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如何實現風機葉片的優化？

作者：復材在線 編譯    來源：風電工程學

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是一種復合材料結構分析及優化軟件，是專為含有復合材料的宇宙飛船設計的，其故障容差為零,屋頂排風機。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，依然如此。在設計風機葉片時，重量起著極其重要的作用。由于葉片更輕，它所采用的原材料就更少，就更易于制造和運輸，同時疲憊載荷也就更低。 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查表明葉片故障率高達20%），故障停工代價高，不利于企業，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構應力分析和尺寸優化工具，可自動與很多有限元分析（(FEA)）解算器共同工作。在一個反饋環路中，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化，使設計師幾乎能夠控制一切設計細節。 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，展示了復合材料轉子葉片的復雜性。 HyperSizer軟件可用以優化復合材料、結構、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進步葉片的效率和性能，削減捕捉風資源的本錢，使風能比石化燃料更具競爭力。為了增加風力發電機的發電容量，就必須增加葉片的長度（一個風電機所能捕捉的風能與其葉片長度面積成正比）。固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。由于更輕的質量意味著更好的性能，更長的使用壽命，更低的制造本錢和更短的生產周期，所有這些因素都會進步風力發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，它幫助使用者從結構上削減了至少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），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，實用規模風力發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，設計工程題目就變得越來越嚴重，諸如結構強度、疲憊性能、抗彎穩定性、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外形的硬度，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公道布局，避免因氣轉動性載荷引起的不穩定性。 HyperSizer進行板材調換，尋找最符合葉片特定部位設計要求的板材 為了優化葉片設計，此軟件從傳統有限元分析結束的地方開始。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合，核實風機葉片的結構完整性，猜測所有氣轉動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。為解決分歧格安全因素，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查，該軟件可實現最優設計。從模型的設置、運行到測試結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部部件的載荷，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，該軟件會對很多不同的失效模式進行分析，所有葉片區域、一切載荷情況和分析都可實現正安全邊際（安全系數為1）。此外，該軟件還可用于板材設計。例如，蜂窩板或泡沫夾心結構可能都適宜于剪切腹板，而結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外形。 進步葉片的可制造性和疲憊壽命可使片層脫離實現最小化，從而削減本錢。 該軟件避免了人工計算、離線電子數據表、重建模型及長期運行成批作業。此外，它可對層片脫離和層片增加模式進行評估，有助于發現符合強度要求的最輕層壓板，且轉移區域最小。 HyperSizer可對含有螺栓、粘結接口（如剪切腹板與表層）的葉片區域進行評估。對螺栓區域進行分析，優化連接點的厚度，可防止由較重結構引起過度建造的一般性題目。而對粘結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。 材料的內置資料庫可控制材料的溫度及濕度依靠性性能，同時內置資料庫可根據軟件公司及項目資料進行定制。數據庫包括金屬物質（各向同性）、石墨和玻纖系統，夾芯板（蜂窩結構、泡沫結構、合成結構），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。 在美國國家航空航天局蘭利研究中心對該軟件的某些應用中，它既是項目的最初設計工具，又是終極設計工具（飛行認證），如戰神5號火箭和宇航員的復合材料船員艙。 當前的經濟天氣與政治天氣非常適合風電行業的發展，然而風力發電機的性能，葉片設計，先進材料及質量必須達到最高標準才能推進該行業的發展。HyperSizer軟件具有復合材料分析功能，對航空航天產業具有很大的價值，同時預備為風電行業提供相同的設計支持。對風電行業而言，分享航空領域積累的技術知識的時間到了。(end)

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收錄時間:2011年01月27日 23:07:54 來源:復材在線 編譯來源：風電工程學 作者:

??? 1) 換氣次數不小于6h-1。 ??? 2) 排風按上部排出風量的1/3~1/2，下部排風1/2~2/3 計算。 ??? 3) 面積超過2000m2 的應設機械排煙，且補風量不小于排煙量的50%。 ??? 4) 若設機械排煙，每個防煙分區不宜超過2000m2，建議每個分區設一套排煙系統。 ??? 2. 通風方式比較 ??? 1) 排風、排煙系統完全分開。簡單易行，安全可靠，但風管多，不易布置。 ??? 此時排風機入口設常開型70℃防火閥,濕簾生產廠家，排煙風機入口設常閉型排煙防火閥，280℃熔斷�；馂臅r排風機處防火閥動作聯鎖關閉排風機；同時煙感動作電控開啟排煙防火閥及排煙風機，至280℃時排煙防火閥熔斷聯鎖關閉排煙風機，結束排煙。 ?? 1. 有關規范要求（《建規》，《高規》及《汽規》） ??? 1) 換氣次數不小于6h-1。 ??? 2) 排風按上部排出風量的1/3~1/2，下部排風1/2~2/3 計算。 ??? 3) 面積超過2000m2 的應設機械排煙，且補風量不小于排煙量的50%。 ??? 4) 若設機械排煙，每個防煙分區不宜超過2000m2，建議每個分區設一套排煙系統。 ??? 2. 通風方式比較 ??? 1) 排風、排煙系統完全分開。簡單易行，安全可靠，但風管多，不易布置。 ??? 此時排風機入口設常開型70℃防火閥，排煙風機入口設常閉型排煙防火閥，280℃熔斷。火災時排風機處防火閥動作聯鎖關閉排風機；同時煙感動作電控開啟排煙防火閥及排煙風機，至280℃時排煙防火閥熔斷聯鎖關閉排煙風機，結束排煙。
???? ??? 摘? 要： 本文介紹了通過連續的狀態監測對杭州汽輪機廠引進的德國西門子公司的三系列反 動式工業汽輪機主油泵聯軸器及1#瓦的碰磨故障的分析處理過程，提高了在這一領域的認識。積極推行該技術的應用。避免突發性故障的發生，避免了被迫停機對生產的沖擊。 ??? 關鍵詞： 振動監測 數據采集 頻譜分析 故障診斷 ? ?? 1 概述 ??? 我廠現采用的高爐汽輪鼓風機為陜西風機廠的AV系列風機，采用杭州汽輪機廠引進的德國西門子公司的三系列反 動式工業汽輪機拖動。該系列工業汽輪機設計先進、結構緊湊、技術裝備水平高，工作可靠，性能穩定等特點。 相關閱讀:

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