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新模型系列風(fēng)優(yōu)化設(shè)計(jì)
發(fā)布時(shí)間：2021-04-19
摘要:介紹了新模型系列風(fēng)機(jī)的快速優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)算方法,為簡化設(shè)計(jì)計(jì)算及方便實(shí)踐應(yīng)用,采用了電子表格進(jìn)行風(fēng)機(jī)機(jī)號、性能參數(shù)流量壓力的取值即最高轉(zhuǎn)速確定匹配關(guān)系:與風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子組主軸強(qiáng)度、臨界轉(zhuǎn)速、軸承壽命的匹配關(guān)系;與風(fēng)機(jī)葉輪軸盤尺寸的匹配關(guān)系:與電機(jī)功率安全系數(shù)、電機(jī)極數(shù)匹配關(guān)系的應(yīng)用計(jì)算。并以CF51新模型系列風(fēng)機(jī)采用電子表格設(shè)計(jì)計(jì)算方法為例,進(jìn)行詳細(xì)說明。
隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,以及國家對環(huán)保節(jié)能產(chǎn)品的要求,近年來風(fēng)機(jī)行業(yè)協(xié)會、各大院校研究所、風(fēng)機(jī)專業(yè)制造廠家都在積極研發(fā)新型節(jié)能高效低噪環(huán)保的風(fēng)機(jī)氣動模型,并取得了相當(dāng)?shù)某煽?。但也存在著重理論氣動模型研發(fā)、對與工廠制造銜接的系列優(yōu)化規(guī)劃與部件結(jié)構(gòu)工藝設(shè)計(jì)重視不夠,使研發(fā)的新模型風(fēng)機(jī)特別是在工業(yè)領(lǐng)域風(fēng)機(jī),無論在研發(fā)進(jìn)度、研發(fā)質(zhì)量、使用可靠性上都未真正體現(xiàn)新模型風(fēng)機(jī)氣動性能研發(fā)價(jià)值。筆者在風(fēng)機(jī)行業(yè)從業(yè)多年,已有多個(gè)新模型系列風(fēng)機(jī)產(chǎn)品成功研發(fā)成為公司主導(dǎo)產(chǎn)品。現(xiàn)對新模型系列風(fēng)機(jī)用電子表格計(jì)算(Excel)的快速優(yōu)化設(shè)計(jì)方法予以闡述設(shè)計(jì)思路
無論是引進(jìn)消化、校企合作還是自主開發(fā),當(dāng)新模型風(fēng)機(jī)氣動性能樣機(jī)經(jīng)實(shí)測達(dá)到設(shè)計(jì)要求,就需轉(zhuǎn)入系列優(yōu)化規(guī)劃設(shè)計(jì)與部件結(jié)構(gòu)工藝設(shè)計(jì)等具體開發(fā)內(nèi)容上來。系列規(guī)劃設(shè)計(jì)中涉及風(fēng)機(jī)機(jī)號、性能參數(shù)流量壓力的取值即最高轉(zhuǎn)速確定匹配關(guān)系:與風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子組主軸強(qiáng)度、臨界轉(zhuǎn)速、軸承壽命的匹配關(guān)系;與風(fēng)機(jī)葉輪軸盤尺寸的匹配關(guān)系;與電機(jī)功率安全系數(shù)、電機(jī)極數(shù)匹配關(guān)系等。上述系列規(guī)劃設(shè)計(jì)完成以后,就可轉(zhuǎn)入結(jié)構(gòu)工作圖設(shè)計(jì)。筆者以CF51新模型風(fēng)機(jī)系列規(guī)劃用電子表格計(jì)算為例,進(jìn)行詳細(xì)說明。
風(fēng)機(jī)機(jī)號、性能流量壓力的分布取值范圍
CF51風(fēng)機(jī)葉輪采用強(qiáng)后向多圓弧板式葉片,葉輪直徑800m時(shí)的樣機(jī)最高效率79.5%、全壓系數(shù)為0.512、比轉(zhuǎn)速為27.4。
CF51風(fēng)機(jī)機(jī)號葉輪直徑尺寸按GB/T17774《工業(yè)通風(fēng)機(jī)尺寸》標(biāo)準(zhǔn),取為315、355、400、450、500、560、710、800、900、1000、120、1250、1400、1600、1800、2000等共十六個(gè)機(jī)號。
CF51性能參數(shù)流量壓力的取值須經(jīng)前期市場調(diào)研,滿足彌補(bǔ)本公司選型的空白點(diǎn),及對本公司歷史產(chǎn)生的較多非標(biāo)定制進(jìn)行統(tǒng)計(jì),初步的確定性能參數(shù)流量壓力的取值。對中小型工業(yè)風(fēng)機(jī)而言,在全壓系數(shù)、比轉(zhuǎn)速、風(fēng)機(jī)機(jī)號確定的情況下,確定性能參數(shù)一般即指最高轉(zhuǎn)速確定后的
最高壓力取值CF51機(jī)號500風(fēng)機(jī)初定設(shè)計(jì)最高轉(zhuǎn)速為4200/min,最高全壓為8125Pa,見表1;
表1~表2中用電子表格計(jì)算方式,原始參數(shù)為CF51樣機(jī)測試值,改變設(shè)計(jì)參數(shù)值中的機(jī)號/葉輪直徑D1、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速n1、進(jìn)氣介質(zhì)密度p1即可進(jìn)行風(fēng)機(jī)性能的變換計(jì)算。
3風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子組主軸強(qiáng)度、臨界轉(zhuǎn)速、軸承壽命
當(dāng)初步的性能參數(shù)流量壓力的取值、最高轉(zhuǎn)速確定以后,需進(jìn)行轉(zhuǎn)子組主軸強(qiáng)度、臨界轉(zhuǎn)速軸承壽命等的計(jì)算。CF1風(fēng)機(jī)均按C式三角帶傳動進(jìn)行配置計(jì)算,對其中CF51機(jī)號500、800250、2000風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)子組主軸強(qiáng)度、臨界轉(zhuǎn)速、軸承壽命初定設(shè)計(jì)配置計(jì)算見圖1、表5風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子組主軸強(qiáng)度、臨界轉(zhuǎn)速、軸承壽命電子表格計(jì)算方式見表六,以CF51機(jī)號800風(fēng)機(jī)為例。CF51機(jī)號800風(fēng)機(jī)初定設(shè)計(jì)最高轉(zhuǎn)速為2900/min,計(jì)算結(jié)果為主軸強(qiáng)度:RB處最大復(fù)合應(yīng)力o&l;[o-1]w主軸(一般碳素鋼)許用彎曲應(yīng)力,20.38MPa40~65MPa,主軸強(qiáng)度滿足安全要求。
主軸臨界轉(zhuǎn)速:主軸計(jì)算臨界轉(zhuǎn)速nc=5745/min,800風(fēng)機(jī)初定設(shè)計(jì)最高轉(zhuǎn)速n=2900/min,計(jì)算的安全系數(shù)nc/n=5745/2900=1.98,nc〉1.3n主軸臨界轉(zhuǎn)速滿足安全要求。以nc&g;1.3n為安全系數(shù)反算,主軸最大可運(yùn)行轉(zhuǎn)速n4419/min，軸承壽命:CF51機(jī)號800風(fēng)機(jī)最高全壓為0447Pa,必須考慮軸向力Fa對軸承壽命的影響,
以RA或RB取較大受力支點(diǎn)計(jì)算(非相同型號軸承需都算一下),計(jì)算的軸承壽命為107160h≈12.23年,滿足壽命要求注意序號8帶輪直徑D尺寸2對主軸RA或RB的受力及軸承壽命影響,需反復(fù)核算。
在軸承壽命計(jì)算時(shí),必須計(jì)入離心通風(fēng)機(jī)的軸向推力回。單吸入風(fēng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的軸向推力對軸承壽命影響,如采用深溝球軸承計(jì)算壽命通不過時(shí),可采用球面滾子、角接觸球等不同類型軸承反復(fù)核算,達(dá)到100以上理論壽命為妥,采用不同類型軸承時(shí),需注意軸承極限轉(zhuǎn)速對風(fēng)機(jī)最高允許運(yùn)行轉(zhuǎn)速的限制。
表6的電子表格計(jì)算方式,可通過改變設(shè)計(jì)原始參數(shù)值中序號112風(fēng)機(jī)葉輪重量、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、軸承箱主軸、功率、帶輪直徑等設(shè)計(jì)參數(shù)值,即可進(jìn)行風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子組的變換計(jì)算。
4與風(fēng)機(jī)葉輪軸盤尺寸的匹配關(guān)系
CF51風(fēng)機(jī)比轉(zhuǎn)速為27.4,屬中低比轉(zhuǎn)速風(fēng)機(jī),葉輪葉片出口寬度較窄。一般工廠內(nèi)部都有規(guī)格化的軸盤尺寸系列。按以上方法初定好轉(zhuǎn)子組規(guī)格,其主軸直徑、軸承型號、對應(yīng)軸盤外徑及軸盤內(nèi)孔基本確定。為防止葉輪軸鹽搭子對葉片進(jìn)口流道堵塞,需進(jìn)行葉輪輪蓋進(jìn)口與軸盤搭子的截面積之比校核,見表7。
表7中的A值,文獻(xiàn)[6-7]給出了設(shè)計(jì)理論參數(shù),考慮滿足系列規(guī)劃設(shè)計(jì)及軸盤“三化&dquo;要求,筆者認(rèn)為輪蓋/葉片進(jìn)口圓環(huán)面積比A、葉輪內(nèi)軸盤搭子高度hl/葉輪葉片出口寬度b2比B,滿足或接近模型樣機(jī)系數(shù)值,且盡量保證軸盤搭子與進(jìn)氣氣流流通面為弧形圓滑過渡,是可以滿足相似設(shè)計(jì)條件的。
5與電機(jī)功率安全系數(shù)、極數(shù)匹配關(guān)系
表8中的允許最大軸功率值,與表一~表四中用電子表格計(jì)算,改變設(shè)計(jì)參數(shù)值中的機(jī)號/葉輪直徑D、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速n1l、進(jìn)氣介質(zhì)密度p1得出的NI內(nèi)功率相匹配校核,在保證電機(jī)安全系數(shù)的情況下,得到最大的性能參數(shù)流量壓力值,并最終確定電機(jī)規(guī)格。
6結(jié)論
我公司近些年在新模型風(fēng)機(jī)氣動性能研發(fā)、樣機(jī)測試完成以后,通過在系列優(yōu)化規(guī)劃與部件結(jié)構(gòu)工藝設(shè)計(jì)等具體開發(fā)內(nèi)容上產(chǎn)生的問題,不斷總結(jié),逐步摸索出采用電子表格計(jì)算的方法,掌握了一套快速準(zhǔn)確完成系列優(yōu)化規(guī)劃轉(zhuǎn)入結(jié)構(gòu)工作圖設(shè)計(jì)的實(shí)用方法。該方法對離心風(fēng)機(jī)、軸流風(fēng)機(jī)、空調(diào)風(fēng)機(jī)、工業(yè)風(fēng)機(jī)、單進(jìn)風(fēng)風(fēng)機(jī)、雙進(jìn)風(fēng)風(fēng)機(jī)均適用。并建議為滿足系列化、標(biāo)準(zhǔn)化、通用化的“三化&dquo;要求,建議有實(shí)力的風(fēng)機(jī)廠在新模型風(fēng)機(jī)研發(fā)前期準(zhǔn)備時(shí),應(yīng)考慮對轉(zhuǎn)子組傳動箱、軸盤等工廠內(nèi)部基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)件進(jìn)行整理完善,來滿足與研發(fā)風(fēng)機(jī)全系列機(jī)號的合理匹配,為轉(zhuǎn)入結(jié)構(gòu)工作圖設(shè)計(jì)帶來方便。
本文的CF51新模型風(fēng)機(jī)系列優(yōu)化規(guī)劃的快速設(shè)計(jì),所有的表格內(nèi)容數(shù)據(jù)均為計(jì)算最終稿,實(shí)際需運(yùn)用電子表格進(jìn)行風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子組主軸強(qiáng)度、臨界轉(zhuǎn)速、軸承壽命、葉輪軸盤尺寸、電機(jī)功率匹配等參數(shù)的聯(lián)動變換計(jì)算,并熟悉掌握其變化規(guī)律,提高計(jì)算準(zhǔn)確度與工作效率。采用上述CF51新模型風(fēng)機(jī)系列優(yōu)化規(guī)劃的快速設(shè)計(jì)方法,同樣也適用于結(jié)構(gòu)工作圖設(shè)計(jì),將另文贅述風(fēng)機(jī)行業(yè)的《高效節(jié)能離心通風(fēng)機(jī)系列化基本模型研發(fā)》,根據(jù)計(jì)劃進(jìn)度要求完成系列樣機(jī)標(biāo)定后,向行業(yè)推廣。屆時(shí)可參考本文所述的系列優(yōu)化規(guī)劃的快速設(shè)計(jì)方法,實(shí)踐證明因其簡單、實(shí)用、有效,相信一定會達(dá)到事半功倍的效果。
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