風機結構設計方法與流程

2023-05-19 01:06:31

本發明涉及一種風機結構設計方法，屬於電器機械結構的工業設計領域。

背景技術：

主變壓器的風機的振動特性一直是研究人員比較關注的問題。風機在高速運行過程中，軌道的不平順及列車運行速度的變化引起車體隨機的振動，車體將振動能量傳遞到主變壓器風道後，其垂向加速度激勵頻率的頻譜比較寬，主變壓器風道在使用過程中承受具有不同激勵頻率的垂向加速度載荷，對於垂向加速度激勵頻率是否與主變壓器風道固有頻率相近或者相同，而引起主變壓器風道產生共振，產生過大的應力，導致風道產生局部裂紋並進一步擴展而導致斷裂，這方面研究在國內外還是較少的。

技術實現要素：

本發明旨在克服現有技術的不足，提供一種改進的風機結構設計方法，可以快速有效的得到風機結構中各組成件的形變頻率以及造成形變的力，再通過諧響應分析得到組成件形變的具體點以及可以提供對組成件進行優化改造的具體建議，調整風機結構。

本發明提供的一種風機結構設計方法，該方法針對風機結構的各組成件，根據其振動特性，根據模態分析法，提取特定階數的模態，得到所述組成件的敏感區域；在所述敏感區域上施加激勵，並分析其諧響應曲線，得到需要加強或調整結構的具體位置形狀，最終通過工業設計優化風機結構。

所述模態分析法，提取特定階數的模態，具體指採用分塊蘭索斯法、子空間法、能量法或者householder-二分-逆迭代算法，提取至少前5階的模態。

所述組成件的振動特性分析，具體過程為：

首先，建立組成件的實體模型，對所述實體模型建立有限元模型，

其次，設定模型的材料參數及物理特性。

優化風機機構通過調整組成件的形狀、增設加固裝置或者使用更加堅固的材料。

通過組成件的模態分析，對其施加加速度激勵載荷和載荷步後進行諧響應分析。

本發明採用以上技術方案與現有技術相比，具有以下技術效果：

本發明實施提供的風機結構設計方法，採用模態分析法，可以快速有效的得到風機結構中各組成件的形變頻率以及造成形變的力，再通過諧響應分析得到組成件形變的具體點以及可以提供對組成件進行優化改造的具體建議，本發明方法簡單，可操作性搞，通過改善組成件的剛度分布，避免共振現象產生，提高各組成件的壽命。

具體實施方式

本發明的實施提供一種風機結構設計方法，為使本領域技術人員更好地理解本發明的技術方案，下面結合具體實施方式對本發明作進一步詳細描述。實施方式是示例性的，僅用於解釋本發明，而不能解釋為對本發明的限制。

該方法針對風機結構的各組成件，根據其振動特性，根據模態分析法，提取特定階數的模態，得到所述組成件的敏感區域；在所述敏感區域上施加激勵，並分析其諧響應曲線，得到需要加強或調整結構的具體位置形狀，最終通過工業設計優化風機結構。

所述組成件的振動特性分析，具體過程為：

首先，建立組成件的實體模型，對所述實體模型建立有限元模型，通過pro／e軟體建立風機的實體模型，其分布質量與實際一致。所建立的模型簡化了原有風機模型的某些細節特徵，以提高隨後有限元前後處理和求解的效率。將風機三維模型導入hypermesh劃分網格3並利用ansys求解器進行計算。主變壓器風機網格模型採用四節點四邊形單元shell63。劃分後的網格單元數是56466個，節點數是55580個。

其次，風機組成件有限元模型建立後，給模型設定材料參數和物理特性。

所述模態分析法，提取特定階數的模態，具體指採用分塊蘭索斯法、子空間法、能量法或者householder-二分-逆迭代算法，提取至少前5階的模態。

本實施例中對於模態分析方法可採用分塊蘭索斯法，適用於大多數模態分析場合，在具有或沒有初始截斷點時同樣有效，可以很好的處理剛體振型，缺點是需要較高的內存。

子空間法比較適合提取中型到大型模型的較少的振型，在風機結構這種具有較好的單元形狀的實體上，採用該方法只需要較少內存。

通過組成件的模態分析，對其施加加速度激勵載荷和載荷步後進行諧響應分析。通過模態分析發現當風機組成件的某一部分與加速度激勵荷載發生共振時，其應力較高，是產生局部裂紋的高危區，其應力約為134mpa，超出材料的許用應力125mpa，易導致裂紋。

優化風機機構通過調整組成件的形狀、增設加固裝置或者使用更加堅固的材料。為使組成件的該部分固有頻率避開加速度激勵荷載的振動頻率，以改善該組成件的的剛度分布，將該組成件的部分形態做一定的適應性調整或者再使用相同型材進行加固。

最終，通過ansys求解新結構風機組成件的模態，計算其同有頻率，可以看出，其可以很好的避免共振現象產生，通過該方法大大延長了風機組成件的壽命，尤其是某些特殊組成件，直接使得風機的使用效率增加。

以上實例僅為說明本發明的技術思想，不能以此限定本發明的保護範圍，凡是按照本發明提出的技術思想，在技術方案基礎上所做的任何改動，均落入本發明保護範圍之內。