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时间:2020-03-15
《高效化、低噪音是风机未来发展方向.doc》由会员上传分享,免费在线阅读,更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、高效化、低噪音是风机未来发展方向随着科学技术的日新月异,人们对风机使用的要求也越来越高,据空调制冷大市场观察,目前就国外风机技术发展趋势而言,将沿着风机容量不断增大、高效化、高速小型化和低噪音的方向发展。大型风机容量继续增大。各种工业装置规模的日益大型化,客观上需要各类风机的容量也随之不断增加,大机号的风机在未来几年在市场中将会受到欢迎。 高效化。为提高效率,三元流动叶轮已在通风机中得到越来越广泛的应用。其他的如斜流风机等特殊用途的风机发展将会更有市场。 高速小型化。各类风机采用三元流动叶轮
2、后,在提高效率的同时,压力也可提高。所以在同等条件下,叶轮外径可减少10%~30%,这样就取得缩小体积和减轻重量的双重效果。提高转速也是风机小型化的重要途径之一。 低噪声化。风机的噪声是工业生产中噪声污染源最主要来源之一。风机大型化和高速化更使得噪声问题十分突出。对低频噪声,风机主要通过改进风机结构设计,降低本体噪声,若达不到要求,可采取加装消声器等措施。 通过以上分析,我们不难发现,这些技术发展方向,既是国外风机未来发展趋势,也是国内风机行业在技术方面的努力方向。 如何实现风机叶片的优化?
3、几乎所有大型设计项目的首要目标都是如何获得最轻的重量。HyperSizer是一种复合材料结构分析及优化软件,是专为含有复合材料的宇宙飞船设计的,其故障容差为零。这些设计必须在低重量与高强度之间找到关键性平衡点。风电行业,依然如此。在设计风机叶片时,重量起着极其重要的作用。因为叶片更轻,它所采用的原材料就更少,就更易于制造和运输,同时疲劳载荷也就更低。 由于风机叶片故障率仍高居不下(一项对桑迪亚有记载的风电设备的调查表明叶片故障率高达20%),故障停工代价高,不利于企业,因此,叶片设计师和制造商必须借助最
4、佳方法来设计复合材料。 以HyperSizer软件为例,它是一种复合材料结构应力分析和尺寸优化工具,可自动与许多有限元分析((FEA))解算器共同工作。在一个反馈环路中,HyperSizer软件与有限元分析((FEA))解算器共同探索重量最小化、结构完整性和可制造性最大化的解决方案。该软件采用一层接一层,甚至一个有限元接一个有限元的方式对设计进行快速评估,对整套复合材料结构进行分析。同时,对每一种复合材料层压板设计的一切可能组合进行优化,使设计师几乎能够控制一切设计细节。 瑞士复合材料制造商顾
5、瑞特公司的设计师揭开了通用设计的涂层集合,展示了复合材料转子叶片的复杂性。 HyperSizer软件可用以优化复合材料、结构、原材料及接口,从而设计出最轻,最耐用的叶片。 改善风机叶片设计将会提高叶片的效率和性能,削减捕获风资源的成本,使风能比石化燃料更具竞争力。为了增加风力发电机的发电容量,就必须增加叶片的长度(一个风电机所能捕获的风能与其叶片长度面积成正比)。虽然叶片的长度在不断增加,但是其重量必须保持尽可能的轻。因为更轻的质量意味着更好的性能,更长的使用寿命,更低的制造成本和更短的生产周期,所
6、有这些因素都会提高风力发电机在能源市场上的竞争力。HyperSizer软件在航空航天领域留下了宝贵的遗产,它帮助使用者从结构上削减了至少20%的重量,如美国国家航空和宇宙航行局(NASA),美国航空航天公司洛克希德马丁(Lockheed Martin),波音公司(Boeing)和庞巴迪公司(Bombardier)。HyperSizer软件同样适用于风机叶片。 目前,实用规模风力发电机叶片的直径范围为40米到90米。但是,处于设计阶段的概念叶片和原型叶片的直径惊人的接近145米。随着叶片变的更长,设计
7、工程问题就变得越来越严重,诸如结构强度、疲劳性能、抗弯稳定性、叶片硬度、翼尖绕曲度和扭曲限制。简言之,叶片的重量必须尽可能的轻,具备足够维持其空气动力学形状的硬度,同时还要有足够的耐用性来承载风力载荷且无材料损伤。此外,大型叶片必须对重量和硬度进行合理布局,避免因气动弹性载荷引起的不稳定性。 为了优化叶片设计,此软件从传统有限元分析结束的地方开始。它以一个有限元模型开始,同时与有限元分析解算器天衣无缝的结合,核实风机叶片的结构完整性,预测所有气动弹性载荷情况的故障模式,确定故障位置与载荷,从而达到
8、所需的安全系数。为解决不合格安全因素,或者选择一种重量更轻的设计,通过对大量备选设计的尺寸和层压板进行调查,该软件可实现最优设计。从模型的设置、运行到测试结果和原始新设计的解读,这一过程通常仅在4小时就能完成。 为了对假定分析方案、行业研究方案、叶片设计的灵敏性进行评估,HyperSizer软件会纪录风机叶片内部部件的载荷,确定一种板梁概念、横截面尺寸、原材料与接口的最佳组合,风机叶片内部部件的载荷通过有
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