改造设计论文大全11篇

绪论：写作既是个人情感的抒发，也是对学术真理的探索，欢迎阅读由发表云整理的11篇改造设计论文范文，希望它们能为您的写作提供参考和启发。

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一、七一九层单元住宅应设室内消防给水

《建筑设计防火规范》(GBJ16一87)指出:超过七层的单元式住宅、超过六层的塔式住宅、通廊式住宅，底层设有商业网点的单元式住宅应设室内消防给水。根据规范.七层半以上住宅或底层为商店的六层以上单元住宅，室内需设消防给水。近年来，随着人们生活水平的提高.对住宅室内装修要求也愈来愈高。住户搬进新居前一般要重新装修。吊顶、壁橱、组合家具、地毯及室内各种陈设均为易燃品，家用电器品种也不断增加。显然引起火灾的可能性有所增大。从保护人民财产和人身安全来讲，室内确实需配置消防给水设施。

二、室内消火栓和室内消防箱

单元式住宅，室内消火栓的位置都在楼梯间休息平台处。楼梯间面积狭窄，为了不影响住户搬运物件上下，消防箱应尽吊考虑暗装或半暗装，这得同结构配合。

现行《低规》‘朴定的室内消火栓不利于扑灭初期火灾。因为火灾时，要在短短的儿十秒至数分钟内扣上水龙带、水枪.展开20一25m长的水龙带，打开阀门，举起具有相当压力的水枪进行火火，这对未经过专门消防训练的人有一定困难，对妇女、老人、儿童就更为困难了。所以普通消火栓设备并不适用消防软管卷盘(少「’径灭火‘喉)取用方便·展开容易，·般居民均能使用只是出水鼠较小.但对初期火灾扑火还是很有用的。这总比居民无力或不会使用消火栓而用脸盆、水桶盛水火火有效得多。建议，住宅消防箱内’戊配置一套消防软管卷盘。并预留DN65消火栓l，以供消防队员使用(不宜预留DN50消火栓口，因省内各地消防队均配用DN65水龙带)

三、消防水量和水压

《建筑设计防火规范》指出，消防水箱，卜应储存10分钟消防用水室内消火栓的布置应保证有.两支水枪的允实水栓同时达到室内任何部位。水枪的充实水柱般不应小十7m。《低规》消防给水的设计思想是立足于自救.既要保证水量又要保证水压。由于建筑和结构的要求，水箱不可能抬得很高，所以一般的屋面水箱是难以保证建筑物顶部一、二层消防用水的水压。为达到消防要求，常用的做法有1、设消防水池、水泵、消火栓箱内增设消防水泵启动按钮。2、增设气压消防给水装置。这两种做法理论上是可行的.但在实际中却有困难。1、住宅改造区一般位于城市.黄金地带”，地价昂贵，难以找到适宜设消防水池、水泵地点。2、若采用气压消防给水设施，消防管网中长期承受高压，增加系统渗漏危险。3、与高层建筑和新建住宅区不同，住宅改造区规模不大，无专门管理机构。消防水泵、气压给水装置若长期不用.搁在一边。难以保证在消防时可以Lr:常使用。所以我认为七一九层住宅只要求消防水蛾而不要求其水压值。10分钟消防用水储于屋顶水箱中，初期火灾顶部一、二层消防水压不足，可否采取其它火火器材补救。10分钟后由消防车从室外消火栓取水经消防车水泵加压装置和水泵结合器进入室内消防管道火火。这种做法更适应实际情况。

四、消防水箱

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纺机产品行业在这样的时代背景下，要想赢得竞争，抢占先机，就要在技术和外观造型上都做出创新。面对这样的紧张激烈的竞争态势，我们首先要在思想上开始重视外观造型的创新，将技术创新和设计创新摆在同一高度上，发挥智慧，提高创造性，才能拔得头筹，才能使我国立于不败之地。

二、平网印花机外观改造的意义

经过几次纺机机电产品问卷调查，我们发现在调查中涌现出这样一个问题：许多人对于纺机机电产品的外观造型很不满意，甚至连纺机机电产品生产制造者也在调查中谈到由于外观造型的因素，令客户感觉到生产出的产品低于他们所制定的价格，使产品的价格无法提高。这些现象从一个侧面反映出了产品的外观造型对产品的重要性。好的产品外观不仅可以提高企业的形象、赢得市场竞争，还可以给予消费者信心。

如图1-1，这是未改造前的平网印花机照片。从图片中我们可以看出平网印花机和国内现在一般的纺机产品一样，外型老化、样式落伍，这种外型不仅使得销量受到影响，而且使得消费者对于机器没有信心。在当今时代，“酒好不怕巷子深”已经一去不复返，这种质量等于市场的狭隘的思维方式已经不适应社会发展需要。只有产品质量和外型两手抓，并且在营销上“卖花赞花香”才能取赢得市场。

平网印花机平网印花机外观改造的意义在于以下几个方面：

（1）引导消费。通过对形态、功能、材料、布局、色彩人机等方面对机器进行设计，引导客户对其消费，使得平网印花机在营销方面获得成功，达到“好卖”，改造平网印花机外观的主要和直接意义都表现于此。

（2）促进创新。通过对平网印花机外型的改进，促进平网印花机同类产品的发展，继而引起同类产品的创新。

（3）企业发展。外型的改进，有利于企业在竞争中取得胜利，从而进一步促进企业发展，而对于产品外观设计的重视，也使得企业在长期发展上占有一些先机。

总之，通过本项目的研究，可为企业获得真实的用户需求提供技术支持，保证了需求信息向设计思维的准确传递，减少设计过程中的盲目性，促使企业及时推出创新设计来引导和满足需要，提高了企业产品开发过程的效率，从而可提高设计的成功率，降低了产品的开发成本，提升了企业自身的市场竞争力。因此，本文的研究内容具有重要的现实意义和商业价值。

三、平网印花机外观改造设计方案

1.设计分析

（1）市场调查

设计的目的是为了满足市场需求，因此市场调查不仅在设计之前就要进行，而且要伴随着整个设计过程。本次市场调查是从外型、经济、人机性等几方面着手的。

①外型需求调查：作为外观改造设计方案，外形需求调查在本次调查中显得尤为重要，外型作为纺机与人接触的第一印象，必须一改以前的老化、落伍形象，重新建立一个新的形象。

②人机性需求调查：机器都是由人来操纵，因此在设计中必须考虑到人的因素。在平网印花机中则体现在了操作面板的设计上。

③经济性需求调查：在设计过程中，不能一味的求新求贵，要考虑到生产成本以及购买者的购买能力，选用经济实用的材料。

（2）设计构思及定位

由于整个设计只是改造平网印花机的外观，机器的功能并不做改变，因此设计只需要考虑到外型方面。通过对于平网印花机机械功能的分析，对于外型分析之后得出以下结论：

①形：许多设计者认为机器是硬线条的，忽视了人操纵机器时的观感，因此，在操纵台上，避免了完全的正方形或者长方形，采用了参差的梯形，使得平网印花机在形状上看起来不是那么硬朗。

②色：从图1-1我们可以看出，平网印花机的底色现今还沿袭着国有企业大时代的颜色——军工绿。这种颜色虽然表现出朴素、耐用，但是对于当今社会而言，已经落伍，因此我们选用了与自然相接近的白色。

③质：作为耐用型机械，钢铁材质依然是很好的选择，因此在材质方面并不做改动。

2.计算机效果图

如图1-2即为最终外观改造设计方案，本图为采用varyforrhino渲染而成的效果图。

四、结语

本文在对用户需求深入研究的基础上，通过对时代背景的解读，并结合工业设计评价方法，从形态、色彩、人机、评价等方面为设计师提供设计指导和设计辅助，最终设计出满足消费者需求的产品。

参考文献：

[1]尹定邦.设计学概论.长沙：湖南大学出版社，2006.

[2]简绍全.工业设计方法学.北京：北京理工大学出版社，2002.

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第二章总体方案的设计

2.1设计任务本设计任务是对CA6140普通车床进行数控改造。利用微机对纵、横向进给系统进行开环控制，纵向（Z向）脉冲当量为0.01mm/脉冲，横向（X向）脉冲当量为0.005mm/脉冲，驱动元件采用步进电机，传动系统采用滚珠丝杠副，刀架采用自动转位刀架。2.2总体方案的论证对于普通机床的经济型数控改造，在确定总体设计方案时，应考虑在满足设计要求的前提下，对机床的改动应尽可能少，以降低成本。（1）数控系统运动方式的确定数控系统按运动方式可分为点位控制系统、点位直线控制系统、连续控制系统。由于要求CA6140车床加工复杂轮廓零件，所以本微机数控系统采用两轴联动连续控制系统。（2）伺服进给系统的改造设计数控机床的伺服进给系统有开环、半闭环和闭环之分。因为开环控制具有结构简单、设计制造容易、控制精度较好、容易调试、价格便宜、使用维修方便等优点。所以，本设计决定采用开环控制系统。（3）数控系统的硬件电路设计任何一个数控系统都由硬件和软件两部分组成。硬件是数控系统的基础，性能的好坏直接影响整体数控系统的工作性能。有了硬件，软件才能有效地运行。在设计的数控装置中，CPU的选择是关键，选择CPU应考虑以下要素：1.时钟频率和字长与被控对象的运动速度和精度密切相关；2.可扩展存储器的容量与数控功能的强弱相关；3.I/O口扩展的能力与对外设控制的能力相关。除此之外，还应根据数控系统的应用场合、控制对象以及各种性能、参数要求等，综合起来考虑以确定CPU。在我国，普通机床数控改造方面应用较普遍的是Z80CPU和MCS-51系列单片机，主要是因为它们的配套芯片便宜，普及性、通用性强，制造和维修方便，完全能满足经济型数控机床的改造需要。本设计中是以MCS-51系列单片机，51系列相对48系列指令更丰富，相对96系列价格更便宜，51系列中，是无ROM的8051，8751是用EPROM代替ROM的8051。目前，工控机中应用最多的是8031单片机。本设计以8031芯片为核心，增加存储器扩展电路、接口和面板操作开关组成的控制系统。2.3总体方案的确定经总体设计方案的论证后，确定的CA6140车床经济型数控改造示意图如图所示。CA6140车床的主轴转速部分保留原机床的功能，即手动变速。车床的纵向（Z轴）和横向（X轴）进给运动采用步进电机驱动。由8031单片机组成微机作为数控装置的核心，由I/O接口、环形分配器与功率放大器一起控制步进电机转动，经齿轮减速后带动滚珠丝杠转动，从而实现车床的纵向、横向进给运动。刀架改成由微机控制的经电机驱动的自动控制的自动转位刀架。为保持切削螺纹的功能，必须安装主轴脉冲发生器，为此采用主轴靠同步齿形带使脉冲发生器同步旋转，发出两路信号：每转发出的脉冲个数和一个同步信号，经隔离电路以及I/O接口送给微机。如图2－1所示：

第三章微机数控系统硬件电路设计

3.1微机数控系统硬件电路总体方案设计本系统选用8031CPU作为数控系统的中央处理机。外接一片2764EPROM，作为监控程序的程序存储器和存放常用零件的加工程序。再选用一片6264RAM用于存放需要随机修改的零件程序、工作参数。采用译码法对扩展芯片进行寻址，采用74LS138译码器完成此功能。8279作为系统的输入输出口扩展，分别接键盘的输入、输出显示，8255接步进电机的环形分配器，分别并行控制X轴和Z轴的步进电机。另外，还要考虑机床与单片机之间的光电隔离，功率放大电路等。其硬件框图如图3－1所示：图3－28031芯片内部结构图各引脚功能简要介绍如下：⒈源引脚VSS：电源接地端。VCC：＋5V电源端。⒉输入/输出（I/O）口线8031单片机有P0、P1、P2、P34个端口，每个端口8根I/O线。当系统扩展外部存储器时，P0口用来输出低8位并行数据，P2口用来输出高8位地址，P3口除可作为一个8位准双向并行口外，还具有第二功能，各引脚第二功能定义如下：P3.0RXD：串行数据输入端。P3.1TXD：串行数据输出端P3.2INT0：外部中断0请求信号输入端。P3.3INT1：外部中断1请求信号输入端。P3.4T0：定时器/计数器0外部输入端P3.5T1：定时器/计数器1外部输入端P3.6WR：外部数据存储器写选通。P3.7RD：外部数据存储器读选通。在进行第二功能操作前，对第二功能的输出锁存器必须由程序置1。⒊信号控制线RST/VPD：RST为复位信号线输入引脚，在时钟电路工作以后，该引脚上出现两个机器周期以上的高电平，完成一次复位操作。8031单片机采用两种复位方式：一种是加电自动复位，另一种为开关复位。ALE/PROG：ALE是地址锁存允许信号。它的作用是把CPU从P0口分时送出的低8位地址锁存在一个外加的锁存器中。外部程序存储器读选通信号。当其为低电平时有效。

VPP：当EA为高电平且PC值小于0FFFH时CPU执行内部程序存储器中的程序。当EA为低电平时，CPU仅执行外部程序存储器中的程序。XTAL1：震荡器的反相放大器输入，使用外部震荡器时必须接地；XTAL2：震荡器的反相放大器输出，使用外部震荡器时，接收震荡信号；（2）片外三总线结构单片机在实际应用中，常常要扩展外部存储器、I/O口等。单片机的引脚，除了电源、复位、时钟输入以及用户I/O口外，其余的引脚都是为了实现系统扩展而设置的，这些引脚构成了三总线形式：⒈地址总线AB地址总线宽度为16位。因此，外部存储器直接寻址范围为64KB。由P0口经地址锁存器提供16位地址总线的低8位地址（A7～A0），P2口直接提供高8位地址（A15～A8）。⒉数据总线DB数据总线宽度为8位，由P0口提供。⒊控制总线CB控制总线由第二功能状态下的P3口和4根独立的控制线RST、EA、ALE和PSEN组成。其引脚图如图3－3所示：3.1.28255A可编程并行I/O口扩展芯片8255A可编程并行I/O口扩展芯片可以直接与MCS系列单片机系统总线连接，它具有三个8位的并行I/O口，具有三种工作方式，通过编程能够方便地采用无条件传送、查询传送或中断传送方式完成CPU与设备之间的信息交换。8255A的结构及引脚功能：1、8255A的结构8255A的内部结构如图3－4所示。其中包括三个8位并行数据I/O端口，二个工作方式控制电路，一个读/写控制逻辑电路和一个8位数据总线缓冲器。各部分功能介绍如下：（1）三个8位并行I/O端口A、B、CA口：具有一个8位数据输出锁存/缓冲器和一个8位数据输入锁存器。可编程为8位输入、或8位输出、或8位双向寄存器。B口：具有一个8位数据输出锁存/缓冲器和一个8位输入或输出寄存器，但不能双向输入/输出。C口：具有一个8位数据输出锁存/缓冲器和一个8位数据输入缓冲器，C口可分作两个4位口，用于输入或输出，也可作为A口和B口选通方式工作时的状态控制信号。（2）工作方式控制电路A、B两组控制电路把三个端口分成A、B两组，A组控制A口各位和C口高四位，B组控制B口各位和C口低四位。两组控制电路各有一个控制命令寄存器，用来接收由CPU写入的控制字，以决定两组端口的工作方式。也可根据控制字的要求对C口按位清“0”或置“1”。（3）读/写控制逻辑电路它接收来自CPU的地址信号及一些控制信号，控制各个口的工作状态。（4）数据总线缓冲器它是一个三态双向缓冲器，用于和系统的数据总线直接相连，以实现CPU和8255A之间信息的传送。

参考文献：

[1]王润孝，秦现生.机床数控原理与系统.西安:西北工业大学出版社,2000

[2]李华，MCS-51单片机实用接口技术.北京:北京航空航天大学出版社,1993

[3]李圣怡等，Windows环境下软硬件接口设计.长沙:国防科技大学出版社,2001

[4]顾京，数控加工编程及操作.北京:高等教育出版社,2002

[5]周伟平，机械制造技术.武汉:华中科技大学出版社,2002

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茂名热电厂原用的直流系统屏为老式直流系统屏(同一屏为双母线结线，采用直流发电机及硅充电装置)。从超过30a的运行情况来看，主要存在的缺点或不足之处如下。

1.1双工作母线结线布置复杂

因直流屏采用双工作母线结线，6根直流母线水平布置于屏顶上(根据控制、信号音响的需要，直流母线上还设有8根小母线)。在同一块屏上，有两组母线的馈线回路或电源与馈线回路相混合布置。当设备出现接触不良等缺陷时，往往因结线复杂和设备间距小，而使缺陷难以处理。

1.2仪表和灯光信号难以维护

老式的直流屏，其屏的正面都不采用活动门的型式。这样，装于屏面上的仪表、信号灯等设备，往往损坏后不能更换。

1.3直流发电机维护工作量和耗能大

茂名热电厂原使用同轴电动直流发电机组及GVA型硅整流装置担负直流系统经常负荷及作为蓄电池的核对性充电设备。配有1台Z2-17，15kW的直流发电机，由J2-62-4，17kW的电动机带动，当直流电机持续运行时，电动机月耗电量约12MWh，影响节能降耗，且整流子碳刷易冒火花，需经常维护。当使用GVA型硅充电装置担负直流系统的经常负荷时，由于硅整流装置不能自动调节输出，直流系统负荷突变时(如汽机启动直流油泵)，若不及时调整硅装置的输出，将会导致母线电压偏低，致使蓄电池过放电，严重时影响继电保护装置的正常工作。当蓄电池进行核对性放电时，因硅装置为不可逆式，无法作为蓄电池的放电负载，蓄电池须在空母线的前提下另接电阻作负载进行放电，而母线的倒闸操作较复杂，容易出现错漏。

1.4绝缘监察装置动作灵敏度低

老式直流系统屏采用电磁式绝缘监察装置反映直流系统的接地状况。从茂名热电厂多年的运行情况来看，该装置能正确反映单极明显的接地现象，但当两极的绝缘都下降时，却不能准确反映。

2新直流屏的设计原则

茂名热电厂为早期发电厂，机组控制模式采用原苏联早期形式，即电气系统采用集中控制，60年运的1号、2号机组，机、炉采用分散控制，70年代的3号、4号机组，机、炉采用集中控制。因此，对于现代机组普通采用的单元机组独立的直流系统方式将无法实现，只能根据该厂的实际情况，采用全厂统一布置的直流系统方式。

2.1接线方式

新的直流屏采用单母线分段的接线方式，两组蓄电池经联络刀开关进行连接。为防止两组蓄电池并列运行，联络刀开关与蓄电池电源刀开关之间应设有闭锁措施。

2.2屏上设备布置

做到简单清晰，电源(充电设备和蓄电池)、馈线、事故照明装置布置于各自的屏上。带有仪表及灯光信号的屏面，使用活动门的型式。

2.3充电装置

选用可控可逆式硅充装置，实行负荷自动跟踪，保证直流母线的电压质量。当蓄电池进行核对性放电时，硅装置工作于整流的逆变状态，蓄电池不用另接电阻作为放电负载。

2.4蓄电池组

原则上选用免维护密封式蓄电池，当原GGM-800型蓄电池组经校验后，仍满足直流系统的要求时，可暂不更换。

2.5绝缘监察装置和馈线开关

原则上选用90年代技术先进、成熟可靠的设备。例如，选用由CMOS集成电路组成的ZJJ-1型绝缘监察装置，该装置在直流两极绝缘均等下降时都能正确动作发信。

3新直流系统屏的设备选型

3.1直流系统负荷

经统计，直流系统各类负荷如表1。

因茂名热电厂为中型火力发电厂，且与系统相连，所以蓄电池事故放电时间考虑为1h。对于汽轮机油泵，因为是高温、高压机组，故其事故计算时间为1.0h，直流油泵的K值取0.8，密封油泵的K值取0.7计算。冲击负荷考虑为1台最大合闸电流的断路器合闸。

3.2蓄电池组的选择

3.2.1按事故持续放电状态选择

tj=KkQsg/Isg=1.1×307Ah/306A=1.1h

式中tj——GGM型蓄电池假想时间，h；

Kk——可靠因数，取1.1；

Qsg——事故负荷计算容量，Ah；

Isg——事故放电电流，A。

查《电力工程设计手册》(西北电力设计院、东北电力设计院主编)中P769曲线表，得Idj=16.8A，则

Qe≥36Isg/Idj=(36×306/16.8)Ah=658Ah

式中Qe——蓄电池的10h放电容量，Ah；

Idj——单位容量蓄电池在放电假想时间内所允许的放电电流，A。

选用720Ah的蓄电池即可。原选用的蓄电池为GGM-800型可满足要求。

3.2.2按最大冲击电流选择

Qe≥0.78(Isg+Ich)=［0.78×(306+235)］Ah=422Ah

根据计算结果，蓄电池的容量按事故持续放电状态下计算选择。原运行的GGM-800型蓄电池组仍满足负荷的要求。

3.2.3直流电压水平校验(以GGM-800型为例)

a)按事故放电初期，蓄电池突然承受放电电流的电压水平验算：

Kcho=Iso/C10=609A/800Ah=0.76h-1

式中Kcho——单位容量蓄电池放电初期放电系数，h-1。

查GGM型蓄电池短时冲击放电曲线表得：

表1直流系统各类负荷

负荷名称计算容量

/kW经常负荷

/A(事故负荷)/(初期Iso/A持续Is/A冲击Ich/A)事故时间

/h事故放电

容量/Ah

经常负荷7.2333333—133

事故照明25—114×0.6114×0.6—168

通信备用电源3—14×0.514×0.5—17

热工备用电源3—14×0.514×0.5—17

直流油泵80×0.8—728×0.5291×0.5—1146

直流密封油泵20.1×0.7—260×0.591×0.5—1146

断路器合闸电流————235——

合计—33609306235—307

Kcho=0.76h-1时，Ucho=1.86V，则直流母线电压为

N.Ucho=106×1.86V=197.16V＞0.85Ue

式中Ucho——单位容量电池冲击负荷初期端电压，V；

N——浮充电池个数；

Ue——直流母线额定电压，V。

b)按事故放电末期，蓄电池再承受冲击负荷时的电压验算：

Km=Is/C10=306A/800Ah=0.38h-1

Kchm=Ich/C10=235A/800Ah=0.29h-1

式中Km——单位容量蓄电池持续放电系数，h-1；

Kchm——单位容量蓄电池冲击放电末期放电系数，h-1。

查有关曲线得Uchm=1.72V，则直流母线电压为

N.Uchm=106×1.72V=182.32V

0.80Ue＜N.Uchm＜0.85Ue

式中Uchm——单位容量蓄电池冲击负荷末期端电压，V。

从计算结果来看，选取蓄电池为800Ah时，按事故放电的末期，蓄电池再承受冲击负荷时，母线电压为182.32V，能满足断路器的合闸电压要求，但难以满足直流油泵的运行要求(直流油泵运行允许电压范围为(-10%～+10%)Ue间)。蓄电池的容量应选大一级为宜，即C10=1000Ah。但上述校验为运行中的极端情况，运行中出现的概率极少，当出现时可通过调整蓄电池组的放电个数来满足直流油泵的运行。故原选用的GGM-800型蓄电池可满足要求。但原用的GGM-800型Ⅰ、Ⅱ组蓄电池运行时间已达10a以上，受蓄电池自放电、过放电及电极纯化等影响，蓄电池阴、阳极板脱落渗液严重，电池难以满足充电，可靠性大大降低。因此，利用改造机会将Ⅰ、Ⅱ组蓄电池更换为英国进口的VH34-1000型免维护蓄电池。

3.2.4蓄电池的个数

蓄电池个数为：N=230/1.85=124，其中基本电池数为88个，端电池数为36个。

3.3充电设备的选择

3.3.1核对性充电设备

3.3.1.1充电设备的额定电流

a)按事故放电后进行充电的要求选择充电设备，计算公式为：

Ic=1.1Qsg/t+Ijc=1.1×307Ah/12h+33A=61A

式中Ijc——浮充电设备的工作电流，A；

Ic——充电设备应具备的输出电流，A。

b)考虑核对性充放电，按最大充电电流选择，

Ic=0.1Qe+Ijc=(0.1×800+33)A=113A

故充电设备的额定输出电流应大于113A。

3.3.1.2充电设备的输出电压范围

对有端电池的直流系统，充电设备的电压应满足蓄电池充电末期的电压选择。即：

Uc=N×Ucm=124×2.4V=297.6V

式中Uc——充电设备输出电压，V；

Ucm——蓄电池满充电端电压，V。

取最大一级，即360V。

充电设备容量：Pc=IcUcm=113A×360V=41kW。

不考虑选用直流发电机，应选用的硅整流装置为KGCfA-150/360，则额定输出电流为150A，最高输出电压为360V。

3.3.2浮充电设备

浮充电设备持续负荷电流Ifc为Ifc=0.0042Qe+Ijc=(0.0042×1000+33)A=37.2A

浮充电设备正常工作容量Pfc为Pfc=IfcUcm=37.2A×360V=14kW

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2桥梁的建设标准

设计单位应在接受建设单位的委托设计邀请后，组织拟定桥位处的现场踏勘并进行详细的地形图测量，在充分征询建设单位和相关主管部门的意见后明确桥梁的建设标准。

2.1使用年限

桥梁主要受力构件必须在正常设计、正常施工、正常使用养护的条件下，其使用年限为100年。

2.2设计洪水频率

二级公路上的大、中桥，设计洪水频率为1/100；二级公路上的小桥和三、四级公路上的大、中桥，设计洪水频率为1/50；三、四级公路上的小桥，设计洪水频率为1/25。设计洪水频率内的历史最高洪水位可通过现场调查踏勘、向附近当地村民询问了解、向相关水利部门发函等方式获得。

2.3桥下被交河流的航道等级和净空标准

应与相关航道主管部门联系，获得桥下河流的航道等级、最高通航水位、净空标准及规划等资料，如桥梁下部结构和基础在通航水域中，需设置必要的船舶航行标志、标识。

2.4桥下被交道路的等级和净空标准

应与相关道路主管部门联系，获得桥下道路的等级、净空标准及规划等资料，并设置必要的防车辆撞击设施。

2.5道路等级

一般来讲，农村公路的道路等级可采用二、三、四级公路标准。具体取用时，不仅要与现状相吻合，还要与规划相协调。

2.6设计荷载

一般来讲，二、三、四级公路，汽车荷载等级为公路Ⅱ级，如二级公路为干线公路且重型车辆多时，可采用公路Ⅰ级汽车荷载。

2.7设计速度和桥梁宽度

二级公路设计速度为80km/h，60km/h，其相应的桥梁宽度分别为12m，10m；三级公路设计速度为40km/h，30km/h，其相应的桥梁宽度分别为8.5m，7.5m；四级公路设计速度为20km/h，其相应的桥梁宽度为6.5m（双车道）、4.5m（单车道）。桥面宽度的具体取值不仅要与现状相吻合，还要与规划相协调。

2.8桥上及桥头引道线形

桥上及桥头引道的线形应与路线布设相协调，各项技术指标应符合路线布设的规定。桥上纵坡不宜大于4%，桥头引道纵坡不宜大于5%；位于市镇混合交通繁忙处的桥上和桥头引道纵坡均不得大于3%。桥头两端引道线形应与桥上线形相配合。

3桥梁的建设规模

在桥梁的建设标准明确后，桥梁的建设规模主要涉及桥梁的立面设计。桥梁立面设计的三要素为桥高、桥长、基础入土深度。

3.1桥高（指最低梁底高程）

桥高通常在做以下三项对比后确定。（1）设计洪水频率内的历史最高洪水位加安全高度后的高程；（2）与航道等级相对应的最高通航水位加净空高度后的高程；（3）与道路等级相对应的最高路面高程（考虑路面加铺因素）加净空高度后的高程。

3.2桥长

梁底高程确定后再确定主孔跨径。一般来讲，在满足桥下净空宽度和泄洪要求的条件下，应尽可能采用较小的经济性跨径，降低上部结构建筑高度，减少投资。确定上部结构建筑高度后进行桥长设计时，为缩短桥长，减少投资，可按以下原则控制：（1）可能采用较大桥梁纵坡；（2）平原软土地基台后填土高度不宜大于4.0米，一般地基台后填土高度不宜大于6.0m，城镇人口稠密区，台后填土高度不宜大于3.0米；（3）桥下净空断面须满足泄洪要求；（4）桥梁基础宜尽可能避开老桥基础。

3.3基础入土深度

（1）如地基土质承载力较高且具备开挖条件时，应首选扩大基础，否则宜采用桩基础。（2）基础入土深度须考虑河道的一般冲刷、局部冲刷以及规划河床断面的开挖情形。

4桥梁的施工图设计

在桥梁的建设标准、建设规模初步确认后，由建设单位组织召开设计方案论证会，以会议纪要方式最终确认或直接由建设单位下达设计委托函予以明确。设计单位据此与建设单位签订委托设计合同，安排桥位处地质勘探，每座桥梁布置不少于2个地质钻孔，并由设计单位提供地基承载力要求。此后，设计工作进入施工图设计阶段。为做好施工图设计，应高度重视以下设计细节。

4.1桥梁抗震设防

镇江地区抗震设防烈度为7度，设计基本地震动加速度峰值为0.l0g或0.15g，除二级公路上的大桥采用8度区的抗震措施外，其余桥梁均采用7度区的抗震措施。

4.2桥面铺装

鉴于桥梁规模较小，宜采用防水险铺装。如铺装厚度计入结构计算高度，需设置不小于3cm的磨耗层。

4.3桥面护栏

桥面设置人行道时，应设置人行道栏杆扶手；桥面不设置人行道时，宜设置险墙式护栏，以减少后期养护工作量。由于农村公路为混合交通，为确保行人安全，护杆高度不应小于1.1m。

4.4桥头接线

桥头接线原则上要求与老桥两头道路衔接，平纵线形顺适，设置必要的波形防撞护栏与桥上护栏相衔接。

4.5管线事宜

原则上原有老桥上的管线在新桥设计时应予以保留，并预留未来管线位置，但须遵循下列要求：（1）禁止天然气输送管道、输油管道利用公路桥梁跨越河流；（2）高压线跨河塔架的轴线与桥梁的最小间距，不得小于一倍塔高。高压线与公路桥涵的交叉应符合现行《公路路线设计规范》的规定。

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2二级水电站存在的问题

(1)电站自建成投运以来，引水渠道长4.56km，基本沿山坡布置，临外坡为悬空状态，采用填方渠道，其中2.5km渠道渗漏严重，每年都要大、小维修多次，维护费用较大，发电效率低。(2)电站压力钢管为覆土埋设，内径1.2m，长186m，受当时技术、工艺水平的制约，防腐处理措施不够，锈蚀严重，经现场实测局部厚度仅为8mm，比原设计12mm锈蚀3～5mm。由于年久失修，在20世纪90年代，3、4号机组压力管道曾出现过爆管现象，给电站的安全运行带来了一定的隐患。(3)尾水渠采用T型，长度为300m。由于多年疏于维护，尾水渠产生了淤积，致使电站运行尾水位抬高，降低了有效使用水头，影响了机组出力。(4)原水轮机型号为HL220—WJ—50，套用定型产品，不能满足电站水工设计要求，存在机型老化、运行工况严重偏离、制造工艺落后等(机组实际出力700kW)一系列问题，造成水轮机气蚀严重、效率低下、振动噪音大、出力不足。(5)由于地域关系，河道泥沙含量较大，水轮机蜗壳、导叶、顶盖、底环等过流部件磨损严重，经测量蜗壳局部厚度仅8～9mm，比原设计少4～5mm。密封结构未考虑多泥沙河流运行的实际情况，漏水量大，无法正常使用。(6)机组制动方式为老式单侧人工手动操作，无法满足安全运行的需求。(7)原电机设计、工艺水平落后，机组绝缘等级为B级，电机绝缘等部件已接近使用年限，存在较大的安全隐患。

3二级水电站技术方案设计的选择

根据水工建筑目前现状和河道来水量水文资料以及上、下游流量变化情况，经复核计算，确定对水轮机、发电机等部件进行系统改造，使原机组单机容量从700kW提高到900kW，发电量提高29%左右。

3.1机组参数的选

根据电站实测参数，阿勒泰二级电站毛水头为52.4m。考虑到本次改造水工部分的改进，水头与流量均有一定的富余，新机组设计水头按51m、引用流量按2.5m3/s进行设计计算。改造时充分考虑了电站吸出高度、引用流量、结构尺寸、布置形式、水力参数等各项技术指标的匹配性(见表1)。

3.2水轮机改造

根据电站现有水力参数，适合本次电站改造用的转轮有D74、A551、D41、A616等。通过对比，A616机组具有效率高、气蚀性能好、超发能力强、运行范围大等特点，故推荐采用A616转轮。(1)电站水工建筑前期改造升级完后，水头及流量均比以前有所增加，本次新转轮制造在满足现有结构尺寸空间的前提下，通过选用性能优良的模型转轮达到了增容增效的目的;新转轮在选型上留有较大的余量，没有过于追求水轮机效率，采用效率修正－2%，可保证增容出力要求。(2)针对电站泥沙含量较大的问题，转轮叶片及下环采用性能优良的0Cr13Ni5Mo不锈钢材料制作，并在转轮上冠处开设减压孔以减小推力轴承所承担的水推力。(3)机组尾水部分采用无尾水接管结构，通过变径尾水弯管直接与尾水锥管进行连接，减少了电站的改造费用。(4)蜗壳、导水机构、密封等部件重新进行制作。顶盖、底环及导叶配合部位加设不锈钢抗磨板，提高其抗磨蚀能力。导叶轴承套采用新型高分子材料制作，该轴承使用温度为－50～110℃之间，老化寿命大于50a，最大静载荷可达70MPa，具有耐磨程度高、承载能力大、拆装方便等特点。(5)由于电站泥沙含量较大，密封磨损严重，本次改造密封采用间隙、迷宫加盘根的多密封结构，有效地控制了机组漏水量(见图1)图1密封改造示意(6)刹车装置采用油刹方式，通过制动器与调速器之间的管路连接，实现对机组的制动。

3.3发电机改造

(1)更换定、转子线圈。线圈按F级制作，原B级允许温升80K，F级为105K。另外，通过更换绝缘材料，提高发电机绝缘耐热温度，达到增容改造的目的。(2)定子线圈双层叠绕组结构，F级绝缘，导线采用单丝双膜优质薄膜自粘性铜扁线(原机组采用玻璃丝线)，对地绝缘为环氧云母带连续绝缘，并经热模压成型，再经防电晕工艺处理;整体机械强度好，绝缘性能优良，增加了定子线圈匝间可靠性，满足了电站的使用要求。(3)原发电机型号为SFW118/44—6，通过计算定子线规可放大8%，转子线规可放大9%，如此一来，可有效降低电机温度，以达到增加容量的目的。(4)转子线圈重新制作时，采用F级绝缘材料，线圈用扁铜带绕制而成，匝间用环氧坯布绝缘，首末匝用云母带及无碱带加强绝缘，然后与上下绝缘板热压成一个整体。(5)通过更换电机定、转子线圈后，发电机可在原出力基础上增加10%～15%左右。

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把握工程教育要面向工程实际的基本原则。对于机械制造装备设计过程，不仅仅关注结构与功能原理的实现，也要从经济性、安全性、环境保护与节能减排等方面将其视为一个系统的工程技术项目来加以考虑，全方位引导学生培养运用所学知识解决实际工程问题的能力，正确认识工程对于客观世界和社会的影响。教师对于学生的要求更多地集中在培养学生的学习主动性、对问题的深入探究和钻研精神以及追求创新的态度和意识。这就对教师本身在知识结构、教育教学技能、教学与管理艺术等方面提出了更高的要求，要不断更新自身教育理念，与时俱进。

2教学内容的改革与优化

课程教学内容要面向机械设计制造及自动化专业工程教育认证目标，以培养行业认可的复合型工程人才为导向，突出学校与学科专业特色，紧随生产与社会的发展，与相关产业与领域的需求相结合。以此为原则，保留原有教学内容中的经典核心部分，删减或剔除与专业认证目标不相符合的内容。针对湖南科技大学机械设计制造及自动化专业面向矿山机械、工程机械及数控机床产品设计制造的专业培养特色，教学内容中适当增加矿山机械装备与工程机械装备的设计方法与过程，对于金属切削机床的设计着重讲解数控机床的主传动系设计、进给传动系设计与典型部件设计，减少普通机床设计相关内容。机床控制系统设计重点介绍数字控制技术原理与设计过程，其它控制方式酌情删减或剔除。同时教师在授课过程中应结合自身研究方向，增补介绍反映本专业前沿发展现状和趋势的有关新材料、新工艺、新技术和新装备的内容，使教学内容做到融经典、基础、实用、前沿于一体。适当淡化教学内容中的深奥理论知识，增强应用与实践，增加实验与实践教育环节时长，以激发学生的学习兴趣。可以更多地与企业生产实际相结合，与企业沟通联系，创造机会让学生深入企业生产一线，直观接触与动手实践，深入理解机械制造装备的设计原理与方法。强调对重点和难点的把握，精心组织，讲深讲透，如金属切削机床的工作原理、几何表面成形原理和机床主传动系设计过程、夹具定位方案的设计与分析等。对于物流系统设计和机械加工生产线的总体设计，则可以采取学术讲座的形式加以介绍。

3教学方法的突破与创新

面向工程教育专业认证需求，教师要实现教学方法与手段的不断突破与创新，以提高教学质量。教学方法要针对工程实际，可以更多地采用案例分析、综合设计、小组学习、项目训练等方式，培养学生主动学习和团队合作能力，提高工程意识和设计技能。教师也要深入研究当前国内外工程教育的发展形势，将国际上最新的科学思想和科学成果传递给学生。在教学过程中教师要有效利用多媒体教学资源，使知识直观化、形象化，激发学生学习兴趣，调动主观学习积极性。如为使学生对于装备制造业有清晰的认知，激发学生对于机械制造装备设计课程学习的热情，在绪论中详细介绍制造业与装备制造业的内涵，多方搜集资料，以详实的图片、文字、视频和数据资料深入透析装备制造业的地位与作用、我国装备制造业迄今所取得的成就以及面临的机遇与挑战，鼓励学生为我国装备制造业的发展与进步贡献自己的力量。为训练学生的独立分析与思考能力，教师也在课堂上提出问题或布置课后作业，启发学生去思考并分组讨论，教师再进行归纳总结和点评，让学生能够主动参与学习。在机械制造装备设计课程教学中可根据教学难点与重点，有针对性地开展专题讨论与专题作业。讨论与作业的形式也需多样化，以便于活跃学生思维，增强创新意识。

4考核评价机制的多元化

为检验课程教学效果，考核评价必不可少。在常用的平时考勤、课堂作业与期末考试成绩的考核评价机制基础上进行多元化拓展，以助于提高学生的学习积极性，培养创新态度和意识。针对机械制造装备设计课程教学特点，采取“日常课堂教学考核+创新实践考核+期末闭卷考试”模式。日常课堂教学考核从考勤、课堂讨论、课堂作业等方面进行综合评定，重点考查学生的学习态度、学习纪律性与主观能动性等;创新实践考核结合实验教学进行，考察学生的创新思维和创新能力、实践动手能力等;期末闭卷考试适当增加主观题和应用型试题比重。通过考核评价机制的多元化拓展，全面准确地反映学生学习效果。

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（1）车型中规中矩，缺少创新与突破，仅对局部造型进行了装饰，不能对未来汽车造型起到规划作用；

（2）车型缺少文化元素的融入，无法形成特色。

2概念方案设计

设计定位是造型方案的依据。文中所设计的东风风神概念轿车使用环境定义为城市，目标人群定义为都市中追求梦想的都市年轻用户，该用户群是汽车的主要消费者。东风风神作为自主品牌轿车，需要开创中国汽车设计的未来，创新性地运用中国传统元素，以体现中国文化精神。在前期调研和分析的基础上，提出10余种草图方案，其中具有代表性的是如下4种。方案A：整体造型简洁流畅，LED车灯使汽车看起来更具动感和前卫，修长的车身符合我国汽车用户的审美。方案B：车身线条简洁、硬朗，充满了力量感。方案C：车身线条灵活多变，符合都市青年人追求自我、张扬个性的心理。方案D：创意来源于中国的“龙”元素，全顶天窗设计使汽车内室更加明亮，车门采用剪刀式开启方式，开启后像一条腾飞的巨龙。

3最终方案设计

通过方案分析与评价，方案D最符合设计定位，因此确定为最终方案。中国龙以东方神秘主义的特有形式，通过复杂多变的艺术造型，蕴涵着中国文化有的观念，因此以“龙”元素作为汽车造型意象。通过计算机辅助造型设计软件，结合龙的意象特征，进行了整体造型设计。宽大的进气栅栏，是由龙须抽象而来的，不仅散热效率更高，而且使车型更具威武的效果。车顶天窗设计成龙鳞形态，可根据太阳光线自动旋转伸缩，表面附有太阳能电池板，给概念车提供能源。在色彩设计中，主体采用了香槟黄色，内饰搭配中国红，不仅体现了中国文化的精髓，更彰显了东方神韵。

4概念车造型的发展趋势

（1）新型结构。近年来人们已经不再满足于传统的汽车概念，需要打破常规的、面向未来的智能行走机器。例如，当在宽敞路面上快速行驶时采用三轮模式，而在拥挤路面上行驶时可转换成两轮模式。

（2）个性化设计。人们对于汽车的需要日益个性化与多元化，具有个性化设计的车身造型越来越受到人们的欢迎。

（3）空间与功能。将汽车描述成一种在一定时间内使主体完成相应空间位移的交通工具，注重车辆造型的空间划分和功能实现。

（4）车身美学。概念车设计应注重车身每一条特征线的静态协调及在车身上的动态光影效果，从而刺激大众的审美欲望、情感和个性诉求。不同阶段的设计风潮同时也影响了当时的汽车设计。总之，概念车的造型设计趋势就是探讨汽车空间、形式及功能的完美结合，使其具有更好的移动性、更完善的功能和更靓丽的外形。

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将概念设计应用于建筑结构设计中应该把握的若干要点

激烈的发展竞争推动我国建筑企业不断补充能量，汲取先进的建筑结构设计理念，力求持续提升自身市场核心竞争能力。近几年以来，在国外概念设计思想的熏陶下，国内很多建筑结构设计者也在全面总结并完善自身设计理念，积极将概念设计理念实际应用于建筑结构设计工作中。概念设计逐渐成为目前我国建筑领域的主流思想，设计者在这种方式下可以不断挖掘自身潜在的创新技能，给建筑结构设计领域注入新鲜的理念。

1选择使用最佳的结构设计策略

概念设计是一种将专业知识与建筑设计者实践经验有效结合在一起的设计理论，其本质目的是确保使用的结构设计策略在经济适用的基础上，具有很强的实用性。所以，具有一个适宜的结构设计策略是应用概念设计的前提条件，也就是说开展概念设计工作必须首先获得一个能够满足实际要求的结构机制或形式。这个结构机制或形式应该包括建筑结构整体的设置、应力及抗震能力的计算分析，不能将具有差异化的结构机制混杂使用在相同的结构部分，争取满足竖向及平面的规则要求。

在选择最佳结构策略的时候，必须从整体出发，应该将设计要求、结构特征、施工环境、材料情况等多方面因素综合起来进行分析，同时获得顾客的充分支持，然后再开展结构方案及策略的选定，确保方案的最优性。策略的选择是建筑结构设计工作的开端，其选择结果的质量及水平将会直接影响接下来所有的工作，因此，结构设计者必须给予其足够的重视力度。

2采用适宜的计算简图

到目前为止，人们仍然无法完全突破实际空间结构系统整体分析及研究的局限性，在建筑结构的设计过程中必须使用各种简化或假设的形式。所以，结构设计者应该全面掌握建筑物的整体构成，及其各个分区域之间存在的一切力学关系，将概念设计切实运用于实际工作中。适宜的计算简图是建筑工程结构安全性的有效保障，采用恰当的计算简图才能施行正确的结构计算，将建筑工程结构安全隐患消除在萌芽阶段。

结构设计者必须重视计算简图的挑选，结合建筑工程的实际情况使用理想的计算简图，同时保证计算简图全部都能符合标准的构造要求。在实际情况下，虽然结构里的节点并不是单纯的铰结及刚结点，但是只要能够将计算简图的误差控制在预期计划许可的范围内就可以了。

确保计算结果的高度准确性

近几年以来，计算机在建筑领域得到了非常广泛的应用，设计者经常使用不同的软件来协助完成结构设计工作，但是因为软件的类型繁多，导致计算结果之间存在较为明显的差异性。因此选择适当的软件来尽量减少计算结果可能出现的误差是非常有必要的，设计者应该全面掌握各种类型软件的特征、使用要求、适用范围等内容，着重突出相关参数的独特及重要性，结合自身充足的学科理论知识及实践经验来进行分析计算。获得计算结果之后，仍然要保持谨慎的态度再次复核，遇到问题采取措施及时整改。

结构设计者必须从根本上认识到目前所获得的结构设计及计算理论仍然存在或多或少不足的地方，甚至在建筑结构的设计过程中有一些区域的数值是无法进行计算的。例如在设计混凝土结构的时候，设计者根据塑性理论极限状态的设计形式来获得截面的数值，而内力数值则要在弹性理论计算形式的基础上才能实现，这两者之间存在着不能忽视的矛盾。因此，建筑结构实际的受力情况与计算数值之间的差距也较为显著。为了避免这些可能在设计时出现的失误，弥补计算理论存在的缺陷，或者确保计算结果的高度准确性，都需要结构设计者在正确概念设计理念的引导下，采取有效措施实现预期的设计目标。

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1基于振型的位移公式推导

振型是结构空间位移的坐标基，所有位移都可通过振型进行展开。同理，内力和应力也可由振型展开，据此可定量化反映结构某方向上的变形状态。结构位移的展开公式如下，设结构的位移表达式为其中，s为位移空间向量;v为位移的幅值，即最大值。式(1)展开的关键是s向量的推导，假定s向量可展开为在式(2)两侧前乘Tr，并利用振型展开的正交性，可以得到利用式(3)和式(4)可将任意空间向量展开成以结构振型为坐标基的空间向量之和的形式。

2基于振型的位移展开

(1)平面问题的振型展开某5层框架结构，如图1所示，每层的质量和刚度均为m和k，结构的位移有以下两种形状，应用本结构的振型加以展开。利用以上推导出来的公式，可求出A和B展开以Φ为坐标基的式子AT和BT，见下页式(7)和式(8)所示。

从式(7)、式(8)可以看出，对于位移形式较为简单的A式，第一振型占主导地位，各自由度处几乎占总反应的80%以上;相对较为复杂的B式，第一振型占总反应的比例有所下降，但仍以第一振型为主。所以对于中、低高度类型结构，传统的Pushover方法具有一定的使用价值。(2)空间位移的振型展开假定某3层5榀3跨规则框架结构，如图2所示，长度方向5跨40m，宽度方向为3跨13m，层高3m。坐标轴方向:长度方向为x轴，宽度方向为y轴，高度方向为z轴。混凝土强度等级为C40。

结构除承担自重外，另外沿X轴和Y轴正方向每层梁柱交点施加集中荷载。对结构进行动力特性分析，前5阶频率和振动形态如图3所示。取结构中某一榀框架柱空间位移值，用前8阶振型展开，并观察各方向上位移量所占比例。某柱的位移分量为:［1．45E－03，2．00E－03，－5．45E－05，－2．24E－04，1．95E－04，0;1．92E－03，2．59E－03，－6．73E－05，－1．31E－04，1．7E－04，0］，表示单元i端和j端自由度位移，分别为每端的3个平动和3个转动，共12个位移量。位移用前8阶振型展开式如式(11)所示。

从式(11)可以看出，由前8阶振型的位移展开式基本上达到了总位移的80%以上，满足一般结构设计精度的需要，故用振型指导概念设计仅需观察前几阶振型即可。

基于振型的概念设计

对于一般建筑，概念设计时，平面和空间布置尽可能规则、刚度连续;在振型上，前几阶振型以平动或弯曲振型为主，推迟或减小剪切振型、扭转振型、局部振型和耦合振型。结构的变形主要表现为4种情况:平动变形、纯扭变形、平动耦联变形和平扭耦联变形。平动和扭转振型方向因子计算公式如下。平动振型方向因子:当结构的外形确定后，平动振型方向因子和扭转振型方向因子完全确定。振型方向因子的大小决定了各阶振型中不同方向上变形状态及所占比例，对分析结构在荷载作用下的力学性能具有重要意义。图2中框架结构振型方向因子如表1所示。

由于本框架横向宽度13m，纵向长度40m，前两阶振型为平动振型，分别为纵向和横向变形;第3阶振型为弱平动耦联，同时伴有扭转变形;第4阶基本上还表现为横向平动;第5阶为较强的平动耦联，伴有扭转变形。因此，在结构设计时，要注意角柱的配筋，同时边柱的配筋也要引起注意，防止扭转破坏。利用振型指导结构概念设计的步骤如下:

(1)建立结构模型，对其进行动力特性分析，结构频率避开场地特征频率、设备工作频率和人的敏感频率等范围，满足适用性和安全性要求。

(2)观察结构振型模式，利用振型方向系数量化各阶振型中不同方向上变形量，判断结构的变形状态。

(3)对于某些不规则结构的角柱和边柱，鉴于其变形的特殊性，应采取必要的构造措施，防止脆性破坏。

(4)对于特别不规则结构，应加强某些楼层或某些杆件的构造措施，提高结构的延性性能。

结论

利用结构振型为坐标基，对任意位移进行展开，进而利用振型方向因子对各振型不同方向上的变形值进行量化，得到以下结论:

(1)任意位移均能以振型为空间坐标基进行展开，并且根据结构的规则程度，仅需前几阶振型就能满足工程精度需要。

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Abstract: based on the actual in this paper in small hydropower station and flash design and implementation process, the turbine generator and electrical equipment reconstruction will be with turbine transformation to the attention of the same. This is not only related to the synergistic expansion after the comprehensive benefits of power station, but also related to the future in the operation process of personal and equipment safety. A good reconstruction scheme can not only improve the economic benefit, but also reduce the production cost, reduce operation cost, reduce labor intensity.

Keywords: small hydropower station; Turbine generator; Synergistic flash; Retrofit design of the

中图分类号：TV文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）

1、水轮发电机增效扩容改造的合理选取

增效扩容的水电站大多建于上世纪，由于当时材料、工艺、技术和设计水平的限制，设备经过几十年的运行后，出现发电机绝缘老化、温升高、定子铁心松动、效率下降等问题，影响电站的安全运行。但各个电站由于运行管理水平和生产厂家的技术不同，出现的问题也各不相同，因此需要认真分析，找出主要原因“对症下药”。

1.1 发电机的整体更新

水轮发电机增效扩容最简单的方法是在维持机座不变、转速不变、埋入部件不动的情况下，按照全新的设计整体更换（发电机所有部件），但其一次性投资大，既浪费资金，也浪费公共资源。

由于发电机部件比较多，影响效率和出力的因素也多，如发电机定子铁心、定子绕组、转子绕组、通风冷却装置、推动轴承等。是否对发电机组整体更换应进行综合分析和论证。为此，需要到现场详细了解发电机的运行情况，投产时电站的设计参数和技术水平，以及历年来的重大事故、改造和维修情况，与运行人员一起分析论证，并根据增效扩容的要求，通过全面检测来确定对机组进行局部改造（更换部件），还是整机更换。为了保证水电站运行安全，需整体更换发电机时，应按目前的先进技术进行设计和制造，并满足立式机组现有机墩、埋件不改动的要求。

1.2 定子绕组转子绕组的改造

在发电机增效扩容改造中，要求增容后机组转速保持不变，因此发电机极对数也维持不变。要达到增容的目的，对原定子绕组必须进行改变，增大绕组线规，降低绕组电阻，使绕组电阻发热总量不高于原绕组。同时改变绝缘浸漆工艺，将B级绝缘等级提高到F级，采用新型的耐压高、介质损耗低的绝缘材料，减薄绝缘厚度，为增大线规腾出空间。

定子绕组和转子绕组改为F级绝缘后，仍控制机组温升在B级绝缘水平允许的极限温度内，各项电气安全指标达到设计要求，以保证机组安全可靠运行。通过改造，一般能使发电机在额定条件下增加出力15%～25%。

由于发电机定转子绕组设计制造时均留有一定的裕量，一般在机组增容10%～15%的范围内，定转子绕组可不做变动。如果机组增容幅度较大时，应根据扩容幅度的大小，通过计算确定需要的匝数及绕组截面积，更换定子绕组和转子绕组。

在水轮机增容幅度较大的情况下，由于机墩受限或其他原因不能与增容后的水轮机出力相匹配时，也可以采取更换定转子绕组附加提高机组功率因数的方式来解决。

1.3 通风冷却系统的改造

发电机通风冷却系统的好坏，对发电机温升和扩容也有较大的影响。早期的发电机冷却器和风机由于受当时技术水平的限制，通风冷却系统存在不少弊病，散热效果差、效率低、噪音大，长期运行后会在冷却器内部发生结垢、锈蚀、堵塞等现象，使冷却效果进一步下降，机组温升上升。因此，一般情况下应予更换，并根据机组扩容的最大容量计算冷却容量且留有一定的裕量。

对于小型机组，有的采用自然冷却或通风管的冷却方式，发电机直接与屋外相连通，环境温度对发电机温升有直接影响。特别对于南方地区，在机组停运期间，屋外潮湿空气和小蚊虫进入发电机舱会对发电机绝缘产生影响，对绝缘性能本来就较差的机组，在开机前须先加热驱潮后才能开机运行。对于此类电站建议封堵现有风道改造为冷却器冷却方式，提高冷却效果，保证电机安全运行。

1.4 定子铁心的改造

定子铁心出现故障的几率比较少，其是否更换应进行检测和分析判断。笔者认为对运行年限达到报废年限或有严重缺陷、发生过重大事故、直接影响机组安全可靠运行的机组应予以更换，并建议采用新材料的定子铁心。经检验和论证不需要更换定子铁心的机组，应根据扩容条件，配合定子绕组的改造，改进铁心结构，优化铁心设计，改善冷却条件，重新迭片，更换部分不合格硅钢片。

铁心损耗是发电机电磁损耗的主要部分之一。投产较早的机组定子铁心大多采用热轧硅钢片或有取向冷轧硅钢片，磁滞损耗较大，加之多年运行后铁心松动，绝缘老化，涡流损失增加，在更换时应选用性能优越的高导磁、低损耗的无取向冷轧硅钢片，可使发电机效率进一步提高。

1.5 推力轴承及其它改造

在水轮发电机运行时，推力轴承承受全部的轴向负荷。推力轴承工作性能的好坏，会直接影响水轮发电机能否长期、安全稳定运行。在确定了机组最终容量后，根据新的资料需要复核推力轴承的推力负荷，确定推力负荷能否满足扩容的要求，并根据运行情况综合分析是否需要对推力轴承进行更换或改造。

早期投产的推力轴承大多采用巴氏合金瓦，损耗相对较大，有发生烧瓦、研括时间较长等缺点。目前弹性金属塑料瓦技术成熟，造价不高，已在中小机组中广泛应用，将会逐步取代传统的巴氏合金推力瓦。与巴氏合金瓦相比，弹性金属塑料瓦有摩擦系数小、不需要高压顶起装置、可在低温情况下直接起动等突出的优点，因此，如果现有推力系统被证明故障多，或长期瓦温高无法消除，或推力负荷增加较大而需要更换时，可考虑直接更换为弹性金属塑料瓦，以减少机械损失，提高机组效率，保证安全运行。

2、电气主接线及短路电流的计算复核

2.1 电气主接线

进行增效扩容改造的电站均已运行多年，送出工程及与系统连接地点已经确定，变动的可能性不大，对电站的接入系统不必再进行论证，所以只要现有主接线相对合理，在增效扩容改造中可维持原主接线方案不变，只需根据现行规范和短路电流计算成果，对机组容量进行复核和选择设备即可。对个别电站由于多次修改，改变了原设计的主接线形式，增加或减少了部分设备，改变了布置，形成现有不合理的接线方式，造成重复容量大、损耗高、继电保护复杂、设备配置不合理等，或现有接线方式不适应目前电力系统要求，对这种情况应在设计过程中对主接线方案进行优化比选，同时复核送出线路的输送容量和电压降是否满足增效扩容的要求，复核电站内部电流互感器变比、电气设备动热稳定和开断电流等能否满足要求。基本原则是送出电压等级和接入系统点不改变，否则投入资金会相应增加比较多，浪费比较严重。如果改变了主接线的接线方式或运行方式，涉及到电力系统的计量、保护方式和保护整定值等问题，需要与电力系统调度部门共同协商。

2.2 短路电流

早期投入的水电站当时电力系统容量较小，经过几十年的发展，电力系统的容量大为增加，结构也有很大的变化，网络在不断加强，同时由于发电机的改造，电气参数也会发生变化。因此，有必要根据目前电力系统的参数，或今后5~10年电力系统发展规划和改造后机组的参数，对短路电流进行重新复核计算，依据复核计算结果来复核现有电气设备的开断能力，或重新选择电气设备的型式和参数。一般情况下，严重老化设备、高耗能设备和淘汰设备会随着机组增效扩容一起进行更换，以提高电站运行的安全性，减少维护工作量，增加电站经济效益，保证新更新的电气设备能适应电力系统的发展和长期安全稳定运行。

3、电气设备的选择与布置

35kV设备采用DW6、DW8等系列的多油断路器，或GBC户内型高压开关柜；110kV设备采用SW3、SW6及SW7少油型断路器；变压器采用SLJ1或SF7型等。这些设备是目前国家已明令禁止使用的产品，开断电流小，损耗大，不环保，由于诸多原因长期带病运行，严重影响电站和电网的安全，因此对这些电气设备进行更新换代是十分必要的。

电气设备的选择应按照安全可靠、技术先进、维护简单方便和经济合理的原则进行，并应适应农村水电站的特点。对电气设备应根据增效扩容后的参数和短路电流计算结果来选取，而不应延用旧设备的参数来确定新设备的参数，这样可保证更换的电气设备能适应目前和将来系统发展的要求。

由于设备基础、支架、房间的尺寸和开关站的位置均保持不变，因此在选择电气设备型式时还应考虑这些因素，尽可能多地利用已有基础或仅做小改动。

4、接地系统的检查与修复

水电站接地系统的好坏是关乎人身和设备安全的重要保障。接地电阻值是保证电站安全运行的重要参数，接地系统的设计不但要满足工频短路电流的要求，还要满足雷电冲击电流的要求，但在增效扩容和设备改造过程中，往往忽视了这部分内容。

由于水电站已建成并运行多年，要改造厂房、尾水渠及大坝下方的地下或水下接地网已不可能，只有改造户外开关站的接地网和外引增加接地网面积，或采用其它相应的降阻措施来实现。接地网及接地线截面积的设计应按现行的接地设计规范进行，并复核接能电势和跨步电势是否满足要求。

如果接地网系统良好，接地电阻符合目标值的要求，可以不对接地网进行改造，只需按最新设计规范对暴露于空气中锈蚀严重、接触不良的接地线以及改造设备的接地连接线进行修复。

5、结语

本文结合实例阐述了已建小型水电站的增效扩容改造是一个复杂而系统的工程，需要认真分析，综合考虑电站的整体效益，不仅要重视水轮机的选型，而且也要重视水轮发电机和电气设备的改造，如果发电机和电气设备不能与水轮机增效扩容相适应，将会给电站的安全可靠和经济运行带来隐，也难以真正达到增效扩容的目的。