大功率范文
时间：2023-03-31 20:42:15
导语：如何才能写好一篇大功率，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。
篇1
关键词：大功率 激光清洗设备
一、引言
激光清洗是一种新型激光表面处理技术。它是利用高能激光束照射工件表面，使表面的污物、锈斑或涂层发生瞬间蒸发或剥离，高速有效地清除对象表面附着物或表面涂层，从而达到清洁材料表面的工艺过程[1]。其不需要清洁液或其它化学溶液，清除污物的范围和适用的基材范围广泛，清洗的过程不损伤基材表面，因此它与传统的化学清洗、机械刷磨、流体颗粒冲刷、超声波清洗等相比具有独特的优越性，所以在许多领域成为不可替代的技术。是一种“绿色”的清洗技术[2-3]。
现阶段大功率激光清洗设备主要由国外厂商生产，如德国CleanLaser公司，美国USHIO公司等，他们主要采用光纤耦合技术获得大功率激光输出。由于国内光纤耦合技术的限制，使得国内激光清洗设备的输出功率一般在100W以下，无法满足工业加工的需要。本文根据市场对大功率激光清洗设备的实际需求，选用半导体激光泵浦模块，采用单程放大技术，研制了一台输出功率大于200W，清洗速度达到50cm2/秒的大功率激光清洗设备。填补了国内大功率工业级激光清洗设备的空白，该设备可应用于轮胎模具、锈蚀金属板等工业清洗领域。
二、大功率激光清洗设备组成
大功率清洗设备主要包括电气控制机柜、激光器组件和加工头三部分，电气控制机柜包括：冷却系统、控制机箱、半导体泵浦电源、声光Q驱动电源；激光器组件包括：激光谐振腔、声光Q开关、半导体泵浦模块、扩束镜等；加工头包括：扫描振镜、振镜驱动电路。加工头通过导光臂安装在激光器上。设备组成实物图如图1。
激光器组件采用半导体泵浦模块作为泵浦源，由声光Q开关调Q实现高频脉冲激光输出，脉冲激光束通过高速扫描振镜的扫描，并由聚焦镜聚焦，使激光束形成一定宽度的线状光斑，光斑实际上是由高频脉冲光点扫描形成。此线状光斑作用在待加工工件表面，表面附着的污垢被高能激光冲击脱落并通过吸尘器收集产生的粉尘，从而达到去除污染物的目的。
其功能组成框图如图2。
系统供电采用三相380V供电，分别给低压供电单元、泵浦模块电源（一）、泵浦模块电源（二）、冷却系统以及声光Q驱动供电，综合控制系统控制泵浦模块电源（一）、（二）的输出电流、激光调制频率以及振镜扫描参数，同时提供系统参数设置及显示。冷却系统为激光器提供冷却循环水，对激光器泵浦模块和声光Q开关进行制冷。设备保护气采用工业压缩空气，通过油水分离，去除杂质并进行干燥对加工头激光镜片进行吹气保护。
三、激光器组件方案设计
激光器组件是设备的核心部件，为了获得大功率激光输出，本文采用本振加放大的光路设计来提高激光输出功率。激光器组件组成部分包括两个半导体泵浦模块、两个单头声光Q开关、全反镜、输出镜扩束镜等，激光器通水冷却。激光光路示意图如图3。
图中全反镜M1和输出镜M2组成本振级激光谐振腔，为了提高激光输出功率，我们采用单程放大技术，在本振激光器中本振激光经过放大级放大输出，光路中的两个声光Q开关对半导体模块产生的连续激光进行调制，输出高峰值功率脉冲激光，采用两个Q开关能大大提高锁光能力，因此能得到更高单脉冲能量激光。为方便观察，在激光器光路上增加红光指示，红光指示与激光输出光路同轴。由于半导体泵浦模块容易结露导致Bar条端面损坏，因此激光器需要放置在干燥的环境中，设计中将激光器部分进行气密设计，并放入干燥剂。激光器输出窗口加装保护玻璃。激光束通过聚焦镜聚焦入射到振镜，振镜高速扫描使激光束作用于待加工对象，实现激光清洗。
四、电气控制方案设计
激光清洗设备电气采用模块化设计，各部分模块包括：激光冷水机、泵浦模块电源、声光Q开关驱动电源以及综合控制单元。综合控制单元对各部分模块进行控制，同时综合控制单元还控制扫描振镜工作。
激光冷水机供电要求为AC220V，清洗设备输入电源为三相电，用其中一相为冷水机提供电源。
泵浦模块电源有两个，供电均为AC220V，控制接口包括电源输出控制、电流大小设置以及电源故障状态。
声光Q开关驱动电源提供两路射频输出和一个控制接口，射频输出分别接Q开关，控制接口由综合控制单元I/O控制射频输出使能和射频信号调制频率。
综合控制系统实现对泵浦电源、声光Q开关驱动、扫描振镜控制信号、冷却系统等各单元的综合控制，并提供工业控制接口和人机操控界面。
采用单片机嵌入式系统设计，主要功能是控制系统加电顺序，调节模块泵浦电源电流输出，以此控制激光器输出功率，同时还需要控制高速扫描振镜的扫描速度和角度。实现用户输入输出接口等功能，。系统包括参数设置、键盘输入、显示界面等。监控系统状态，包括水流监控、Q开关温度监控、电源状态等。同时提供对外控制接口，接口控制采用RS-422串口设计。
综合控制单元功能框图如图4所示。
五、调试及性能测试
首先对单个泵浦模块加激光谐振腔组成的本振激光器进行静态调试，测量输入电流和激光输出功率关系，测试表明激光输出功率与输入电流成正比关系。
在本振激光光路中全反镜与泵浦模块之间放入一个声光Q开关进行关门调试，调整好声光Q开关与光路的准直后，在仔细微调声光Q开关，并在Q开关加上射频信号，激光器内由于声光晶体在超声波衍射效应下腔内损耗增大，激光器处于关门状态，测得在单个Q开关最大关门电流时，插入声光Q开光后激光器的连续输出功率为85W，即单个声光Q可以关住85W的连续激光。
同样，在输出镜和泵浦模块之间放入一个声光Q开关，以类似的调试方法测试一个声光Q开关关门效果，测试结果与前一个关门效果相当。
当两个声光Q开关同时放入本振激光器光路中，且按特定角度放置，仔细调整Q开光在光路中的位置，使其达到最好的关门效果时，激光器连续输出功率为205W，可见，采用两个声光Q开关按特定角度放置进行关门比一个Q开关提高一倍多。
设备部件调试完成后，进行了三天约20小时连续工作拷机实验，实验前测得输出激光功率为245W，拷机完成后对激光输出功率复测，为248W，考虑到激光功率计测量误差，可以看出激光器输出功率基本没有下降。随后进行了测试实验，主要针对激光器输出功率、调制频率、激光加工时扫描角度进行实验，最终性能测试结果如表1。
六、结论
本文针对市场对大功率激光清洗设备的需求，采用本振激光加一级放大来实现高功率静态激光输出，同时采用双声光调Q设计，实现高峰值功率脉冲激光输出。最终研制了一台输出功率大于200W，清除速度达到50cm2/秒的大功率激光清洗设备。经过长时间的高强度连续拷机验证，设备完全满足工业级生产需要。改型设备填补了国内大功率工业级激光清洗设备的空白，同时该型设备还可广泛应用于石材、金属等物体表面的污垢、锈迹、油漆以及溶剂残留物的清洗。
参考文献
[1] 宋峰，邹万芳，刘淑静等。激光清洗微电子元件[J].清洗时间，2006，22（1）：38-25.
篇2
直接使用220伏交流电，并且功率大于1200W的用电器称之为大功率电器。家用常见大功率电器：空调、电热水器、电暖气、电磁炉、微波炉、电吹风。电饭煲不属于大功率用电器。
大功率插座，从插孔结构到配线、插头都严格满足16安培（功率4000瓦）配置，能够全面满足大功率电器使用的承载要求。同时，其采用的热动能防过载技术，将过载保护与电源开关合二为一，反应高度灵敏，当电流负载不超过插座额定负载时，过载保护器不启动，当电流负载超过插座额定负载时，过载保护器会发出警示并在一定时间bai切断电源，负载越高电源切断越快。
（来源：文章屋网 ）
篇3
全方位突破
与大多数以中小功率UPS产品为主导的国内厂商不同,科华从10年前就开始瞄准大功率UPS市场进行布局,并从行业细分市场入手,不断积累经验。2004~2005年,科华加快了向大功率UPS市场进军的步伐,此后数年大功率产品销售额一直保持高速增长的势头。
2007年,科华公司10kVA以上中大功率UPS产品市场份额超过10%,进入中国UPS市场三甲,位居国产品牌第一。2008年,科华30kVA以上大功率UPS产品销售额增长远超过公司整体业绩的平均增长。
从一开始只能生产20kVA~30kVA的UPS产品,到如今能够生产数百kVA的大功率UPS产品,技术创新成了科华立足于大功率UPS市场的根本。现在,科华公司200kVA、400kVA的UPS产品已经实现批量生产、批量应用,同时达到了单机1200kVA的生产能力。科华曾先后参与国家7项UPS电源标准的制定。2008年,科华有4个自主研发项目被列入国家级重点项目。
随着国家经济的快速发展,金融、保险、税务、交通、制造等多个行业在过去几年中对大功率UPS产品的需求一直呈上升趋势。经过不懈的努力,上述这些行业已经成为科华大功率UPS产品稳固的根据地。由大功率UPS产品的技术高度、应用特点所决定,科华以前一直以直接面向终端用户的方式为主,拓展高端市场,建立了许多高端样板工程。近两三年,UPS产品渠道扁平化趋势日益明显,市场竞争更加激烈,科华也在尝试销售模式的创新,积极寻找行业合作伙伴和产品配套商,开拓新的市场。“从2006年开始,科华进行了大刀阔斧的改革,进行项目制试点。”林清民介绍说,“比如,针对工业与制造业、高速公路等特殊行业应用需求,科华成立了相应的事业部,并将销售与提供解决方案有机地结合在一起。”这种创新的复合型销售模式为科华进一步开拓大功率UPS市场奠定了良好的基础。
关键在自己
篇4
1光伏电池输出特性及等效模型
光伏电池单体是实现光电转换的最小单元，将光伏电池单体进行串联、并联后分装就组成了光伏电池组件，把若干个光伏电池组件进行串联、并联后装在支架上就形成了光伏电池阵列［1］。光伏阵列是光伏发电系统的关键部件，其输出特性受外界环境影响很大，只有深入了解其输出特性，才能为研究光伏发电系统的MPPT技术奠定基础。
1.1光伏电池输出特性光伏电池受外界环境如光照强度、温度的影响很大，其输出特性具有高度非线性。分别是利用PVsyst软件［2］仿真的光伏电池在不同光照及温度条件下的输出特性。从图中可以看出，随着光照的增强输出功率增大，随着温度的升高输出功率减小，但在某一特定光照及温度下存在一个最大功率点。
1.2光伏电池等效模型光伏电池本身就是一个P-N结，其基本特性与二极管相似。当光伏电池受到阳光照射时，在PN结两端便产生电动势，即电压。这时如果在P型层和N型层焊接上金属导线，接通负载，则外电路便有电流通过，把这样的光伏电池单体串联、并联起来，就能产生一定的电压和电流，并输出功率。光伏电池等效电路可由1个电流源并联1个理想二极管及一系列电阻组成，如图3所示。串联电阻Rs包括电池栅极电阻、基体材料电阻和上下电基与基体材料的接触电阻、扩散层横向电阻。其中，扩散层横向电阻是Rs的主要组成。
2MPPT控制算法
由图1、图2可以看出，光伏阵列的输出特性受电池表面温度和光照强度的影响很大，不同的光照及电池温度都可导致输出特性发生较大的变化，其输出功率也发生相应的变化，但是只有在某一输出电压值时，光伏阵列的输出功率才能达到最大值。因此，在光伏发电系统中，要提高系统的整体效率，一个重要的途径就是实时调整光伏阵列的工作点，使之始终工作在最大功率点附近［4］。在MPPT系统中，确定优良的算法是关键，本文采用电导增量算法。电导增量法是根据光伏阵列P-U曲线一阶连续可导单峰曲线的特点，利用一阶导数求极值的方法，即对P=UI求全导数。从光伏电池的P-U曲线可以看出，在某一特定光照及温度下存在唯一最大功率点，且在该最大功率点处，功率对电压的导数为零，即dP/dU=0。其中，U（k）、（Ik）分别为光伏电池当前电压和电流，U（k-1）、（Ik-1）为前一周期的采样值。为了使光伏电池输出发生任何变化时，算法能够涵盖所有可能出现的状况，需要用U（k-1）、I（k-1）的值进行判断。如果U（k）-U（k-1）=0，则相比于前一周期，该时刻的电压是恒定的，输出没有发生变化。在这种情况下，需要对输出电流做进一步判断，如果（Ik）-（Ik-1）=0，则光伏电池的输出也没有发生改变，不需要调整BoostDC/DC（升压）变换器的占空比；若（Ik）-I（k-1）<0，表明工作点是向最大功率点方向靠近，需要对BoostDC/DC变换器的占空比加一个正的调节量U，使输出达到最大功率点；若I（k）-I（k-1）>0，需对BoostDC/DC变换器的占空比加一个负的调节量-ΔU，使输出朝向最大功率点靠近。
3MPPT控制仿真研究
3.1带有MPPT功能的光伏发电系统基本组成由于光伏电池的电气特性受光照、温度的影响很大，当环境条件稳定时，存在唯一的最大功率点；当环境条件发生变化时，即使负载保持不变，最大功率点仍将发生漂移。为了使负载在任何环境条件下都能获得最大功率，本文在光伏阵列与负载之间加入MPPT控制装置，带有MPPT功能的光伏系统如图5所示。该系统主要由光伏电池阵列、MPPT控制装置、BoostDC/DC变换器组成，通过脉冲宽度调制模块（PulseWidthModulation，PWM）控制，调整BoostDC/DC变换器的占空比来实现MPPT［7］。
3.2MPPT控制仿真研究
3.2.1带MPPT的系统仿真模型根据带有MPPT功能的光伏发电系统建立matlab/simulink仿真模型如图6所示。仿真模型主要由光伏电池阵列模型、MPPT、PWM、BoostDC/DC变换器以及负载等组成。图6中，Subsystem是光伏电池阵列模型，L为储能电感，Diode为快恢复二极管，C1为滤波电容，R为负载，IGBT为绝缘栅双极型晶体管（InsulatedGateBipolarTransistor，IGBT）。Subsystem内部封装的参数有电压、电流温度系数、串联电阻、参考温度（25℃）、参考太阳辐射（1000W/m2）、最大功率点电压、最大功率点电流、开路电压、短路电流。输入参数有光照S、温度T、光伏电池工作电压U，输出参数有光伏电池工作电流I、输出功率P。其中，输入端可以输入任意光照和温度，输出端P即显示MPPT输出。PWM的输入信号为带有MPPT功能的光伏模块的输出电压，即最大功率点对应的电压值，将该电压作为指令信号，与光伏模块的实际输出电压共同作用在BoostDC/DC变换器的IGBT上，通过改变IGBT的占空比，从而使光伏模块的实际输出电压很好地跟踪指令信号，即最大功率点对应的电压值。BoostDC/DC变换器利用储能电感储存的能量和电源一起向负载供电，达到升压的目的。选择HAMC制造的太阳能电池板进行仿真实验，其技术指标为：Um=16.5V，Im=0.73A，Uov=22.50V，Isc=0.97A，Pm=12W。仿真时采用的步长为0.01，系统采样时间为0.5μs。图7是电池温度不变，光照强度t=0.05s时，突然由1kW/m2增加到1.5kW/m2时的仿真结果，图8是光照强度不变，电池温度t=0.05s时，突然由25℃变为60℃时的仿真结果。
3.2.2仿真结果分析从图7仿真结果可以看出，当电池温度不变，光照由1kW/m2增加到1.5kW/m2，在t=0.05s时，光伏阵列输出功率也随之由12kW增加到15kW，增加幅度为+3kW，光伏阵列输出功率曲线会发生较小的突变，但是在新的功率点能快速趋于平稳，使光伏阵列工作在最大功率点。从图8仿真结果可以看出，当光照强度不变，电池温度由25℃变为60℃，在t=0.05s时，光伏阵列输出功率也随之由12kW降低到10kW，降低幅度为-2kW，经过较小的突变后，系统也能及时地跟踪到最大功率点，使光伏阵列输出功率达到最大值。从图1、图2中得出，光伏电池在某一特定光照及温度条件下，存在一个最大功率点，并且在最大功率点以后，光伏电池输出功率急剧下降，最后下降为0。本文在光伏阵列与负载之间加入基于电导增量法的MPPT控制装置以后，从图7、图8的仿真结果可以看出，在光照、温度其中任何一个环境条件发生变化时，系统都能够实时地跟踪其变化，能使系统始终工作在最大功率点的范围内，稳定性高，从而有效提高了太阳能的转换效率。
4实用化应用探讨
在实际光伏发电系统中，在输出参数实时变化的光伏阵列与负载之间接入MPPT控制装置时，需要进一步做以下工作：（1）采用单片机或数字信号处理器（DigitalSignalProcessors，DSP）实现对电导增量算法的编程，并进行MPPT控制系统的软、硬件设计。通过检测光伏阵列的输出电压、输出电流变化，利用软件的精确算法来控制BoostDC/DC变换器的占空比，实现MPPT。（2）从光伏发电系统的整体出发，综合考虑安全性、实用性、经济性等方面的要求，设计MPPT控制系统的输入、输出接口电路，对其可靠性、稳定性做并网测试。（3）综合考虑光伏阵列的光电转化效率、温度范围、电气参数（输出功率、峰值电压、峰值电流、短路电流、开路电压、系统电压）等技术参数，对光伏电池充放电策略及充放电控制器做进一步研究。
5结论
篇5
关键词：LED；散热技术；散热性能
Abstract: combining with high power LED package structure and heat packaging technology, the development situation of high power LED to the package structure of heat transfer model establishment, and the high power LED to the heat dissipation design, through the simulation analysis of the cooling method and the design of the cooling radiator LED lamps and meet the requirements.
Keywords: LED; Cooling technology; Radiating performance
中图分类号：TN305.94文献标识码：A 文章编号：
如何控制大功率LED的热能量，保持LED结温在允许的范围内，是LED器件封装和应用设计必须着重解决的核心问题。国内外器件研究者和制造者已经对大功率LED的散热问题做出了很多的努力，通过对芯片外延结构优化设计，使用表面粗化技术提高内量子效率；优化封装结构，减少LED封装的内部热沉数量、减薄热沉厚度、优化局部热沉尺寸等来改善大功率LED封装散热性能；除了对结构优化设计外，同时有相当多的研究精力集中在寻找高热导率封装材料上，材料的热导率越高，散热性能越好。基于现有这些研究，本文以目前3种典型LED封装结构为例，进行温度场模拟比较，系统地分析封装结构对LED散热的影响。
1模型的建立
LED输入功率为1W，电光转换效率为15%，芯片尺寸为0.001m×0.001m，基板和金属线路板的尺寸为0.03m×0.03m，周围环境温度为298K，器件与外界的自然热对流系数为15W/（m2・K）。由于封装透镜采用的是环氧树脂材料，其热导率只有0.2W/（m・K），因此芯片通过透镜的散热量基本上可以忽略，芯片产生的热量，主要是先传给金属基板和散热器，再通过对流向空气散热。为了简化模型，不考虑封装过程各层之间的附加接触热阻，分析温度场时采用稳态热传导分析，LED施加的载荷是体载荷，即将8.5×10－9W/m3的热生成率施加在芯片上。以OSRAM公司的GoldenDragon1W白光LED器件（型号LWW5SG）安装在0.03m×0.03m金属线路板进行仿真测试，结温为359.14K，其热阻计算式：
Rth=（Tpn－T环境）/p=（359。14－298）/1×0.85=71.93（K/W）
式中：Tpn为结温；T环境为环境温度；p为流经介质的热功率。
所得数值和文献[1]中提到的66.12（K/W）很接近，说明了本文ANSYS仿真的精确性和模型建立的合理性。
2封装结构对LED散热的影响
2.1三种典型的封装结构
目前，LED有3种典型的封装结构：
1）基于金属线路板的封装结构。该封装结构是将器件直接组装在金属线路板上，形成功率密度LED，金属线路板是采用铝或铜金属作为电路板底材，可作为散热热沉使用，在基板上覆一层几毫米厚的铜箔作线路。由于铝本身为导体，铝基板与铜箔之间必须采用一介质作绝缘，由于低热导率介质绝缘层的存在使得金属线路板热导率有效值约为178W/m・K，模拟结构图如图1（a）所示。
2）传统的正装结构，如Norlux系列。该结构以铝板作为底座，发光区位于其中心部位，铝板同时作为热沉，模拟结构图如图1（b）所示。
3）倒装结构，如LUXEON系列。该结构将芯片倒装管芯倒装焊接在具有焊料凸点的硅基座上，然后把完成倒装焊接的硅基座装入热沉与管壳中，键合引线封装，模拟结构图如图1（c）所示。
图1三种典型的LED封装结构模拟图
表1为LED单芯片封装结构所用材料及其参数。
2.2结果分析
运用ANSYS软件计算得到3种LED封装结构的稳态温度场分布图。SMN为器件中最低温度值，SMX为器件中最高温度值，用灰度变化表示温度变化。为了能看清楚结温区，图中只给出芯片附近温度分布情况，如图2所示。从温度场分布可以看出，3个图的温度最高点都出现在芯片即有源区。
图2 三种封装结构芯片附近的温度场分布图
图2（a）结构是将芯片器件直接封装在金属线路板上，达到减少封装内部热沉数量，从而改善大功率LED封装散热性能。本文主要考虑芯片―粘结材料―金属线路板这一热传导路径，跟其他两个结构比起来，该结构热沉最少、传热最快、结温最低，结温为355.58K，热阻为67.75K/W，该结构所用金属线路板的热导率（178W/m・K）比其他两种结构Al基板的小的多（230W/m・K）。可见，减少热沉的个数可以有效地加快LED散热，降低结温。
图2（b）结构以铝板作为底座，发光区位于其中心部位，铝板同时作为热沉。本文考虑的传热路径为芯片―衬底―粘结材料―基板，比结构（a）多了一层热阻（即蓝宝石衬底），模拟出来的结温为357.32K，比结构（a）高了1.74K，在所研究的3种封装结构中结构（b）传热最慢，结温最高，热阻为69.78K/W。
图2（c）倒装结构中，为了使热量不必经热导率低的芯片衬底蓝宝石，2001年，Lumileds公司研制的AlGaInN功率型倒装芯片结构，该结构芯片倒装连接在硅基座上，热量可以直接传向热导率高的硅基座，再传向基板和散热器，即通过降低内部热沉热阻提高大功率LED的封装散热性能。由于芯片和硅基座通过凸点连接，所以模拟该结构时的传热路径为芯片―焊料―硅基座―粘结材料―基板，虽然比结构（b）多一层热阻，即芯片和Si基座之间的焊料产生的热阻，但是倒装结构的结温比正装结构更低，倒装结构的结温为356.91K，比正装结构（b）低0.41K，热阻为69.31K/W。在无法减少热沉个数的情况下，倒装结构的总热阻更小，同时与传统的正装结构相比，采用倒装结构，LED的光提取效率更高。
由上可知，优化封装结构可以有效地提高LED散热性能，途径最佳的是减少热沉数量，次之降低热沉热阻，即提高热沉材料的热导率。只是通过优化结构降低结温的幅度不是很大，仅几个K的效果。综上可知，基于金属线路板封装结构（结温355.58K）＜倒装结构（结温356.91K）＜正装结构（结温357.32K）。
3对流条件对LED散热的影响
常见对流散热方式有自然对流和强制对流两种。对于小功率器件依靠其自身封装结构进行自然对流散热一般可以满足散热要求，比如可以直接以金属线路板作为热沉向环境散热，或者选择热导率较高、成本相对较低的金属铝作为LED的散热基板。值得注意的是，金属线路板和铝基板的面积和厚度并不是越大越好。
图3 LED结温与对流系数的关系曲线图
针对大功率器件、多芯片集成封装的LED模组时，自然对流不能满足要求，需要设计各种散热器来加速流体流动，实现强制对流，如铝散热鳍片、风扇等，散热器的形状和尺寸直接影响强制对流的强度，本文以倒装结构为例，用不同空气对流系数来近似代替不同散热器的作用效果，系统地分析不同的对流系数对LED结温的影响，其他条件与前面一致，结果如图3所示，横坐标为基板底面的对流系数，从15W/（m2・K）开始，步长为5W/（m2・K），空气流体强制对流换热系数范围为20～100W/（m2・K），纵坐标为LED的结温。由图3可知，强制对流在一定的速度范围内能改善LED的散热效果。当对流系数从自然对流15W/（m2・K）增加为强制对流的20W/（m2・K），结温为345.5K，骤降11.4K，效果比文中前半部分通过优化封装结构来改善散热的效果要明显得多。然而，随着对流系数的逐步增加，结温降低的速度慢慢减缓，当对流系数达到某一个值（如100W/（m2・K））时，结温趋于一稳定值，为313.0K。由此可以看出，当热量从器件内部靠热传导传到器件表面时，要是能把传导出来的热量尽快散走，则可加速器件散热、降低结温。空气本身传热性能很差，而强制对流是强制空气流动，通过冷热空气交换散走热量，空气流动越快，散热效果越好。
4结论
总之，提高大功率LED的散热能力，是LED器件封装和器件应用设计要解决的重要问题。文章通过对三种典型封装结构LED器件的温度云图，比较得出：减少封装热沉能有效散热；直接把芯片封装在金属线路板上结构的结温（355.58K）为3种封装结构中最低；倒装结构在提高外量子效应和散热方面比传统正装结构更具有优势。
参考文献：
［1］余彬海，王浩.结温与热阻制约大功率LED发展［J］.发光学报，2005，26（6）：761-766.
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关键词：大功率LED；散热；封装
1 引言
发光二极管（LED）诞生至今，已经实现了全彩化和高亮度化，并在蓝光LED和紫光LED的基础上开发了白光LED，它为人类照明史又带来了一次飞跃。发光二极管（LED）具有低耗能、省电、寿命长、耐用等优点,因而被各方看好将取代传统照明成为未来照明光源。
而大功率LED作为第四代电光源，赋有“绿色照明光源”之称，具有体积小、安全低电压、寿命长、电光转换效率高、响应速度快、节能、环保等优良特性，必将取代传统的白炽灯、卤钨灯和荧光灯而成为21世纪的新一代光源。普通LED功率一般为0.05W，工作电流为20mA，大功率LED可以达到1W,2W,甚至数十瓦！工作电流可以是几十毫安到几百毫安不等。其特点具有体积小、耗电小、发热小、寿命长、响应速度快、安全低电压、耐候性好、方向性好等优点。 外罩可用PC管制作，耐高温达135度.，低温-45度。广泛应用在油田、石化、铁路、矿山、部队等特殊行业、舞台装饰、城市景观照明、显示屏以及体育场馆等，特种工作灯具中的具有广泛的应用前景。但由于目前大功率白光LED的转换效率还较低，光通量较小，成本较高等方面因素的制约，因此大功率白光LED短期内的应用主要是一些特殊领域的特种工作灯具，中长期目标才能是通用照明领域。然而,随着功率增加,LED所产生电热流之废热无法有效散出,导致发光效率严重下降。LED发光效率会随着使用时间及次数而降低,而过高的接面温度则会加速LED发光效率衰减,故散热成LED器件封装和器件应用设计要解决的核心问题。
2 热效应对大功率LED的影响
对于单个LED而言．如果热量集中在尺寸很小的芯片内而不能有效散出．则会导致芯片的温度升高．引起热应力的非均匀分布、芯片发光效率和荧光粉激射效率下降。研究表明，当温度超过一定值时．器件的失效率将呈指数规律攀升．元件温度每上升2℃，可靠性将下降l0％。为了保证器件的寿命，一般要求pn结的结温在110℃以下。随着pn结的温升．白光LED器件的发光波长将发生红移据统计资料表明．在100℃的温度下．波长可以红移4～9?nm．从而导致YAG荧光粉吸收率下降，总的发光强度会减少，白光色度变差。在室温附近，温度每升高l℃．LED的发光强度会相应减少l％左右．当器件从环境温度上升到l20℃时．亮度下降多达35％。当多个LED密集排列组成白光照明系统时．热量的耗散问题更严重。因此解决散热问题已成为功率型LED应用的先决条件。
3 国内外的研究进展
散热的基本途径主要有以下三种：热传导、对流、辐射。与其它固体半导体器件相比，LED器件对温度的敏感性更强。由于受到芯片工作温度的限制，芯片只能在125℃以下工作，因此器件的热辐射效应基本可以忽略不计，热传导和对流是LED散热的主要方式。在散热设计时先从热传导方面考虑，因为热量首先从LED封装模块中传导到散热器。
针对高功率LED的封装散热难题国内外器件的设计者和制造者提出许多方法。现在传统散热方法有：鳍片散热、风冷、液冷、热管散热、半导体制冷等。现在有些新方法也被陆续提出来，比如超声制冷、超导制冷以及将多种散热方法有效集成在一个器件之中。下面简单介绍几种常见散热方法。
3.1被动鳍片法
散热鳍片担负着将发热物体产生的热量散发到周围空气中的使命。散热片通过和芯片表面的紧密接触使芯片的热量传导到散热片，散热片通常是一块带有很多叶片的热的良导体。散热片性能主要和材料的导热系数、总散热面积及形状设计有关。材料导热系数越高，传热能力越强，一般金属的传热性能顺序为：银，铜，金，铝。散热鳍片形状可设计成多种阵列，如条形阵列、圆柱针状阵列等，如图1所示鳍片法是目前经常用的方式，结构简单；它的缺点就是散热效率低，散热能力有限，易受积尘等影响使散热效率降低。
3.2传统的主动式散热法
主动式散热法包括风冷和夜冷，但主要使用风冷。风冷主要是使用风扇进行强制的对流使热量散发。因其安装简便、成本较低、散热效果明显、适应性强、产品更新换代灵活等特点成为当今散热技术的主流。通常使用散热片和风扇结合的方式，散热片充分扩展的表面使热对流面积大大增加，同时风扇增加对流系数从而散发更多的热量。如图2所示。但是它的缺点就是会需要额外的一个功耗，要增加它的能耗，系统的可靠性、稳定性就好下降，而且它受恶劣环境的影响，它的性能也会发生变异。
3.3传统的热管技术
热管利用蒸发散热，使得热管两端温度差很大，热量传导迅速，利用了热传导原理与致冷介质的快速热传递性质，透过热管将发热物体的热量迅速传递到热源外，其导热能力超过任何已知金属的导热能力。一般热管由管壳、吸液芯和端盖组成。热管内部被抽成负压状态，充入适当的液体，这种液体沸点低，容易挥发。管壁有吸液芯，其由毛细多孔材料构成。热管一端为蒸发端，另外一端为冷凝端，当热管一端受热时，毛细管中的液体迅速蒸发，蒸气在微小的压力差下流向另外一端，并且释放出热量，重新凝结成液体，液体再沿多孔材料靠毛细力的作用流回蒸发端，如此循环不止，热量由热管一端传至另外一端，如图3所示。但其需结合其他散热方式导致它的成本增加。
3.4 小结
目前,随着功率型LED的亮度提升,驱动电流的日益增大,解决散热问题已成为大功率LED
实现产业化的先决条件。总的来说，具有低热阻、良好散热能力以及低机械应力的新式封装结构是封装体的技术关键。
4 发展趋势
大功率白光LED具有很多优点，其应用面不断扩大，可预见未来将进入普通照明领域，具有强大的市场潜力。对于LED的研究和开发，国际著名的照明公司均给予了其足够的重视，并斥巨资投究与开发，研究的焦点主要集中在新发光材料、封装材料等：Philips照明公司与HP公司合资的Lumileds Lighting公司；美国Cree、德国Siemens和Osram联合；美国GE公司与Emcore公司合资的Gelcore公司；日本的日亚（Nichia）、Toshiba和Honda联合等均投入大量人力、物力、财力进行研究，以期在这一新世纪光源领域占领制高点，如表1所示。我国LED产业从上世纪七十年代开始，一直紧跟世界LED产业发展的步伐。特别是近几年来， 由于国家的重视，863光电子项目的投入，大学、科研机构加大研发力度，各地方政府及企业投入增加，LED发展已具有一定的规模，并形成LED的产业链。
表1国外具有超高亮度LED领先水平的厂家
尤其最近几年在大功率高亮度LED封装技术上的突破和材料加工技术的实用化，连带创造了很多应用产品：显示屏、照明、交通信号灯、汽车用灯、背光源等。总而言之，目前的大功率高亮度LED已经在背光源、显示屏、特种照明、信号灯等领域得到很好的推广，普通照明和汽车前照灯等领域还处于刚刚起步的阶段。但是随着大功率高亮度LED技术的飞速发展，一旦解决了在技术和成本上的问题，将会对传统的照明光源提出挑战，LED成为普通照明光源的时日会越来越近。
参考文献:
[1] 钱可元,郑代顺,罗毅.GaN基功率型LED芯片散热性能测试与分析[J].半导体光电,2006,27(3):236-239
[2] 李岳林.工程热力学与传热学.第一版.北京：人民交通出版社，1999.124～169
篇7
关键词变频技术；能耗；通风机
机械通风是利用自然风降低粮食水分和温度，从而达到粮食安全度夏，实现安全保粮目的的最为常用的一种技术手段。在仓库使用的通风机中，从几百瓦的风机到几千瓦的风机均在使用。但是粮食水分、温度、杂质等不同，通风条件不断变化，而使用的风机却没有改变，无形中造成了能耗的极大浪费。在实际使用中梅河口直属库探索了采用变频技术，改变风机的电机转速，调整电机的输出功率，在降低储粮温度的同时降低风机的使用能耗。梅河口地处我国东北，春季时，气温最低－12℃，最高10℃，空气相对湿度40％～65％，很适合进行通风降温。在降温过程中使用的是11kW的离心风机。每年单货位的通风机运行能耗达到7500元，本着节能减排的原则，我库探索采用变频技术，在降水、降温的同时，降低能耗。
1试验目的
采用变频技术对大功率通风机进行改造后，检验是否能够节省能耗，同时测算节省能耗的比例。
2试验材料
2．1仓房情况（表1）选用梅河口直属库17号仓作为对照仓，选用梅河口直属库22号仓作为试验仓。两仓均为高大平房仓，均铺设有地上笼通风道系统，安装有粮情测控系统。对照仓：长59．76m，宽23．10m，装粮高度5．9m，储存2016年生产玉米6077t；通风系统为地上笼通风，3组，1机4道。装有测温电缆78根，每根电缆自下而上设4个测温点。试验仓：长47．76m，宽23．10m，装粮高度5．9m，储存2016年生产玉米4584t，通风系统为地上笼通风，2组，1机4道。装有测温电缆66根，每根电缆自下而上设4个测温点。2．2通风设备离心风机参数：风机型号4－72－8C，额定功率11kW，风量18600m3／h，全压1096．25Pa。试验仓采用2台风机。对照仓采用3台风机。2．3粮食情况对照仓：2016年产烘后玉米，于2017年1月初装仓结束，平均水分14．0％，通风前粮温最高5．3℃，最低－8．1℃，平均粮温－1．9℃，粮堆层间温度差2．6℃左右。试验仓：2016年产烘后玉米，于2017年2月底装仓结束，平均水分14．0％，通风前粮温最高9．9℃，最低－3．4℃，平均粮温1．9℃，粮堆层间温度差3℃左右。2．4变频设备设备型号：西诺乐DSI变频器。
3试验方法
3．1对试验仓使用的2台离心通风机安装变频器。在不同变频转数下风机的功率、风量、全压见表2。3．2选定变频转数45进行通风试验，设置变频转数为45，变频后的全压为957．5Pa，风量为16764．13m3／h。3．3对试验仓和对照仓进行通风降温处理，并记录通风时间。3．4通风一段时间后对两仓的通风效率和通风能耗进行统计。3．5测定通风前后两仓粮食的水分。
4试验分析
4．1试验通风时间试验仓通风84h，对照仓通风72h。4．2试验前后粮温变化情况（见表3）在试验过程中，使用变频后的风机对试验仓进行通风降温同样达到了降温目的，降温的时间要比对照仓长。试验中的温度是在未通风的情况下测定的，两仓测得的粮温和外温的相关性不大。22号仓通风前后对比结果显示，整仓平均粮温下降1．4℃。4．3试验前后储粮水分变化情况（见表6）在试验过程中分别对22号仓和17号仓扦取样品进行水分检测，试验仓22号仓水分未发生明显变化，而17号对照仓水分略有降低，下降幅度为0．1％。4．4能耗分析（见表7）梅河口当地的电价为0．92元／kW•h。试验过程中，试验仓通风时间为84h，2组风道，变频后的功率为9kW•h，共使用了能耗为1512kW•h。对照仓：通风时间为72h，3组风道，采用的为11kW的风机，共使用了能耗为2376kW•h。单位能耗的节省比例为：（0．244－0．222）／0．244×100％＝9．02％。4．5成本费用分析变频器市场价格为2500元／台，新型风机价格8000元左右，相比之下投入变频器成本较高。解决当前通风能耗过高、降水多的方法是更换新型离心风机、混流风机等，但可借鉴此方法继续利用大功率风机机械通风。
5试验结论
篇8
大功率LED灯具主要由多孔型灯壳、透光罩、反光器、照明电源、LED灯珠、铝基集成电路以及平板型翅片散热器等组成。根据要求可将其设定为LED灯珠：型号为OSRAMLUW-W5AM，灯珠需要10颗左右，每颗灯珠额定功率为1瓦，电能转化效率设定为80%，在仿真模拟软件中使用二维点光源表示；铝基集成电路板的长宽高结构参数为180mm*92*1.5mm，线路板导热系数设定为200W/(m*k),铜膜覆盖厚度为60μm，导热系数为380W(m*k)；平板型铝翅片散热器：散热器长宽高参数为220mm*130mm*10mm，翅片厚度2mm，翅片间距及高度为：5mm，20mm,外壳导热系数为200W(m*k)。采用Icepak仿真模拟软件进行实验时，工作环境参数定义为自然对流换热模型，且周围介质环境为20°干燥空气。该软件计算域必须足够大，一般情况下计算域选定为：重力反方向上的模型高度定为3倍模型参数，重力方向模型高度定为2倍模型参数，模型侧面结构参数定为0.5倍结构参数，参考模型如图1，利用三维软件设计原理，可从不同层面对数据进行分析检测，实验过程中采用开放型边界条件。
2大功率散热器优化设计分析
2.1中心组合设计
首先采用等效电阻电路的处理方法，对散热器三个结构参数进行优化设计。三个结构参数分别为：翅片高度20mm；翅片间距6mm；翅片厚度2mm，然后根据CentralComposite设计原理对三个结构参数对散热器散热效果的影响，得出以下实验因素水平编码值表：表格中：r表示各结构参数与中心点的间距。
2.2数学模型优化设计
运用DesignExpert8.06，可计算出散热器三个结构参数对于散热效果的响应值，最后得出下列方程式：上述方程中：xi、xj为变量编码值；b0、bi、bji、bii,为计算系数；p为变量代号。
2.3散热器翅片结构参数最佳值确定
根据二次相应曲面模型计算方法求得二次相应面的对应方程的稳定取值点：利用上式可将回归方程换算为矩阵的形式：然后利用求导法则对上式进行求导可得：求得驻点即各结构参数的最佳值：假如在实际取值范围内无法求得驻点，即中心组核试验确定的响应面图形为近似板型，此时需要对考虑边界条件确定最佳值点。
3结语
篇9
关键词：液压伺服系统 扩张器 设计
中图分类号：TH12 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）04（c）-0098-01
1 液压伺服系统的作用特点
液压伺服系统是使系统的输出量，如位移、速度或力等，能自动地、快速而准确地跟随输入量的变化而变化，与此同时，输出功率被大幅度地放大。液压伺服系统以其响应速度快、负载刚度大、控制功率大等独特的优点在工业控制中得到了广泛的应用。
液压伺服系统是从1950年开始出现的，几十年来获得了很大的发展，目前在各种技术领域里几乎都广泛的使用了液压控制。液压伺服系统的优点可归纳成下列几点。
（1）液压执行机构的动作快，换向迅速。就流量—— 速度的传递函数而言，基本上是一个固有频率很大的振荡环节，而且随着流量的加大和参数的最佳匹配可以使固有频率增大到和电液伺服阀的固有频率相比。电液伺服阀的固有频率一般在100 HZ以上，因而液压执行机构的频率响应是很快的，而且易于高速启动、制动和换向。与机电系统执行机构相比，固有频率通常较高。
（2）液压执行机构的体积和重量远小于相同功率的机电执行机构的体积和重量。因为随着功率的增加液压执行机构（如阀、液压缸或马达）的体积和重量的增加远比机电执行机构增加的慢，这是因为前者主要靠增大液体流量和压力来增加功率，虽然动力机构的体积和重量也会因此增加一些，但却可以采用高强度和轻金属材料来减少体积和重量。
（3）液压执行机构传动平稳、抗干扰能力强，特别是低速性能好，而机电系统的传递平稳性较差，而且易受到电磁波等各种外干扰的影响。
（4）液压执行机构的调速范围广，功率增益高。
2 液压伺服系统控制的扩张器结构及作用原理
图1为液压伺服系统控制的大功率扩张器结构原理图，该器械由油箱（1）、滤清器（2）、电动机（3）、液压齿轮泵（4）、溢流阀（5）、扩张嘴（6）、三角加强肋板（7）、连杆（8）、拉杆（9）、大活塞杆（10）、大活塞（11）、大活塞内部上通路（12）、小活塞（13）、销轴（14）、机架（15）、活动铰链机构（16）、出油口（17）、回油通路（18）、进油口（19）、大活塞内部下通路（20）、液压缸（21）、小活塞杆（22）、刻度尺及操作手柄（23）组成。（如图1）
图1中，电动机3得电工作后，带动液压齿轮泵4，将高压油泵入液压缸21的左腔内。此时，如果小活塞13处于中位，大活塞内部上通路12和大活塞内部下通路20不通，高压油就通过溢流阀5流回油箱1。溢流阀5还起到调压和过载保护的作用。当液压缸缸体21的左腔充满高压油时，用手向左推动小活塞杆22一定的刻度，大活塞内部下通路20使液压缸缸体21的左腔与右腔连通，即左腔与右腔的油压相等，由于大活塞11左端面的面积小于右端面的面积，由F=P×A可知大活塞11及大活塞杆10会向左运动相同的刻度，直到使大活塞内部下通路20重新封闭为止；用手向右拉动小活塞杆22一定的刻度，大活塞内部上通路12使液压缸缸体21的右腔通过回油通路18与出油口17连通，即液压缸缸体21的右腔油压为零，由于液压缸21的左腔油压大于右腔油压，大活塞11及大活塞杆10会向右运动相同的刻度，直到使大活塞内部上通路12重新封闭为止；当小活塞13处于中间位置时，大活塞内部上通路12和大活塞内部下通路20都封闭，即使电动机3工作也无法改变大活塞杆10的位置，液压油通过溢流阀5流回油箱1，即具有锁止功能；利用作用在小活塞杆22上较小的力控制作用在大活塞杆10上较大的力，使大活塞杆10顶部的拉杆9左右移动，通过活动铰链机构16，拉动连杆8，连杆8再拉动三角加强肋板7，使之绕固定在机架上的销轴14转动，从而使扩张嘴6打开，实现扩张功能。
3 创新点结语
（1）加入了杠杆原理，通过调节力臂长短，能实现用小的输入压力获得大的输出扩张力的效果，液压伺服系统精确控制的大功率扩张装置的初始扩张力大于170 kN，扩张距离大于450 mm。
（2）结构简单，易于制造，成本低。
（3）液压伺服系统控制方式可提高机械效率、操作精度，且对营救人员技术要求较低。
（4）液压伺服系统工作柔和平稳，效率高，功率大，具有无级调控，自我，散热良好，过载保护，自锁等特点。
（5）可拆卸，便于维护，便于携带。
参考文献
篇10
关键词：排汽缸 能量损失 速度不垂直度 试验测试
中图分类号：TK26 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）01（c）-0051-04
排汽缸是汽轮机的重要组件之一，它是连接汽轮机末级和凝汽器的中间部件，其主要功能是将汽轮机末级的排汽输送至凝汽器中去，通过在凝汽器中对气流的扩压达到利用汽轮机排汽的余速动能的目的。由于末级排汽为亚声速，排汽缸通过选取沿流向逐渐增加的横截面积使汽流增压至凝汽器压力，以此减小汽轮机末级的压力，以增加有用焓降，使得相对内效率能够有所增加[1]。
针对汽轮机排汽缸的相关试验研究工作比较多，且多集中于仿真计算发展前期，以全尺寸试验和模型试验为主，主要是以试验结果为依据进行结构方面的相应改进，以提高其气动性能。相比较而言，全尺寸试验成本较高，费时费力，而模型试验相对试验周期更短，成本更低，已成为排汽缸试验研究的首选。Tajic L[2-3]等人采用1∶4模化的排汽缸模型对某排汽缸进行了试验研究，主要考查扩压器出口的相对位置和壁面粗糙度对排汽缸的影响情况。试验研究结果显示，扩压器出口到前壁面的距离与排汽缸的气动损失近似成正比例关系，该距离越小，其气动损失越小；而壁面的粗糙度并没有对缸内的气流运动产生显著影响，因此，可以不考虑它的影响作用；叶顶间隙泄漏能够提高排汽缸的气动性能，但与此同时降低了末级叶片排的效率Kasilov[4]等人针对排汽缸内的漩涡结构进行了试验研究，试验结果表明，虽然能够通过一些措施破坏排汽缸内的漩涡结构，一定程度上降低排汽缸的损失系数，但同时也会增加排汽缸的气动损失，需精心设计破坏排汽缸内漩涡结构的方法以降低排汽缸内的气动损失；付经纶[5]等人对某单级透平的汽轮机排汽系统模型的内流场进行了试验及数值研究，通过数值模拟和试验测试发现，非轴对称模型内流场的叶片表面的气动力分布和出口流场分布在圆周方向均为不均匀分布，且由于其进口位置的气流角影响，叶展方向的总压变化强烈，造成扩压器内部的气流分离现象恶化，严重影响了扩压效果；赵宝珠[6]等人依托某气动试验风洞对某30万kW汽轮机的排汽系统进行了试验测试，试验结果发现，其喉部出口位置大约有20%以上的区域为负压区，使得出口截面流动分布更为不均匀，严重影响了汽轮机的出力，相应提高了机组运行成本。
该文主要针对某大功率汽轮机排汽缸进行相应的模化试验，以研究其气动特性情况，主要通过排汽缸的能量损失和出口截面的速度不垂直度两个指标来衡量排汽缸的流动损失情况，为今后的结构改进工作提供一定帮助。
1 试验方法
该模化吹风试验是在低速风洞试验台上进行的，该试验台具有大流量、高压头，风量稳定，压力波动小，可以满足试验所需各工况对试验条件的要求。图1给出了进行模化试验的排汽缸试验台的简图。
汽轮机实际工作过程中，气流在排汽缸内部的运动如下：从入口管道流入，经过导流锥，气流呈环形轴向流动，进入导叶栅，气流在导叶栅的作用下从单纯的轴向流动变为具有一定周向速度分量的旋流，旋流角度与实际汽轮机末级动叶出口气流相符，旋流的气流流经由内弧体、背弧体组成的流道，流动方向由汽轮机轴向转向径向流动，从蜗壳一侧的矩形出口流出排汽缸试验件。
试验测试的测点布置在总进气管道和排汽出口端面，根据进气管道的总压、静压的测量结果，就可以计算出该位置的平均气流马赫数，作为试验工况的控制参数进行调整进气操作。试验中，在稳定工况下，该平均马赫数的相对偏差小于1%；为避免气流在流出排汽缸排汽口后直接排向大气急速扩散，导致影响排汽口流场的流动，进行出口y量的探头在测量时处于距离排汽缸出口边缘40 mm位置的内部，试验过程中选择五孔球头探针进行相关量的测量，采用非对向测量方法，拟定系统的采样时间为60 s。图2为排汽缸出口截面的测点布置示意图，为了确保流场测量的准确性，同时对流场结构变化较大的角区和边界区域进行了测点的局部加密。
2 试验结果分析
针对汽轮机排汽缸气动性能的评估以出口截面上的气动参数分布情况进行，通过能量损失系数来考察排汽缸的能量损失，通过速度不垂直度来评估出口位置的流动情况。
能量损失系数定义为：
（1）
式中：P为测量位置静压；P*为测量位置总压；Pin*为入口总压；k为绝热指数。
速度不垂直度：
评估排汽缸出口截面流动分布的参数，是出口气流速度矢量对出口截面的不垂直度，即出口气体流动速度和出口位置法线之间夹角的质量平均值。
（2）
式中：为测量面内速度分量；Vz为垂直于测量面的速度分量。
2.1 能量损失分析
图3为该模型试验件出口位置的能量损失系数等值云图。通过图3中可以看到，在该模型试验件出口位置有3个比较高的能量损失区。左右两个高损失区面积较大，损失值较高，这两个高损失区是气流流出径向扩压管，在蜗壳内流向顶部矩形出口截面时，在其底部由机组子午面处分流，分别形成的两个旋涡所造成。旋向相反的两个旋涡相互作用，产生面积和损失值相对两个高损失区较小的第3个高损失区，位于出口截面中间位置。
气流在排汽缸中的流动主要是绕流导向叶栅、轴向转径向扩压管以及蜗壳这3个组件。在导向叶栅中气流实现流动方向变化，模拟末级绝对出气方向，使气流有一定的预旋，因此，可不考虑气流是膨胀还是扩压。该文认为主要是在轴向径向扩压管中扩压，同时在扩压管中气流折转90°，从轴向流动进入径向流动。被收集到蜗壳体内的气流，沿蜗壳环状通道流向顶部的矩形出口，沿蜗壳底部子午面发生分流，在向顶部流动的同时，因蜗壳中设置了斜板，气流膨胀加速。由此看来，排汽缸的流动损失和不均匀性主要取决于来流的扭曲度以及扩压管和蜗壳之间扩压度分配。特别需要指出的是来流扭曲度决定出口截面左右两侧流动的对称性，扩压管的扩压度决定流动损失的大小。
2.2 速度不垂直度分析
图4为试验件出口位置的速度不垂直度的等值分布云图。由速度不垂直度的定义式可知，不垂直度的大小是排汽缸出口截面，亦即凝汽器进口截面气流方向偏离截面法向程度的度量。这也是保证凝汽器气动性能的要求条件之一。实质上，速度不垂直度正比于出口位置的速度分量，这个分量愈大，速度不垂直度也愈高。从图4中可以看到，排汽缸出口截面的速度不垂直度较高，其提供给凝汽器的入口气流方向不利于凝汽器中的凝结流动。
3 结语
该文通过针对某大功率汽轮机排汽缸进行模化试验测试，考察排汽缸出口截面的能量损失和速度不垂直度评估排汽缸的气动性能，结论如以下几点。
（1）在排汽缸出口截面上存在左右两个高损失区，是气流流出径向扩压管，在蜗壳内流向顶部矩形出口截面时，其底部由机组子午面分流，分别形成的两个旋涡所造成；旋向相反的两个旋涡相互作用，产生处于中间位置的第3个高损失区。排汽缸的流动损失主要取决于来流的扭曲度以及扩压管和蜗壳之间扩压度分配。
（2）排汽缸出口截面的速度不垂直度较高，其提供给凝汽器的入口气流方向不利于凝汽器中的凝结流动。
（3）针对该大功率排汽缸流动损失较大的情况，可通过改进排汽缸相关结构尺寸的方法来进行气动性能优化，主要包括出汽边高度、斜板角度以及蜗壳上部偏移量等。
参考文I
[1] 黄树红.汽轮机原理[M].北京：中国电力出版社，2008.
[2] Tajic L，Bednr L.Exhaust Hoods of Double-Flow Arrangement[J].4th European Conference on Turbomachinery，2000.
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[4] V F Kasilov.An Investigation of Facilities Acting on Swirl Flow in the Collection Chamber of the Exhaust Hoods for the Low-Pressure Cylinder in Steam Turbines[J].Thermal Engineering，2000，47（11）：984-990.