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(duì)其設(shè)計(jì)不當(dāng)，將會(huì)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(jì)簧片閥，對(duì)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(duì)壓縮機(jī)簧片閥已經(jīng)開(kāi)展了很多研究工作。王毅、譚偉華，給出了氣閥運(yùn)動(dòng)規(guī)律的數(shù)學(xué)模型[1]，何國(guó)庚、肖彪在此基礎(chǔ)之上又對(duì)簧片閥的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了部分優(yōu)化[2]。通過(guò)對(duì)已有研究工作的分析我們發(fā)現(xiàn)，針對(duì)簧片閥的設(shè)計(jì)理論還不完善，存在的主要問(wèn)題是多數(shù)研究工作都是對(duì)簧片閥工作性能的研究，優(yōu)化設(shè)計(jì)只是針對(duì)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(duì)我公司某型號(hào)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(jì)。在獲得氣閥運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的應(yīng)力分布的基礎(chǔ)上，通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)，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(jì)方法可以有效地縮短設(shè)計(jì)周期，對(duì)多目標(biāo)和多參數(shù)零件和結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)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?jiǎng)偠确匠?/p>

    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(wèn)題。整體結(jié)構(gòu)的非線性有限元?jiǎng)偠确匠叹哂幸韵碌男问剑?/p>

    [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?jiǎng)偠确匠虨椋?/p>

                                 

    式中，

                                    

    [K]e為單元?jiǎng)偠染仃�，[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(diǎn)載荷、單元所受到的節(jié)點(diǎn)力和初應(yīng)力節(jié)點(diǎn)力。由單元?jiǎng)偠染仃嚱?jīng)坐標(biāo)變換可以通過(guò)組集來(lái)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(jì)變量

    根據(jù)壓縮機(jī)吸氣閥片的設(shè)計(jì)要求，選取四個(gè)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(jì)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(guò)渡圓弧半徑
    R—底部圓弧半徑

    根據(jù)設(shè)計(jì)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(jì)可表述為尋找滿足約束條件式（8）-（17）時(shí)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。考慮到約束條件較多，文中通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)參數(shù)的敏感性分析確定了2個(gè)對(duì)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(kāi)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(duì)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(jì)變量設(shè)置為優(yōu)化設(shè)計(jì)輸入?yún)��?shù)，見(jiàn)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(gè)空間單元，如圖2所示。

             
                                                  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(shí)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(jì)響應(yīng)參數(shù)保存在Design Space中,同時(shí)考慮結(jié)構(gòu)反作用力對(duì)優(yōu)化設(shè)計(jì)參數(shù)的響應(yīng)。

    在Design Xplore下，通過(guò)參數(shù)設(shè)置選項(xiàng)對(duì)輸入?yún)��?shù)進(jìn)行賦值，創(chuàng)建驅(qū)動(dòng)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(duì)優(yōu)化設(shè)計(jì)變量的敏感度分析表明: 優(yōu)化設(shè)計(jì)變量t和α，即閥片最細(xì)截面寬度和閥片伸展角度兩個(gè)參數(shù)對(duì)目標(biāo)函數(shù)的影響最大, 等效應(yīng)力敏感度的分析見(jiàn)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(duì)r和R并不敏感。分析中通過(guò)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(jì)參數(shù)對(duì)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�？梢钥闯�，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(shí)應(yīng)力最小，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量將上述兩個(gè)參數(shù)設(shè)置在這個(gè)值附近；而當(dāng)t=1.2，α=9度時(shí)結(jié)構(gòu)應(yīng)力最大，設(shè)計(jì)時(shí)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(gè)重要因素。如果希望增大系統(tǒng)剛度，應(yīng)同時(shí)增大兩個(gè)參數(shù)的取值；如果希望獲得一個(gè)較低的系統(tǒng)剛度，應(yīng)盡量減小這兩個(gè)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(shì)。減小閥片伸展角度同時(shí)增大底部圓弧半徑有助于降低結(jié)構(gòu)的等效應(yīng)變。

                    
                                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(jì)實(shí)例

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

                            

    通過(guò)對(duì)表1各候選方案的計(jì)算發(fā)現(xiàn)，經(jīng)優(yōu)化設(shè)計(jì)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(jì)要求，我們選擇了方案B作為最終設(shè)計(jì)方案。圖8為方案B經(jīng)Design Space綜合優(yōu)化設(shè)計(jì)后的等效應(yīng)力結(jié)果。應(yīng)力由原來(lái)的577MPa降低到532MPa，降低了7.8%。圖9為經(jīng)過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)之后的壓縮機(jī)簧片閥實(shí)物圖，目前它已經(jīng)應(yīng)用于我公司新型號(hào)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(duì)壓縮機(jī)吸氣簧片閥進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)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(jì)方法可以有效地縮短簧片閥的設(shè)計(jì)周期，將原有的設(shè)計(jì)時(shí)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(dòng)。
    6.3文中的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法對(duì)多目標(biāo)和多參數(shù)零件和結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)具有普遍的指導(dǎo)意義。

    中國(guó)風(fēng)機(jī)產(chǎn)業(yè)網(wǎng)  風(fēng)機(jī)類(lèi)型有良多，在現(xiàn)今的市場(chǎng)中泛起了良多科技型的風(fēng)機(jī)類(lèi)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(lèi)型能在使用中為用戶帶來(lái)什么樣的效果呢？它在場(chǎng)所中能起到什么意義呢？良多用戶對(duì)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(ài)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(lái)了很實(shí)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(qián)。

    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(shí)絕大部門(mén)不能滿載運(yùn)行，電念頭工作于滿電壓、滿速度而負(fù)載很小，也會(huì)有良多時(shí)間空載運(yùn)行，節(jié)電原理任何利用交流感應(yīng)電念頭作為電力傳動(dòng)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(wú)論在設(shè)計(jì)仍是制造上都本著節(jié)能性原則來(lái)完成的。

    負(fù)壓風(fēng)機(jī)的風(fēng)量為了能得到一個(gè)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(mén)、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(shuō)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?cè)谑褂蔑L(fēng)機(jī)的過(guò)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。

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　近日，東方電氣首臺(tái)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的1.5MW直驅(qū)型風(fēng)電機(jī)組在內(nèi)蒙烏吉爾風(fēng)場(chǎng)成功帶負(fù)載100KW并網(wǎng)發(fā)電。烏吉爾首臺(tái)風(fēng)電的并網(wǎng)發(fā)電，標(biāo)志著東方電氣直驅(qū)型風(fēng)電機(jī)組已正式打入市場(chǎng)，并成功邁入國(guó)內(nèi)大容量直驅(qū)型風(fēng)電制造商行列。

　　中投顧問(wèn)高級(jí)研究員李勝茂指出，當(dāng)前國(guó)內(nèi)主流風(fēng)電機(jī)組的單機(jī)容量即為1.5MW，但是這個(gè)級(jí)別的風(fēng)電機(jī)組又可分為雙饋式和直驅(qū)式兩種，而關(guān)于這兩種技術(shù)路線孰優(yōu)孰劣的問(wèn)題，業(yè)界一直存在爭(zhēng)論。這之前東方電氣已經(jīng)能夠生產(chǎn)1.5MW，甚至更高級(jí)別的雙饋式風(fēng)電機(jī)組，此次其又成功將新研發(fā)出的直驅(qū)式風(fēng)電機(jī)組推向市場(chǎng)，實(shí)際上標(biāo)志著東方電氣兼顧兩種技術(shù)路線的經(jīng)營(yíng)戰(zhàn)略取得了初步成效。

　　李勝茂認(rèn)為，雙饋式和直驅(qū)式的風(fēng)電機(jī)組各有優(yōu)劣，東方電氣采取雙管齊下的經(jīng)營(yíng)思路，充分體現(xiàn)了其一貫穩(wěn)健的經(jīng)營(yíng)風(fēng)格。一方面，盡管東方電氣在國(guó)內(nèi)風(fēng)機(jī)設(shè)備制造行業(yè)位于第一梯隊(duì)，但是其與華銳風(fēng)電和金風(fēng)科技兩家業(yè)界巨頭相比，不管是在產(chǎn)銷(xiāo)規(guī)模，還是技術(shù)研發(fā)實(shí)力方面都還存在不小的差距，而目前華銳風(fēng)電、金風(fēng)科技分別專(zhuān)注于雙饋式和直驅(qū)式風(fēng)機(jī)的研發(fā)和生產(chǎn)，東方電氣采取“兩邊下注”的經(jīng)營(yíng)戰(zhàn)略，實(shí)際上是一種差異化競(jìng)爭(zhēng)策略，應(yīng)該說(shuō)，風(fēng)電行業(yè)內(nèi)扮演追趕者角色的企業(yè)時(shí)常運(yùn)用該策略。

　　另一方面，從具體的技術(shù)特點(diǎn)來(lái)看，近年來(lái)興起的直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的確有著許多優(yōu)點(diǎn)，市場(chǎng)前景非常廣闊。中投顧問(wèn)最近發(fā)布的《2010-2016年中國(guó)風(fēng)力發(fā)電行業(yè)投資分析及前景預(yù)測(cè)報(bào)告》指出，由于直驅(qū)型風(fēng)電機(jī)組省去了常規(guī)風(fēng)機(jī)所必需的齒輪箱，而齒輪箱恰好是風(fēng)機(jī)設(shè)備中最容易損壞的零部件，所以直驅(qū)型風(fēng)機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、效率高、維護(hù)量低的優(yōu)點(diǎn)。需要特別指出的是，直驅(qū)式風(fēng)機(jī)低風(fēng)速運(yùn)轉(zhuǎn)的性能較好，非常適合在國(guó)內(nèi)廣袤的三類(lèi)風(fēng)區(qū)使用。

　　中投顧問(wèn)研究總監(jiān)張硯霖指出，目前在國(guó)家相關(guān)部門(mén)主持召開(kāi)的幾期風(fēng)電特許權(quán)招標(biāo)會(huì)上，直驅(qū)式風(fēng)機(jī)和雙饋式風(fēng)機(jī)都有中標(biāo)的記錄，這表明政府部門(mén)希望國(guó)內(nèi)風(fēng)機(jī)類(lèi)型盡量多元化，風(fēng)電特許權(quán)招標(biāo)工作會(huì)為兩種風(fēng)機(jī)技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)提供一個(gè)平臺(tái)，而作為央企的東方電氣，領(lǐng)會(huì)了相關(guān)部門(mén)的這一戰(zhàn)略意圖，試圖在兩種技術(shù)路徑上都有所斬獲。

鋒速達(dá)負(fù)壓風(fēng)機(jī)-大北農(nóng)集團(tuán)巨農(nóng)種豬示范基地風(fēng)機(jī)設(shè)備水簾設(shè)備供應(yīng)商！臺(tái)灣九龍灣負(fù)壓風(fēng)機(jī)配件供應(yīng)商！ 主要產(chǎn)品豬舍通風(fēng)降溫,豬棚通風(fēng)降溫,豬場(chǎng)通風(fēng)降溫,豬舍風(fēng)機(jī),養(yǎng)殖地溝風(fēng)機(jī),豬舍地溝風(fēng)機(jī),豬舍多少臺(tái)風(fēng)機(jī),廠房多少臺(tái)風(fēng)機(jī),車(chē)間多少臺(tái)風(fēng)機(jī),豬舍什么風(fēng)機(jī)好,廠房什么風(fēng)機(jī)好,車(chē)間什么風(fēng)機(jī)好,多少平方水簾,多大的風(fēng)機(jī),哪個(gè)型號(hào)的風(fēng)機(jī) 相關(guān)的主題文章:

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