离心通风机叶轮的设计方法简述

第一篇：离心通风机叶轮的设计方法简述

离心通风机叶轮的设计方法简述

如何设计高效、工艺简单的 离心通风机一直是科研人员研究的主要问题，设计高效叶轮叶片是解决这一问题的主要途径。

叶轮是风机的核心气动部件，叶轮内部流诱导风机动的好坏直接决定着整机的性能和效率。因此国内外学者为了了解叶轮内部的真实流动状况，改进叶轮设计以提高叶轮的性能和效率，作了大量的工作。

为了设计出高效的离心叶轮 , 科研工作者们从各种角度来研究气体在叶轮内的流动规律 , 寻求最佳的叶轮设计方法。最早使用的是一元设计方法 [1]，通过大量的统计数据和一定的理论分析，获得离心通风机各个关键截面气动和结构参数的选择规律。在一元方法使用的初期，可以简单地通过对风机各个关键截面的平均速度计算，确定离心叶轮和蜗壳的关键参数，而且一般叶片型线采用简单的单圆弧成型。这种方法非常粗糙，设计的风机性能需要设计人员有非常丰富的经验，有时可以获得性能不错的风机，但是，大部分情况下，设计的通风机效率低下。为了改进，研究人员对叶轮轮盖的子午面型线采用过流断面的概念进行设计 [2-3]，如此设计出来的离心叶轮的轮盖为两段或多段圆弧，这种方法设计的叶轮虽然比前一种一元设计方法效率略有提高，但是该方法设计的风机轮盖加工难度大，成本高，很难用于大型风机和非标风机的生产。另外一个重要方面就是改进叶片设计，对于二元叶片的改进方法主要为采用等减速方法和等扩张度方法等 [4]，还有 采用给定叶轮内相对速度 W 沿平均流线 m 分布 [5] 的方法。等减速方法 从损失的角度考虑，气流相对速度在叶轮流道内的流动过程中以同一速率均匀变化，能减少流动损失，进而 提高叶轮效率 ；等扩张度方法是为了避免局部地区过大的扩张角而提出的方法。给定的叶轮内相对速度 W 沿平均流线 m 的分布是柜式风机通过控制相对平均流速沿流线 m 的变化规律，通过简单几何关系，就可以得到叶片型线沿半径的分布。以上方法虽然简单，但也需要比较复杂的数值计算。

随着数值计算以及电子计算机的高速发展，可以采用更加复杂的方法设计离心通风机叶片。苗水淼等 运用“全可控涡”概念 [6] , 建立了一种采用流线曲率法在叶轮流道的子午面上进行叶轮设计的设计方法 , 该方法目前已经推广至工程界 , 并已经取得了显著效果

[7]。但是此方法中决定叶轮设计成功与否的关键 , 即如何给出子午流面上叶片涡的合理分布。这一方面需要具有较丰富的设计经验；另一方面也需要在设计过程中对设计结果不断改进以消防风机符合叶片涡的分布规律 , 以期最终设计出高效率的叶轮机械。对于整个子午面上可控涡的确定，可以采用 rCu 沿轮盘、轮盖的给定，可以通过线性插值的方法确定 rCu 在整个子午面上的分布 [8-9]，也可以通过经验公式确定可控涡的分布 [10]，也有 利用给定叶片载荷法 [11] 设计离心通风机的叶片。以上方法都是采用流线曲率法，设计出的是三元离心叶片，对于二元离心通风机叶片还不能直接应用。但数值计算显示，离心通风机的二元叶片内部流动的结构是更复杂的三维流动。因此，如何利用三维流场计算方法进一步来设计高效二元离心叶轮是提高离心通风机设计技术的关键。

随着计算技术的不断发展，三维粘性流场计算获得了非常大的进步，据此，有一些研究

者提出了近似模型方法。该方法是 针对在工程中完全采用随机类优化方法寻优时计算量过大的问题，应用统计学的方法，提出的一种 计算量小、在一定程度上可以保证设计准确性的方法。在近似模型方法应用于叶轮机械气动优化设计方面 , 国内外研究者们已经做了相当一部分工作 [12-14] , 其中以响应面和人工神经网络方法应用居多。如何有效地将近似模型方法应用于多学科、多工况的优化问题 , 并用较少的设计参数覆盖更大的实际设计空间 , 是一个重要的课题。

2007 年，席光等提出了近似模型方法在叶轮机械气动优化设计中的应用 [15]。近似模型的建立过程主要包括 :（1）选择试验设计方法并布置样本点 , 在样本点上产生设计变量和设计目标对应的样本数据；（2）选择模型函数来表示上面的样本数据；（3）选择某种方法 , 用上面的模型函数拟合样本数据，建立近似模型。以上每一步选择不同的方法或者模型，就相应产生了各种不同的近似模型方法。该方法不仅有利于更准确地洞察设计量和设计目标之间的关系，而且用近似模型来取代计算费时的评估目标函数的计算分析程序，可以为工程优化设计提供快速的空间探测分析工具，降低了计算成本。在气动优化设计过程中，用该模型取代耗时的高精度的计算流体动力学分析 , 可以加速设计过程 , 降低设计成本。基于统计学理论提出的近似模型方法，有效地平衡了基于计算流体动力学分析的叶轮机械气动优化设计中计算成本和计算精度这一对矛盾。该近似模型方法在试验设计方法基础上，将响应面方法、Kriging 方法和人工神经网络技术成功地应用于叶轮机械部件的优化设计中，在离心压缩机叶片扩压器、叶轮和混流泵叶轮设计等问题中得到了成功应用 , 展示了广阔的工程应用前景。目前，席光课题组已经建立了离心压缩机部件及水泵叶轮的优化设计系统，并在工程设计中发挥了重要作用。

2008 年，李景银等在近似模型方法的基础上提出了 控制离心叶轮流道的相对平均速度优化设计方法 [16]，将近似模型方法较早的应用于离心通风机叶轮设计。该方法通过给出 流道内气流平均速度 沿平均流线的设计分布，设计出一组离心风机参数，根据正交性准则，在充分考虑影响叶轮效率因素的基础上，采用正交优化方法进行优化组合，并结合基于流体动力学分析软件的数值模拟，最终 成功开发了与全国推广产品 9-19 同样设计参数和叶轮大小的离心通风机模型，计算全压效率提高了 4% 以上。该方法 简单易行、合理可靠，得到了很高的设计开发效率。

随着理论研究的不断深入和设计方法的不断提高，对于 降低叶轮气动损失、改善叶轮气动性能的措施，提高离心风机效率的研究，将会更好的应用于工程实际中。

风机节能技术的发展趋势

1.3.1 通风机

通过应用叶轮、蜗壳等元件的研究成果，以及进一步提高制造精度，力求使各种通风机的效率平均提高 5% ～ 10%。有的离心通风机已采用了三元叶轮，效率提高 10% ；大型离心通风机出现了采用较大直径和较窄宽度叶轮、较高转速的高效结构，其最高效率可达 87% 以上；效率较高的轴流式通风机，最高效率已达 92%。从而使产品本身就是节能产

品。

在运行中的调节节能方面，除了采用较先进的动叶可调、双速电动机、液力耦合器及交流电动机的各种方法调速外，对大型通风机又出现了调速节能的新装置——多级液力变速传动装置 MSVD（Multi Stage Variable Speed Drive）。

1.3.2 鼓风机

未来将会大力开展节能型鼓风机的研制工作。如日本对蜗壳及叶轮等通流部分的形状做了适当改进，有效地防止了涡流及流动分离的产生，其绝热效率比原来的鼓风机提高 5% ～ 10% ；瑞士制造的大流量离心式鼓风机，每级均设有进口导叶，其多变效率亦达 82% ；日本制造的多级离心式鼓风机，采用进口导叶连续自动调节后，节能率达 20% ；高速单级离心式鼓风机采用高周速、高压比、半开式径向三元叶轮后，其效率可提高 10% ；还有的在鼓风机主轴的另一端设有尾气透平，回收尾气排放时的膨胀功来达到节能目的。

高炉煤气余压回收透平发电装置（Top Gas Pressure Recovery Turbine，简称 TRT 装置），是利用高炉炉顶煤气压力能经透平膨胀做功，驱动发电机的能量回收装置。该装置既节能，又符合环保要求。目前，该装置发展最快、水平最高的是日本。

1.3.3 离心式压缩机

离心式压缩机将会越来越多地采用三元流动叶轮，使效率平均提高 2% ～ 5%。如美国研制出的管线压缩机的 3 种大流量三元叶轮，叶轮效率可达 94% ～ 95% ；日本的单轴多级离心压缩机的效率水平也进一步提高，其首级的大流量半开式三元叶轮的绝热效率达 94%。

其调节方式将会更多地采用汽轮机或燃汽轮机驱动，以改变转速来达到节能的目的。

国内在风机节能工作中采取的主要措施

（1）推广使用高效节能风机。改造低效的旧式风机，开发高效的系列化的节能风机，并在国民经济各个领域推广使用，是风机节能的根本措施。

（2）更换使用中的旧风机。对使用效率低又没有改造价值的风机，采取逐步淘汰的措施。

（3）尽可能地采用经济性好的调节方法。

（4）利用引进技术开发高效节能风机。经过 20 多年的努力，风机制造企业对此已做了大量工作。例如，上海鼓风机厂和沈阳鼓风机厂分别引进了德国 TLT 公司和丹麦诺文科公司的动叶可调轴流通风机技术；成都电力机械厂和沈阳鼓风机厂引进了德国 KKK 公司的静叶可调轴流通风机技术；武汉鼓风机厂引进了日本三菱重工的动叶可调轴流通风机技术；广州风机厂引进了丹麦诺文科通风设备有限公司的轴流和离心通风机技术；石家庄风机厂引进了日本荏原滨田送风机株式会社 NEW3S 4 个系列离心通风机产品技术及加工工艺技术；沈阳鼓风机厂引进了意大利新比隆公司 MCL、BCL、PCL 3 个系列的离心压缩机及日本日立公司 DH 型离心压缩机技术；陕西鼓风机厂引进了瑞士苏尔寿公司的轴流压缩机技术；长沙鼓风机厂引进了日本大晃机械工业株式会社的罗茨鼓风机技术。

离心风机气动噪声研究方法的分析与建议引言

离心风机的噪声以气动噪声为主，在性质上可以分为离散噪声与宽带噪声。其气动噪声主要由气体与叶轮叶片以及蜗壳的相互作用产生，并通过进、出气通道加以传播。蜗壳内部的三维非稳定流场以及壳体的特殊形状使得对其开展研究变得困难。近年来，国内外专家如： Lowson、Wan-Ho Jeon 等都针对离

心风机噪声做了很多研究，在发声机理和声源传播、数值模拟、测试技术等方面都取得了不少突破，但仍有很多需要进一步改进和完善之处。本文综合了近年来国内外大量文献的理论计算和试验研究方法，同时提出了新的建议。理论计算方法

2.1 点源模型

对于风机而言，点源模型是一种十分有用的技术。这种近似的准则是，所要研究的最高频率的波长 λ 应该远大于声源的物理尺寸L。为满足这个准则要求，对发射较高频率噪声的叶片，在应用点源模型时，可将每个相关面积或相关体积视为一个小尺寸的孤立声源，将风机叶片用沿着叶片展长分布的孤立点源的总和来模拟。目前有人研究了自由声场旋转点声源的声学特性;Lowson 通过波动方程推导出了运动点源产生的声场公式，该公式适合于叶片上的每个微元体，然后对叶片上的所有微元求积分就可以求出叶片运动产生的声场。但拟定叶片微元的点源尺寸是一个难题，而且一般来说风机叶片都不是直叶片，甚至在空间有很大扭曲，用点源模型进行模拟容易产生较大误差。另外，上述研究针对的是自由声场，而离心风机必须考虑蜗壳的影响。

2.2 蜗舌的尖劈模拟

静止平板尾缘紊流边界层声发射的理论计算公式早已得出，但用于叶轮机械噪声还需进一步改进。陆桂林考虑了叶片旋转对声发射的影响，并结合有关试验资料，引入叶片几何参数的组合关系式，推导出了一个有 个叶片的离心风机叶轮叶片尾缘紊流边界层声发射计算公式。这些都是在无蜗壳假定下噪声计算公式的推导。为了模拟有蜗壳存在的情况，Wan-Ho Jeon 在叶轮附近放置一个尖劈模拟蜗舌，以它来作为产生离散噪声的声源,如图1所示。

通过此模型计算出流场，然后用非定常的伯努利方程计算出作用在叶片微元上所受的力，最后利用 Lowson 导出的任意运动点源的声场公式计算声压：运用该模型进行风机噪声的数值模拟可以得到很多有价值的数值计算结果，改变其中一些参数，如叶片数，叶轮旋转速度和叶轮与尖劈之间的间隙等来重新进行计算，并加以比较可以分析叶片通过频率噪声的影响因素，对离心风机的降噪有指导意义，尤其是对分析离散噪声的成因及其降噪方法有着比较重要的作用。但是它只能模拟风机的基频噪声，且仍没有考虑完整蜗壳的存在。

[next]

2.3 基于宽频噪声的模拟

宽频噪声也称作涡流噪声，它主要取决于对应的流场。至今尚未看到与离心风机蜗壳内部完整流场所对应的声场解，所以涡流噪声很多都还是实验研究或者理论上的定性分析。

第二篇：玻璃钢离心风机叶轮生产现状

玻璃钢离心风机叶轮生产现状

就全国来说，玻璃钢离心风机叶轮的工艺为手糊玻璃钢工艺，2.8、3.2、3.6、4、4.5、5、6号的玻璃钢离心叶轮，1450转时为全玻璃钢材质。2.8、3.2、3.6号2900转时有些地区为全玻璃钢材质，有些地方为钢衬玻璃钢材质。

4、4.5、5号的2900转叶轮为钢衬玻璃钢材质。6号高转数、8号、10号、12号叶轮一般都是钢衬玻璃钢材质。

全玻璃钢离心风机叶轮的树脂材质由好到差一般又分为乙烯基、双酚A型、邻间苯树脂。用较好树脂做的玻璃钢离心风机叶轮不仅耐酸碱性好，耐温、强度、动态载荷性能、耐疲劳性能、玻纤浸润性能都比较优越。

为什么有些叶轮要用钢衬玻璃钢材质呢？这是因为比较大的叶轮，尤其是高转数叶轮要求的强度与刚度较大，全玻璃钢离心风机叶轮不能满足，容易散掉，容易坏。

钢衬玻璃钢离心风机叶轮强度高，但是有一个缺憾，就是使用寿命短，一般在3-6个月（腐蚀性小的地方要长一些）。这是因为玻璃钢容易脱落、分层。

河北曼吉科工艺玻璃钢有限公司正在研发的模压玻璃钢离心风机叶轮，是用液压机压制而成，密度更大，强度更高。2.8、3.2、3.6、4、4.5、5、6、8、10、12号叶轮高低转数都是全玻璃钢材质。这将迎来玻璃钢离心风机叶轮使用寿命长与节能的新时代，并将替代钢质与钢衬玻璃钢离心风机叶轮，详情可登陆：。

第三篇：国内发电厂离心通风机的应用现状与经济分析

国内发电厂离心通风机的应用现状与经济分析

简介：阐述了电厂离心通风机的应用现状，并根据流量调节用的几种调速装置的特点，对它们进行了经济性分析，进一步指出了其节能的措施和最佳节能方法。

引言

我国能源 发展的战略方针是：开发与节能并重。而近期则要把节能放在首位。这就要求发电厂在生产二次能源的过程中，要积极采取一切有效的措施，以降低自身的电力消 耗。风机是电厂运行的主要设备，其耗电量约占电厂用电量的30%.随着用电量的不断增长和能源问题的出现，电厂风机运行的经济性越来越为人们所重视。因 此，世界各国都在研究降低风机电耗的方法。

降低风机电耗，主要是研究设计高效率的风机和采用最佳的流量调节方式。根据我国风机产品的实际情况和电厂风机的运行特点，风机节能应重点放在采用最佳的流量调节方式上。电厂离心通风机应用现状

目前我国电厂所使用的风机，特别是近年来新投产的大机组中的风机，大多数采用了高效离心通风机，其最高效率均在 80%以上。但实际运行效率并不高，原因有二：首先，我国现行火力设计规程SDJ-79规定，燃煤锅炉送、引风机的风量富裕度分别为5%和5%～10%，风压富裕度为10%和10%～15%.由于在设计过程中很难准确地计算出管网阻力，并考虑到长期运行过程中可能发生的各种问题，通常把系统的最大风量和风 压附加一部分作为风机选型的设计值。但可供选择的风机型号和系列是有限的，如果选不到合适的风机，也只好往大机号上靠。实际上，电厂锅炉送、引风机风量的 富裕度达20%～30%是比较常见的，甚至更大。例如，闵行电厂8号炉，其送、引风机的风量富裕度分别为31%和7.3%，风压富裕度分别为67.8%和 48.4%；华东电网（苏、皖、沪）10家电厂12.5万kW以上机组共用离心通风机76台（进行了叶轮切割和改型的有36台），设计点的效率都在81% ～85%之间（带进气室），其中已测试了41台，效率大于70%的只有15台，低于70%的有26台，占被测风机的60%以上。这些风机的导向挡板开度大 都在35%～60%；其次，随着电网容量的不断增大，大机组面临参加调峰的问题，对于参加调峰的机组来说，与锅炉配套的送、引风机还需周期性地在较长时间 内处于更低的负荷下运行，造成大量节流损失。例如：北京石景山发电总厂京西电厂20万kW机组有近1/3的时间带10万kW的负荷。

电厂锅炉用风机风量与风压的富裕量以及机组调峰运行导致风机的运行工况点与设计工况点相偏离，致使电厂锅炉用风机的使用效率低于其最高效率。即使采用了 高效风机，运行状况调查表明，风机运行效率低于 70%的占50%，即高效风机低效运行。通常情况下，风机采用自带调节门调节，但采用调节门调节时，风机的效率会下降。为了降低电厂风机的电耗，主要应提 高风机在低负荷时的运行效率，采用最佳的风机调节方式，以达到节能的目的。

3、经济性分析

鉴于我国电厂风机的应用现状，研究设计高效率的风机，再大幅度地提高风机本身的效率已不大可能。目前，研究和应用最佳的风机调节方式才是降低风机电耗的最有效途径。

风机的耗电量与转速的立方成正比。一旦风机的转速降低，其耗电量将以其立方的比例降低。例如：根据工艺要求，风机的风量下降到 80% 则风机的转速也下降到80%，其风机轴功率则下降到额定功率的51% ；若风机的风量下降到50%，则风机的转速也下降到50%，其风机轴功率则下降到额定功率的l3%，节电87% ；从节能角度看，以风机调速最为有利，调节范围最大，其经济性能也最佳。同时，采用变转速调节后，可以降低风机的噪声，减轻引风机叶轮的磨损，延长叶轮的 使用寿命。所以，电厂风机的节能重点应放在风机的变转速调节上。风机变转速调节，需要通过变速装置来实现。这里简单介绍离心通风机的变速调节方式并粗略的 进行技术经济分析与比较。

3.1 经济性评价方法

采用“将来费用折算现值”的方法，对电厂离心通风机调节方案进行 经济性评价。所谓“将来费用折算现值”是指购买附加设备费、安装费以及维持风机和附加设备在全部使用寿命期间运行所需的运行费、维修费的折算现值。总现值 最低的方案为最优方案。“将来费用折算现值”法，能比较全面而准确地反映各方案经济性的优劣，在电厂风机改造时可作为主要的参考依据。将来费用折算现值的 计算公式为 F = T · T E + T ·（H D × D F + W X）· Y式中 F ——将来费用现值，万元T ——风机台数T E ——风机和附加装置的总投资，万元H D ——系统年耗电量，万kW·h/a D F ——电费，元/kW·h W X ——风机和附加设备的年维修费，万元/a Y ——使用寿命，a

3.2 离心通风机几种调速装置的特点

离心通风机调速装置有：液力耦合器、电磁滑差调速电机、双速电机、晶闸管串级调速装置及变频调速装置。

液力耦合器是利用液体的动能来传递功率的一种动力式传动设备。安装在电动机和风机之间，可以在电动机转速不变的情况下，实现无级变速来改变风机的特性曲 线和电动机的空载启动。但液力耦合器在调速的过程中，存在着固有的滑差功率损失，所以传动效率较低。液力耦合器装置技术上比较成熟，在电厂风机中应用也较 多，并取得了一定的节电效果，但不能盲目使用。经过调查得出，若风机的富裕量不是太大，那么节电效果就不明显；若在锅炉带额定负荷时采用液力耦合器，不但 不能省电，甚至还多耗电。

电磁滑差调速电机能实现无级变速，速度调节平滑，无失控区能空载调速，转速变化率小；其控制设备也简单，初投资低，维护方便，节电效果明显。但在调速时其转差功率会以发热形式损耗掉，所以经济效益较低。

双速电机是采用单绕组变极方法实现速度变换的，初投资低，使用时能使整机结构紧凑，可降低噪声和节约能源，维护也简单。但低速时的启动力矩小，往往需先在高速下启动，然后再切换到低速运行。运行人员不敢在运行中进行变速操作，开关的可靠性也差。

晶闸管串级调速就是在转子绕组回路中串接一个反电势，通过改变转差率来调节绕线式异步电动机转速的一种调节方法，该装置不仅可以对电机进行无级变速，而且 在调速时还可将转差功率转化为机械能加到负载，或转化为电能返回电网，因而系统效率较高。该装置的初投资较高，调速装置需进行维护，还得采用绕线式电机，增加了维修工作量。

变频调速是交流电动机调速的最新技术，是通过改变定子的供电电源频率来改变旋转磁场的同步转速，从而改变转子的转速。对于交流电动机，转速n与频率f成 正比，所以，连续调节电动机的频率能改变电动机的转速，鼠笼式三相异步电动机采用变频方法可以实现无级变速。调节效率高、调速范围大（电机可在0% ～100%频率转速下运行），与其他调节装置相比，性能最佳。当调速范围在同步转速的30%以上时，装置本身的效率不低于90%.变频调速不存在励磁滑差 损耗和挡板、阀门节流功率损耗，不存在转差损耗，因此节能效果良好。

3.3几种变速调节的经济性分析比较

在对某电厂一台锅炉引风机进行改造设计时，采用“将来费用 折算现值”法，对几种调节方式的经济性进行了比较分析，结果见表 1.表 1 几种调节方式的经济性比较

注 ： 效率值即风机的系统效率=风机效率×电动机效率×变速调节装置效率。

表中的节电量是年安全运行 7000h，风机风量富裕量为10%计算的，负荷分别为100%、90%、80%和70%负荷的各为1/6时间，其余的时间为60%的负荷，电价按0.5元/kW·h计算。将来费用折算现值的计算公式： F = T · T E + T ·（H D × D F + W X）· Y.表中风机和附加设备的年维修费按投资的 1.4%来计算，使用寿命为20年。

由表1可见，3种交流变速装置均可取得显著的节电效果，其中变频调速效果最佳，但变频调速装置费用较高，其综合经济指标——将来费用折算现值不及双速电 机和串级调速的低，将来费用折算现值越低就越说明该方案比较可行。研究降低变频调速装置费用的方法，使变频调速在风机调节中得以推广使用，从而节约更多的 电力资源。

变频调速装置还可以实现交流电机的“软启动”，降低了启动电流，避免了大启动电流对电网的冲击和大启动力矩对电动机的机 械冲击。电厂锅炉引风机、一次风机长期在热态下工作，其工作介质温度200℃左右，往往在冷态下启动，这样启动时的功率要比运行时大得多。一般情况下，在 设计风机时选用电机容量大于或等于热态参数选择电机容量的1.3倍。如北京石景山电厂20万kW机组配有5台相同的一次风机，热态下的驱动功率仅需 380kW，原选用驱动电机500kW，现场启动时间30～40s，后把驱动电机改为850kW.采用 变频调速装置，利用该装置的特点，只需按风机热态参数选择驱动电机容量就可以了，体现了明显的节能效果。

结论

（1）常年带负荷具有一定出力余量的电厂锅炉离心通风机，特别是调峰机组的风机，采用变速调节经济效益是值得肯定的。以选用效率高、性能好和节电效果好的变频调 速装置最好；变频调速技术用于风机控制能获得良好的运行性能和显著的节能效果。随着电力电子技术、计算机控制技术的提高，变频调速技术将会得到广泛的应 用。

（2）采用何种变速调节方式才能最大程度的节能，这需要具体问题具体分析来解决。电厂生产的重要性和特殊性要求风机的调速装置不仅 要有良好的经济效益，而且要有足够的安全可靠性。要进一步深入开展电厂离心通风机变速调节研究，先要通过实验室的试验研究，选出适合不同负荷类型的最佳调 节方案，再通过工业性试验，考察其安全可靠性和经济性，进而完善调节系统，解决其对整体系统带来的附加问题，使之能在电厂中广泛采用，达到节电节能的目 的。

参 考 文 献

[1] 汤蕴缪，史乃，沈文豹.电机理论与运行（上册）.水利电力出版社，1983.[2] 郑文忠，张良斗.离心式风机采用变速调节试验分析报告.华东电力试验研究所，1984.[3] 续魁昌.风机手册.机械工业出版社，1999.[4] 刘家钰.电站风机改造与可靠性分析.中国电力出版社，2002.[5] 王贺芩，邹文华，等.风机变频改造节能技术在火电厂的应用.中国电力，2002

第四篇：简述现代设计方法之计算机辅助设计

简述现代设计方法之计算机辅助设计

内容摘要：随着科学的发展，新材料、新工艺、新技术的不断出现，产品的更新换代周期日益缩短，促使机械设计方法和技术现代化，以适应新产品的加速开发。在这种形势下，传统的机械设计方法已经不能完全适应需要，产生和发展了以动态、优化、计算机化为核心的现代设计方法。我国在20世纪80年代初开始了现代设计方法的研究和推广，经过20年的努力，各种现代设计方法已在机械行业得到普遍的应用。本篇论文，主要介绍现代设计方法之一的计算机辅助设计。

正文：

计算机辅助设计(CAD-Computer Aided Design)指利用计算机及其图形设备帮助设计人员进行设计工作。在设计中通常要用计算机对不同方案进行大量的计算、分析和比较，以决定最优方案；各种设计信息，不论是数字的、文字的或图形的，都能存放在计算机的内存或外存里，并能快速地检索；设计人员通常用草图开始设计，将草图变为工作图的繁重工作可以交给计算机完成；由计算机自动产生的设计结果，可以快速作出图形，使设计人员及时对设计作出判断和修改；利用计算机可以进行与图形的编辑、放大、缩小、平移、复制和旋转等有关的图形数据加工工作。CAD(Computer Aided Design，计算机辅助设计）诞生于二十世纪60年代，是美国麻省理工学院提出的交互式图形学的研究计划，由于当时硬件设施昂贵，只有美国通用汽车公司和美国波音航空公司使用自行开发的交互式绘图系统。

二十世纪70年代，小型计算机费用下降，美国工业界才开始广泛使用交互式绘图系统。

二十世纪80年代，由于PC机的应用，CAD（计算机辅助设计）得以迅速发展，出现了专门从事CAD系统开发的公司。当时VersaCAD是专业的CAD制作公司，所开发的CAD软件功能强大，但由于其价格昂贵，故得不到普遍应用。而当时的Autodesk（美国电脑软件公司）公司是一个仅有员工数人的小公司，其开发的CAD系统虽然功能有限，但因其可免费拷贝，故在社会得以广泛应用。同时，由于该系统的开放性，该CAD软件升级迅速。

设计者很早就开始使用计算机进行计算。有人认为（伊凡.萨瑟兰郡）Ivan Sutherland在1963年在麻省理工学院开发的Sketchpad（画板）是一个转折点。SKETCHPAD的突出特性是它允许设计者用图形方式和计算机交互：设计可以用一枝光笔在阴极射线管屏幕上绘制到计算机里。实际上，这就是图形化用户界面的原型，而这种界面是现代CAD不可或缺的特性。CAD最早的应用是在汽车制造、航空航天以及电子工业的大公司中。随着计算机变得更便宜，应用范围也逐渐变广。

CAD的实现技术从那个时候起经过了许多演变。这个领域刚开始的时候主要被用于产生和手绘的图纸相仿的图纸。计算机技术的发展使得计算机在设计活动中得到更有技巧的应用。如今，CAD已经不仅仅用于绘图和显示，它开始进入设计者的专业知识中更“智能”的部分。

随着电脑科技的日益发展，性能的提升和更便宜的价格，许多公司已采用立体的绘图设计。以往，碍于电脑性能的限制，绘图软件只能停留在平面设计，欠缺真实感，而立体绘图则冲破了这一限制，令设计蓝图更实体化，3D图纸绘制也能够表达出2D图纸无法绘制的曲面，能够更充分表达设计师的意图。

中国CAD技术起源于国外CAD平台技术基础上的二次开发，随着中国企业对CAD应用需求的提升，国内众多CAD技术开发商纷纷通过开发基于国外平台软件的二次开发产品让国内企业真正普及了CAD，并逐渐涌现出一批真正优秀的CAD开发商。

在二次开发的基础上，部分顶尖的国内CAD开发商也逐渐探索出适合中国发展和需求模式的CAD，更加符合国内企业使用的CAD产品，他们的目的是开发最好的CAD，甚至是为全球提供最优的CAD技术。

至2014年除了提供优秀的CAD平台软件技术以外，一直以来积极推进国产CAD技术的发展，联合众多国产CAD二次开发商组成的国产CAD联盟，更是极大促进了国产CAD的发展壮大，为中国企业提供真正适合中国国情及应用需求的CAD解决方案。

CAD一般指具有超级小型机功能和三维图形处理能力的一种单用户交互式计算机系统。它有较强的计算能力，用规范的图形软件，有高分辨率的显示终端，可以联在资源共享的局域网上工作，已形成最流行的CAD系统。

个人计算机pc系统价格低廉，操作方便，使用灵活。80年代以后，pc机性能不断翻新，硬件和软件发展迅猛，加之图形卡、高分辨率图形显示器的应用，以及pc机网络技术的发展，由pc机构成的CAD 系统已大量涌现，而且呈上升趋势。

除了计算机主机和一般的外围设备外，计算机辅助设计主要使用图形输入输出设备。交互图形系统对CAD 尤为重要。图形输入设备的一般作用是把平面上点的坐标送入计算机。常见的输入设备有键盘、光笔、触摸屏、操纵杆、跟踪球、鼠标器、图形输入板和数字化仪。图形输出设备分为软拷贝和硬拷贝两大类。软拷计算机辅助设计CAD贝设备指各种图形显示设备，是人机交互必不可少的；硬拷贝设备常用作图形显示的附属设备，它把屏幕上的图像复印出来，以便保存。常用的图形显示有三种：有向束显示、存储管显示和光栅扫描显示。有向束显示应用最早，为了使图像清晰，电子束必须不断重画图形，故又称刷新显示，它易于擦除和修改图形，适于作交互图形的手段。存储管显示保存图像而不必刷新，故能显示大量数据，且价格较低。光栅扫描系统能提供彩色图像，图像信息可存放在所谓帧缓冲存储器里，图像的分辨率较高。

除计算机本身的软件如操作系统、编译程序外，CAD主要使用交互式图形显示软件、CAD应用软件和数据管理软件3类软件。至2014年来国内快速崛起的浩辰CAD、中望CAD等，和AutoCAD，他们都有很高度兼容，也是用户的选择之一。

交互式图形显示软件用于图形显示的开窗、剪辑、观看，图形的变换、修改，以及相应的人机交互。CAD应用软件提供几何造型、特征计算、绘图等功能，以完成面向机械、广告、建筑、电气各专业领域的各种专门设计。构造应用软件的四个要素是：算法、数据结构、用户界面和数据管理。数据管理软件用于存储、检索和处理大量数据，包括文字和图形信息。为此，需要建立工程数据库系统。它同一般的数据库系统相比有如下特点：数据类型更加多样，设计过程中实体关系复杂，库中数值和数据结构经常发生变动，设计者的操作主要是一种实时性的交互处理。

常用的CAD软件，也就是所谓的三维制图软件，较二维的图纸和二维的绘图软件而言，三维CAD软件能够更加直观、准确地反映实体和特征。

对于专业企业，因为绘制目标不同，还常存在有多种CAD系统并行的局面，那么就需要配置统一的、具备跨平台能力的零部件数据资源库，将标准件库和外购件库内的模型数据以中间格式（比如通用的有IGS、STEP等）导出到三维构型系统当中去，如主流的Autodesk Inventor，SolidWorks,CATIA,中望3D,Pro/E,AutoCAD,UG NX,SolidEdge,Onespace等。国外，这种网络服务被称为“零部件图书馆”或“数据资源仓库”。航天航空领域使用较多的为Pro/E，飞机和汽车等复杂产品制造领域则使用Catia居多，而在中小企业使用Solidworks较多。在欧美和日本的PLM用户中，基于互联网的PLM零部件数据资源平台LinkAble PARTcommunity（简称PCOM）的知名度一点都不亚于今天我们所熟知的BLOG和SNS这样的网络平台。

21世纪模具制造行业的基本特征是高度集成化、智能化、柔性化和网络化, 追求的目标是提高产品质量及生产效率,缩短设计周期及制造周期,降低生产成本,最大限度地提高模具制造业的应变能力,满足用户需求。具体表现出以下几个特征。

标准化:CAD/CAM系统可建立标准零件数据库,非标准零件数据库和模具参数数据库。标准零件库中的零件在CAD设计中可以随时调用,并采用GT(成组技术)生产。非标准零件库中存放的零件,虽然与设计所需结构不尽相同,但利用系统自身的建模技术可以方便地进行修改,从而加快设计过程,典型模具结构库是在参数化设计的基础上实现的,按用户要求对相似模具结构进行修改,即可生成所需要的结构。

集成化技术:现代模具设计制造系统不仅应强调信息的集成,更应该强调技术、人和管理的集成。在开发模具制造系统时强调“多集成”的概念,即信息集成、智能集成、串并行工作机制集成及人员集成,这更适合未来制造系统的需求。

智能化技术:应用人工智能技术实现产品生命周期(包括产品设计、制造、使用)各个环节的智能化,实现生产过程(包括组织、管理、计划、调度、控制等)各个环节的智能化,以及模具设备的智能化,也要实现人与系统的融合及人在其中智能的充分发挥。

网络技术的应用:网络技术包括硬件与软件的集成实现,各种通讯协议及制造自动化协议,信息通讯接口,系统操作控制策略等,是实现各种制造系统自动化的基础。目前早已出现了通过Internet实现跨国界模具设计的成功例子。

多学科多功能综合产品设计技术:未来产品的开发设计不仅用到机械科学的理论与知识,而且还用到电磁学、光学、控制理论等知识。产品的开发要进行多目标全性能的优化设计,以追求模具产品动静态特性、效率、精度、使用寿命、可靠性、制造成本与制造周期的最佳组合。

CAD/CAM技术给企业带来了全面的、根本的变革,使传统的企业设计与制造发生了质的飞跃,在全国范围内受到普遍重视和广泛应用。企业要想进一步跟上时代步伐,CAD/CAM必须要把握好正确的发展方向。

进一步普及行业CAD/CAM技术,努力提高其应用水平。在国家各项举措的推动下,企业一定要重视CAD/CAM技术的推广和应用,不惜一切代价投入资金引进CAD/CAM技术和人才,促进CAD/CAM技术的应用迈上新台阶。

在CAD/CAM软件的选用上,坚持高、中、低并存。高档CAD/CAM软件实现了CAD、CAE(计算机辅助工程分析)、CAPP(计算机辅助工艺过程设计)、CAM、PDM(产品数据管理)和PPC(生产计划与控制)等技术的高度集成,能实现设计制造及生产管理的一体化。这类高档的CAD/CAM软件,典型的有Pro/Engineer、CATIA等国外开发的软件。中、低档CAD/CAM软件只具备部分功能,但是由于成本低、实用性强,易学易用,所以大部分企业都具备应用条件。

加大创新力度,不断开发具有特色的CAD/CAM软件。开发CAD/CAM软件的目的应用CAD/CAM技术,科研单位不仅要紧跟时代潮流,加快CAD/CAM软件的二次开发步伐,同时要结合国情、遵守各国规范,面向国内企业发展的需要,加大创新力度。参考文献：

【1】 百度百科.【2】 蔡汉明，陈清贵，等.机械CAD/CAM技术【M】.北京：机械工业出版社，2005.【3】 姚英学，蔡颖.计算机辅助设计与制造 【M】.北京：高等教育出版社，2002.【4】任志宇，施于庆.模具CAD/CAM技术的现状与发展趋势[J].机电工程，2001.

第五篇：桥式叶轮给料机故障分析及处理方法论文

摘要:桥式叶轮给料机常常用于发电厂给煤，我单位两台桥式叶轮给料机主要用于石灰石的输送，它是一种沿石灰石卸料坑道纵向轴道行走或停在一处将石灰石均匀连续地拨到输送皮带上的设备，由于受物料粒度和环境因素的影响，故障比较频繁，针对一直以来出现的故障，我们制定了一系列解决方案，并予以实施，本文主要就如何处理此设备常见故障，阐述个人的一些观点和做法。

关键词:桥式叶轮给料机;常见故障;分析;处理

1常见的故障及原因分析

(1)叶轮给料装置主要部件伞齿轮箱特别容易损坏:原伞齿轮箱立轴上端轴承为水平方向安装，无储油装置，运转时，润滑油、脂容易下落，造成轴承缺油损坏;且仅有密封环一道密封装置，而立轴上端盖是直接接触物料，物料和粉尘常由密封盖环经上端轴承进入齿轮箱内，引起上端轴承缺油和油品污染而导致伞齿轮箱损坏;另外横轴两只原使用轴承的型号为32220圆锥滚子轴承，运转时产生的轴向力较大，且两只轴承分布的间距较短，仅为190mm，导致联轴器至横轴前端轴承间距为588mm;由于以上结构，横轴轴承极易损坏，轴向力过大极易挤坏端盖，横轴也常因扭力过大而变形、弯曲，从而导致伞齿轮箱损坏。(2)动力电源易断相、缺相:设备原有供电方式是滑触线，其动力电源及控制电源均是利用集电器从滑触线上取得，由于滑触线裸露，地坑潮湿且粉尘较大，加上行车轨道不平、弯曲等因素，导致集电器触头与滑触线接触不良，而且集电器容易脱落，经常造成给料机动力电源缺相、断相;另外，由于操作柜安装在给料机机架上，受现场潮湿环境和粉尘的影响，电气元件容易积灰、失效，均会导致电机或控制线路烧坏。(3)电机易坏，且调速和保护不可靠:原设备使用的滑差电机是由交流三相异步电动机、无滑环滑差离合器和测速发电机组成，测速发电机与滑差离合器输出轴共轴。同样由于卸料地坑工作环境差，粉尘较大，加之滑差电机外密封不好，粉尘直接进入滑差离合器内，经常造成轴承和滑差部分卡死甚至损坏;而且，滑差电动机离合器的励磁电源，是采用可控硅整流电源供电，使之实现宽幅无级调速，也因为粉尘较大，粉尘从接线盒进入测速发电机，造成测速反馈电路的反馈信号失真，从而直接影响了升、降速的准确性和可靠性，极易造成叶轮部分在因物料粒度大，遇到较大阻力时，无法及时对机械部分和电气部分形成保护跳停，而造成传动减速机或伞齿轮箱等损坏。

2整改方案及措施

(1)由于叶轮传动部分伞齿轮箱设计上存在诸多缺点，因而我们着重针对以上故障原因制定解决方案，主要包括以下三个方面:①为解决立轴端盖防灰密封不好以及上端轴承润滑不好而导致立轴轴承损坏等问题，我们对伞齿轮箱图纸做了较大修改，要求制造厂家按修改后的图纸技术要求重新制作伞齿轮箱。首先，对立轴上端轴承下部加装储油盘，防止润滑脂在立轴转动时掉落而引起轴承缺油，储油盘立边上端同壳体上盖保持约3mm间隙，确保不摩擦壳体，壳体轴承外圈位置对应加工两孔，攻丝并安装注油嘴，分别用于润滑脂的添加和多余润滑脂的排出，使轴承得到有效润滑，不因缺油而损坏轴承;其次，将迷宫密封端盖的沟槽加深，较大物料颗粒进入，另外在端盖迷宫槽的内侧再安装两道骨架油封，防止细小粉尘由迷宫密封端盖经立轴上端轴承进入箱体，污染润滑油品而引起齿轮箱损坏。②同样，为解决横轴因轴承型号使用不当，且轴承分布尺寸不对，导致横轴联轴器端因扭力过大而弯曲等故障，在保持伞齿轮箱体高度、壳体直径不变的情况下，将伞齿轮箱壳体横轴安装轴承位置加长，使横轴轴承间距由原来190mm增加到283mm，并且将原有两只32220圆锥滚子轴承改为23220调心滚子轴承，另外在靠联轴器端加装一只32220圆锥滚子轴承，以增大横轴的抗负荷能力和降低大、小伞齿轮啮合运转时对端盖产生的轴向力，防止轴承及端盖损坏;由于横轴轴承端位置加大，从而使联轴器到横轴前端轴承间距由580mm相应减少到415mm，达到有效防止横轴因不能承受足够扭力而变形的目的。③横轴端盖的密封装置也改用上述立轴端盖同样的密封方式，防止粉尘进入横轴轴承箱体内。(2)为提高供电和电气控制可靠性，将动力供电电路改为随行电缆供电，采取将动力电缆和视频监控线缆固定在导轨上滑行的12只小滑车上，随着叶轮给料机滑行，动力电源由地面操作室内变频控制柜直接送到电机;原控制系统改为变频控制并移至地面操作室，变频控制柜和操作柜由现场改为远程，通过增设视频监控系统在地面操作室内操作台对现场给料机运行实现远程监控和操作，从根本上消除了因集电器与滑触线接触不良、地坑潮湿、粉尘大以及集电器脱落带来的电源缺相、断相和控制柜电气元件失效等原因而造成的电机烧坏事故。(3)由于滑差电机在运行中存在启动电流大、不能长时间低速运转、滑差离合器和测速发电机部分易坏，影响调速及对机械部件保护的可靠性等缺点，而且滑差电机结构复杂、体积大，维修起来比较困难，因而改用调速范围广、运行比较稳定、维修操作方便的YVF2系列变频调速电机替代滑差调速电机。通过变频调速控制，降低电机启动和运行电流，有效保护伞齿轮箱、减速机等传动机械和电机，达到节能、降耗、提高设备稳定性的目的。目前我们使用的变频控制柜为广州宝米勒电气有限公司生产的MC200G系列，设定保护电流比正常取料运行时最大电流高10－15A。

通过以上措施和方法，有效消除了叶轮给料机运转时存在的诸多故障隐患，通过近一年的使用情况来看，原来频发的设备故障得到了控制，设备的可靠性得到提高，使生产过程中困扰多年的瓶颈问题得到了根本解决。

参考文献

［1］杨缨．交流变频控制技术的应用和发展．

［2］成大先主编．机械设计手册(5版)．