng)濟(jì)本錢。

    負(fù)壓風(fēng)機(jī)的電念頭是按照最大負(fù)荷期額定負(fù)荷選擇的，而工作時絕大部門不能滿載運行，電念頭工作于滿電壓、滿速度而負(fù)載很小，也會有良多時間空載運行，節(jié)電原理任何利用交流感應(yīng)電念頭作為電力傳動方式的出產(chǎn)機(jī)械，這種風(fēng)機(jī)很正視電機(jī)的節(jié)能性，所以玻璃鋼風(fēng)機(jī)無論在設(shè)計仍是制造上都本著節(jié)能性原則來完成的。

    負(fù)壓風(fēng)機(jī)的風(fēng)量為了能得到一個最佳的范圍，我們可以自行調(diào)節(jié)風(fēng)量的大小，風(fēng)量的調(diào)整方式主要采用檔板、風(fēng)門、回流、起停電機(jī)等方式控制，而采用變頻調(diào)速，改變風(fēng)機(jī)電念頭的輸入頻率從而改變電念頭、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，達(dá)到調(diào)節(jié)空氣流量的目的，既知足出產(chǎn)工藝變化的要求，又節(jié)省電能。所以說負(fù)壓風(fēng)機(jī)之所以能得到用戶的信任都是由于這些上風(fēng)，為了能保持負(fù)壓風(fēng)機(jī)的持久效果，我們在使用風(fēng)機(jī)的過程中添加一些維護(hù)保養(yǎng)的方案，這樣就能讓風(fēng)機(jī)的效果更加有效。



風(fēng)機(jī)概述：風(fēng)機(jī)是各個工廠、企業(yè)普遍使用的設(shè)備之一，特別是風(fēng)機(jī)的應(yīng)用更為廣泛。鍋爐鼓風(fēng)、消煙除塵、通風(fēng)冷卻都離不開風(fēng)機(jī)，在電站、礦井、化工以及環(huán)保工程，風(fēng)機(jī)更是不可缺少的重要設(shè)備，正確掌握風(fēng)機(jī)的設(shè)計，對保證風(fēng)機(jī)的正常經(jīng)濟(jì)運行是很重要的。 離心風(fēng)機(jī)設(shè)計方案的選擇 離心風(fēng)機(jī)設(shè)計時通常給定的條件有：容積流量、全壓、工作介質(zhì)及其密度（或工作介質(zhì)溫度），有時還有結(jié)構(gòu)上的要求和特殊要求等。 對離心風(fēng)機(jī)設(shè)計的要求大都是：滿足所需流量和壓力的工況點應(yīng)在最高效率點附近；最高效率值要盡量大一些，效率曲線平坦；壓力曲線的穩(wěn)定工作區(qū)間要寬；風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，工藝性好；材料及附件選擇方便；有足夠的強(qiáng)度、剛度，工作安全可靠；運轉(zhuǎn)穩(wěn)定，噪聲低；調(diào)節(jié)性能好，工作適應(yīng)性強(qiáng)；風(fēng)機(jī)尺寸盡可能小，重量輕；操作和維護(hù)方便，拆裝運輸簡單易行。 然而，同時滿足上述全部要求，一般是不可能的。在氣動性能與結(jié)構(gòu)（強(qiáng)度、工藝）之間往往也有矛盾，通常要抓住主要矛盾協(xié)調(diào)解決。這就需要設(shè)計者選擇合理的設(shè)計方案，以解決主要矛盾。例如： 隨著風(fēng)機(jī)的用途不同，要求也不一樣，如公共建筑所用的風(fēng)機(jī)一般用來作通風(fēng)換氣用，一般最重要的要求就是低噪聲，多翼式離心風(fēng)機(jī)具有這一特點；而要求大流量的離心風(fēng)機(jī)通常為雙吸氣型式；對一些高壓離心風(fēng)機(jī)，比轉(zhuǎn)速低，其泄漏損失的相對比例一般較大。離心風(fēng)機(jī)設(shè)計時幾個重要方案的選擇： （1）葉片型式的合理選擇：常見風(fēng)機(jī)在一定轉(zhuǎn)速下，后向葉輪的壓力系數(shù)中Ψt較小，則葉輪直徑較大，而其效率較高；對前向葉輪則相反。 （2）風(fēng)機(jī)傳動方式的選擇：如傳動方式為A、D、F三種，則風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速與電動機(jī)轉(zhuǎn)速相同；而B、C、E三種均為變速，設(shè)計時可靈活選擇風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速。一般對小型風(fēng)機(jī)廣泛采用與電動機(jī)直聯(lián)的傳動A，，對大型風(fēng)機(jī)，有時皮帶傳動不適，多以傳動方式D、F傳動。對高溫、多塵條件下，傳動方式還要考慮電動機(jī)、軸承的防護(hù)和冷卻問題。 （3）蝸殼外形尺寸的選擇：蝸殼外形尺寸應(yīng)盡可能小。對高比轉(zhuǎn)數(shù)風(fēng)機(jī)，可采用縮短的蝸形，對低比轉(zhuǎn)數(shù)風(fēng)機(jī)一般選用標(biāo)準(zhǔn)蝸形。有時為了縮小蝸殼尺寸，可選用蝸殼出口速度大于風(fēng)機(jī)進(jìn)口速度方案，此時采用出口擴(kuò)壓器以提高其靜壓值。 （4）葉片出口角的選定：葉片出口角是設(shè)計時首先要選定的主要幾何參數(shù)之一。為了便于應(yīng)用,濕簾廠家，我們把葉片分類為：強(qiáng)后彎葉片（水泵型）、后彎圓弧葉片、后彎直葉片、后彎機(jī)翼形葉片；徑向出口葉片、徑向直葉片；前彎葉片、強(qiáng)前彎葉片（多翼葉）。表1列出了離心風(fēng)機(jī)中這些葉片型式的葉片的出口角的大致范圍。 （5）葉片數(shù)的選擇：在離心風(fēng)機(jī)中，增加葉輪的葉片數(shù)則可提高葉輪的理論壓力，因為它可以減少相對渦流的影響（即增加K值）。但是，葉片數(shù)目的增加，將增加葉輪通道的摩擦損失，這種損失將降低風(fēng)機(jī)的實際壓力而且增加能耗。因此，對每一種葉輪，存在著一個最佳葉片數(shù)目。具體確定多少葉片數(shù)，有時需根據(jù)設(shè)計者的經(jīng)驗而定。根據(jù)我國目前應(yīng)用情況，在表2推薦了葉片數(shù)的選擇范圍。 （6）全壓系數(shù)Ψt的選定：設(shè)計離心風(fēng)機(jī)時，實際壓力總是預(yù)先給定的。這時需要選擇全壓系數(shù)Ψt，全壓系數(shù)的大致選擇范圍可參考表3。 （7）離心葉輪進(jìn)出口的主要幾何尺寸的確定：葉輪是風(fēng)機(jī)傳遞給氣體能量的唯一元件，故其設(shè)計對風(fēng)機(jī)影響甚大；能否正確確定葉輪的主要結(jié)構(gòu)，對風(fēng)機(jī)的性能參數(shù)起著關(guān)鍵作用。它包含了離心風(fēng)機(jī)設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)－－葉片的設(shè)計。而葉片的設(shè)計最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)就是如何確定葉片出口角β2A。關(guān)鍵技術(shù)的設(shè)計分析 在設(shè)計離心風(fēng)機(jī)時，關(guān)鍵就是掌握好葉輪葉片出口角β2A的確定。 根據(jù)葉片出口角β2A的不同，可將葉片分成三種型式即后彎葉片（β2A<90℃），徑向出口葉片（β2A=90℃）和前彎葉片（β2A＞90℃）。 三種葉片型式的葉輪，目前均在風(fēng)機(jī)設(shè)計中應(yīng)用。前彎葉片葉輪的特點是尺寸重量小，價格便宜，而后彎葉片葉輪可提高效率，節(jié)約能源，故在現(xiàn)代生產(chǎn)的風(fēng)機(jī)中，特別是功率大的大型風(fēng)機(jī)多數(shù)用后彎葉片。 現(xiàn)代前彎葉片風(fēng)機(jī)效率，比老式產(chǎn)品已有顯著提高，故在小流量高壓力的場合或低壓大流量場合中仍廣為采用。 徑向出口葉片在我國已不常用，在某些要求耐磨和耐腐蝕的風(fēng)機(jī)中，常用徑向出口直葉片。 離心風(fēng)機(jī)葉輪設(shè)計時還必須考慮到比轉(zhuǎn)速與葉片型式存在一定的關(guān)系，故在確定葉片出口角的同時，必須綜合考慮三種葉片型式對壓力、徑向尺寸和效率的影響。 正確確定了離心風(fēng)機(jī)葉輪葉片出口角β2A將為葉輪其它主要幾何尺寸的確定奠定了堅實的基礎(chǔ)，從而對整臺離心風(fēng)機(jī)的性能起著關(guān)鍵的作用。
　近日，從剛剛結(jié)束的2010中國機(jī)械工業(yè)節(jié)能與資源利用大會傳來好消息，重慶通用工業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司研發(fā)制造的等減速曲葉型離心通風(fēng)機(jī)、曝氣離心鼓風(fēng)機(jī)、干熄焦循環(huán)風(fēng)機(jī)、機(jī)械蒸氣再壓縮離心通風(fēng)機(jī)等四款新產(chǎn)品榮獲節(jié)能機(jī)電產(chǎn)品稱號，并被中華人民共和國工業(yè)和信息化部列為推薦節(jié)能產(chǎn)品。

　　節(jié)約能源和環(huán)境保護(hù)是我國經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的一項長期戰(zhàn)略任務(wù)。近年來，該公司致力于節(jié)能和環(huán)保新產(chǎn)品的研發(fā)和技術(shù)創(chuàng)新工作，不斷加大科技投入，在產(chǎn)品研發(fā)過程中，大量采用了新技術(shù)、新工藝、新材料，成功探索出一條符合公司自身特點的新產(chǎn)品研發(fā)途徑。
　　
　　此次研發(fā)制造成功的四款節(jié)能產(chǎn)品其主要性能及可靠性均達(dá)國際先進(jìn)水平，可以全面替代同類進(jìn)口產(chǎn)品。
　　
　　等減速曲葉型離心通風(fēng)機(jī)（6-39-B№10D型）系采用國際上先進(jìn)的葉輪機(jī)械內(nèi)流分析CFD軟件，對原引進(jìn)的英國豪登風(fēng)機(jī)進(jìn)行氣動優(yōu)化設(shè)計而成。該風(fēng)機(jī)葉輪采用等減速設(shè)計，葉片為雙曲線型，風(fēng)量調(diào)節(jié)范圍廣，風(fēng)機(jī)整機(jī)效率達(dá)到85.4%。
　　
　　曝氣離心鼓風(fēng)機(jī)（BCD300-1.90/1.00型）系采用先進(jìn)的美國NREC軟件進(jìn)行優(yōu)化氣動設(shè)計， 配用重慶通用享有專利技術(shù)的獨立驅(qū)動聯(lián)合能量調(diào)節(jié)系統(tǒng)，機(jī)組效率高，壓縮機(jī)介質(zhì)徹底無油，密封效果好，運行區(qū)寬，產(chǎn)品壓比達(dá)到1.9，效率達(dá)到85.5%。
　　
　　干熄焦循環(huán)風(fēng)機(jī)（5-38№10D型）系采用當(dāng)今國際上先進(jìn)的CFD軟件優(yōu)化設(shè)計，平前蓋結(jié)構(gòu)葉輪，取得了雙向可調(diào)葉輪進(jìn)口密封間隙結(jié)構(gòu)技術(shù)創(chuàng)新，葉輪易磨損部位采用自動堆焊耐磨合金及復(fù)合耐磨板結(jié)構(gòu)，硬度高達(dá)HRC≥62，使用壽命大大延長，產(chǎn)品效率達(dá)84.41%。
　　
　　機(jī)械蒸氣再壓縮離心通風(fēng)機(jī)（6-20№10D型）系采用德國先進(jìn)離心葉輪及蝸殼機(jī)械數(shù)值化設(shè)計軟件進(jìn)行模型級的設(shè)計，旋轉(zhuǎn)機(jī)械六面體結(jié)構(gòu)型網(wǎng)格數(shù)值模擬流場分析軟件進(jìn)行風(fēng)機(jī)性能驗算。葉輪材料選用高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼并在葉輪表面噴涂防腐耐磨涂層，使用壽命長，該產(chǎn)品效率達(dá)83.6%。
　　
　　重慶通用將努力以科技發(fā)展為動力，以技術(shù)創(chuàng)新為手段，加大開發(fā)節(jié)能環(huán)保產(chǎn)品的投入，積極為保護(hù)人類資源和生態(tài)環(huán)境作出新貢獻(xiàn)。




晶閘管軟起動器在ＴＶＦ風(fēng)機(jī)中的應(yīng)用
         ＴＶＦ 風(fēng)機(jī)在地鐵隧道內(nèi)火災(zāi)事故發(fā)生時相鄰的隧道口四臺風(fēng)機(jī)同時起動，分別由ＦＡＳ控制分二組一正一反、一送一回逆職員逃生方向送進(jìn)新風(fēng)、排煙及有毒氣體，在消防系統(tǒng)中有十分重要的地位．然而由于其起動時要產(chǎn)生較大沖擊電流（一般為Ie的７～8倍），同時由于起動應(yīng)力較大，使負(fù)載設(shè)備的使用壽命降低。國家有關(guān)部分對電機(jī)起動早有明確規(guī)定，既電機(jī)起動時的電網(wǎng)電壓降不能超過15%。解決辦法有兩個： 


         　　1、增大配電容量； 


         　　2、采用限制電機(jī)啟動電流的起動設(shè)備； 


         　　假如僅僅為起動電機(jī)而增大配電容量，從經(jīng)濟(jì)角度上來說，顯然不可取。為此，人們往往需要配備限制電機(jī)起動電流的起動設(shè)備，過往人們多采用Y/△轉(zhuǎn)換、自藕降壓、磁控降壓等方式來實現(xiàn)。這些方法固然可以起到一定的限流作用，但沒有從根本上解決題目．隨著電力電子技術(shù)的快速發(fā)展，智能型軟起動器得到廣泛應(yīng)用。智能型軟起動器是一種集軟起動、軟停車、輕載節(jié)能和多功能保護(hù)于一體的新奇電機(jī)控制裝備。它不僅實現(xiàn)在整個起動過程中無沖擊而平滑的起動電機(jī)，而且可根據(jù)電動機(jī)負(fù)載的特性來調(diào)節(jié)起動過程中的參數(shù)，如限流值、起動時間等。此外，它還具有多種對電機(jī)保護(hù)功能，這就從根本上解決了傳統(tǒng)的降壓起動設(shè)備的諸多弊端。軟起動可減小電動機(jī)硬起動（即直接起動）引起的電網(wǎng)電壓降，使之不影響共網(wǎng)其它電氣設(shè)備的正常運行，可減小電動機(jī)的沖擊電流，沖擊電流會造成電動機(jī)局部溫升過大，降低電動機(jī)壽命，可減小硬起動帶來的機(jī)械沖力，沖力加速所傳動機(jī)械（軸、嚙合齒輪等）的磨損，減少電磁干擾，沖擊電流會以電磁波的形式干擾電氣儀表的正常運行。軟起動使電動機(jī)可以起停自如，減少空轉(zhuǎn)，進(jìn)步作業(yè)率，因而有節(jié)能作用。 


        


             在地鐵運行中安全是首位的，這樣減少ＴＶＦ風(fēng)機(jī)起動時對配電系統(tǒng)的影響有十分重要的意義． 


        


             軟起動器原理及特性曲線  


             使用晶閘管橋可以逐步增加電機(jī)的三相電源電壓。晶閘管橋由一對晶閘管反并聯(lián)而成，并分別與交流電源的各相相連。改變晶閘管的觸發(fā)角，電機(jī)電壓平穩(wěn)增加，頻率不變。


        


圖1-1 交流電機(jī)機(jī)械特性 圖1-2 交流電機(jī)調(diào)壓機(jī)械特性


             顯然，調(diào)整電機(jī)電壓后的機(jī)械特性其硬度遠(yuǎn)較固有特性小，這是端電壓平方與轉(zhuǎn)矩成正比的緣故。用軟起動器對TVF風(fēng)機(jī)電動機(jī)定子施以標(biāo)準(zhǔn)電壓（電流）?時間特性，由某一基值電壓上升至額定電壓，同時電動機(jī)在控制（或限制）其力矩及沖擊條件下，由另速靜止平滑加速至額定轉(zhuǎn)速完全滿足了其對機(jī)械工藝，電源系統(tǒng)的要求． 


             為ＴＶＦ風(fēng)機(jī)配套的軟起動器型號為ＡＢＢ ＰＳＳ250/430?500Ｌ起動９０ＫＷ風(fēng)機(jī)已放了足夠的系數(shù)．起動時升壓時間設(shè)定為20S．限流設(shè)定范圍：2～3倍電機(jī)額定電流，起動時初始電壓設(shè)定范圍為：40%電源電壓（PSS型軟起動器在運用限流功能后，起動時初始電壓被固定在40%電源電壓）；軟起動柜在得到停止信號后，引進(jìn)直流能耗,停止時降壓時間設(shè)定為：10S,。配套的ＴＶＦ雙速風(fēng)機(jī)控制柜電氣原理圖見附圖一，二,三. 


             工作原理；在FAS確認(rèn)火警后,傳送給TVF風(fēng)機(jī)的上位機(jī)一組信號,控制同一系統(tǒng)內(nèi)兩臺TVF風(fēng)機(jī)一送一回同時高速/低速起動（以其中一臺TVF風(fēng)機(jī)正轉(zhuǎn)高速為例,控制柜內(nèi)KA13即PLC輸進(jìn)I1,2閉合PLC輸出QO.O,Q1.6即KA14,KA21得電,KM1KM5閉合,風(fēng)機(jī)高速起動）20S后軟起動器內(nèi)接點10,9閉合KM4得電旁路（此時約在電源電壓的80%）軟起動器退出運行.停止時KA11即I1.0閉合KM1失電KM4失電KM5失電后轉(zhuǎn)進(jìn)制動KA15得電KM2閉合引進(jìn)36V能耗制動,10S后km2失電制動結(jié)束.以上是火災(zāi)事故時TVF風(fēng)機(jī)起動?停止全過程電路分析.  


             故障現(xiàn)象與技術(shù)分析:在接收設(shè)備的模擬事故演練中,多次出現(xiàn)起動時專用（一級負(fù)荷）雙電源切換柜過流跳閘的故障.（配電系統(tǒng)由0.4KV分段配至雙電源切換柜,將其中一段常用電源分別為二臺電機(jī)供電）. 使用時裝于軟起動柜的斷路器已經(jīng)選定。那么與之配合的雙電源斷路器整定值如何選定，雙電源柜與0.4KV側(cè)斷路器整定值如何選定, 也即這三個斷路器的保護(hù)配合協(xié)調(diào)性如何設(shè)計方能在負(fù)載短路時確保可靠保護(hù),在實際工作中常要多次試驗才能談到這種配合的有效性。 


        


             電網(wǎng)中從電源到故障點之間活動的電流隨著故障點的離開電源而逐漸減小。隨著配電的逐級下降，各級斷路器的短路電流呈分級下降。電流選擇性利用這個情況并基于串聯(lián)斷路器的保護(hù)曲線的電流偏移。它應(yīng)用的快速斷路器（有時是限流斷路器）具有電流閾值的分級，一般是磁脫扣器的閾值1RM.兩臺斷路器D1（上級）和D2（下級）的選擇性是全選擇性，條件是在D2下級的最大短路電流ISCD2（≤ICUD2）小于磁脫扣閾值1RMD1。否則，選擇性是局部的，選擇性的極限是1RMD1（此值以上，D1和D2脫扣）。因此，上級和下級斷路器的規(guī)格越是不同，選擇性就越是大。 


             以珠江路北側(cè)大系統(tǒng)TVF風(fēng)機(jī)為例,起動時電機(jī)電流沿下圖電流曲線上升,10S后到達(dá)最大值920A  


        


             約5-6S后下降20S后KM4閉合全壓運行時又有一尖峰電流約900A然后快速下降至200A以下.起動時電源電壓由395V最多下降至350V（這是夏季用電高峰時實測）電網(wǎng)壓降基本合格.但電網(wǎng)壓降合格并不意味著軟起動能夠成功.此處變壓器容量1250KVA額定電流1980A高峰時用電負(fù)荷為50%-60%（地鐵工程佘量較大）這樣在起動時可以肯定沒有超過干變的過載系數(shù).但在別的同樣的電源系統(tǒng)中電壓只是下降10-20V,由此我們以為此變壓器短路容量偏小.經(jīng)反復(fù)認(rèn)證上級同意將雙電源內(nèi)MS400H斷路器整定值調(diào)整為In=0.9,Io=0.9,Ir=0.7,0.4KV側(cè)630A斷路器整定值不變,經(jīng)多次試驗故障排除. 


             結(jié)論:軟起動器與配電系統(tǒng)的整定配合一直是一個看來簡單但在實際應(yīng)用中很不好處理的題目.通過這次故障分析我比較全面的了解了其中的聯(lián)系.由于各種原因TVF進(jìn)線柜梅蘭NSC250D開關(guān)末更換（In不可調(diào)）配電系統(tǒng)有無題目正在論證.假如以上題目有結(jié)果將進(jìn)一步進(jìn)步系統(tǒng)的安全性可靠性.



風(fēng)機(jī)泵類變頻節(jié)能工作原理是什么？
    
　　我國的電動機(jī)用電量占全國發(fā)電量的60％～70％，風(fēng)機(jī)、水泵設(shè)備年耗電量占全國電力消耗的1/3。造成這種狀況的主要原因是：風(fēng)機(jī)、水泵等設(shè)備傳統(tǒng)的調(diào)速方法是通過調(diào)節(jié)入口或出口的擋板、閥門開度來調(diào)節(jié)給風(fēng)量和給水量，其輸出功率大量的能源消耗在擋板、閥門地截流過程中。由于風(fēng)機(jī)、水泵類大多為平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載，軸功率與轉(zhuǎn)速成立方關(guān)系，所以當(dāng)風(fēng)機(jī)、水泵轉(zhuǎn)速下降時，消耗的功率也大大下降，因此節(jié)能潛力非常大，最有效的節(jié)能措施就是采用變頻調(diào)速器來調(diào)節(jié)流量、風(fēng)量，應(yīng)用變頻器節(jié)電率為20％～50％，而且通常在設(shè)計中，用戶水泵電機(jī)設(shè)計的容量比實際需要高出很多，存在"大馬拉小車"的現(xiàn)象，效率低下，造成電能的大量浪費。因此推廣交流變頻調(diào)速裝置效益顯著。 　　采用變頻器驅(qū)動具有很高的節(jié)能空間。目前許多國家均已指定流量壓力控制必須采用變頻調(diào)速裝置取代傳統(tǒng)方式，中國國家能源法第29條第二款也明確規(guī)定風(fēng)機(jī)泵類負(fù)載應(yīng)該采用電力電子調(diào)速。 　　變頻調(diào)速節(jié)能裝置的節(jié)能原理 　　1、變頻節(jié)能 　　由流體力學(xué)可知，P（功率）=Q（流量）?H（壓力），流量Q與轉(zhuǎn)速N的一次方成正比，壓力H與轉(zhuǎn)速N的平方成正比，功率P與轉(zhuǎn)速N的立方成正比，如果水泵的效率一定，當(dāng)要求調(diào)節(jié)流量下降時，轉(zhuǎn)速N可成比例的下降，而此時軸輸出功率P成立方關(guān)系下降。即水泵電機(jī)的耗電功率與轉(zhuǎn)速近似成立方比的關(guān)系。例如：一臺水泵電機(jī)功率為55KW，當(dāng)轉(zhuǎn)速下降到原轉(zhuǎn)速的4/5時，其耗電量為28.16KW，省電48.8％，當(dāng)轉(zhuǎn)速下降到原轉(zhuǎn)速的1/2時，其耗電量為6.875KW，省電87.5％。 　　2、功率因數(shù)補償節(jié)能 　　無功功率不但增加線損和設(shè)備的發(fā)熱，更主要的是功率因數(shù)的降低導(dǎo)致電網(wǎng)有功功率的降低，大量的無功電能消耗在線路當(dāng)中，設(shè)備使用效率低下，浪費嚴(yán)重，由公式P=S?COSФ，Q=S?SINФ，其中S－視在功率，P－有功功率，Q－無功功率，COSФ－功率因數(shù)，可知COSФ越大，有功功率P越大，普通水泵電機(jī)的功率因數(shù)在0.6-0.7之間，使用變頻調(diào)速裝置后，由于變頻器內(nèi)部濾波電容的作用，COSФ≈1，從而減少了無功損耗，增加了電網(wǎng)的有功功率。 　　3、軟啟動節(jié)能 　　由于電機(jī)為直接啟動或Y/D啟動，啟動電流等于（４-7）倍額定電流，這樣會對機(jī)電設(shè)備和供電電網(wǎng)造成嚴(yán)重的沖擊，而且還會對電網(wǎng)容量要求過高，啟動時產(chǎn)生的大電流和震動時對擋板和閥門的損害極大，對設(shè)備、管路的使用壽命極為不利。而使用變頻節(jié)能裝置后，利用變頻器的軟啟動功能將使啟動電流從零開始，最大值也不超過額定電流，減輕了對電網(wǎng)的沖擊和對供電容量的要求，延長了設(shè)備和閥門的使用壽命。節(jié)省了設(shè)備的維護(hù)費用。


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收錄時間:2010年12月26日 12:39:54 來源:機(jī)械專家網(wǎng) 發(fā)布時間：2009-10-2 作者:


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