摘要　對(duì)軸流式三元葉片成型的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究，給出了一種從有限個(gè)錐形截面出發(fā)，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)描述葉片空間形狀、展開葉片以及生成簡便壓模型線的方法。

關(guān)鍵詞：葉片　三元流動(dòng)　計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)

一、引言

三元流動(dòng)葉輪接近氣體在旋轉(zhuǎn)葉輪中流動(dòng)的真實(shí)情況，因而性能優(yōu)越，獲得越來越廣泛的應(yīng)用。目前制造三元葉輪最簡便、經(jīng)濟(jì)的工藝方法是鋼板焊接，主要過程為：放樣展開—板材下料—壓制成型—焊接—修型加工。因此，對(duì)葉片的空間描述、展開以及壓模的設(shè)計(jì)制造是直接關(guān)系著本工藝方法效率和葉輪性能的關(guān)鍵。由于三元葉片本身的復(fù)雜性和特殊性，氣動(dòng)設(shè)計(jì)中一般只給定有限個(gè)基元葉柵和葉型的參數(shù)，對(duì)葉片缺乏統(tǒng)一有效的數(shù)學(xué)描述，葉片的展開和模具的制造困難。因此，該類風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)制造的周期長，性能難以保證�；�于這種現(xiàn)實(shí)，本文給出了一種利用計(jì)算機(jī)技術(shù)解決上述關(guān)鍵問題的一般性方法。

二、葉片型面的坐標(biāo)計(jì)算

1.葉片型面的平面坐標(biāo)

根據(jù)風(fēng)機(jī)的氣動(dòng)設(shè)計(jì)理論可知，葉片由一系列積迭在一起的葉型面組成。為了便于計(jì)算葉柵參數(shù)和引用平面葉柵試驗(yàn)數(shù)據(jù)，葉型是在平面(圓錐面展開)上進(jìn)行設(shè)計(jì)的，型面中弧線一般為圓弧形，而輪廓線則由沿中弧線的葉型厚度分布確定。

以型面中弧線的弦長方向作為X1軸方向，Y1軸過中弧線的圓心建立坐標(biāo)系O1、X1、Y1，如圖1。設(shè)型面中弧線的半徑為r，弦長為B，型面輪廓線上任一點(diǎn)P處的葉片厚度為δ，所在徑向線與Y1軸形成的 圓心角為t(順時(shí)針為正)，則P點(diǎn)在O1X1Y1中的坐標(biāo)可表示為

圖1　描述型面的平面坐標(biāo)系

其中：
(1)對(duì)于葉片外表面(吸力面)取正號(hào)；內(nèi)表面(壓力面)取負(fù)號(hào)；
(2)對(duì)于薄板型葉片δ取常數(shù)(暫不考慮邊緣修形)；

(3)-T≤t≤T,T=crcsin(B/2R)。

設(shè)該型面的形心為O2(x0，y0)，安裝角為θ，以O(shè)2為原點(diǎn)建立與型面安裝角無關(guān)的坐標(biāo)系O2X2Y2(X2軸與圓錐面的素線重合)，則P點(diǎn)在坐標(biāo)系O2X2Y2中的坐標(biāo)為

其中，對(duì)于圖中圓弧板型葉片有

2.葉片型面的 空間坐標(biāo)

上述的葉型是用圓錐面截切葉片，將截面展開后得到的平面圖形。為了得到真實(shí)形狀，需將截面卷回到圓錐面上。設(shè)圓錐面的端面半徑為R1、R2(R1＜R2)，長度為L，建立如圖2所示的右手坐標(biāo)系O3X3Y3Z3，其中，X3軸與圓錐軸線重合，Z3軸與過積迭點(diǎn)的徑向線重合。則有如下的映射關(guān)系。

圖2　空間坐標(biāo)系的建立

其中，z0為積迭點(diǎn)的高度，

三、葉片的成型

1.葉片曲面的形成

根據(jù)公式(1)、(2)、(3)，對(duì)于氣動(dòng)設(shè)計(jì)中給定的任一葉型面，確定了積迭線(一般采用徑向線)后便可以準(zhǔn)確地求得空間位置。型面輪廓線上任意點(diǎn)的空間位置可表示為

Pi(x,y,z)=P(r1±δ/2,t1,z01) (i=1,2,…,n) (4)

將上述n個(gè)截面積迭起來，便得到整個(gè)葉片曲面的骨架。為了得到光滑的葉片，還需要進(jìn)行曲面擬合。下面是采用三次B樣條曲線擬合葉片的具體方法。
(1)求型值點(diǎn)Pi
對(duì)于截面i(i=1,2,…,n)，令ti=wTi(-1≤w≤1)，固定w，根據(jù)公式(4)，得到葉片上處于不同截面上的n個(gè)對(duì)應(yīng)點(diǎn)P1，P2，…，Pn。
(2)構(gòu)造三次B樣條曲線，反求控制點(diǎn)Qi

過上述點(diǎn)構(gòu)造一條三次B樣條曲線，表示為

其中　i=1,2,…,n，令u=0，則有

令Pi(0)=Pi，Q0=Q1，Qn+1=Qn，得

至此，用追趕法可解得Q1，Q2，…Qn+1。

(3)生成曲面
令w連續(xù)變化，即控制P1，P2，…，Pn沿截面連續(xù)移動(dòng)則得到光滑曲面，以［B］表示三次B樣條系數(shù)矩陣，可記為

Pi(u,w)=［u3　u2　u　1］［B］
［Qi-1(w)　Qi(w)　Qi+1(w)　Qi+2(w)］T (6)

式中，0≤u≤1，-1≤w≤1，i=1,2,…,n-1。

2.葉片的展開

三元葉片屬于不可展曲面，只能進(jìn)行近似的展開。令δ=1，根據(jù)公式(4)、(5)、(6)可得到葉片中面，將之劃分為若干微小 單元后可求得任意曲面單元的四個(gè)頂點(diǎn)p(u,w),p(u,w+Δw),P(u+Δu,w),p(u+Δu,w+Δw)。至此利用三角線法可得到較為準(zhǔn)確的葉片展開圖。值得一提的是，除葉片的構(gòu)型精度和劃分方式及曲面單元的數(shù)量以外，展開基點(diǎn)的選擇對(duì)展開精度的影響也很大。習(xí)慣上沿一端順次展開的方法會(huì)產(chǎn)生較大的誤差。建議以根截面(i=1)的中點(diǎn)(t=0)為基點(diǎn)。

3.平面型線的生成

(1)任意平面型線的求解
對(duì)于式(6)確定的葉片曲面，與任意平面ax+by+cz+d=0聯(lián)立求交，可得交線的方程為

［u3　u2　u　1］［B］(α［X(w)］T
+b［Y(w)］T+c［Z(w)］T)+d=0 (7)

其中，［X(w)］、［Y(w)］、［Z(w)］為控制矩陣［Q(w)］的坐標(biāo)分量。

上式中，給定w=w*，得到關(guān)于u的三次方程，解方程后得u*，則(u*，w*)對(duì)應(yīng)著一個(gè)交點(diǎn)(B樣條曲線與平面的交點(diǎn))。按合適的步長，連續(xù)求得一系列交點(diǎn)，則得到需要的平面型線。

(2)等x值型線的簡便求解方法
將坐標(biāo)系O3X3Y3Z3繞Z3軸旋轉(zhuǎn)β角(取β約等于葉弦角的平均值)得新坐標(biāo)系O4X4Y4Z4，如圖3a，將式(4)表示的各葉型截面轉(zhuǎn)換到該坐標(biāo)系中，得

如圖3 b所示，式(4)表示的曲線以及邊緣線(樣條曲線)，構(gòu)成了葉片曲面的基本骨架，。取特殊位置平面x4=x*與之求交，可得葉片上的一系列點(diǎn)A1,A2,…,An；B1,B2,…,Bn。分別以A1,A2,…,An和B1,B2,…,Bn作為型值點(diǎn)可生成與上、下壓模對(duì)應(yīng)的兩條型線。根據(jù)制造精度和工藝的要求，取一系列合適的x*，則得到一組簡便的壓模型線。

圖3　坐標(biāo)轉(zhuǎn)換及型線求解

四、結(jié)束語

根據(jù)氣動(dòng)設(shè)計(jì)提供的若干扭變截面，采用合適的數(shù)學(xué)模型擬合葉片曲面的方法簡便易行，葉片造型較為準(zhǔn)確。在此基礎(chǔ)上生成的展開圖和平面型線圖可作為板材下料和設(shè)計(jì)壓模時(shí)的重要依據(jù)。經(jīng)過軟件編制和樣機(jī)試制證明，本方法簡便可靠，葉片成型準(zhǔn)確，焊接及修型加工方便，是提高該類風(fēng)機(jī)生產(chǎn)效率和性能的有效措施。

來源：佳工機(jī)電網(wǎng)

>摘　　要: 本文結(jié)合遼陽石化公司60KTCBL-IV型裂解爐引風(fēng)機(jī)應(yīng)用變頻器雙機(jī)熱備技術(shù)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，闡述了雙機(jī)熱備變頻調(diào)速工程的構(gòu)成，分析了熱備用變頻器切換需要關(guān)注的技術(shù)問題并提出了解決措施。
關(guān) 鍵 詞: 變頻器 裂解爐引風(fēng)機(jī) 雙機(jī)熱備 閉環(huán)控制
Abstract: This paper combines the design and application experience of the dual heat reserve inverter technique of 60KTCBL-IV cracked stove ventiLage fan machine in petro-chemical corporation of Liaoyang, explains the compositions of dual heat reserve frequency variable adjusting speed system, analyses problem which need to paid close attention to with dual heat reserve inverters switch technique and proposes measure of solving.
Keywords: Inverter VentiLage fan machine of cracked stove Dual machine heat equipment Closed loop control

1 引言

遼陽石化公司乙烯裂解爐的爐膛負(fù)壓原來主要是依靠改變裂解爐引風(fēng)機(jī)擋板開度來調(diào)節(jié)的。此種風(fēng)量調(diào)節(jié)方式不但使風(fēng)機(jī)的效率低，也使許多能量無謂地消耗在擋板上，且設(shè)備故障率高，維修量大。為此，對(duì)原乙烯裂解爐風(fēng)機(jī)進(jìn)行了變頻調(diào)速改造，并在新建裂解爐上采用了雙機(jī)熱備變頻調(diào)速控制方式。

為保證安全生產(chǎn), 裂解爐在正常運(yùn)行時(shí)必須保持一定的負(fù)壓, 否則聯(lián)鎖動(dòng)作, 切除裂解爐側(cè)壁火嘴進(jìn)而停爐。裂解爐運(yùn)行時(shí)的自產(chǎn)高壓蒸汽用來驅(qū)動(dòng)乙烯裝置的核心設(shè)備—裂解氣壓縮機(jī)。新建KTCBL-IV型裂解爐的加工量為 6萬噸/年，目前約占全公司乙烯裝置加工量的50%，該裂解爐引風(fēng)機(jī)故障將導(dǎo)致聯(lián)鎖停爐，使裂解爐自產(chǎn)高壓蒸汽急劇減少、高壓蒸汽量大幅波動(dòng)，而高壓蒸汽波動(dòng),極易造成裂解氣壓縮機(jī)的停運(yùn)，造成裂解裝置停車，大量裂解氣通過火炬燃燒排放，同時(shí)影響下游裝置的生產(chǎn)運(yùn)行，給公司造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。鑒于該引風(fēng)機(jī)在裂解爐運(yùn)行中的重要性，我們采用了兩臺(tái)變頻器相互熱切換來控制一臺(tái)引風(fēng)機(jī)電機(jī)的方式，以確保裂解爐引風(fēng)機(jī)的安全平穩(wěn)運(yùn)行。

2 雙變頻切換存在問題及解決方案

2.1 切換沖擊電流對(duì)切換的影響

當(dāng)運(yùn)行變頻器故障或運(yùn)行變頻器所在母線電源失電造成變頻器欠壓跳閘時(shí)，直接切換到備用變頻器，備用變頻器很可能由于電流沖擊而導(dǎo)致變頻器過流故障，造成切換失敗。當(dāng)電機(jī)從運(yùn)行變頻器斷開后，轉(zhuǎn)子由于慣性作用繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，定子電流雖然為零，但由于剩磁作用將在定子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)三相電壓，電壓隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的下降而減小。當(dāng)電機(jī)切換到備用變頻器運(yùn)行時(shí)，定子繞組中感應(yīng)電壓的大小、相位將決定是否能夠平穩(wěn)切換。如果切換時(shí)刻感應(yīng)電壓和備用變頻器輸出電壓在允許的同相角范圍內(nèi)，切換就較容易; 如果在非同相角范圍內(nèi)，就會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的沖擊電流，導(dǎo)致變頻器過流跳閘，切換失敗。

2.2 電機(jī)電纜長度的影響
由于變頻器輸出的是電壓快速變化的正弦調(diào)制波形，快速的電壓變化會(huì)使電纜的寄生電容產(chǎn)生容性電流。該電流隨逆變開關(guān)頻率和電纜長度的增加而增加。當(dāng)逆變模塊開關(guān)頻率為3kHz, 變頻器功率在30~200kW, 采用非屏蔽電纜時(shí)，一般要求變頻器至電機(jī)的電纜在150m以內(nèi)。當(dāng)電纜長度超過允許值, 電纜對(duì)地的分布電容就會(huì)進(jìn)一步增大, 即使在變頻器正常運(yùn)行時(shí), 輸出的諧波電流值就很大, 在切換過程中，極容易出現(xiàn)諧波尖峰電流造成變頻器過流跳閘, 切換失敗。

2.3 解決方案
(1) 增加切換延時(shí)
電機(jī)從運(yùn)行變頻器斷開后處于發(fā)電運(yùn)行狀態(tài)，感應(yīng)電壓隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的下降而減小。延長備用變頻器投入的時(shí)間，對(duì)減小電流沖擊是有好處的。但是延時(shí)太短，效果不明顯;延時(shí)太長，又不能滿足生產(chǎn)工藝的要求，因此不是解決問題的根本方法和最佳方案。
(2) 加大變頻器容量
變頻器單臺(tái)應(yīng)用時(shí)，一般情況下，變頻器的容量選擇可按Iinv≥1.05Ie~1.1Ie(Iinv為變頻器額定輸出電流，Ie為電機(jī)額定電流)來選擇。同時(shí)要考慮負(fù)載特性、安裝環(huán)境等因素的影響。在應(yīng)用變頻器熱切換時(shí)，考慮到切換瞬間較大的沖擊電流，我們采用了適當(dāng)增大變頻器容量，使變頻器能夠承受切換時(shí)的峰值電流的方案。
（3) 加裝交流電抗器
在變頻器至電機(jī)之間加裝輸出濾波電抗器, 改變了電機(jī)電纜的電氣參數(shù), 可以有效降低諧波電流, 減小切換時(shí)的電流沖擊。同時(shí)對(duì)改善電機(jī)的發(fā)熱和振動(dòng)也有好處。交流電抗器可按變頻器產(chǎn)品說明書中提供的規(guī)格加以選用, 也可自行制作。
(4) 采用變頻器跟蹤起動(dòng)功能
現(xiàn)在較大功率變頻器都具有跟蹤起動(dòng)功能。設(shè)定應(yīng)用此功能后, 變頻器在每次起動(dòng)時(shí)都會(huì)自動(dòng)檢測電機(jī)狀態(tài), 然后根據(jù)電機(jī)的狀態(tài)輸出與電機(jī)相近的速度與電壓來驅(qū)動(dòng)電機(jī)。這樣就有效地防止了定子繞組感應(yīng)電壓的倒灌, 減小了沖擊電流。

3 裂解爐引風(fēng)機(jī)雙機(jī)熱備變頻調(diào)速工程

裂解爐引風(fēng)機(jī)雙機(jī)熱備變頻調(diào)速工程電氣一次回路圖如圖1所示。

VF1和VF2兩臺(tái)變頻器的電源分別取自不同380V母線的低壓抽屜柜，兩臺(tái)變頻器的參數(shù)設(shè)置完全一樣。風(fēng)機(jī)的起動(dòng)、停止、信號(hào)、切換延時(shí)等控制功能均由一臺(tái)小型PLC來實(shí)現(xiàn)，啟動(dòng)哪一臺(tái)變頻器由轉(zhuǎn)換開關(guān)來控制。為增強(qiáng)可靠性，通過接觸器輔助觸點(diǎn)和PLC程序?qū)崿F(xiàn)了KM1、KM2的雙重互鎖。該工程實(shí)現(xiàn)了閉環(huán)控制, 兩臺(tái)變頻器共用一個(gè)4~20mA信號(hào)，其調(diào)節(jié)過程如圖2所示。爐膛負(fù)壓信號(hào)經(jīng)微差壓變送器傳送到DCS(離散控制工程)進(jìn)行PID運(yùn)算,由調(diào)節(jié)器輸出4~20mA信號(hào)來控制風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速,進(jìn)而調(diào)節(jié)爐膛負(fù)壓使其維持在理想控制值。

該裂解爐引風(fēng)機(jī)配用電機(jī)型號(hào)Y355M1-10; 額定功率Pe=90kW, 額定電流Ie=192A, 額定轉(zhuǎn)速為ne=592r/min。變頻器輸出側(cè)至電機(jī)的電纜長度為350m。我們選用了富士系列變頻器FRN132G11S-4CX，并配有相應(yīng)的輸入、輸出電抗器。設(shè)定了轉(zhuǎn)速跟蹤功能，即高級(jí)功能H09=2。

4 結(jié)束語

2004年6月, 利用生產(chǎn)裝置停產(chǎn)檢修的機(jī)會(huì), 完成了該套工程的改造，經(jīng)過實(shí)際測試，由PLC控制的切換間隔可以設(shè)定為0，即實(shí)現(xiàn)了無間斷熱切換。2004年7月, 該雙機(jī)熱備變頻調(diào)速工程投運(yùn)以來，運(yùn)行穩(wěn)定, 操作方便。至今該套工程在實(shí)際運(yùn)行中發(fā)生過兩次熱切換，都成功實(shí)現(xiàn)了無間斷轉(zhuǎn)換，達(dá)到了預(yù)期的效果。因此, 應(yīng)用變頻器雙機(jī)熱備技術(shù), 滿足了生產(chǎn)工藝對(duì)該吸風(fēng)機(jī)工程安全性、可靠性的要求，解決了以往因一段供電母線故障或電源電壓波動(dòng)造成風(fēng)機(jī)停運(yùn)進(jìn)而影響裂解裝置安全運(yùn)行的問題，同時(shí)因取消風(fēng)量檔板調(diào)節(jié), 應(yīng)用爐膛風(fēng)壓閉環(huán)控制, 使裂解爐運(yùn)行更加平穩(wěn)、可靠, 對(duì)生產(chǎn)平穩(wěn)運(yùn)行起到了保駕護(hù)航的作用。

摘要： 本文對(duì)戶式中央空調(diào)工程的特性進(jìn)行簡單介紹。對(duì)工程的優(yōu)化設(shè)計(jì)及運(yùn)行控制方法進(jìn)行分析。結(jié)合變頻水管戶式中央空調(diào)工程，對(duì)工程的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法和運(yùn)行控制技術(shù)進(jìn)行了討論。


1． 引言

　　隨著城鎮(zhèn)居民生活水平的提高和住房面積的改善，人們的居住觀點(diǎn)從單一注重居住的實(shí)用性、功能性等底水平要求向注重舒適性、室內(nèi)空氣品質(zhì)等高層次需求轉(zhuǎn)變。因而戶式中央空調(diào)得到迅速的發(fā)展。戶式中央空調(diào)已經(jīng)被中國空調(diào)行業(yè)中的大多數(shù)人士公認(rèn)為未來住宅空調(diào)的主流產(chǎn)品。與普通空調(diào)器相比較，戶式中央空調(diào)具有舒適、美觀、節(jié)能等特點(diǎn)；不僅可以引入新風(fēng)、改善空氣品質(zhì)，消除“空調(diào)病”的煩惱，而且使居住室內(nèi)空氣分布更加均勻、溫度波動(dòng)小，舒適感好。

　　戶式中央空調(diào)根據(jù)輸送介質(zhì)的情況通常可分為三類， 即以空氣為介質(zhì)的風(fēng)管式空調(diào)工程、以水為介質(zhì)的水管式空調(diào)工程和制冷劑直接蒸發(fā)的一拖多多聯(lián)機(jī)。風(fēng)管式空調(diào)工程與集中全空氣中央空調(diào)工程原理相似。它具有良好的新風(fēng)空調(diào)工程，且投資較小，但風(fēng)管占用空間體積大，要求較高的層高是其不足。水管式空調(diào)工程由室外機(jī)組產(chǎn)生的冷熱水,經(jīng)水管工程輸送到室內(nèi)各個(gè)末端裝置。該工程可以對(duì)每個(gè)空調(diào)室進(jìn)行單獨(dú)調(diào)節(jié)，滿足各個(gè)空調(diào)室的要求，因而具有較好的節(jié)能效果。但該工程對(duì)負(fù)壓通風(fēng)系統(tǒng)布設(shè)有些困難。制冷劑直接蒸發(fā)空調(diào)工程一般采用一臺(tái)室外機(jī)通過制冷劑管路向多個(gè)室內(nèi)機(jī)輸送循環(huán)。基于變頻和電子膨脹閥技術(shù)的一拖多多聯(lián)機(jī)具有節(jié)能、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)等優(yōu)點(diǎn)，但對(duì)引進(jìn)新風(fēng)困難、長管路工程低流量的回油問題及現(xiàn)場安裝要求是其不足。由于戶式中央空調(diào)工程在中國的發(fā)展起步較晚，在設(shè)計(jì)和運(yùn)行中還存在著許多問題。隨著對(duì)節(jié)約能源、減少運(yùn)行費(fèi)用、環(huán)境保護(hù)及室內(nèi)空氣環(huán)境要求的提高，對(duì)戶式中央空調(diào)的提出了更高的要求。因而優(yōu)化設(shè)計(jì)和運(yùn)行戶式中央空調(diào)工程，使其保證運(yùn)行效率高、減少環(huán)境污染及提高居住的舒適性是目前亟待解決的問題。本文將對(duì)以變頻水管式空調(diào)工程為例，對(duì)工程的設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行分析，并對(duì)工程優(yōu)化設(shè)計(jì)和運(yùn)行進(jìn)行探討。


2． 變頻水管戶式中央空調(diào)工程優(yōu)化設(shè)計(jì)方法

　　水管式空調(diào)工程由室外機(jī)組產(chǎn)生的冷熱水,經(jīng)水管工程輸送到室內(nèi)各個(gè)末端裝置。該工程可以對(duì)每個(gè)空調(diào)室進(jìn)行單獨(dú)調(diào)節(jié)，滿足各個(gè)空調(diào)室的要求，因而具有較好的節(jié)能效果。變頻水管式空調(diào)工程加上獨(dú)立的負(fù)壓通風(fēng)系統(tǒng)是一很有發(fā)展前景的理想的節(jié)能舒適型戶式中央空調(diào)工程。因而其優(yōu)化設(shè)計(jì)具有極其重要的價(jià)值。

　　傳統(tǒng)的制冷工程設(shè)計(jì)方法是基于經(jīng)驗(yàn)加實(shí)驗(yàn)為主。通常經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法簡便易行，對(duì)理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)條件等依賴性相對(duì)較小。然而經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法不可避免地具有直接和可靠性低、穩(wěn)定性差的缺點(diǎn)，只適于產(chǎn)品的初步開發(fā)。而基于理論預(yù)測的優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)可以有效地彌補(bǔ)經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)的不足，不僅為提高產(chǎn)品的設(shè)計(jì)可靠性和效率提供保障，而且對(duì)產(chǎn)品的優(yōu)化提供了有效的途經(jīng)。

　　最優(yōu)化方法就是在一切可行方案中選出最優(yōu)方案的方法。在最優(yōu)化設(shè)計(jì)中，表征方案的一切獨(dú)立變量為設(shè)計(jì)變量。最優(yōu)化方法就是研究如何合理地確定這些變量的方法。而評(píng)價(jià)方案優(yōu)劣的指標(biāo)決定于該方案所選定的設(shè)計(jì)變量，即該指標(biāo)為設(shè)計(jì)變量的函數(shù)-目標(biāo)函數(shù)。在工程優(yōu)化設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)變量的取值常常受到種種條件的限制，即約束條件。
變頻水管式空調(diào)工程由變頻壓縮機(jī)、冷凝器、蒸發(fā)器、電子膨脹閥、室內(nèi)機(jī)、制冷劑管路和水泵水管路工程組成。根據(jù)制冷工程熱力學(xué)理論，利用參數(shù)動(dòng)態(tài)分布、相互關(guān)聯(lián)的方法，建立工程各部件數(shù)學(xué)模型和運(yùn)行參數(shù)動(dòng)態(tài)方程，組成工程運(yùn)行參數(shù)的方程組，并對(duì)該工程進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬。模擬工程的動(dòng)態(tài)特性，為優(yōu)化設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

　　為滿足空調(diào)工程的節(jié)能、熱舒適性及制冷制熱好的效果，空調(diào)工程的能效比、降(升)溫速率和降(升)溫幅度要達(dá)到指標(biāo)要求。因而在優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，分別選取能效比、降(升)溫速率和降(升)溫幅度為目標(biāo)函數(shù)的多目標(biāo)優(yōu)化方法。同時(shí)考慮滿足冷凝器和蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)、面積范圍、迎面風(fēng)速范圍、工程溫度和壓力變化范圍、水和制冷劑流量范圍、過冷過熱度范圍和室內(nèi)機(jī)數(shù)量等約束條件的要求，利用優(yōu)化方法進(jìn)行對(duì)上述目標(biāo)多目標(biāo)優(yōu)化計(jì)算。因而變頻水管式空調(diào)工程的優(yōu)化問題可表達(dá)為如下形式

(1)將多目標(biāo)優(yōu)化計(jì)算問題轉(zhuǎn)化為單目標(biāo)優(yōu)化問題。并對(duì)單目標(biāo)問題構(gòu)造一個(gè)新的函數(shù)：

(2)其中 為遞減的正數(shù)序列，即：隨著 的增大， 的值逐漸趨向于零。這樣通過構(gòu)造懲罰函數(shù)的方法將原有約束最優(yōu)化問題變換為一系列無約束最優(yōu)化問題。結(jié)合變頻水管式空調(diào)工程動(dòng)態(tài)模擬技術(shù)進(jìn)行空調(diào)工程單目標(biāo)優(yōu)化計(jì)算的主要程序?yàn)?
(1) 選定初始懲罰因子 及收斂精度 和 ；
(2) 利用變頻水管式空調(diào)工程動(dòng)態(tài)模擬，計(jì)算工程能效比、降(升)溫速率和降(升)溫幅度；
(3) 極小化 ，得最優(yōu)解 ；
(4) 根據(jù)事先規(guī)定的兩個(gè)很小的正數(shù) 和 檢驗(yàn) 和 ；是否成立，如成立則 ，否則取 ， 為小于1的正數(shù)，一般可取 ；
(5)令 ，轉(zhuǎn)至第(3)步。
這樣完成了變頻水管式空調(diào)工程的綜合優(yōu)化設(shè)計(jì)。


3. 變頻水管戶式中央空調(diào)工程運(yùn)行的優(yōu)化控制

節(jié)能和舒適是變頻水管戶式中央空調(diào)工程優(yōu)化的目標(biāo)。在工程的實(shí)際運(yùn)行過程中，由于氣候的變化、使用情況的復(fù)雜性，工程始終在非標(biāo)準(zhǔn)工況下運(yùn)行。如何對(duì)變頻水管式空調(diào)工程優(yōu)化運(yùn)行控制，是解決工程運(yùn)行的可靠性和節(jié)能的關(guān)鍵所在。智能化主要是采用現(xiàn)代人工智能技術(shù)來控制水管戶式中央空調(diào)工程的運(yùn)行，使之能在最佳的狀態(tài)下工作。信息化是制冷空調(diào)工程發(fā)展的必然趨勢(shì)，目的是使其能擁有收集信息、處理和加工信息、以及發(fā)出信息的功能，包括與網(wǎng)絡(luò)的連接。由于變頻制冷壓縮機(jī)、電子膨脹閥等執(zhí)行機(jī)構(gòu)的研制成功和不斷完善，使得制冷空調(diào)工程電器上采用先進(jìn)的智能控制成為可能。變頻水管戶式中央空調(diào)工程是一個(gè)多變量、非線性時(shí)變的工程，經(jīng)典的控制方法如PI、PID等都需要有工程的精確數(shù)學(xué)模型，而建立合理且精確的數(shù)學(xué)模型又比較困難，因此這些控制技術(shù)難以在空調(diào)工程中應(yīng)用。模糊控制技術(shù)采用模糊推理方法而且不需要工程的數(shù)學(xué)模型，具有其它控制方法無法比擬的優(yōu)勢(shì)。而在戶式中央空調(diào)工程上采用模糊控制技術(shù)的前提是必須裝有變頻壓縮機(jī)。

　 　模糊控制的控制方案是由某些"如果-那么"這樣的條件語句構(gòu)成。這些條件語句都是模糊語句，表示了工程狀態(tài)和控制行為之間的關(guān)系，稱之為"行為規(guī)則集"。行為規(guī)則集不是一個(gè)簡單的查詢集，是要從目前的實(shí)際狀態(tài)出發(fā)，通過行為規(guī)則集的推理得到控制方案，即產(chǎn)生"模糊推理算法"。模糊控制工程的關(guān)鍵部分是"行為規(guī)則集"和"模糊推理算法"兩大部分。前者是人工操作的經(jīng)驗(yàn)，后者涉及模糊集的運(yùn)算與理論。模糊控制工程還必須有感知目前狀態(tài)的傳感器工程及控制行為指令的輸出工程。傳感器工程是通過光電信號(hào)對(duì)控制對(duì)象的目前狀態(tài)進(jìn)行測量的工程，控制行為指令輸出工程是改變控制對(duì)象未來狀態(tài)的工程，它們都是控制器的硬件部分。

　　變頻水管戶式中央空調(diào)工程的模糊控制就是快速感知空調(diào)房間和環(huán)境的各主要參數(shù)，即通過傳感器獲得室溫變化、室內(nèi)外溫濕度、房間使用情況和人的狀態(tài)等大量數(shù)據(jù)，將這些實(shí)測數(shù)據(jù)與大量經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)相比較，應(yīng)用模糊理論使變頻壓縮機(jī)、電子膨脹閥和風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速及水工程的流量調(diào)節(jié)閥等這些執(zhí)行機(jī)構(gòu)做出相應(yīng)的快速調(diào)節(jié)。在舒適性空調(diào)中，影響舒適度的六個(gè)因素是人體的活動(dòng)量，著衣量，室內(nèi)外溫、濕度，氣流的強(qiáng)度和方向，以及輻射熱的大小。模糊控制根據(jù)這六個(gè)要素綜合判斷，得出最優(yōu)的控制方案。在控制目標(biāo)方面從早期的溫度控制發(fā)展到以PMV（Predicted Mean Vote）作為控制基準(zhǔn)，即：


(3)利用變頻模糊控制，可以使變頻水管戶式中央空調(diào)工程具有以下功能：

(1) 快速制冷制熱功能，控制除濕運(yùn)行；
(2) 高溫制冷及除霜優(yōu)化控制；
(3) 工程巡檢，調(diào)節(jié)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速；
(4) 結(jié)合"人體PMV感知器"進(jìn)行綜合判斷分析比較；
(5) 工程節(jié)能運(yùn)行且噪音低。


因而具有以上功能的模糊變頻的優(yōu)化控制技術(shù)為空調(diào)器帶來的主要優(yōu)點(diǎn)有：

(1) 高效節(jié)能。由于壓縮機(jī)大部分時(shí)間處于變頻控制的工作狀態(tài)，減少了空調(diào)器起停時(shí)的能量損失；基于優(yōu)化的模糊變頻控制技術(shù)工程的室外機(jī)的運(yùn)行與室內(nèi)的負(fù)荷及參數(shù)變化趨勢(shì)相匹配，因而提高了工程運(yùn)行的能效比。
(2) 穩(wěn)定可靠。采用模糊變頻控制技術(shù)后，工程長期處于平穩(wěn)的動(dòng)態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，大大減少了壓縮機(jī)啟停次數(shù),增強(qiáng)了壓縮機(jī)壽命。
(3) 范圍寬廣。采用模糊變頻控制技術(shù)后，變頻水管戶式中央空調(diào)工程的制冷(熱)量有較大的變化范圍，可以適用于多種工況及工程的優(yōu)化除霜。
(4) 超級(jí)舒適�；�于"人體PMV感知器"進(jìn)行綜合判斷分析,使連續(xù)可調(diào)的戶式中央空調(diào)工程達(dá)到設(shè)定溫度快，不僅溫度波動(dòng)小，而且滿足了人體的綜合舒適要求。
(5) 運(yùn)轉(zhuǎn)噪音低。工程處于連續(xù)的動(dòng)態(tài)中低工況運(yùn)轉(zhuǎn)，大大減少壓縮機(jī)的啟停，減少了噪音


4. 結(jié)論

對(duì)戶式中央空調(diào)工程特點(diǎn)進(jìn)行簡單的介紹。以制冷工程熱力學(xué)理論為基礎(chǔ)，根據(jù)工程的參數(shù)動(dòng)態(tài)分布、相互關(guān)聯(lián)的理論對(duì)變頻水管戶式中央空調(diào)工程的多目標(biāo)優(yōu)化方法進(jìn)行分析。工程優(yōu)化計(jì)算方法與工程動(dòng)態(tài)模擬相結(jié)合，不僅實(shí)現(xiàn)了變頻水管戶式中央空調(diào)工程的模擬優(yōu)化，而且對(duì)工程

廠房通風(fēng)機(jī)
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54寸負(fù)壓風(fēng)機(jī)

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