初步设计和设计的区别范文篇1

空调通风系统在正常运行时,应向乘客提供一个过渡性舒适环境,最大限度的吸引客流。

当列车发生事故阻塞在区间隧道时,空调通风系统应向阻塞区间提供有效通风,保证列车空调的正常工作。

车站或区间隧道内发生火灾事故时,空调通风系统应具备有效防灾排烟、通风功能,保证乘客安全疏散,并为消防人员灭火创造条件。

空调通风系统应满足地铁车站内各种设备及管理用房的温度和湿度要求,为地铁工作人员创造一个良好的工作环境,并保证设备正常运行。排风系统应兼具排烟功能,如无法兼用,应考虑单独的排烟系统。同一条线路按同一时间内发生1次火灾考虑[1]。

系统按远期2034年夏季晚高峰运营条件进行车站公共区空调负荷计算;按远期2034年夏季早高峰运营条件进行车站公共区人员新风量校核计算。

在确保空调通风系统功能的前提下,设备选型应按照安全可靠、技术先进、经济合理的原则,充分考虑设备国产化,并综合比较,择优选用[4]。

2两种空调通风系统的比较

2.1两种空调通风系统的原理

2.1.1屏蔽门系统

屏蔽门系统就是通过在地铁车站的站台候车区与行车轨道之间设置屏蔽门装置,将地铁车站与区间隧道从空间上分隔开来,将车站和区间分隔成两个不同的空气环境区域。

车站站台设置屏蔽门系统不仅提高服务水平、改善地铁乘车环境、保证乘客安全及满足列车正常运营的需要。同时,可以减少列车活塞风对车站站台环境的影响,列车运行产生的热量大部分通过设置在车站端部的活塞风道及车站行车道顶部和站台下排热风道直接排放到地面,因而可以阻止大部分的列车散热量进入车站,从而减少车站通风与空调系统的冷负荷及用电负荷,降低车站空调通风系统及供电系统的设备初投资,节省通风空调系统的运行费用。同时也能起到一定的消音、降噪作用,并且屏蔽门可以充分体现地下车站的现代化特色、提升城市整体形象[3]。

2.1.2开闭式系统(站台设置安全门)

车站站台设置安全门主要起到一种隔离的作用,提高了站台候车乘客的安全性。安全门在结构组成及控制原理上与屏蔽门类似,但高度上及其他功能上不同于屏蔽门,并不能完全将车站和区间分隔开,站台的候车区与轨道区仍然是一个公共的空间。因此,空调通风系统形式仍为开闭式系统。

2.2两种空调通风系统的构成

屏蔽门系统与开闭式系统在空调通风系统构成方面是有差别的,具体内容详见表1。

从表1可以看出,在空调通风系统构成方面,屏蔽门系统比开闭式系统多一个系统,即车站屏蔽门外车轨区域排热和排烟系统(简称排热系统)。这是两种空调通风系统构成的主要区别。

3车站公共区空调通风系统计算结果的比较

两种空调通风系统在计算结果上有很大差异,其中屏蔽门系统在站台层通风量和空调冷量上明显要少于开闭式系统,具体内容详见表2。

从表2可以看出,在这两种空调通风系统的计算结果中,在站台送风量、回/排风量、空调冷量方面,屏蔽门系统比开闭式系统明显地减少。站台送风量减少了约50000m3/h,回/排风量减少了将近90000m3/h;空调冷量减少了将近500kW,这足以显示出屏蔽门系统节能效果的优越性。

4空调通风机房及设备布置的比较

4.1开闭式系统机房及设备的布置

站厅层两端分别设置一座空调通风机房,各负担一半车站公共区负荷。每端机房内设有风量为5×104m3/h的组合式空调机组、回/排风机各2台,风量为10309m3/h的空调新风机各1台。

在车站两端分别设置车站排风道一个(兼作区间机械风道)、车站新风道一个,每端机械风道内设置2台TVF风机,对应每条线路分别设置一个面积20m2的风孔,用于区间隧道的事故通风、排烟。在车站两端的站台层端部对应每条线路分别设喷嘴一个,用于区间事故送风;站台层每端的迂回风道处设电动防火卷帘一扇,净面积不小于30m2。在站台轨顶上、站台板下设置结构风道,用于站台公共区正常工况下的回/排风,站台轨顶风道兼作火灾工况下的排烟风道。空调通风机房布置图详见图1[5]。

4.2屏蔽门系统机房及设备的布置

站厅层两端分别设置一座空调通风机房。每端机房内设有风量为35000m3/h的组合式空调机组2台、风量为35000/25000m3/h的回/排风机2台、风量为6000m3/h的空调新风机1台,各负担一半车站公共区负荷。

站厅层两端分别设置一座排热风机房,每端机房内设有风量为178200m3/h的排热风机1台,用于站台下及轨顶上排热风。

站厅层两端分别设置一座活塞/机械风机房,每端机房内设有风量为237600m3/h的隧道通风机2台,用于区间隧道通风及排烟。

车站两端分别设置活塞/机械风道一个,排风道一个,新风道一个。在车站两端风井出地面处分别设置活塞/机械风亭一座,排风亭一座,新风亭一座。通风机房布置图详见图2[2]。

5两种空调通风系统在土建规模上的比较

屏蔽门系统与开闭式系统在风井、机房、机房面积及车站长度方面存在一定的差异,为了更好地了解两种空调通风系统对土建规模的影响,详见表3。

从表3的比较结果中可以看出,屏蔽门系统比开闭式系统要多两座排热风井及相应的排热机房,占用机房面积比开闭式系统多约284m2。但车站的整体规模即车站长度却缩短11m。综合考虑,采用屏蔽门系统对土建的整体影响相对于开闭式系统要小一些。

6经济分析

6.1两种空调通风系统在运行费用上的比较

屏蔽门系统与开闭式系统运行费用的比较,主要在空调季、非空调季及排热风机三方面进行考虑的,其中,设备的运行费用按1年计算,根据空调通风设备的运行时间不同,对空调系统设备、排热风机、TVF风机三类设备分别计算。其中据调查,电费0.56元/度。

空调通风系统设备运行时间,根据天津的气候条件,空调季运行时间按3个月90d计算,4班3运转,每天运行时间为18h。非空调季运行时间按6个月180d计算,4班3运转,每天运行时间为18h。

排热风机运行时间根据列车的运行时间一年按360d计算,每天运行时间为8h。

TVF风机的运行,因TVF风机在两种空调通风系统中的运行模式相同,均为事故工况下运转,因此该项设备运行费用不在比较之内。

6.1.1空调季运行费用的比较

空调通风系统空调季的运行模式:当室外空气焓值高于回风焓值时,系统采用最小新风空调工况;当室外空气焓值小于等于车站回风焓值时,系统转为全新风运行状态,车站空调进入全新风运行状态。空调水系统运行。

两种空调通风系统空调季运行所需电量见表4。

由表4可知,开闭式系统空调季电量合计为

645kW,其运行费用为:

645(kW)×18(h)×90(d)×0.56(元/kW)=585144(元)

屏蔽门系统空调季电量合计为347kW,其运行费用为:

347(kW)×18(h)×90(d)×0.56(元/kW)=314798(元)

6.1.2非空调季运行费用的比较

通风空调系统非空调季的运行模式有2种,即过渡季通风运行模式和冬季通风运行模式。

(1)过渡季通风运行模式:当进入过渡季节,此时地铁转为通风运行工况,空调水系统关闭。可仅开启车站送风机(即组合式空气处理机组),采用机械进风、自然排风。

(2)冬季通风运行模式:当进入严寒冬季之后,室外气温降至约3℃以下时。地铁转入自然通风运作状态。

两种空调通风系统非空调季运行所需电量见表5。

由表5可知,开闭式系统非空调季电量合计为120kW,其运行费用为:

120(kW)×18(h)×180(d)×0.56(元/kW)=217728(元)

屏蔽门系统非空调季电量合计为74kW,其运行费用为:

74(kW)×18(h)×180(d)×0.56(元/kW)=134266(元)

6.1.3排热风机运行费用的比较

排热风机的运行是屏蔽门系统与开闭式系统的主要差别,是屏蔽门系统所独有。所以,排热风机功率55kW,共2台,总功率为110kW,其运行费用为:110(kW)×8(h)×360(d)×0.56(元/kW)=177408(元)

两种空调通风系统在空调季、非空调季及排热风机三方面的运行费用的比较,详见表6。

由表6可知,屏蔽门系统一年运行费用为626472元;开闭式系统一年运行费用为802872元,显然,屏蔽门系统比开闭式系统一年节省运行费用为:802872(元)-626472(元)=17.64(万元)

6.2两种空调通风系统在土建和设备初投资上的比较

开闭式系统和屏蔽门系统在设备初投资及对土建造价的影响上给予比较,详见表7。

由表7可知,屏蔽门系统总初投资为11179万元,开闭式系统总初投资为11300万元,由此可以看出,屏蔽门系统比开闭式系统节省初投资为:11300-11179=121(万元)

7结论

从上述比较的结果可以看出:在一年的运行费用上,屏蔽门系统比开闭式系统节省费用17.64万元,而且屏蔽门系统空调用电量减少近300kW,不难看出,屏蔽门系统具有一定的节能效果。

在初投资上,尽管屏蔽门系统增加了排热通风系统,与开闭式系统相比,使设备初投资增加429万元,但屏蔽门系统比开闭式系统节省土建投资550万元。因此,在总初投资上,屏蔽门系统比开闭式系统节省费用121万元。

总之,仅对于空调通风系统而言,在天津地区,无论在初投资上还是在运行费用上,屏蔽门系统较开闭式系统具有一定优势。它不仅满足人们对地铁乘车环境的舒适性和安全性的要求,同时也提升了天津市的国际形象和城市经济发展水平。

在地铁工程设计中,空调通风系统是采用屏蔽门系统还是开闭式系统,还需根据工程的实际情况,如投资规模、保证乘客安全、管理水平以及屏蔽门设备投资比较等多方面因素,综合进行考虑。

参考文献:

[1]GB50157-2003,地铁设计规范[S].

[2]侯桂敏.天津市地下铁道二期工程设计·通风、空调与采暖[R].天津:铁道第三勘察设计院,2005.

[3]施仲衡.地下铁道设计与施工[M].陕西:科学技术出版社,1997.

[4]天津市地下铁道总公司.天津市地下铁道二期工程初步设计技术要求[R].天津:铁道第三勘察设计院,2003.

[5]侯桂敏.天津市地下铁道二期工程2、3号线初步设计·通风、空调与采暖[R].天津:铁道第三勘察设计院,2004.

摘要:研究目的:通过对同一地铁车站2种空调通风系统形式的比较和分析,了解开闭式系统和屏蔽门系统的主要差别和各自的特点。针对空调通风系统专业而言,在工程造价及土建影响方面,明确屏蔽门系统较之开闭式系统的优势。

研究方法:采用对比的方法对开闭式系统和屏蔽门系统在系统构成、计算结果、空调通风机房及设备布置方面进行比较,并且就这两种空调通风系统在运行费用、土建造价和环控设备初投资等方面进行技术经济比较和分析。

研究结果:由比较结果得出,在设备运行费用上,屏蔽门系统要低于开闭式系统;在初投资上,包括环控系统设备初投资和影响土建造价的投资,屏蔽门系统比开闭式系统节省投资100多万元。

初步设计和设计的区别范文篇2

根据上述结构形式、材料以及初步估算的结构尺寸，建立分析模型。依据机翼结构的对称性及载荷对称性可得边界：机翼与机身连接处的节点有节点位移δx=0、δy=0、δz=0。整个模型共500个节点，1643个单元，4套外载荷，10个气动分区，205个气动小块。分析模型见图2。

满应力优化设计

满应力设计是通过划分结构设计区和选择关键元的方法实现的。设计区中包括若干个有限元件，从诸元中选出有代表性的元件作为关键元，只对关键元进行强度比再设计。计算时可将结构分为设计区和非设计区。每个设计区受一个变量控制，通过再设计得出各设计区中诸关键元新的尺寸A（k）ij后，再从中选出最大的作为该区的统一变量D（k+1）ij（i∈某区，j∈该区的关键元），然后考虑最大、最小变量约束，再进行下一轮迭代，这就是通常所说的结构元件尺寸（A）与设计变量（D）之间的耦合关系。对非设计区，将不指定关键元，在设计中该区元件尺寸不作改变。

满应力设计的初始设计值取工程估算法估算的初步值，设76个设计区、646个关键元、164个设计变量。表1给出了满应力设计结果。结果表明，经7次迭代收敛，结构质量明显下降，结构减质量24.478kg（14.3%）。经过满应力设计后，各设计区尺寸得到调整，主要体现在缘条面积下降（有的还退回最小限），蒙皮局部厚度增加，总体分布合理。

数学规划法优化设计剪裁

在满应力设计的基础上，用数学规划法进行多约束优化设计，获取满足各种设计要求的最终设计，具体来说是将优化设计归结为求解下述数学规划问题：寻找一组设计变量其中：（fX）为依赖于设计变量向量X的目标函数；gj（X）为性状约束函数；xLi和xUi分别为设计变量xi的下限与上限；m表示设计变量数；n表示约束数。进行数学规划法设计首先要确定约束限，需要把满应力设计结果值返回分析模型，根据再分析结果确定约束限。这里考虑把主翼盒设计成强缘条薄蒙皮的结构形式，初始141.23kg的结构质量也可以接受，因此将满应力设计结果值返回时，局部调整设计变量的下限，使缘条面积不再下降。结构进行再分析，计算结果为：U245653mm，f16.8Hz，η0.81，vF252.3m/s，W141.23kg。

从满应力设计结果，结合结构质量要求、强度要求、以及颤振包线，最终规定出数学规划法设计的约束限为：1）位移约束1个，翼尖后缘点的Y向位移值U245≤628mm；2）振动约束1个，f1≥6.9Hz；3）静弹约束1个，内、外副翼俯仰效率η≥0.815（Ma=0.8，13km）；4）颤振约束1个，vF≥300m/s（海平面）。

数学规划法设计设有50个设计区、122个设计变量（设计区为主翼盒段的上下蒙皮、纵向梁缘条和梁腹板）。表2给出了在位移、振动、颤振约束下的最小结构质量设计结果。可见，经4次迭代后，全部满足约束条件，结构质量仅增加10kg左右，而位移降低72.3mm，颤振速度提高了47.66m/s（占18.9％），充分表明优化设计后结构效率明显提高。多约束优化变量收敛后，从优化尺寸分析看，内外翼转折部蒙皮的±45°和0°铺层厚度都明显增加，这种尺寸分布可以提高结构的弯曲和扭转刚度，对综合满足多种约束条件有利。为进一步说明±45°、0°和90°铺层比例对结构弯曲和扭转频率的影响，详细分析了在相同铺层厚度的情况下，机翼振动、颤振特性随蒙皮不同铺层比变化情况，见表3。

表3中f1、f2、f3、vF分别对应结构的一弯、二弯、一扭频率和颤振发散速度，可以看出，在相同铺层厚度的情况下提高±45°铺层比例，可有效提高结构的扭转频率，从而提高结构的颤振速度。

结论

初步设计和设计的区别范文篇3

【关键词】扭转弹簧；穷举法；设计方法；工程算法

0引言

扭转弹簧是各圈紧密或分开围绕，能适任扭转负荷（与弹簧轴线成直角）的一种弹簧。工程上最常见的弹簧为外臂单扭弹簧，相应的工程算法也是基于外臂单扭弹簧进行的。由于工程算法在计算过程中需要查阅大量的材料参数，同时还需要对一些参数进行近似、圆整，导致在工程计算时存在工作量大、设计弹簧非最优弹簧等问题。本文提出了一种基于穷举法的扭转弹簧设计方法，并通过程序将其实现自动化，解决了工程算法中存在的问题。

1工程设计方法与基于穷举法的方法介绍

某一典型的扭簧初始输入参数如表1所示，表中规定了扭簧的最大、最小工作扭矩、工作扭转角、类别及自由角度。

自由角度是扭簧两个伸臂之间的夹角，根据表1中的外伸臂自由角度120°，对应扭簧圈数的小数位为0.167。

1.1工程设计方法介绍

传统的工程设计算法首先根据对扭簧工作次数要求选定扭簧的类别及材料，接着初选钢丝直径及旋绕比，计算初选扭簧参数对应的许用弯曲应力及曲度系数，从而得到钢丝直径标准值及实际许用弯曲应力，若实际许用弯曲应力大于初选材料弯曲应力，则该直径为可行直径，否则重复上述步骤。得到合适的钢丝直径以后，进一步确定扭簧中径及旋绕比。接下来再根据给定最大/最小工作扭矩得到弹簧圈数及刚度，确定实际工作时最大/最小扭转角及扭转力矩以及极限工作参数。由极限工作参数验证扭簧的最小稳定性指标。若符合要求则该扭簧满足设计要求。

由上述流程可发现整理的工程算法存在3个问题：

1）初选值需要充分的工程经验，一旦选偏就会导致计算过程反复，甚至无法找到符合要求的扭簧值区间；

2）一次计算只能得到一个满足条件的解，且不一定是最优解；

3）本文选取的算例给定的输入是扭转力矩及扭转角，有时扭簧设计会给定不同的输入条件，如空间约束时输入可能是扭簧内外径等其他参数，此时扭簧计算又需采用另一套流程。

为解决上述问题，本文提出一种基于穷举法的扭转弹簧设计方法，该方法的具体过程将在下一小节具体阐述。

1.2基于穷举法的扭转弹簧设计方法介绍

基于穷举法的扭簧设计方法流程图如图1所示。

首先，根据工作周期确定弹簧的类别，接着确定弹簧遍历参数（弹簧丝径、圈数、中径以及节距）的遍历区间及步长。然后确定约束条件，如最大工作角度、最大工作角度状态对应的内径要求、自由状态长度、旋绕比、弹簧刚度等。在确定遍历区间和步长后进行遍历，计算出每一个在遍历区间的弹簧性能性能参数，与约束条件进行对比，若该弹簧满足约束条件则进行输出，否则进行排除。由此便确定了在遍历区间内所有满足约束条件的弹簧。

2工程设计方法与穷举法计算结果对比

2.1工程设计方法的计算

1）初选钢丝直径及旋绕比

选用碳素钢丝C级，丝径，对应抗拉极限强度，许用弯曲应力。初定旋绕比，对应曲度系数。

2）确定实际钢丝直径

取标准丝径4mm，对应，大于初选值1500Mpa，该直径可行。

3）扭簧中径D及旋绕比C，取标准中径25mm，实际旋绕比

4）确定扭簧圈数及扭簧刚度

根据表1规定实际圈数为6.167，刚度。

5）极限工况参数确定及稳定性分析

极限应力，对应的极限扭矩及扭转角为，。最小稳定性指标nmin=（）4=0.1

6）其它参数

最大工作扭转角，最小工作扭转角，从而实际最小工作扭矩。

2.2基于穷举法的扭转弹簧设计过程

基于穷举法的扭簧设计输入如图2所示。

弹簧类别选用Ⅲ类，根据表1可知扭簧刚度：。最大工作角度需大于最大工作扭矩扭转角60°。

扭簧材料选用碳素弹簧钢丝C级，直径范围取1-8mm，步长0.1；圈数范围取1.167到8.167，步长1；扭簧的中径范围取1到40mm，步长1；扭簧的间距取0.5mm。

判断条件需满足理论最大工作角度大于实际最大工作角度以及稳定性要求，旋绕比在4-16。刚度范围在98-102。

通过计算，满足上述输入条件，遍历条件和判断条件的扭簧共9个，这里选取理论最大工作扭转角（极限扭转角）最大的扭簧，其基本设计参数如表2所示

表2穷举法解扭簧基本参数

对应扭簧的极限扭转角为94.43°，极限扭矩为，刚度为100.74N.mm/°，最终得到的扭簧最大扭转角为，最小扭转角为，最小工作扭转力矩为。

2.3工程设计方法与穷举法计算结果对比

工程算法计算结果与穷举法计算结果如表3所示。从表中可以看出与工程算法计算的扭簧刚度相比，穷举法计算出的扭簧的输出值（刚度，最大最小扭矩等）更接近于设计要求。

通过穷举法计算出的扭簧极限扭矩为9512.406N.mm，其远远大于工程计算结果计算出的极限扭矩6640.4N.mm。即当扭簧在最大工作扭矩状态时，穷举法计算出的扭簧的工作应力将远远小于工程算法计算出的扭簧的工作应力，因此穷举法计算出的扭簧的蠕变将会大幅减小，工作寿命也将大幅提高。

表3工程算法与穷举法计算结果对比

从计算过程中也可以看出，工程算法需要进行繁琐的计算，对设计者的经验要求较高。与之相比基于穷举法的扭簧设计思路只需设计者了解输入要求及约束条件即可，能大大简化扭簧的设计过程，提高扭簧的设计效率。

3小结

本文首先就典型的扭簧设计工程计算方法进行说明，接着提出一种基于穷举法的扭簧设计方法并对该方法的流程进行详细阐述。然后分别采用工程计算方法和基于穷举法的扭簧设计方法对典型的工程输入条件进行了扭簧设计。最后通过对两种设计方法计算出的扭簧相关参数进行对比分析，证明了基于穷举法的扭簧设计方法的优越性。得到的结论如下：

（1）扭簧的工程算法对设计者经验要求较高，公式较为复杂，同时过程较为繁琐。

（2）基于穷举法的扭簧设计方法可以使设计者无需了解详细的设计过程，仅需对输入条件和约束条件进行了解，即可完成扭簧的设计。

（3）与工程算法计算出的扭簧相比，基于穷举法的扭簧设计方法设计出的扭簧在扭簧的性能和寿命上有较大的优势。

【参考文献】

[1]成大先.机械设计手册.单行本.弹簧・起重运输件・五金件.化学工业出版社.2004.1.