车用替代燃料（通用6篇）
车用替代燃料 篇1
在石油资源日益减少、环境污染日益严重的双重作用下, 开发和寻找污染较少、经济便宜的车用替代燃料已忧为当务之急。车用替代燃料的选择标准主要包括:
(1) 资源必须丰富; (2) 价格应比较便宜, 以便于大范围推广; (3) 能量密度大, 热值高, 携带较少的数量时就能使汽车有足够的续驶里程; (4) 毒性低, 环境污染小; (5) 安全性好, 易于输送、贮存和使用; (6) 对内燃机的可靠性无不良影响。
根据以上选择标准, 有广阔发展前景的替代燃料主要有醇类燃料、乳化燃料、天然气、液化石油气、氢气等。
车用替代燃料 篇2
车用燃料乙醇汽油推广办公室：
车用乙醇汽油是一种绿色环保、完全燃烧的再生资源，乙醇汽油的推广是一件利国利民的大事。按照国家发展和改革委等八部委通知要求，中石油湖北销售公司本着“奉献能源、创造和谐”的企业宗旨，积极响应在湖北地区武汉、襄樊、荆门、随州、孝感、十堰、宜昌、黄石、鄂州9市对乙醇汽油的封闭运行工作，以“造福社会，服务人民，保护环境”目的，中石油荆门销售分公司按照湖北省《车用乙醇汽油推广使用工作实施细则》进行乙醇汽油的推广，稳步实施并开展销售工作。
一、提前布置，确保置换准备到位
乙醇汽油推广与销售是中石油荆门销售分公司面临的一项新的课题和领域，涉及面广，情况较为复杂。不仅仅是从汽油燃油向乙醇汽油的转变，而是涉及到汽油市场中各个利益主体的重新调整，推广环节和步骤也变的相对复杂。我们按要求对在营34座加油站的汽油油罐进行认真细致地清罐和改造，一是按照省公司统一部署，邀请专业清罐队伍，历时两个多月将所有汽油罐进行了清罐处理，其中清罐费17.5万元，清罐油品损耗8.12万元；二是对97个油罐安装干燥器和干燥剂，改造费用9.7万元；三是公司安排专人排出计划，逐站逐罐历时一个多月时间采取对68个汽油油罐的汽油进行执换，发生人力及运费4.95万元，干燥剂累更换11.36万元；四是中石油油库对设备进行改造，调配乙醇汽油，中石油湖北运输公司对汽油罐车进行清洗，配送乙醇汽油的车辆实行专油品专车运输，确保乙醇汽油质量。
二、加强培训，确保宣贯落实到位
俗话说“只有满意的员工才有满意的客户”，加油站是我们销售油品的主要场所，是嫁接客户的桥梁，是树立企业品牌形象的窗口。中石油荆门分公司组织加油站经理、计量员对车用乙醇汽油进行宣贯和培训。一是对车用乙醇汽油基本知识、推广使用车用乙醇汽油的重要意义、燃料乙醇的发展趋势、乙醇汽油应用技术和车用乙醇汽油技术标准、以及车用乙醇汽油日常操作及事故处理，质量检查和安全管理等进行宣贯。二是按照中石油湖北销售公司编制的《加油站车用乙醇汽油培训教材》对加油站经理进行培训，为一线员创造良好的学习、培训和工作环境，提高了基层员工的业务能力和水平。三是加油站经理回站后组织加油站员工进行培训，让每位员工了解和掌握乙醇汽油基本知识，为做好客户的答疑、解释工作打下基础，每位员工均具备现场推荐客户使用乙醇汽油的销售能力。
三、稳步推进，确保封闭置换到位
随着汽油市场中各个利益主体的重新调整，对加油站和企业来说都面临着一个新的机遇，中石油荆门销售分公司和加油站积极把握住这个机会，借助车用乙醇汽油推广为契机，加强对周边市场调研，结合中石油的品牌进行广泛宣传，强化现场服务，在巩固原有市场的基础上，进一步提高了汽油销量。一是利用电视、广播、报纸等新闻媒体进行乙醇汽油的宣传，让人们对乙醇汽油有一定的了解和认识；二是每座加油站张贴乙醇汽油宣传海报，印制乙醇汽油宣传小册子、折页、宣传单等宣传资料；三是加油站对每一位进站加油的顾客进行宣传，告知顾客到指定地点对车辆油箱、油路进行清洗，确保车辆正常使用乙醇汽油。
四、认真落实，确保推广平稳运行
在乙醇汽油产品导入期，客户的消费基本上没有定性，中石油荆门销售分公司积极利用客户这种心理，加大宣传和促销力度，及时收集在销售过程中存在的问题和客户意见反馈，建立客户资料档案，按照持续改进原则，对重点客户进行回访、对一般客户加强服务等有效措施，确保乙醇汽油在推广期最大化的留住原有的客户资源，为一下步提高汽油销量打下坚实基础。2010年截止到目前共有加油站47座，累计销售乙醇汽油约6.6万吨，从历年销售数据分析，中石油荆门销售分公司乙醇汽油销售逐年递增，成良性循环，运行正常。
五、加强协作，确保推广落实到位
今年2月中石油荆门销售分公司为响应荆门市政府推进节能减排，加强环境保护，倡导低碳经济，减少温室气体排放，促进可持续发展号召，树立中国石油积极履行社会责任良好形象，进一步促进公司汽油销量的提升，一是搜集乙醇汽油推广宣传材料并向报纸、广播、电视台进行投稿，增加社会各阶层对乙醇汽油了解程度。二是印发乙醇汽油使用宣传单，在各站悬挂乙醇汽油推广横幅，指导各加油站对顾客做好乙醇汽油使用说明，公司定期在加油站、经营部跟踪检查乙醇汽油推广宣传活动执行情况。三是对员工的乙醇汽油使用知识进行培训，使所有员工能够清楚乙醇汽油使用优点，同时做好宣传解释工作；加油站对乙醇汽油推广宣传工作有计划、有步骤、有重点的开展，正确引导消费者，使广大消费者充分认识推广使用乙醇汽油是国家一项战略性措施，有利于缓解石油资源短缺、改善大气环境和促进农业生产，消除顾客在使用过程中的疑虑；经过为期3个月的推广宣传，提升了中石油企业形象，同时增加了公司汽油销量。
六、存在的问题
部分社会单位未按规定销售车用乙醇汽油，并在广播媒体大力宣传高清汽油，抵制乙醇汽油的推广，严重影响乙醇汽油推广运行。
七、后期工作安排
通过近几年乙醇汽油销售，一是继续加大对加油站干燥剂的检查力度，干燥剂如有变色及时更换，确保乙醇汽油在储存保管期质量符合国家规定标准；二是下雨天加油站及时测量乙醇汽油油罐的水高，确保油罐无水；三是加强乙醇汽油储存保管期的质量检查，确保加油站销售符合国家规定的乙醇汽油产品。四是指导加油站做好乙醇汽油使用安全知识培训，使加油站员工熟练掌握乙醇汽油安全使用注意事项。
车用替代燃料 篇3
1.1 液态碳氢燃料
1.1.1 醇类“绿色”燃料
汽车是生活中的重要交通工具, 而汽车排放的尾气又是造成日益严重的环境污染的重要原因。醇类燃料由于具有良好的环保性和清洁性, 多年来一直受到汽车业界的青睐。醇类燃料主要指甲醇、乙醇和丁醇。单独使用醇类燃料需要对发动机进行改动, 因此现在一般都是掺入汽油的, 当醇类掺入量小于15%时基本不用对原发动机改造即可正常使用。目前美国乙醇汽油消费量占全美汽油消费总量的5%, 到2030年, 乙醇汽油消费量将占美国汽油消费总量的30%。我国从2001年起在河南、黑龙江、吉林、河北等9省大规模试点推行[1]。
但是乙醇汽油对发展中国家来说是得不偿失的, 由于乙醇现有的生产技术决定了乙醇几乎全部自粮食中提取, 以牺牲粮食作代价, 从战略上说, 特别在我国, 是拆东墙补西墙的行为, 是不可取的, 有可能造成粮食价格上涨。乙醇原料来源有限, 成本又高, 从经营角度讲, 也缺乏商业开发价值, 因此乙醇作为车用燃料不被看好。
1.1.2 煤基合成汽油
煤基合成汽油技术最早由德国于上世纪20年代中期发明, 并在随后的二战中投入实际应用, 支撑了纳粹德国的战时工业和军事需求。到1945年止, 德、日、美等国都建立了以煤基合成气为原料合成燃料装置。后来随着中东石油大规模开采, 煤基合成燃料迫于石油的低价而无法竞争, 二战后停产。50年代, 南非由于受到国际制裁, 迫使其利用国内丰富的煤炭资源生成合成液体燃料, 陆续建成了3座大型煤炭合成燃料。70年代的石油危机让世界再度关注起煤基合成燃料, 由于石油危机的刺激, 美国能源部门和军方开始对利用矿物燃料作为代用能源产生浓厚的兴趣。进入上世纪80年代后, 在能源部和三军的资助下, 开展了庞大的研究工作[2]。2006年9月美国空军开始在加州爱德华兹空军基地开始对煤基合成燃料进行认证。
1.1.3 液态氢和液态天然气
作为人类理想的车用环保能源, 液态氢燃料是能源事业发展的方向。研究发现, 液态氢燃料发动机能效与煤油发动机效率相似, 传统的涡扇发动机能够转换为使用液氢燃料运行。液态氢燃料按重量计的热值是煤油的2.78倍, 而且燃烧时不产生碳氧化合物和烟尘, 氮氧化物比煤油燃烧时减少2/3, 使用液氢作燃料具有热值高, 有效载荷大, 环保性能好等优点, 因此使用氢燃料电池的汽车才是名副其实的“绿色燃料”汽车。液氢的缺点是工作温度低 (-253℃) 、密度小 (只有煤油的1/12) 、体积大。由于密度小, 汽车往往需要携带大容积的液氢燃料箱, 油箱容积是现有油箱的4倍, 而且要克服密封和低温两大技术难题[3]。目前液态氢燃料正在进行半商业性的试验, 德国已经陆续推出了各种燃氢汽车。
液态天然气的沸点和密度比煤油大, 由低温和容积引起的技术难题容易解决, 因此液态天然气可以作为一种过渡型车用燃料。液态天然气发动机的优点是:可以降低氮氧化物的排放;可以降低颗粒物排放;可以减少烟度;全球储量丰富;使用成本不高。但是, 液态天然气的储藏温度为-160℃, 实际使用有一定难度。液态天然气只能单独使用, 不能与石化汽油混用;因加气站网点布局的局限, 只难以普及, 短期内得不到大规模发展。
1.2 固态天然气水合物燃料
1.2.1 固态天然气水合物的结构
从天然气能源技术的发展来看, 首先是气体形式出现, 后来发展了液态技术, 但是目前都不很成功。从物质形态来讲, 固体天然气成为惟一剩余的选择。
天然气处于低温、高压条件下, 可以与水结合成固态水合物。天然气水合物是天然气存在的一种特殊形式, 它是一种非化学计量的超分子笼状化合物 (Clathdrate hydrate) , 多呈白色或浅灰色晶体, 外貌类似冰霜, 可以象酒精块一样被点燃, 故也有人叫它“可燃冰”。由于天然气的主要成分是甲烷, 因此天然气水合物也叫甲烷水合物。“可燃冰”主要分布于冻土带和大陆边缘的海底陆坡沉积物中, 全球“可燃冰”总储量中蕴藏的甲烷约为1.8-2.1×1016m3, 相当于全球已知矿物燃料 (煤、石油、天然气) 的两倍, 是未来新型的清洁能源[3]。
迄今已先后确立了Ⅰ型、Ⅱ型和H型3种水合物结构。H型水合物早期仅存在于实验室。自然界发现的天然气水合物大都为3种类型水合物的混合体。Ⅰ型和Ⅱ型水合物晶体都具有大小不同的2种孔穴, H型水合物含有3种不同的孔穴。图1表示3种水合物晶体的单元结构示意图。由图可见, 构成3种类型水合物的基本结构单元为5种孔穴, 即512、51262、51264、435663和51268。51262表示由12个五边形和2个六边形构成的十四面体孔穴。类似的, 其他4种孔穴也是由相应的多边形组合而成。
1.2.2 水合物燃料的优点与前景
空的水合物晶胞就像一个高效的分子水平的气体存储器, 1m3完全饱和的天然气水合物分解以后可释放180m3的天然气, 同时残留0.87m3的水, 其能源密度是煤和黑色页岩的10倍, 是天然气的2～5倍, 美国海军研究署的Max[4]等人通过采用表面活性剂乳化水的方法取得了很理想的储气密度, 约600m3甲烷/m3水合物, 超过液化天然气的储能密度, 这是难以想象的。
固体天然气水合物和液化天然气、压缩天然气以及液氢燃料相比, 具有安全性较高和环保性好的优势。天然气水合物可以在-15℃左右 (普通工业制冷技术可满足) 和常压下稳定存在而不分解 (液化天然气的储藏温度为-160℃, 技术难度比水合物大得多) 。其原因是天然气水合物是固体, 当其分解时需要吸收较大的热量, 加之水合物的导热系数小, 不可能在瞬间释放出大量的气体而造成爆炸等安全上的隐患。此外, 水合物燃烧只生成水和二氧化碳, 非常环保。因此, 天然气水合物具有较好的抗爆和抗冲击的能力 (可以吸收爆炸产生的冲击能量) , 作为汽车动力燃料的储备方式十分理想。
由于低温下非常稳定, 不易爆炸, 储存密度大, 产生能量多, 因此水合物是理想的车用动力燃料。近年来美国、挪威和日本等正着力于该技术, 研究天然气水合物汽车的可行性, 也可用于国防军事目的。挪威正在开发在-15℃和常压下的水合物状态输送天然气的技术, 成本较之低温液化输送减少约24%左右。美国、日本等已开始研究基于天然气水合物 (其平衡压力仅为40大气压) 的新型汽车, 所涉及的关键技术是如何使水合物快速气化以满足内燃机系统的需要, 目前已经取得了一些初步成果, 未来极有可能取得技术突破[5]。
2 对我国的启示
国内方面, 水合物研究先后得到了国家973和863计划的资金支持。石油大学、中科院广东能源研究所、西安交通大学等单位在水合物生成动力学、水合物热物性、水合物分解动力学等方面取得了较系统的研究成果, 特别是在提高水合物储能密度方面取得了突破, 报道的研究结果已达到350m3甲烷/m3水合物。
天然气水合物是近二十年来在海洋和冻土带发现的潜在新型洁净能源, 潜力十分巨大。众所周知, 能源与环境是当今社会人们关注的热点, 世界各国政府非常重视和发展天然气能源事业。我国常规的油气资源并不丰富, 初步估计到2010年, 我国的石油缺口可能高达2亿吨, 油气能源的危机会严重影响我国的经济发展和国家安全, 因此立足国内, 广泛开发利用新能源, 已经成为我国一项紧迫的战略任务。天然气水合物技术用于车用燃料储备时能量密度可以显著超过常规天然气水合物的能量密度。在当前这种复杂多变的国际环境下, 使该项技术在未来走向成熟和产业化具有重大现实意义和经济意义。
参考文献
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车用燃料电池产业备受瞩目 篇4
随着原油价格持续向上攀升的市场态势, 车用燃料面临着巨大的成本压力, 同时汽车燃烧汽油、柴油造成的环境污染, 也备受世人关注。诸如类此问题, 一时间对车用代用燃料的研究与开发, 成为业内人士高度重视的热门课题, 也使人们对其应用与推广加快了步伐。车用代用燃料是指除汽油和柴油之外的各种燃料, 就目前而言, 这类车用代用燃料包括液化石油气、天然气、甲醇、乙醇、醚类、生物质柴油、氢燃料、燃料电池等。纵观上述种种车用代用燃料, 除氢能燃料电池外, 其它车代用燃料, 均存在着各种不同的局限性或弊端, 而制约着它们的应用前景。然而, 氢能和燃料电池这类车用代用燃料, 由于其具有的独特优势, 备受人们瞩目。如氢能, 除了可以通过化石能源制备之外, 还可由生物能、风能、太阳能、水利能等可再生能源或者核能转化而来。我们从其能源的易得性、可再生性以及安全环保性来看, 将是其他汽车代用燃料所不能企及的。氢能作为载能体逐渐替代石油是人们提出的“后石油时代”移动能源的解决方案之一。而燃料电池是氢的理想转化装置, 是氢能利用的关键技术。因此, 燃料电池以其绝对优势将会在未来汽车代用燃料的发展中异军突起。
近十余年来, 燃料电池产业获得了世界各国的高度重视, 其技术得到了飞速的发展, 产业规模日益持续扩大。据调查统计, 2005年全球燃料电池应用系统已达到14500个, 相比2004年增加了32%, 与此同时, 全球燃料电池的推广应用得到迅速增长, 氢能燃料站也相继持续增加。随着燃料电池成本的不断下降以及技术成熟度的增强, 预计到2010年左右, 燃料电池在价格上将具备与内燃机竞争的能力。届时, 美国市场上以燃料电池为动力的机动车将占美国汽车市场4%的份额, 日本和西欧燃料电池汽车将分别占市场份额的4.5%和3.7%, 到2020年, 燃料电池汽车将占世界汽车市场的25%。当前, 燃料电池汽车市场虽还不大, 美国2002年为225万美元, 但以后5年内, 年均增长率为84%, 2007年达到4760万美元。车载燃料电池组件市场现为12000万美元, 但今后5年内, 预计年均增长率为91%。据预测, 全球汽车燃料电池市场将从2008年6亿美元增加到2013年100亿美元。长期以来, 我国燃料电池产业受到国家的高度重视, 从“九五”、“十五”及现在的“十一五”, 每年都投入大量资金进行相关的研究开发工作。经过多年发展, 我国在燃料电池领域的技术水平已有大幅提升, 与国外相差无几, 这奠定了我国燃料电池行业未来商业化进程的基础。一直以来制约燃料电池商业化进程的最大阻碍便是成本。由于车用燃料电池主要是质子交换膜型燃料电池, 虽然它的综合热效率高达80%, 但是由于氢气的产生、储存、保管、运输和灌装或重整, 都比较复杂, 对安全性要求很高, 使得建站成本较大, 影响了氢气燃料站的快速布局, 从而制约了燃料电池汽车的推广;其次, 由于质子交换膜燃料电池需要用贵金属铂作为催化剂, 而铂造价持高不下, 一定程度上阻碍了其商业化应用的进程。但随着产业技术水平的不断提高, 制约燃料电池产业的成本瓶颈已经逐渐得以缓解。目前, 我国上海神力以其自主开发的常压运行的燃料电池技术优势与苏州金龙联合推出的氢燃料电池公交车的成本仅为国外进口车的1/5, 成本压力大大减轻, 推动了我国燃料电池汽车的发展。
更为重要的是, 我国燃料电池商业化推广的市场介入模式初步形成, 将主要以公交车和政府用车为切入点, 通过政府采购, 加快市场带动与应用。采用公交车的市场切入, 其主要考虑到公交车不仅可以大大提高汽车的装载使用效率, 而且可以最大程度上降低加氢站布点的成本问题, 至于政府用车主要是合理利用政府扶持政策。前不久, 国家发展与改革委员会颁布了2008年第29号公告, 在公布的第164批经审查批准的车型名单中, 一改之前新能源汽车只有混合动力轿车的局面, 上海大众的一款燃料电池轿车位列其中, 这给燃料电池产业带来了新的曙光, 毫无疑问, 将会得到业内人士的加倍关注。
日本垃圾车用“地沟油”做燃料 篇5
表哥与这家料理店的老板松田有些熟, 说明了情况, 松田老板领着我们来到后台的料理制作间, 空间虽然挺狭窄的, 但餐具和各种食材很醒目地摆放着, 顺墙根一字排开几个大饮料瓶。我感到很奇怪, 就通过表哥问松田老板, 他笑着解释说:“这几个瓶子是用来收集煎炸食物留下的废油, 等瓶子都装满了, 我们就把它送到对方的超市, 那里有专门回收废弃食用油的柜台。像这样的回收点, 在日本有许多, 分布于日本城市的各个角落。餐饮店经营者如果不严格执行‘地沟油回收’制度, 会受到经济与名誉上的处罚。
我接着问:“那餐馆里残羹剩饭是如何处理的, 是不是随便倒进垃圾箱里就可以了?”松田老板摆摆手说:“那绝对不可以!在日本, 残羹剩饭要经过排干水分、集中收集和固定投弃三个步骤来处理。日本已经实行了收费回收餐厨垃圾的政策。不允许免费丢弃餐厨垃圾, 必须将用过的食用油分开保存, 自行送到废油回收点。”
接下来, 专门的回收公司会上门服务, 这些从事废弃油脂回收的企业, 具备当地政府颁发的“产业废弃物中间处理业”、“产业废弃物收集搬运业”许可证, 并符合日本食品回收法“再生利用事业登录认定”中的相关条款规定。回收上来的废弃食用油, 经过去除杂质等简单步骤后, 再由回收公司按照不同使用途径送到肥皂、饲料、涂料生产企业以及废弃食用油资源化企业。
走出料理店大门口, 松田老板指着行驶在马路上的公交车, 笑着问我:“你知道, 它用什么做燃料?”“如果不是靠电的话, 那就是靠汽油了!”松田摇摇头说:“告诉你吧!就是用地沟油加工成的生物燃料, 不光公交车, 还有那些运送垃圾的垃圾车也是。”
由于这种垃圾车用油加入了蓖麻油类制品, 所以无法食用, 也就断了一些不法奸商的念头, 又保护了环境, 真是一举多得!
车用替代燃料 篇6
随着石油资源的日益匮乏和环境污染程度的加剧,迫使世界各国都着力于研发新能源清洁汽车,其中燃料电池汽车(fuel cell vehicle,FCV)倍受瞩目[1],FCV是零排放的新型环保车辆,由于省去了内燃机这个噪声源,取而代之的是风机和电机,人们期待它们更安静和舒适,因而风机和电机成为新的噪声源。由于风机噪声是燃料电池车外噪声的主要噪声源,叶轮在高速旋转中与流道中不均匀气体流场相互作用产生周期性变化激振力,这种激振力的频率与叶轮固有频率相等或成整数倍时,容易发生共振,从而会在风机进气口产生较大的噪声,而且可能导致叶轮破坏。
本文针对燃料电池车用旋涡风机存在进气口振动、噪声大等问题,对风机叶轮进行模态分析。先通过三维坐标仪对该旋涡风机叶轮曲面轮廓进行坐标测量,然后用CATIA软件进行三维建模,并利用有限元软件对叶轮进行模态分析,得出叶轮的各阶固有频率以及相应振型,并结合风机振动模态试验对试验结果进行验证,分析了可能产生的共振频率,从而为有效控制旋涡风机振动噪声等问题提供理论依据。
1 叶轮三维建模
由于实际的旋涡风机叶轮曲面不能用方程来描述,故采用精度很高的三维坐标仪测量出叶轮若干网点坐标数值,然后将扫描生成的点云导入C A T I A软件中进行数据处理,得到叶轮的几何模型。如图1所示。
2 叶轮模态分析
2.1 叶轮结构的动力特征方程
根据振动学理论,具有多自由度结构系统的动力方程可表示为:
式中:{δ}为单元节点位移;{}为单元节点速度;{}为单元节点加速度;[M]为质量矩阵;[C]为阻尼矩阵;[K]为刚度矩阵;{Q}为节点载荷列阵。
{Q}节点载荷列阵通常是时间的函数。对于不同的结构,可以选用不同的单元和形状函数矩阵,但动力方程的建立过程均相同。由于结构阻尼较小,对固有频率和振型的影响可忽略不计,由此可得到叶轮结构无阻尼振动方程:
在模态分析过程中,可以研究分析叶轮在无激振力作用下的自然属性。因此,取{Q}={0},则动力方程简化为:
其中wi、ψi、mi、ki分别为各阶模态下的固有频率、振型、质量和刚度,求解方程可以得到[2]。
2.2 材料属性和有限元模型建立
旋涡风机的叶轮设计要求如下:叶轮材料为6A02铝合金,其密度为2700kg/m3,泊松比取0.33,弹性模量取为70600N/mm2。旋涡风机的叶轮主要由轮盘和叶片组成,结构简单,但叶片的几何形状复杂,在空间中存在弯扭曲面。考虑到有限元分析对实际情况的模拟及计算的准确性和可行性,在导入有限元之前进行适当简化:1)叶轮轮盘轮毂密封齿轮处对叶轮整体模态分析影响较少,在模型中可不考虑;2)叶轮模型中可忽略各处的圆角和倒角;3)叶轮中焊接部位均作一体化链接处理[3]。
将CATIA建立修正后的旋涡风机叶轮实体模型导入ANSYS中,对其进行前处理[4],并采用自由方式划分单元网格,建立该风机叶轮有限元模型如图2所示。
模态分析时模态提取采用分块Block Lanczos方法,该方法计算精度高,计算速度比Subspace方法更快。在进行叶轮的振动频率和相应的模态计算分析时,由于高阶模态对振动噪声分析的贡献不大,不会对系统产生较大的影响,因此这里选取了叶轮的前6阶模态。单元类型为20节点实体SOLID95,叶轮单元数目为163074,节点数目为282123。
2.3 叶轮的模态计算
对于本模型,考虑到试验状况下叶轮通过一根柔软的橡胶绳悬吊,接近于自由状态下,因此在模态计算中对叶轮进行自由模态计算,提取前6阶模态结果,如表1所示。限于篇幅本文只列出典型的1阶、3阶、6阶振型图。如图3所示。
3 叶轮振动模态测试试验
为了验证所建立有限元模型的准确性,本文针对旋涡风机的叶轮进行模态测试,获得实际的模态频率,再与基于相同实验约束条件设定下的计算模拟结果作对比,以便获得准确的模型,确保在静态无应力的条件下有限元模型的准确,如图4所示。
本次试验所用的仪器是H e a d公司的SQlabIII(34通道)数据采集系统,加速度传感器为美国pcb公司生产的icp压电式加速度传感器,通过采用激振器单点激振多点拾振的方法,在叶轮的平面上共布置了24个测点。在LMS Test lab模态分析软件中运用人工建模的方法建立了叶轮模态工程的模型网格,如图5所示,并按照标准的模态分析流程建立模态分析系统[5]。叶轮在静止状态下进行人为激振,测量激振力与响应并采用双通道FFT分析,通过LMS Test lab软件的模态计算命令中的曲线拟合,获得其模态频率的幅频图,如图6所示,识别出风机叶轮的前6阶模态参数。
对照试验和仿真模态分析的前6阶结果,可以清楚的看到,叶轮的前3阶振型整体表现为沿轴向的前后摆动,后面几阶模态出现局部振型,说明叶轮各部位刚度存在不均匀的现象。如表1所示。叶轮在自由状态下,各阶仿真模态频率与试验固有频率相差甚微,因此可以认为所建立的叶轮模型的准确性,这也为旋涡风机振动噪声分析提供理论基础。
通过叶轮的模态振型分析可以确定叶轮结构振动形态及其薄弱部位。叶轮前6阶固有频率为600-3800HZ,由此可以计算出各阶临界转速。只要叶轮转速远离其临界转速,在工作过程中就会避免共振和产生较大的躁声。从叶轮振型图中可以找到应力集中区域,寻找到应力最大点,可以采取改变叶轮厚度,合理分配刚度,从而避免叶轮发生局部破坏。
4 结论
1)采用CATIA逆向造型得到叶轮三维几何模型,建立叶轮结构动力特征方程,通过有限元进行求解,得到叶轮的各阶固有频率和振型,同时根据各阶振型变化形态及应力集中区域,分析可能产生的共振。
2)根据求得的前6阶固有频率和振型,结合风机振动模态试验得到的模态参数,验证各阶试验模态和有限元计算结果相差甚微,在允许的5%误差范围内,因此建立的有限元模型是正确的,为风机气固耦合躁声的研究提供理论基础。
参考文献
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