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屋顶电动排气设备_压缩机吸气阀基本原理与求解如何使用玻璃钢风
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。
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。
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,负压风机降温方案，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。
,可以装在屋顶的风机;
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,湿帘生产厂家，这样就能让风机的效果更加有效。
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近日，东方电气首台拥有自主知识产权的1.5MW直驱型风电机组在内蒙乌吉尔风场成功带负载100KW并网发电。乌吉尔首台风电的并网发电，标志着东方电气直驱型风电机组已正式打入市场，并成功迈入国内大容量直驱型风电制造商行列。
中投顾问高级研究员李胜茂指出，当前国内主流风电机组的单机容量即为1.5MW，但是这个级别的风电机组又可分为双馈式和直驱式两种，而关于这两种技术路线孰优孰劣的问题，业界一直存在争论。这之前东方电气已经能够生产1.5MW，甚至更高级别的双馈式风电机组，此次其又成功将新研发出的直驱式风电机组推向市场，实际上标志着东方电气兼顾两种技术路线的经营战略取得了初步成效。
李胜茂认为，双馈式和直驱式的风电机组各有优劣，东方电气采取双管齐下的经营思路，充分体现了其一贯稳健的经营风格。一方面，尽管东方电气在国内风机设备制造行业位于第一梯队，但是其与华锐风电和金风科技两家业界巨头相比，不管是在产销规模，还是技术研发实力方面都还存在不小的差距，而目前华锐风电、金风科技分别专注于双馈式和直驱式风机的研发和生产，东方电气采取“两边下注”的经营战略，实际上是一种差异化竞争策略，应该说，风电行业内扮演追赶者角色的企业时常运用该策略。
另一方面，从具体的技术特点来看，近年来兴起的直驱式风力发电机组的确有着许多优点，市场前景非常广阔。中投顾问最近发布的《2010-2016年中国风力发电行业投资分析及前景预测报告》指出，由于直驱型风电机组省去了常规风机所必需的齿轮箱，而齿轮箱恰好是风机设备中最容易损坏的零部件，所以直驱型风机具有结构简单、可靠性高、效率高、维护量低的优点。需要特别指出的是，直驱式风机低风速运转的性能较好，非常适合在国内广袤的三类风区使用。
中投顾问研究总监张砚霖指出，目前在国家相关部门主持召开的几期风电特许权招标会上，直驱式风机和双馈式风机都有中标的记录，这表明政府部门希望国内风机类型尽量多元化，风电特许权招标工作会为两种风机技术的竞争提供一个平台，而作为央企的东方电气，领会了相关部门的这一战略意图，试图在两种技术路径上都有所斩获。
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