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平面式負壓風機_風機葉片長短的作用上海德力西集團總裁胡成國教

風機葉片長短決定的是風壓，和水泵一樣，水泵決定的是揚程。葉片長則揚程或壓頭大，葉片短則反之。風機的葉片多且短，因為這臺風機適用于空調(diào)或其它對壓頭要求較低的地方，葉片多的特點是噪音�。ㄒ驗槎�，振動啊、摩擦啊等都變小了）、風量大（因為葉片多，做功的的能力變強）、體積小（那當然了，葉片多了體積自然變小了）。關于前彎，前彎就是為了提高效率，由于水泵葉片加工鑄造比較困難，所以不能做成這樣，由于風機葉片是沖壓件，精度較高，所以做成“前彎”，實際上，無論是風機還是水泵，葉輪的最佳形狀做成“機翼”撞，但是受加工工藝限制，只能做到“前彎”。目前，有的多級不銹鋼泵的葉片也采用沖壓焊接，減少了很多材料、降低了噪聲、縮小了體積、降低了功率。

 


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幾乎所有大型設計項目的首要目標都是如何獲得最輕的重量。HyperSizer是一種復合材料結(jié)構分析及優(yōu)化軟件，是專為含有復合材料的宇宙飛船設計的，其故障容差為零。這些設計必須在低重量與高強度之間找到關鍵性平衡點。風電行業(yè)，依然如此。在設計風機葉片時，重量起著極其重要的作用。因為葉片更輕，它所采用的原材料就更少，就更易于制造和運輸，同時疲勞載荷也就更低。

由于風機葉片故障率仍高居不下（一項對桑迪亞有記載的風電設備的調(diào)查表明葉片故障率高達20%），故障停工代價高，不利于企業(yè)，因此，葉片設計師和制造商必須借助最佳方法來設計復合材料。

以HyperSizer軟件為例，它是一種復合材料結(jié)構應力分析和尺寸優(yōu)化工具，可自動與許多有限元分析（(FEA)）解算器共同工作。在一個反饋環(huán)路中，HyperSizer軟件與有限元分析（(FEA)）解算器共同探索重量最小化、結(jié)構完整性和可制造性最大化的解決方案。該軟件采用一層接一層，甚至一個有限元接一個有限元的方式對設計進行快速評估，對整套復合材料結(jié)構進行分析。同時，對每一種復合材料層壓板設計的一切可能組合進行優(yōu)化，使設計師幾乎能夠控制一切設計細節(jié)。

 
瑞士復合材料制造商顧瑞特公司的設計師揭開了通用設計的涂層集合，展示了復合材料轉(zhuǎn)子葉片的復雜性。
HyperSizer軟件可用以優(yōu)化復合材料、結(jié)構、原材料及接口，從而設計出最輕，最耐用的葉片。
（圖片由顧瑞特提供）

改善風機葉片設計將會提高葉片的效率和性能，削減捕獲風資源的成本，使風能比石化燃料更具競爭力。為了增加風力發(fā)電機的發(fā)電容量，就必須增加葉片的長度（一個風電機所能捕獲的風能與其葉片長度面積成正比）。雖然葉片的長度在不斷增加，但是其重量必須保持盡可能的輕。因為更輕的質(zhì)量意味著更好的性能，更長的使用壽命，更低的制造成本和更短的生產(chǎn)周期，所有這些因素都會提高風力發(fā)電機在能源市場上的競爭力。HyperSizer軟件在航空航天領域留下了寶貴的遺產(chǎn)，它幫助使用者從結(jié)構上削減了至少20%的重量，如美國國家航空和宇宙航行局（NASA），美國航空航天公司洛克希德馬�。↙ockheed Martin）,屋頂風機，波音公司（Boeing）和龐巴迪公司（Bombardier）。HyperSizer軟件同樣適用于風機葉片。

目前，實用規(guī)模風力發(fā)電機葉片的直徑范圍為40米到90米。但是，處于設計階段的概念葉片和原型葉片的直徑驚人的接近145米。隨著葉片變的更長，設計工程問題就變得越來越嚴重，諸如結(jié)構強度、疲勞性能、抗彎穩(wěn)定性、葉片硬度、翼尖繞曲度和扭曲限制。簡言之，葉片的重量必須盡可能的輕，具備足夠維持其空氣動力學形狀的硬度，同時還要有足夠的耐用性來承載風力載荷且無材料損傷。此外，大型葉片必須對重量和硬度進行合理布局，避免因氣動彈性載荷引起的不穩(wěn)定性。

 
HyperSizer進行板材調(diào)換，尋找最符合葉片特定部位設計要求的板材

為了優(yōu)化葉片設計，此軟件從傳統(tǒng)有限元分析結(jié)束的地方開始。它以一個有限元模型開始，同時與有限元分析解算器天衣無縫的結(jié)合，核實風機葉片的結(jié)構完整性，預測所有氣動彈性載荷情況的故障模式，確定故障位置與載荷，從而達到所需的安全系數(shù)。為解決不合格安全因素，或者選擇一種重量更輕的設計，通過對大量備選設計的尺寸和層壓板進行調(diào)查，該軟件可實現(xiàn)最優(yōu)設計。從模型的設置、運行到測試結(jié)果和原始新設計的解讀，這一過程通常僅在4小時就能完成。

為了對假定分析方案、行業(yè)研究方案、葉片設計的靈敏性進行評估，HyperSizer軟件會紀錄風機葉片內(nèi)部部件的載荷,廠房降溫，確定一種板梁概念、橫截面尺寸、原材料與接口的最佳組合，風機葉片內(nèi)部部件的載荷通過有限元分析計算得出，。為了達到這一目標，該軟件會對許多不同的失效模式進行分析，所有葉片區(qū)域、一切載荷情況和分析都可實現(xiàn)正安全邊際（安全系數(shù)為1）,浙江車間降溫。此外，該軟件還可用于板材設計。例如，蜂窩板或泡沫夾心結(jié)構可能都適宜于剪切腹板，而結(jié)實的層壓板可能最適合葉片前緣。HyperSizer軟件可檢測不同的連接口及板材橫截面形狀。

 
提高葉片的可制造性和疲勞壽命可使片層脫離實現(xiàn)最小化，從而削減成本。

該軟件避免了人工計算、離線電子數(shù)據(jù)表、重建模型及長期運行成批作業(yè)。此外，它可對層片脫離和層片增加模式進行評估，有助于發(fā)現(xiàn)符合強度要求的最輕層壓板，且轉(zhuǎn)移區(qū)域最小。

HyperSizer可對含有螺栓、粘結(jié)接口（如剪切腹板與表層）的葉片區(qū)域進行評估。對螺栓區(qū)域進行分析，優(yōu)化連接點的厚度，可防止由較重結(jié)構引起過度建造的一般性問題。而對粘結(jié)接口進行的高級分析則著眼于層間剪切和剝離應力、分層及裂紋萌生的研究。

材料的內(nèi)置資料庫可控制材料的溫度及濕度依賴性性能，同時內(nèi)置資料庫可根據(jù)軟件公司及項目資料進行定制。數(shù)據(jù)庫包括金屬物質(zhì)（各向同性）、石墨和玻纖系統(tǒng)，夾芯板（蜂窩結(jié)構、泡沫結(jié)構、合成結(jié)構），混成積層板（膠帶、織物和金屬箔）。有了這一材料清單，使用者就可對100多種基于非有限元分析故障模式的所有載荷情況進行分析。

 

 



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