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叶片设计开发流程-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述：叶片是旋转机械设备中的重要部件，其设计对设备的性能和效率具有重要影响。
叶片设计开发流程是指通过对设计需求进行分析、叶片几何设计和叶片性能评估等阶段，逐步完成叶片设计的过程。
在本篇文章中，将详细介绍叶片设计开发流程的各个阶段，包括设计需求分析、叶片几何设计和叶片性能评估。
通过对这些内容的研究，可以提高叶片设计的效率和准确性，为旋转机械设备的性能提升提供技术支持。
json"1.2 文章结构": {"本文将分为三个主要部分来讨论叶片设计开发流程。
首先，我们将在第二部分中进行设计需求分析，以确定叶片设计的基本要求和限制条件。
其次，我们将探讨叶片几何设计的过程，包括叶片的参数化建模、CAD设计和几何优化。
最后，我们将对叶片的性能进行评估，包括流动仿真和实验验证。
通过这三个主要部分的讨论，我们将全面了解叶片设计开发的流程及关键步骤。
"}1.3 目的本文的目的是介绍叶片设计开发的流程，通过对设计需求分析、叶片几何设计和叶片性能评估这三个关键步骤的详细讨论，帮助读者全面了解如何进行叶片设计。
同时，通过总结设计开发流程，提供一些建议和技巧，帮助读者更高效地进行叶片设计开发工作。
另外，本文还将展望未来叶片设计的发展方向，为读者提供更多的思路和启发。
通过本文的学习，读者可以更深入地了解叶片设计的复杂性和重要性，为未来的叶片设计工作提供有益的参考和借鉴。
2.正文2.1 设计需求分析设计需求分析是叶片设计开发流程中的关键步骤之一，通过对产品需求的详细分析，可以明确叶片设计的具体要求和目标。
在进行设计需求分析时，需要考虑以下几个方面：首先，要对叶片的使用环境进行充分了解。
这包括叶片所用的领域和具体应用场景，例如是用于风力发电、航空发动机还是水泵等。
不同的使用环境将对叶片的材料、形状、尺寸等设计要求产生影响。
其次，需要明确叶片的性能需求。
风机选型及计算风机是输送⽓体的机械总称。
风机是⼀种通⽤⼯业设备产品，⽤途⾮常⼴泛，公共的、商业的民⽤建筑和⼏乎所有的⼯业⼚房和⽣产线上都离不开风机的应⽤。
同时，风机作为除尘设备的动⼒装置，其选型对除尘效果起到相当重要的作⽤。
风机分类：按流动⽅向分类：离⼼式：⽓流轴向进⼊叶轮后主要沿径向流动。
轴流式：⽓流轴向进⼊风机叶轮后近似地在圆柱型表⾯上沿轴线⽅向流动。
混流式：在风机的叶轮中⽓流的⽅向处于轴流式与离⼼式之间，近似沿锥⾯流动。
横流式：横流式通风机有⼀个筒形的多叶叶轮转⼦，⽓流沿着与转⼦轴线垂直的⽅向，从转⼦⼀侧的叶栅进⼊叶轮，然后穿过叶轮转⼦内部，通过转⼦的另⼀侧的叶栅，将⽓流排出。
按⽤途分类：按通风机的⽤途分类，可分为引风机，纺织风机，消防排烟风机。
通风机的分类⼀般以汉语拼⾳字头代表。
风机⽤途及分类风机分类：按⽐转速分类：⽐转速是指达到单位流量和压⼒所需转速。
1.低⽐转速（n=11～30）该类风机进⼝直径⼩，⼯作轮宽度不⼤，蜗壳的宽度和张开度⼩。
通风机的⽐转速越⼩，叶⽚形状对⽓动特性曲线的影响越⼩。
2.中⽐转速（n=30～60）该类风机各⾃具有不同的⼏何参数和⽓动参数。
压⼒系数⼤的和压⼒系数⼩的中⽐转速通风机，它们的直径⼏乎相差⼀倍。
3.⾼⽐转速（n=60～81）该类风机具有宽⼯作轮和后向叶⽚，叶⽚数较少，压⼒系数和最⼤效率值较⾼。
离⼼风机的表⽰：风机⾏业对风机型号的表述已作明确的规定。
离⼼通风机的型号由名称、型号、机号、传动⽅式、旋转⽅向和出风⼝位置六部分内容组成，其排列序号如图所⽰。
1⽤途代号按相关规定（⼀般按⽤途名称拼⾳的第1个⼤写字母）。
2压⼒系数的5倍化整后采⽤⼀位数。
个别前向叶轮的压⼒系数的5倍化整后⼤于10时，也可⽤⼆位数表⽰。
3⽐转速采⽤两位整数。
若⽤⼆叶轮并联结构，或单叶伦双吸结构，则⽤2乘⽐转速表⽰。
4若产品的型式有重复代号或派⽣型时，则在⽐转速后加注序号，采⽤罗马数字Ⅰ、Ⅱ等表⽰。
.集团空调事业部企业标准QJ/MK03.019-2002 空调风轮、风叶选型与设计规范.1.范围1.1 本设计规范规定了空调器常用风轮：轴流、贯流和离心风轮的的设计基本要求、材料和选用原则；供设计人员在风轮设计时参考；1.2 本设计规范给出了外协厂加工制作的风轮的配套安装和部件的技术要求。
2.相关标准：QJ/MK05.050-2001 空调用风轮风叶技术条件GB1800.2-1998 公差、偏差和配合的基本规定（ISO286-1：1988）GB/T14486-93 工程塑料摸塑塑料件尺寸公差。
SJ/T10628-1995 塑料件尺寸公差。
QJ/MK05.916-2002 AS类塑料材料3.术语和定义：3.1 借用风轮：为空调内部结构改变不大时，采用的原同类规格空调的风轮；3.2 专用风轮：为空调内部结构变化较大，使用规格较少时新选配和新设计改进的风轮，往往无法借用通用件中的风轮。
3.3 叶轮形式定义：按气流的进、出气方向可以分为离心、轴流叶轮；气流两次流经叶片，横贯叶轮时称为贯流叶轮或横流叶轮。
3.4 叶轮的命名符号及意义：3.4.1 离心叶轮的命名和符号意义：MDLX（离心风轮）-D外直径*H（高度）-（生产厂家或供货厂家）-M（摸具编号A、B、C……）3.4.2 贯流叶轮：MDGL（贯流风轮）-D外径-（生产厂家或供货厂家）-M（摸具编号A、B、C……）3.4.3 轴流叶轮MDZL（轴流风轮）-D外直径*H（高度）-（生产厂家或供货厂家）-M（摸具编号A、B、C……）3.4.4 生产厂家代号规定：目前提供叶轮的工厂有如下单位，按厂家名称的汉语拼音第一个字母为厂家代号，例如：SW—顺威风轮；LD—郎迪风轮；TD—天大风轮；DY-宁波德业风轮；……4. 风轮的选用设计规范：4.1 风轮的选用原则：4.1.1 借用风轮的选用原则：4.1.1.1 风轮的形式选用：参考如下形式分类进行基本形式确定：分体室外机====轴流风轮：分体室内机====贯流（横流）风轮：有不等距、等距和斜扭等不同叶型规格柜机室内机====多叶离心风轮（有单吸和双吸之分）柜机室外机=====轴流风轮嵌入式室内机===离心风轮嵌入式室外机===轴流风轮商用空调室内机====多叶离心（单吸和双吸风轮）4.1.1.2风轮规格的确定在所采用的空调器结构没有更改的条件下，主要结构部件是指：板金结构件外型、蒸发器的结构形式和形状尺寸、电机的支架和安装位置、方式等，严格按照《标准件手册》---通用件中规定确定的风轮规格进行，不得任意更换风轮；在内部结构有更改或改进时，需要对《标准件手册》---通用件中推荐的叶轮进行匹配实验，风量和噪声测试验证，达到设计要求时可以采用；达不到整机的设计要求时，通过转速调节的方式来改进，再实验验证风量和噪声要求；如果还是达不到需求，则要通过新选叶轮和设计新叶轮的方式来实现，最后确认制做。
叶片选型的技术流程潘东浩浙江运达风力发电工程有限公司2009.9•叶片是风力机最核心的部件之一•叶片的选型是风力机设计的源头初步评估稳态性能计算共振风险评估整机载荷计算载荷评估认证情况样片测试挂机试运行整机载荷评估叶片载荷评估净空风险评估评估叶片总体参数片的总体设计参数。
•主机厂初步评估该叶片是否符合机组的总体设计要求。
确认叶片的技术来源主机厂需要对叶片的技术来源加以确认，包括：•气动设计•结构设计•模具及工艺评估叶片技术文件•总体基本参数；•各截面几何参数；•质量及刚度分布；•各截面设计载荷；•初步性能计算。
叶片厂最好能提供叶片设计的技术原文件，通常包括：提供叶片数据包•首先，叶片厂应提供叶片数据包。
建立数学模型•导入叶片数据，和整机参数共同组成用于计算评估的数学模型。
计算λ-C曲线p•机组的发电量是主机厂和业主最关心的性能指标。
•这很大程度上取决于叶片的气动特性。
•首先计算λ-C p曲线•计算0度附近各桨距角对应的λ-C p曲线，从中选出最好的一条评价λ-C p 曲线•C p 峰值应尽可能大，峰值附近应尽可能平坦。
•根据以上原则选出的曲线，其最大C p 和最佳尖速比应该和叶片总体参数表中最大C p 及其设计尖速比一致或非常接近。
确定最佳桨距角及增益•最佳λ-C p曲线对应的桨距角即可设定为机组运行的最佳桨距角。
•将最大C p及其对应λ代入定出机组最优模态增益。
静态功率曲线计算•计算机组的静态功率曲线，得出机组稳定发电运行状态下的各项性能指标。
年发电量计算•基于静态功率曲线计算结果，估算出威布尔分布及相应年平均风速条件下整机的年发电量。
模态计算•模态计算，得到风轮面内面外各阶固有频率。
•计算结果应当和叶片总体参数表中的值相近。
坎贝尔图计算•计算Campbell Diagram，得到整机各子系统相互耦合状态下的频率特性，评估机组的共振风险。
基本控制算法设计•中低风速运行时采用转矩转速控制，跟踪最佳尖速比，尽量保持最大C，提高发电量；p•高于额定风速采用变桨控制，限制功率和转速。
在工业上螺旋输送机的螺旋叶片通常采用厚度为2mm—12mm的35号及45号钢制成。
在使用过程中，螺旋叶片尤其是叶片的外缘磨损较快，为了增加叶片的耐磨性，可对其进行热处理，使叶片表面硬化。
螺旋输送体的形成通常是先用钢板制成分段螺旋叶片，再将分段的螺旋叶片彼此对焊在一起，并将其焊接固定在螺旋轴上，即组成螺旋体。
螺旋体的制作方法主要有以下几种。
缠绕成形法：将带钢缠绕在螺旋形模具的空隙内强制成形。
缠绕时叶片外缘容易产生裂纹，叶片横截面容易发生弯曲，而且每种规格的叶片都要有专用的模具。
冷轧成形法：将带钢通过冷轧机上一对锥形轧辊的辗压，形成连续多圈的环状件，再令其通过螺旋分导装置，则成为具有左（右）旋向并有一定螺距的螺旋叶片。
这种方法制作的叶片其根部较厚，外边缘较薄。
拉制成形法：先将钢板冲裁成带缺口发平面圆环，再经过冲压或锤锻加工成一定螺距的螺旋叶片，然后将若干个这样的螺旋叶片焊接或铆接的、成一串连续的螺旋面。
用此方法生产的螺旋叶片整体厚度相同，但制造效率低而劳动强度较大。
泊头鑫海环保根据客户要求，螺旋叶片我们采用左旋方式，叶片采用厚度为6mm的45号钢制成。
在使用过程中，因叶片的外缘磨损较快，为了增加叶片的耐磨性，对螺旋叶片进行热处理。
叶片选型的技术流程
潘东浩
浙江运达风力发电工程有限公司
2009.9
•叶片是风力机最核心的部件之一•叶片的选型是风力机设计的源头
初步评估
稳态性能计算共振风险评估整机载荷计算载荷评估
认证情况
样片测试挂机试运行
整机载荷评估
叶片载荷评估
净空风险评估
评估叶片总体参数
片的总体设计参数。
•主机厂初步评估该叶
片是否符合机组的总
体设计要求。
确认叶片的技术来源
主机厂需要对叶片的技术来源加以确认，包括：•气动设计
•结构设计
•模具及工艺
评估叶片技术文件
•
总体基本参数；•
各截面几何参数；•
质量及刚度分布；•
各截面设计载荷；•初步性能计算。
叶片厂最好能提供叶片设计的
技术原文件，通常包括：
提供叶片数据包•首先，叶片厂应提供叶片数据包。
建立数学模型
•导入叶片数据，和整机参数共同组成用于计算评估的数学模型。
计算λ-C
曲线
p
•机组的发电量是主机厂和
业主最关心的性能指标。
•这很大程度上取决于叶片
的气动特性。
•首先计算λ-C p曲线
•计算0度附近各桨距角对应的λ-C p曲线，从中选出最好的一条
评价λ-C p 曲线
•C p 峰值应尽可能大，峰值附近应尽可能平坦。
•根据以上原则选出的曲线，其最大C p 和最佳尖速比应该和叶片总体参数表中最大C p 及其设计尖速比一致或非常接近。
确定最佳桨距角及增益
•最佳λ-C p曲线对应的桨距角
即可设定为机组运行的最佳
桨距角。
•将最大C p及其对应λ代入
定出机组最优模态增益。
静态功率曲线计算
•计算机组的静态功率曲线，得出机组稳定发电运行状态下的各项性能指标。
年发电量计算
•基于静态功率曲线计算结果，
估算出威布尔分布及相应年平
均风速条件下整机的年发电量。
模态计算
•模态计算，得到风轮面
内面外各阶固有频率。
•计算结果应当和叶片总
体参数表中的值相近。
坎贝尔图计算
•计算Campbell Diagram，得到整机各子系统相互耦合状态下的频率特性，评估机组的共振风险。
基本控制算法设计
•中低风速运行时采用转矩转速控制，跟踪最佳尖速比，尽量保持最大C
，提高发电量；
p
•高于额定风速采用变桨控制，限制功率和转速。
载荷优化算法——振动加速度反馈•在变桨距控制中引入塔顶振动加速度反馈，通过变桨改变风轮推力从而增加振动阻尼，限制塔顶振动位移量，降低塔底倾覆力矩疲劳载荷。
载荷优化算法——传动链加阻
•通过调整发动机转矩设定值，增加传动链阻尼，抑制传动链扭振，从而减小齿轮箱的疲劳载荷。
加入阻尼前后传动链扭振的频谱对比
参考标准
IEC61400-1(Edition1999、2005)(Onshore)；IEC61400-3(Offshore)；
GL Guideline 2003(supplement 2004)(Onshore)；
GL Guideline 2005(Offshore)目前国际上风机设计、认证，通常采用的标准有：
时域仿真计算
•严格按照标准并依据整机实际情况，正确定义各载荷工况，进行时域仿真计算，得到所有工况下载荷及其他各变量的时间序列
后处理——极限载荷
•对所有极限工况的载荷时间序列后处理，得到整机各部位的极限载荷，都以列表和柱状图导出：
后处理——疲劳载荷
•对所有疲劳工况载荷
时间序列做雨流循环
后处理，得到机组各
部位的疲劳载荷。
净空风险评估
•根据叶尖预弯量和整机相关
尺寸计算出静止情况下的净
空距离
•对所有极限工况时域仿真计
算结果进行后处理，得到极
限状态下的最小净空距离
•验证最小净空距离是否满足
标准的相关要求
整机载荷评估
•评估整机各部位的极限载荷和疲劳载荷。
•如果某部位载荷计算结果超过了相关设计载荷，则需要对结构、零部件做进一步校核计算，评估其极限强度和疲劳寿命的余量。
叶片载荷评估
•主机厂可将叶片各截面载荷反馈给叶片厂，用于叶片结构的校核验算
设计评估结论
•如果叶片出力性能好，没有共振风险，净空符合要求，并且叶片和机组相关结构、零部件的校核计算都通过，则认为该叶片为机组配套在设计上通过。
•通过了认证的叶片在设计上更有保障；•
采用认证过的叶片为机组配套，有助于整机认证。
叶片认证
•样片测试应严格按照IEC61400-23等有关标准，或认证机构的有关要求，进行静载、频率、疲劳等各种测试。
•样片试制完都应该测试，以检验其各方面性能是否达到设计要求。
•通过了测试的叶片，产品
性能和品质更有保障。
挂机试运行
与机组配套在各种工况
下的运行情况，都必须
通过实践检验；
•足够长时间的挂机试运
行是非常必要的。
总结
•叶片的配套选型是一个由多个技术环节紧密联系在一起的严谨流程。
•能否采用一款叶片不仅取决于叶片自身的性能，还取决于它和机组是否相配。
•本文未涉及对叶片的生产工艺、质量控制、成本控制、运行业绩等方面的评估。
节约能源，献人类清洁绿电保护环境，还自然碧水蓝天。
