改造設計論文大全11篇

緒論：寫作既是個人情感的抒發，也是對學術真理的探索，歡迎閱讀由發表云整理的11篇改造設計論文范文，希望它們能為您的寫作提供參考和啟發。

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一、七一九層單元住宅應設室內消防給水

《建筑設計防火規范》(GBJ16一87)指出:超過七層的單元式住宅、超過六層的塔式住宅、通廊式住宅，底層設有商業網點的單元式住宅應設室內消防給水。根據規范.七層半以上住宅或底層為商店的六層以上單元住宅，室內需設消防給水。近年來，隨著人們生活水平的提高.對住宅室內裝修要求也愈來愈高。住戶搬進新居前一般要重新裝修。吊頂、壁櫥、組合家具、地毯及室內各種陳設均為易燃品，家用電器品種也不斷增加。顯然引起火災的可能性有所增大。從保護人民財產和人身安全來講，室內確實需配置消防給水設施。

二、室內消火栓和室內消防箱

單元式住宅，室內消火栓的位置都在樓梯間休息平臺處。樓梯間面積狹窄，為了不影響住戶搬運物件上下，消防箱應盡吊考慮暗裝或半暗裝，這得同結構配合。

現行《低規》‘樸定的室內消火栓不利于撲滅初期火災。因為火災時，要在短短的兒十秒至數分鐘內扣上水龍帶、水槍.展開20一25m長的水龍帶，打開閥門，舉起具有相當壓力的水槍進行火火，這對未經過專門消防訓練的人有一定困難，對婦女、老人、兒童就更為困難了。所以普通消火栓設備并不適用消防軟管卷盤(少「’徑滅火‘喉)取用方便·展開容易，·般居民均能使用只是出水鼠較小.但對初期火災撲火還是很有用的。這總比居民無力或不會使用消火栓而用臉盆、水桶盛水火火有效得多。建議，住宅消防箱內’戊配置一套消防軟管卷盤。并預留DN65消火栓l，以供消防隊員使用(不宜預留DN50消火栓口，因省內各地消防隊均配用DN65水龍帶)

三、消防水量和水壓

《建筑設計防火規范》指出，消防水箱，卜應儲存10分鐘消防用水室內消火栓的布置應保證有.兩支水槍的允實水栓同時達到室內任何部位。水槍的充實水柱般不應小十7m。《低規》消防給水的設計思想是立足于自救.既要保證水量又要保證水壓。由于建筑和結構的要求，水箱不可能抬得很高，所以一般的屋面水箱是難以保證建筑物頂部一、二層消防用水的水壓。為達到消防要求，常用的做法有1、設消防水池、水泵、消火栓箱內增設消防水泵啟動按鈕。2、增設氣壓消防給水裝置。這兩種做法理論上是可行的.但在實際中卻有困難。1、住宅改造區一般位于城市.黃金地帶”，地價昂貴，難以找到適宜設消防水池、水泵地點。2、若采用氣壓消防給水設施，消防管網中長期承受高壓，增加系統滲漏危險。3、與高層建筑和新建住宅區不同，住宅改造區規模不大，無專門管理機構。消防水泵、氣壓給水裝置若長期不用.擱在一邊。難以保證在消防時可以Lr:常使用。所以我認為七一九層住宅只要求消防水蛾而不要求其水壓值。10分鐘消防用水儲于屋頂水箱中，初期火災頂部一、二層消防水壓不足，可否采取其它火火器材補救。10分鐘后由消防車從室外消火栓取水經消防車水泵加壓裝置和水泵結合器進入室內消防管道火火。這種做法更適應實際情況。

四、消防水箱

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紡機產品行業在這樣的時代背景下，要想贏得競爭，搶占先機，就要在技術和外觀造型上都做出創新。面對這樣的緊張激烈的競爭態勢，我們首先要在思想上開始重視外觀造型的創新，將技術創新和設計創新擺在同一高度上，發揮智慧，提高創造性，才能拔得頭籌，才能使我國立于不敗之地。

二、平網印花機外觀改造的意義

經過幾次紡機機電產品問卷調查，我們發現在調查中涌現出這樣一個問題：許多人對于紡機機電產品的外觀造型很不滿意，甚至連紡機機電產品生產制造者也在調查中談到由于外觀造型的因素，令客戶感覺到生產出的產品低于他們所制定的價格，使產品的價格無法提高。這些現象從一個側面反映出了產品的外觀造型對產品的重要性。好的產品外觀不僅可以提高企業的形象、贏得市場競爭，還可以給予消費者信心。

如圖1-1，這是未改造前的平網印花機照片。從圖片中我們可以看出平網印花機和國內現在一般的紡機產品一樣，外型老化、樣式落伍，這種外型不僅使得銷量受到影響，而且使得消費者對于機器沒有信心。在當今時代，“酒好不怕巷子深”已經一去不復返，這種質量等于市場的狹隘的思維方式已經不適應社會發展需要。只有產品質量和外型兩手抓，并且在營銷上“賣花贊花香”才能取贏得市場。

平網印花機平網印花機外觀改造的意義在于以下幾個方面：

（1）引導消費。通過對形態、功能、材料、布局、色彩人機等方面對機器進行設計，引導客戶對其消費，使得平網印花機在營銷方面獲得成功，達到“好賣”，改造平網印花機外觀的主要和直接意義都表現于此。

（2）促進創新。通過對平網印花機外型的改進，促進平網印花機同類產品的發展，繼而引起同類產品的創新。

（3）企業發展。外型的改進，有利于企業在競爭中取得勝利，從而進一步促進企業發展，而對于產品外觀設計的重視，也使得企業在長期發展上占有一些先機。

總之，通過本項目的研究，可為企業獲得真實的用戶需求提供技術支持，保證了需求信息向設計思維的準確傳遞，減少設計過程中的盲目性，促使企業及時推出創新設計來引導和滿足需要，提高了企業產品開發過程的效率，從而可提高設計的成功率，降低了產品的開發成本，提升了企業自身的市場競爭力。因此，本文的研究內容具有重要的現實意義和商業價值。

三、平網印花機外觀改造設計方案

1.設計分析

（1）市場調查

設計的目的是為了滿足市場需求，因此市場調查不僅在設計之前就要進行，而且要伴隨著整個設計過程。本次市場調查是從外型、經濟、人機性等幾方面著手的。

①外型需求調查：作為外觀改造設計方案，外形需求調查在本次調查中顯得尤為重要，外型作為紡機與人接觸的第一印象，必須一改以前的老化、落伍形象，重新建立一個新的形象。

②人機性需求調查：機器都是由人來操縱，因此在設計中必須考慮到人的因素。在平網印花機中則體現在了操作面板的設計上。

③經濟性需求調查：在設計過程中，不能一味的求新求貴，要考慮到生產成本以及購買者的購買能力，選用經濟實用的材料。

（2）設計構思及定位

由于整個設計只是改造平網印花機的外觀，機器的功能并不做改變，因此設計只需要考慮到外型方面。通過對于平網印花機機械功能的分析，對于外型分析之后得出以下結論：

①形：許多設計者認為機器是硬線條的，忽視了人操縱機器時的觀感，因此，在操縱臺上，避免了完全的正方形或者長方形，采用了參差的梯形，使得平網印花機在形狀上看起來不是那么硬朗。

②色：從圖1-1我們可以看出，平網印花機的底色現今還沿襲著國有企業大時代的顏色——軍工綠。這種顏色雖然表現出樸素、耐用，但是對于當今社會而言，已經落伍，因此我們選用了與自然相接近的白色。

③質：作為耐用型機械，鋼鐵材質依然是很好的選擇，因此在材質方面并不做改動。

2.計算機效果圖

如圖1-2即為最終外觀改造設計方案，本圖為采用varyforrhino渲染而成的效果圖。

四、結語

本文在對用戶需求深入研究的基礎上，通過對時代背景的解讀，并結合工業設計評價方法，從形態、色彩、人機、評價等方面為設計師提供設計指導和設計輔助，最終設計出滿足消費者需求的產品。

參考文獻：

[1]尹定邦.設計學概論.長沙：湖南大學出版社，2006.

[2]簡紹全.工業設計方法學.北京：北京理工大學出版社，2002.

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卷煙廠易地技術改造項目存在投資大、周期長、行業規范嚴格、建設要求高等特點，項目設計以工藝專業為龍頭，涉及建筑、結構、電氣、暖通、熱機、智能化等若干專業，公用配套包括道路、通信、水、電、氣（真空、壓空）、汽、除塵、除異味、風力輸送等等，專業交叉廣，綜合管線復雜，同時由于卷煙廠易地技術改造項目往往是當地政府重點項目，對項目的進度要求高，從而對項目設計提出了更高的要求。因此如何保證項目的建設水平，做好設計工作是關鍵。

2.存在的問題

在以往卷煙廠易地技術改造項目實施過程中，會發現設計往往存在以下問題：

（1）忽視需求業主不重視前期的需求設計階段，在編制設計任務書、需求報告時，往往以項目人員為主，真正的使用方和管理方參與較少，或僅僅是形式上參與，參與深度有限，這就導致要么在項目實施過程中不斷調整需求，從而增加投資，影響進度，要么就只能服從項目建設成果，不能實現真正的業主意志，從而造成項目增值有限。

（2）概算不準確在初步設計階段，業主介入較少，需求不夠全面，更多的設備選型、技術方案由設計院完成，且深度有限，同時設計院往往是專業設計人員和經濟人員分離，重技術輕經濟，存在漏項、分項工程概算不準確等問題，導致后期施工圖預算、工程實際投資難以控制。

（3）設計質量不高在項目設計過程中，按專業分頭設計，設計院及業主方缺少總的溝通和協調機制，各專業之間漏項、重項、碰撞等現象時有發生，同時由于設計進度要求緊，部分工程圖紙深度不夠，造成招標不準確，后期變更多，不利于項目進度和投資的控制。

（4）出圖無序、速度慢初步設計深度不夠，大量的選型、方案比較等工作集中在施工圖階段，業主決策流程過長，導致施工圖進展緩慢。同時業主方與設計院缺少對項目的整體策劃，不能將項目的整體實施計劃與設計進度計劃緊密結合起來，導致設計院只注重自身設計工作的完成，而業主方標段劃分、采購計劃制定不夠及時、合理，導致出圖與項目實施無法實現有效銜接。

（5）溝通協調量大卷煙廠易地技術改造項目設計模式一般為由一家主體設計單位為設計總包單位，同時將玻璃幕墻、網架工程、二次裝修、園林景觀等專業設計進行分包，造成接口難以明確、責任劃分不清晰等問題，業主要承擔大量的溝通協調工作。上述問題既相對有獨特性，又相互交叉，究其原因是由業主方和設計方共同造成，但是影響程度最大的是業主方的要求、標準、設計準則、設計管理人員的經驗能力，最終體現出來的是業主方的設計管理能力不足。

二、設計管理方法的研究與應用

貴州中煙公司同步開展三廠易地技術改造項目，對公司的項目管理水平、技術能力、資金投入都是一個極大的挑戰。項目建設完成既要進一步提高和確立公司的技術優勢，又要規范嚴格，控制質量、進度和投資，因此公司決定采用“公司集中設計、卷煙廠屬地實施”的模式，公司層面集中各種優勢資源，著重抓好設計工作。

1.建立高效組織架構

設計階段的項目管理類型一般有三種：完全業主自管形式，委托項目管理形式（全委托和部分委托），業主自管與委托管理相結合。因為貴州中煙十一五完成了貴陽、畢節兩個卷煙廠的建設項目，積累了一定的項目經驗，因此決定采用完全業主自管形式。在很多研究中認為，項目設計階段應采用矩陣式架構，有利于高效開展工作。但結合中煙公司的實際管理模式，本研究認為，在設計階段應采用職能式架構進行設計管理（如下圖所示），主要原因是設計院是按專業開展設計，而公司各職能部門相對來說也是按一定的專業進行劃分，這樣有利于專業溝通和提高效率，各專業之間的協調、碰撞及時匯總到總協調部門，由其負責協調解決，如遇重大問題可及時報公司決策機構及時決策，這種模式既保證了設計的專業性，又保證了其系統性和整體性。另外，還同步制定了《各部門與設計院對接機制》，明確了對接流程，決策權限及具體負責人員，確保了溝通及決策的順暢性。

2.采用設計總包模式

本次設計采用總包模式，將主體設計及專項設計均納入了合同范圍，大大減少了業主的溝通協調工作量和合同管理工作。同時將工程量清單及攔標價納入設計單位工作內容，有利于進一步深化設計和投資控制。引入三維設計技術，實現施工圖紙三維驗證、安裝優化及施工模擬等，減少錯缺碰漏現象的發生，提高項目建設水平。此外，還加強了對設計合同的管理，約定了詳細的罰責條款，提高了對設計院的把控能力。

3.注重需求設計

需求設計包括使用需求、方案的技術要求、企業的管理需求等。本研究采用上圖中的組織架構，就是要公司各部門充分參與設計，表達其使用和管理需求，由公司層面各管理部門集公司優勢資源，來實現公司的整體戰略需要。在實際操作過程中，為保證需求既能滿足公司現有的需求，又能通過項目建設提高公司的管理水平，采取了兩項措施：一是項目設計啟動前，統一籌劃，理清各專業有哪些重要方案，請各部門以課題形式提前開展調研，在設計過程中與設計人員共同確定方案，這樣既發揮了設計院的技術優勢，又真正能實現業主的相關需求。二是在設計過程中如涉及到重大技術方案、三新技術應用等問題，請外部專家參與論證，保證方案經濟可行，提高項目建設水平。

4.追求概算控制精準化

研究表明工程95%的投資在設計階段確定，而且基于項目實施全過程，隨著項目的推進，節約成本的可能性越來越小，反之實施變更成本卻越來越高，因此設計階段是項目投資控制的重要環節。因此，本文以初步設計概算為抓手，進行投資控制的研究。項目一啟動初步設計，就按照單位工程、分部分項工程對項目投資估算進行分解，并要求設計院原則上按照分解后的估算開展初步設計工作，始終貫徹投資控制的意識，將設計人員與經濟人員緊密結合，過程中通過確定主要設備選型、裝修風格水平、大宗材料檔次等，不斷調整和細化，確保初設概算既能盡量準確，建設內容及檔次也能滿足業主需求。同時隨著項目的深入，將概算分解到各標段，對各標段的施工圖預算和攔標價進行控制，然后再延伸到項目施工階段的變更控制，直至項目建設完成，保證了投資控制的延伸性和基礎的一致性。

5.加強設計審核

設計文件中包含了大量的技術內容，以業主的自身能力很難對全部的設計質量進行把控，因此需借助外部力量對設計質量進行把控。一是采用第三方審核機制，聘請第三方設計院及造價公司對初步設計文本（圖紙）和初設概算分別進行審核，提高初步設計質量。二是施工圖階段采用專題審核機制，針對業主關心的技術方案（如新能源應用、綠色工房等）組織專題審核，必要時請外部專家參與，保證每項方案切實可行。

6.注重進度管理系統化

針對進度管理，設計院和業主因工作任務不同，設計院更多關注的是其專業設計進度安排，而業主更多關注的是業主介入的節點和工作內容。因而在進行業主方進度管理策劃時，要求設計院項目人員參與業主方設計項目管理工作，以業主方項目管理為范疇，分別明確了業主、設計院的職責、任務及進度要求，制定切實可性的設計網絡計劃。在考慮設計進度的同時，應從項目實施整體的角度，考慮項目的標段劃分，設備采購等計劃安排，并與設計進度緊密結合起來，形成系統的進度計劃，保證設計能夠滿足項目的整體進度要求。

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茂名熱電廠原用的直流系統屏為老式直流系統屏(同一屏為雙母線結線，采用直流發電機及硅充電裝置)。從超過30a的運行情況來看，主要存在的缺點或不足之處如下。

1.1雙工作母線結線布置復雜

因直流屏采用雙工作母線結線，6根直流母線水平布置于屏頂上(根據控制、信號音響的需要，直流母線上還設有8根小母線)。在同一塊屏上，有兩組母線的饋線回路或電源與饋線回路相混合布置。當設備出現接觸不良等缺陷時，往往因結線復雜和設備間距小，而使缺陷難以處理。

1.2儀表和燈光信號難以維護

老式的直流屏，其屏的正面都不采用活動門的型式。這樣，裝于屏面上的儀表、信號燈等設備，往往損壞后不能更換。

1.3直流發電機維護工作量和耗能大

茂名熱電廠原使用同軸電動直流發電機組及GVA型硅整流裝置擔負直流系統經常負荷及作為蓄電池的核對性充電設備。配有1臺Z2-17，15kW的直流發電機，由J2-62-4，17kW的電動機帶動，當直流電機持續運行時，電動機月耗電量約12MWh，影響節能降耗，且整流子碳刷易冒火花，需經常維護。當使用GVA型硅充電裝置擔負直流系統的經常負荷時，由于硅整流裝置不能自動調節輸出，直流系統負荷突變時(如汽機啟動直流油泵)，若不及時調整硅裝置的輸出，將會導致母線電壓偏低，致使蓄電池過放電，嚴重時影響繼電保護裝置的正常工作。當蓄電池進行核對性放電時，因硅裝置為不可逆式，無法作為蓄電池的放電負載，蓄電池須在空母線的前提下另接電阻作負載進行放電，而母線的倒閘操作較復雜，容易出現錯漏。

1.4絕緣監察裝置動作靈敏度低

老式直流系統屏采用電磁式絕緣監察裝置反映直流系統的接地狀況。從茂名熱電廠多年的運行情況來看，該裝置能正確反映單極明顯的接地現象，但當兩極的絕緣都下降時，卻不能準確反映。

2新直流屏的設計原則

茂名熱電廠為早期發電廠，機組控制模式采用原蘇聯早期形式，即電氣系統采用集中控制，60年運的1號、2號機組，機、爐采用分散控制，70年代的3號、4號機組，機、爐采用集中控制。因此，對于現代機組普通采用的單元機組獨立的直流系統方式將無法實現，只能根據該廠的實際情況，采用全廠統一布置的直流系統方式。

2.1接線方式

新的直流屏采用單母線分段的接線方式，兩組蓄電池經聯絡刀開關進行連接。為防止兩組蓄電池并列運行，聯絡刀開關與蓄電池電源刀開關之間應設有閉鎖措施。

2.2屏上設備布置

做到簡單清晰，電源(充電設備和蓄電池)、饋線、事故照明裝置布置于各自的屏上。帶有儀表及燈光信號的屏面，使用活動門的型式。

2.3充電裝置

選用可控可逆式硅充裝置，實行負荷自動跟蹤，保證直流母線的電壓質量。當蓄電池進行核對性放電時，硅裝置工作于整流的逆變狀態，蓄電池不用另接電阻作為放電負載。

2.4蓄電池組

原則上選用免維護密封式蓄電池，當原GGM-800型蓄電池組經校驗后，仍滿足直流系統的要求時，可暫不更換。

2.5絕緣監察裝置和饋線開關

原則上選用90年代技術先進、成熟可靠的設備。例如，選用由CMOS集成電路組成的ZJJ-1型絕緣監察裝置，該裝置在直流兩極絕緣均等下降時都能正確動作發信。

3新直流系統屏的設備選型

3.1直流系統負荷

經統計，直流系統各類負荷如表1。

因茂名熱電廠為中型火力發電廠，且與系統相連，所以蓄電池事故放電時間考慮為1h。對于汽輪機油泵，因為是高溫、高壓機組，故其事故計算時間為1.0h，直流油泵的K值取0.8，密封油泵的K值取0.7計算。沖擊負荷考慮為1臺最大合閘電流的斷路器合閘。

3.2蓄電池組的選擇

3.2.1按事故持續放電狀態選擇

tj=KkQsg/Isg=1.1×307Ah/306A=1.1h

式中tj——GGM型蓄電池假想時間，h；

Kk——可靠因數，取1.1；

Qsg——事故負荷計算容量，Ah；

Isg——事故放電電流，A。

查《電力工程設計手冊》(西北電力設計院、東北電力設計院主編)中P769曲線表，得Idj=16.8A，則

Qe≥36Isg/Idj=(36×306/16.8)Ah=658Ah

式中Qe——蓄電池的10h放電容量，Ah；

Idj——單位容量蓄電池在放電假想時間內所允許的放電電流，A。

選用720Ah的蓄電池即可。原選用的蓄電池為GGM-800型可滿足要求。

3.2.2按最大沖擊電流選擇

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

根據計算結果，蓄電池的容量按事故持續放電狀態下計算選擇。原運行的GGM-800型蓄電池組仍滿足負荷的要求。

3.2.3直流電壓水平校驗(以GGM-800型為例)

a)按事故放電初期，蓄電池突然承受放電電流的電壓水平驗算：

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

式中Kcho——單位容量蓄電池放電初期放電系數，h-1。

查GGM型蓄電池短時沖擊放電曲線表得：

表1直流系統各類負荷

負荷名稱計算容量

/kW經常負荷

/A(事故負荷)/(初期Iso/A持續Is/A沖擊Ich/A)事故時間

/h事故放電

容量/Ah

經常負荷7.2333333—133

事故照明25—114×0.6114×0.6—168

通信備用電源3—14×0.514×0.5—17

熱工備用電源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

斷路器合閘電流————235——

合計—33609306235—307

Kcho=0.76h-1時，Ucho=1.86V，則直流母線電壓為

N.Ucho=106×1.86V=197.16V＞0.85Ue

式中Ucho——單位容量電池沖擊負荷初期端電壓，V；

N——浮充電池個數；

Ue——直流母線額定電壓，V。

b)按事故放電末期，蓄電池再承受沖擊負荷時的電壓驗算：

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

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

式中Km——單位容量蓄電池持續放電系數，h-1；

Kchm——單位容量蓄電池沖擊放電末期放電系數，h-1。

查有關曲線得Uchm=1.72V，則直流母線電壓為

N.Uchm=106×1.72V=182.32V

0.80Ue＜N.Uchm＜0.85Ue

式中Uchm——單位容量蓄電池沖擊負荷末期端電壓，V。

從計算結果來看，選取蓄電池為800Ah時，按事故放電的末期，蓄電池再承受沖擊負荷時，母線電壓為182.32V，能滿足斷路器的合閘電壓要求，但難以滿足直流油泵的運行要求(直流油泵運行允許電壓范圍為(-10%～+10%)Ue間)。蓄電池的容量應選大一級為宜，即C10=1000Ah。但上述校驗為運行中的極端情況，運行中出現的概率極少，當出現時可通過調整蓄電池組的放電個數來滿足直流油泵的運行。故原選用的GGM-800型蓄電池可滿足要求。但原用的GGM-800型Ⅰ、Ⅱ組蓄電池運行時間已達10a以上，受蓄電池自放電、過放電及電極純化等影響，蓄電池陰、陽極板脫落滲液嚴重，電池難以滿足充電，可靠性大大降低。因此，利用改造機會將Ⅰ、Ⅱ組蓄電池更換為英國進口的VH34-1000型免維護蓄電池。

3.2.4蓄電池的個數

蓄電池個數為：N=230/1.85=124，其中基本電池數為88個，端電池數為36個。

3.3充電設備的選擇

3.3.1核對性充電設備

3.3.1.1充電設備的額定電流

a)按事故放電后進行充電的要求選擇充電設備，計算公式為：

Ic=1.1Qsg/t+Ijc=1.1×307Ah/12h+33A=61A

式中Ijc——浮充電設備的工作電流，A；

Ic——充電設備應具備的輸出電流，A。

b)考慮核對性充放電，按最大充電電流選擇，

Ic=0.1Qe+Ijc=(0.1×800+33)A=113A

故充電設備的額定輸出電流應大于113A。

3.3.1.2充電設備的輸出電壓范圍

對有端電池的直流系統，充電設備的電壓應滿足蓄電池充電末期的電壓選擇。即：

Uc=N×Ucm=124×2.4V=297.6V

式中Uc——充電設備輸出電壓，V；

Ucm——蓄電池滿充電端電壓，V。

取最大一級，即360V。

充電設備容量：Pc=IcUcm=113A×360V=41kW。

不考慮選用直流發電機，應選用的硅整流裝置為KGCfA-150/360，則額定輸出電流為150A，最高輸出電壓為360V。

3.3.2浮充電設備

浮充電設備持續負荷電流Ifc為Ifc=0.0042Qe+Ijc=(0.0042×1000+33)A=37.2A

浮充電設備正常工作容量Pfc為Pfc=IfcUcm=37.2A×360V=14kW

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2橋梁的建設標準

設計單位應在接受建設單位的委托設計邀請后，組織擬定橋位處的現場踏勘并進行詳細的地形圖測量，在充分征詢建設單位和相關主管部門的意見后明確橋梁的建設標準。

2.1使用年限

橋梁主要受力構件必須在正常設計、正常施工、正常使用養護的條件下，其使用年限為100年。

2.2設計洪水頻率

二級公路上的大、中橋，設計洪水頻率為1/100；二級公路上的小橋和三、四級公路上的大、中橋，設計洪水頻率為1/50；三、四級公路上的小橋，設計洪水頻率為1/25。設計洪水頻率內的歷史最高洪水位可通過現場調查踏勘、向附近當地村民詢問了解、向相關水利部門發函等方式獲得。

2.3橋下被交河流的航道等級和凈空標準

應與相關航道主管部門聯系，獲得橋下河流的航道等級、最高通航水位、凈空標準及規劃等資料，如橋梁下部結構和基礎在通航水域中，需設置必要的船舶航行標志、標識。

2.4橋下被交道路的等級和凈空標準

應與相關道路主管部門聯系，獲得橋下道路的等級、凈空標準及規劃等資料，并設置必要的防車輛撞擊設施。

2.5道路等級

一般來講，農村公路的道路等級可采用二、三、四級公路標準。具體取用時，不僅要與現狀相吻合，還要與規劃相協調。

2.6設計荷載

一般來講，二、三、四級公路，汽車荷載等級為公路Ⅱ級，如二級公路為干線公路且重型車輛多時，可采用公路Ⅰ級汽車荷載。

2.7設計速度和橋梁寬度

二級公路設計速度為80km/h，60km/h，其相應的橋梁寬度分別為12m，10m；三級公路設計速度為40km/h，30km/h，其相應的橋梁寬度分別為8.5m，7.5m；四級公路設計速度為20km/h，其相應的橋梁寬度為6.5m（雙車道）、4.5m（單車道）。橋面寬度的具體取值不僅要與現狀相吻合，還要與規劃相協調。

2.8橋上及橋頭引道線形

橋上及橋頭引道的線形應與路線布設相協調，各項技術指標應符合路線布設的規定。橋上縱坡不宜大于4%，橋頭引道縱坡不宜大于5%；位于市鎮混合交通繁忙處的橋上和橋頭引道縱坡均不得大于3%。橋頭兩端引道線形應與橋上線形相配合。

3橋梁的建設規模

在橋梁的建設標準明確后，橋梁的建設規模主要涉及橋梁的立面設計。橋梁立面設計的三要素為橋高、橋長、基礎入土深度。

3.1橋高（指最低梁底高程）

橋高通常在做以下三項對比后確定。（1）設計洪水頻率內的歷史最高洪水位加安全高度后的高程；（2）與航道等級相對應的最高通航水位加凈空高度后的高程；（3）與道路等級相對應的最高路面高程（考慮路面加鋪因素）加凈空高度后的高程。

3.2橋長

梁底高程確定后再確定主孔跨徑。一般來講，在滿足橋下凈空寬度和泄洪要求的條件下，應盡可能采用較小的經濟性跨徑，降低上部結構建筑高度，減少投資。確定上部結構建筑高度后進行橋長設計時，為縮短橋長，減少投資，可按以下原則控制：（1）可能采用較大橋梁縱坡；（2）平原軟土地基臺后填土高度不宜大于4.0米，一般地基臺后填土高度不宜大于6.0m，城鎮人口稠密區，臺后填土高度不宜大于3.0米；（3）橋下凈空斷面須滿足泄洪要求；（4）橋梁基礎宜盡可能避開老橋基礎。

3.3基礎入土深度

（1）如地基土質承載力較高且具備開挖條件時，應首選擴大基礎，否則宜采用樁基礎。（2）基礎入土深度須考慮河道的一般沖刷、局部沖刷以及規劃河床斷面的開挖情形。

4橋梁的施工圖設計

在橋梁的建設標準、建設規模初步確認后，由建設單位組織召開設計方案論證會，以會議紀要方式最終確認或直接由建設單位下達設計委托函予以明確。設計單位據此與建設單位簽訂委托設計合同，安排橋位處地質勘探，每座橋梁布置不少于2個地質鉆孔，并由設計單位提供地基承載力要求。此后，設計工作進入施工圖設計階段。為做好施工圖設計，應高度重視以下設計細節。

4.1橋梁抗震設防

鎮江地區抗震設防烈度為7度，設計基本地震動加速度峰值為0.l0g或0.15g，除二級公路上的大橋采用8度區的抗震措施外，其余橋梁均采用7度區的抗震措施。

4.2橋面鋪裝

鑒于橋梁規模較小，宜采用防水險鋪裝。如鋪裝厚度計入結構計算高度，需設置不小于3cm的磨耗層。

4.3橋面護欄

橋面設置人行道時，應設置人行道欄桿扶手；橋面不設置人行道時，宜設置險墻式護欄，以減少后期養護工作量。由于農村公路為混合交通，為確保行人安全，護桿高度不應小于1.1m。

4.4橋頭接線

橋頭接線原則上要求與老橋兩頭道路銜接，平縱線形順適，設置必要的波形防撞護欄與橋上護欄相銜接。

4.5管線事宜

原則上原有老橋上的管線在新橋設計時應予以保留，并預留未來管線位置，但須遵循下列要求：（1）禁止天然氣輸送管道、輸油管道利用公路橋梁跨越河流；（2）高壓線跨河塔架的軸線與橋梁的最小間距，不得小于一倍塔高。高壓線與公路橋涵的交叉應符合現行《公路路線設計規范》的規定。

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2二級水電站存在的問題

(1)電站自建成投運以來，引水渠道長4.56km，基本沿山坡布置，臨外坡為懸空狀態，采用填方渠道，其中2.5km渠道滲漏嚴重，每年都要大、小維修多次，維護費用較大，發電效率低。(2)電站壓力鋼管為覆土埋設，內徑1.2m，長186m，受當時技術、工藝水平的制約，防腐處理措施不夠，銹蝕嚴重，經現場實測局部厚度僅為8mm，比原設計12mm銹蝕3～5mm。由于年久失修，在20世紀90年代，3、4號機組壓力管道曾出現過爆管現象，給電站的安全運行帶來了一定的隱患。(3)尾水渠采用T型，長度為300m。由于多年疏于維護，尾水渠產生了淤積，致使電站運行尾水位抬高，降低了有效使用水頭，影響了機組出力。(4)原水輪機型號為HL220—WJ—50，套用定型產品，不能滿足電站水工設計要求，存在機型老化、運行工況嚴重偏離、制造工藝落后等(機組實際出力700kW)一系列問題，造成水輪機氣蝕嚴重、效率低下、振動噪音大、出力不足。(5)由于地域關系，河道泥沙含量較大，水輪機蝸殼、導葉、頂蓋、底環等過流部件磨損嚴重，經測量蝸殼局部厚度僅8～9mm，比原設計少4～5mm。密封結構未考慮多泥沙河流運行的實際情況，漏水量大，無法正常使用。(6)機組制動方式為老式單側人工手動操作，無法滿足安全運行的需求。(7)原電機設計、工藝水平落后，機組絕緣等級為B級，電機絕緣等部件已接近使用年限，存在較大的安全隱患。

3二級水電站技術方案設計的選擇

根據水工建筑目前現狀和河道來水量水文資料以及上、下游流量變化情況，經復核計算，確定對水輪機、發電機等部件進行系統改造，使原機組單機容量從700kW提高到900kW，發電量提高29%左右。

3.1機組參數的選

根據電站實測參數，阿勒泰二級電站毛水頭為52.4m。考慮到本次改造水工部分的改進，水頭與流量均有一定的富余，新機組設計水頭按51m、引用流量按2.5m3/s進行設計計算。改造時充分考慮了電站吸出高度、引用流量、結構尺寸、布置形式、水力參數等各項技術指標的匹配性(見表1)。

3.2水輪機改造

根據電站現有水力參數，適合本次電站改造用的轉輪有D74、A551、D41、A616等。通過對比，A616機組具有效率高、氣蝕性能好、超發能力強、運行范圍大等特點，故推薦采用A616轉輪。(1)電站水工建筑前期改造升級完后，水頭及流量均比以前有所增加，本次新轉輪制造在滿足現有結構尺寸空間的前提下，通過選用性能優良的模型轉輪達到了增容增效的目的;新轉輪在選型上留有較大的余量，沒有過于追求水輪機效率，采用效率修正－2%，可保證增容出力要求。(2)針對電站泥沙含量較大的問題，轉輪葉片及下環采用性能優良的0Cr13Ni5Mo不銹鋼材料制作，并在轉輪上冠處開設減壓孔以減小推力軸承所承擔的水推力。(3)機組尾水部分采用無尾水接管結構，通過變徑尾水彎管直接與尾水錐管進行連接，減少了電站的改造費用。(4)蝸殼、導水機構、密封等部件重新進行制作。頂蓋、底環及導葉配合部位加設不銹鋼抗磨板，提高其抗磨蝕能力。導葉軸承套采用新型高分子材料制作，該軸承使用溫度為－50～110℃之間，老化壽命大于50a，最大靜載荷可達70MPa，具有耐磨程度高、承載能力大、拆裝方便等特點。(5)由于電站泥沙含量較大，密封磨損嚴重，本次改造密封采用間隙、迷宮加盤根的多密封結構，有效地控制了機組漏水量(見圖1)圖1密封改造示意(6)剎車裝置采用油剎方式，通過制動器與調速器之間的管路連接，實現對機組的制動。

3.3發電機改造

(1)更換定、轉子線圈。線圈按F級制作，原B級允許溫升80K，F級為105K。另外，通過更換絕緣材料，提高發電機絕緣耐熱溫度，達到增容改造的目的。(2)定子線圈雙層疊繞組結構，F級絕緣，導線采用單絲雙膜優質薄膜自粘性銅扁線(原機組采用玻璃絲線)，對地絕緣為環氧云母帶連續絕緣，并經熱模壓成型，再經防電暈工藝處理;整體機械強度好，絕緣性能優良，增加了定子線圈匝間可靠性，滿足了電站的使用要求。(3)原發電機型號為SFW118/44—6，通過計算定子線規可放大8%，轉子線規可放大9%，如此一來，可有效降低電機溫度，以達到增加容量的目的。(4)轉子線圈重新制作時，采用F級絕緣材料，線圈用扁銅帶繞制而成，匝間用環氧坯布絕緣，首末匝用云母帶及無堿帶加強絕緣，然后與上下絕緣板熱壓成一個整體。(5)通過更換電機定、轉子線圈后，發電機可在原出力基礎上增加10%～15%左右。

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把握工程教育要面向工程實際的基本原則。對于機械制造裝備設計過程，不僅僅關注結構與功能原理的實現，也要從經濟性、安全性、環境保護與節能減排等方面將其視為一個系統的工程技術項目來加以考慮，全方位引導學生培養運用所學知識解決實際工程問題的能力，正確認識工程對于客觀世界和社會的影響。教師對于學生的要求更多地集中在培養學生的學習主動性、對問題的深入探究和鉆研精神以及追求創新的態度和意識。這就對教師本身在知識結構、教育教學技能、教學與管理藝術等方面提出了更高的要求，要不斷更新自身教育理念，與時俱進。

2教學內容的改革與優化

課程教學內容要面向機械設計制造及自動化專業工程教育認證目標，以培養行業認可的復合型工程人才為導向，突出學校與學科專業特色，緊隨生產與社會的發展，與相關產業與領域的需求相結合。以此為原則，保留原有教學內容中的經典核心部分，刪減或剔除與專業認證目標不相符合的內容。針對湖南科技大學機械設計制造及自動化專業面向礦山機械、工程機械及數控機床產品設計制造的專業培養特色，教學內容中適當增加礦山機械裝備與工程機械裝備的設計方法與過程，對于金屬切削機床的設計著重講解數控機床的主傳動系設計、進給傳動系設計與典型部件設計，減少普通機床設計相關內容。機床控制系統設計重點介紹數字控制技術原理與設計過程，其它控制方式酌情刪減或剔除。同時教師在授課過程中應結合自身研究方向，增補介紹反映本專業前沿發展現狀和趨勢的有關新材料、新工藝、新技術和新裝備的內容，使教學內容做到融經典、基礎、實用、前沿于一體。適當淡化教學內容中的深奧理論知識，增強應用與實踐，增加實驗與實踐教育環節時長，以激發學生的學習興趣。可以更多地與企業生產實際相結合，與企業溝通聯系，創造機會讓學生深入企業生產一線，直觀接觸與動手實踐，深入理解機械制造裝備的設計原理與方法。強調對重點和難點的把握，精心組織，講深講透，如金屬切削機床的工作原理、幾何表面成形原理和機床主傳動系設計過程、夾具定位方案的設計與分析等。對于物流系統設計和機械加工生產線的總體設計，則可以采取學術講座的形式加以介紹。

3教學方法的突破與創新

面向工程教育專業認證需求，教師要實現教學方法與手段的不斷突破與創新，以提高教學質量。教學方法要針對工程實際，可以更多地采用案例分析、綜合設計、小組學習、項目訓練等方式，培養學生主動學習和團隊合作能力，提高工程意識和設計技能。教師也要深入研究當前國內外工程教育的發展形勢，將國際上最新的科學思想和科學成果傳遞給學生。在教學過程中教師要有效利用多媒體教學資源，使知識直觀化、形象化，激發學生學習興趣，調動主觀學習積極性。如為使學生對于裝備制造業有清晰的認知，激發學生對于機械制造裝備設計課程學習的熱情，在緒論中詳細介紹制造業與裝備制造業的內涵，多方搜集資料，以詳實的圖片、文字、視頻和數據資料深入透析裝備制造業的地位與作用、我國裝備制造業迄今所取得的成就以及面臨的機遇與挑戰，鼓勵學生為我國裝備制造業的發展與進步貢獻自己的力量。為訓練學生的獨立分析與思考能力，教師也在課堂上提出問題或布置課后作業，啟發學生去思考并分組討論，教師再進行歸納總結和點評，讓學生能夠主動參與學習。在機械制造裝備設計課程教學中可根據教學難點與重點，有針對性地開展專題討論與專題作業。討論與作業的形式也需多樣化，以便于活躍學生思維，增強創新意識。

4考核評價機制的多元化

為檢驗課程教學效果，考核評價必不可少。在常用的平時考勤、課堂作業與期末考試成績的考核評價機制基礎上進行多元化拓展，以助于提高學生的學習積極性，培養創新態度和意識。針對機械制造裝備設計課程教學特點，采取“日常課堂教學考核+創新實踐考核+期末閉卷考試”模式。日常課堂教學考核從考勤、課堂討論、課堂作業等方面進行綜合評定，重點考查學生的學習態度、學習紀律性與主觀能動性等;創新實踐考核結合實驗教學進行，考察學生的創新思維和創新能力、實踐動手能力等;期末閉卷考試適當增加主觀題和應用型試題比重。通過考核評價機制的多元化拓展，全面準確地反映學生學習效果。

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（1）車型中規中矩，缺少創新與突破，僅對局部造型進行了裝飾，不能對未來汽車造型起到規劃作用；

（2）車型缺少文化元素的融入，無法形成特色。

2概念方案設計

設計定位是造型方案的依據。文中所設計的東風風神概念轎車使用環境定義為城市，目標人群定義為都市中追求夢想的都市年輕用戶，該用戶群是汽車的主要消費者。東風風神作為自主品牌轎車，需要開創中國汽車設計的未來，創新性地運用中國傳統元素，以體現中國文化精神。在前期調研和分析的基礎上，提出10余種草圖方案，其中具有代表性的是如下4種。方案A：整體造型簡潔流暢，LED車燈使汽車看起來更具動感和前衛，修長的車身符合我國汽車用戶的審美。方案B：車身線條簡潔、硬朗，充滿了力量感。方案C：車身線條靈活多變，符合都市青年人追求自我、張揚個性的心理。方案D：創意來源于中國的“龍”元素，全頂天窗設計使汽車內室更加明亮，車門采用剪刀式開啟方式，開啟后像一條騰飛的巨龍。

3最終方案設計

通過方案分析與評價，方案D最符合設計定位，因此確定為最終方案。中國龍以東方神秘主義的特有形式，通過復雜多變的藝術造型，蘊涵著中國文化有的觀念，因此以“龍”元素作為汽車造型意象。通過計算機輔助造型設計軟件，結合龍的意象特征，進行了整體造型設計。寬大的進氣柵欄，是由龍須抽象而來的，不僅散熱效率更高，而且使車型更具威武的效果。車頂天窗設計成龍鱗形態，可根據太陽光線自動旋轉伸縮，表面附有太陽能電池板，給概念車提供能源。在色彩設計中，主體采用了香檳黃色，內飾搭配中國紅，不僅體現了中國文化的精髓，更彰顯了東方神韻。

4概念車造型的發展趨勢

（1）新型結構。近年來人們已經不再滿足于傳統的汽車概念，需要打破常規的、面向未來的智能行走機器。例如，當在寬敞路面上快速行駛時采用三輪模式，而在擁擠路面上行駛時可轉換成兩輪模式。

（2）個性化設計。人們對于汽車的需要日益個性化與多元化，具有個性化設計的車身造型越來越受到人們的歡迎。

（3）空間與功能。將汽車描述成一種在一定時間內使主體完成相應空間位移的交通工具，注重車輛造型的空間劃分和功能實現。

（4）車身美學。概念車設計應注重車身每一條特征線的靜態協調及在車身上的動態光影效果，從而刺激大眾的審美欲望、情感和個性訴求。不同階段的設計風潮同時也影響了當時的汽車設計。總之，概念車的造型設計趨勢就是探討汽車空間、形式及功能的完美結合，使其具有更好的移動性、更完善的功能和更靚麗的外形。

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1設計方案多樣化

產品概念設計既是客戶需求的不確定語義表達，設α是產品概念設計客戶需求域X中的一個元素，元素α在產品概念設計原理功能設計域Y中存在對應的特定含義設為集合A，設計方案域Z中的對應方案集為S。產品概念設計的自然語義就是一種MNXYZ⎯⎯的映射，其中M和N分別是從X到Y和從Y到Z的映射，從模糊集合的角度分析，上述元素、集合及其映射的隸屬關系分別是如圖1所示，由圖可知單一的客戶模糊性需求映射到產品原理功能設計域和產品概念設計方案域，其目標并非一個確定的解，而是滿足一個由滿足設計需求的多個解組成的集合，當然，集合內的解的情況是不確定的，可能是唯一解，多解甚至空解。在概念設計的客戶需求往往是多種不同形式的需求的組合，即需求集，需求集中各個元素之間存在“或”或“與”的聯系，設概念設計需求域X的兩個元素分別為α和β，那么它們在產品功能原理設計域Y中的組合體的解釋由以下集合運算決定。同樣，從功能原理設計域Y到設計方案域Z也存在上述關系。因此，設計需求集產生不同的產品功能原理組合集，進而產生不同的產品概念設計方案集。

2概念設計可制造性的多屬性評價體系

本文作者把可制造性定義為：在給定制造資源的條件下，對產品概念設計工業設計因素所具備的制造可能性的評估與優化。產品概念設計包含多重屬性，工業設計階段是產品可制造性的決定階段，而工業設計主要分為形態結構、表面材質、人機布局、色彩涂裝等幾個屬性，各屬性之間的相互作用構成了設計方案可制造性評價的多屬性體系。如表1所示。每一個產品概念設計方案集都凝聚了設計師的辛勤的汗水，產品概念設計的評價因素和產品的種類有密切的關系。有些產品如家居設計，人機設計的屬性權重就要大一些，而機械產品形態結構屬性權重反而會大一些。所以各個屬性的權重隨著不同的產品類別不同，也存在著產異性。

產品概念設計是從客戶需求到產品概念創新的復雜映射過程。產品設計方案的多樣化和產品概念設計工業設計階段的復雜化，使得概念設計可制造性評價涉及因素廣泛且關系復雜，因而需要針對多種條件進行評價和決策，以獲取一定制造資源條件下綜合性能最優良的方案。常見的評價系統由專家主觀賦值得到屬性權重，然而由于專家經驗、背景、教育程度的不同使得其評價具有主觀性強等缺陷，因此將專家權重系數引入多屬性決策中，增強多屬性決策方法的客觀性和有效性，繼而為產品概念設計可制造性評價提供一種新的有效地決策方法。

基于判斷矩陣信息的多屬性決策

對于多屬性群決策中的屬性和專家賦權問題，鑒于專家對于屬性的權重信息和專家權重信息完全蘊含在專家給出的矩陣中，故應充分挖掘判斷矩陣的特征信息進行賦值，從而即獲得專家對于屬性的權重，又通過比較判斷矩陣或者權重的質量獲得專家權重。基于判斷矩陣信息的語言多屬性決策方法主要分為兩步：首先是專家對評價體系的各個屬性進行賦權；然后確定各個專家的個體可信度權值。以上兩個步驟均基于專家給出的判斷矩陣。并采用客觀賦權進行。

1屬性賦權

問題的屬性權重未知。同時聘請專家采用9級評分的方法，分別對各個屬性進行兩兩比較，得到判斷矩陣。專家kE給出的判斷矩陣為()(1,2,3,,)kAk=K，由判斷矩陣得到的屬性權重獨立考慮各個專家給出的判斷矩陣。當判斷矩陣滿足一致性要求的時候，認為ijjiaw=w。但由于專家認識的局限性和實物的客觀復雜性，專家給出的判斷矩陣一般不會滿足一致性要求。因此期望由判斷矩陣(k)A得到屬性權重

2專家賦權

在給定專家進行賦權的時候，應從專家給出的判斷矩陣的一致性程度進行考慮，一般認為，判斷矩陣的一致性越好，該專家的屬性權重的判斷矩陣的可信度就越高。專家的判斷矩陣的一般形式為：專家個體的權重值與專家一致程度相關，專家一致程度即專家給出的判斷矩陣中判斷信息的一致程度。因此提取專家判斷矩陣的全部信息以確定其一致性程度，是確定專家權重值的有效途徑。那么如何提取專家的全部判斷信息呢？根據參考文獻的定理，對一個n階判斷矩陣kA，最多可以提取出一致性專家判斷矩陣的個數是n2n個。針對提取的專家一致性判斷矩陣，本文采用以下方法確定專家的權重值。根據前面的定理提取出n2Nn=個構造一致性矩陣的元素組合，并將這些元素組合構成一個元素集合記為Q，通過Q和一致性矩陣原理構造一致性判斷矩陣，記為2,1,2,,nsAsn=，并且每個矩陣可以得到一

3評價實施方法

步驟一：利用式（4）由判斷矩陣得出各個

可制造性評價實例及分析

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1基于振型的位移公式推導

振型是結構空間位移的坐標基，所有位移都可通過振型進行展開。同理，內力和應力也可由振型展開，據此可定量化反映結構某方向上的變形狀態。結構位移的展開公式如下，設結構的位移表達式為其中，s為位移空間向量;v為位移的幅值，即最大值。式(1)展開的關鍵是s向量的推導，假定s向量可展開為在式(2)兩側前乘Tr，并利用振型展開的正交性，可以得到利用式(3)和式(4)可將任意空間向量展開成以結構振型為坐標基的空間向量之和的形式。

2基于振型的位移展開

(1)平面問題的振型展開某5層框架結構，如圖1所示，每層的質量和剛度均為m和k，結構的位移有以下兩種形狀，應用本結構的振型加以展開。利用以上推導出來的公式，可求出A和B展開以Φ為坐標基的式子AT和BT，見下頁式(7)和式(8)所示。

從式(7)、式(8)可以看出，對于位移形式較為簡單的A式，第一振型占主導地位，各自由度處幾乎占總反應的80%以上;相對較為復雜的B式，第一振型占總反應的比例有所下降，但仍以第一振型為主。所以對于中、低高度類型結構，傳統的Pushover方法具有一定的使用價值。(2)空間位移的振型展開假定某3層5榀3跨規則框架結構，如圖2所示，長度方向5跨40m，寬度方向為3跨13m，層高3m。坐標軸方向:長度方向為x軸，寬度方向為y軸，高度方向為z軸。混凝土強度等級為C40。

結構除承擔自重外，另外沿X軸和Y軸正方向每層梁柱交點施加集中荷載。對結構進行動力特性分析，前5階頻率和振動形態如圖3所示。取結構中某一榀框架柱空間位移值，用前8階振型展開，并觀察各方向上位移量所占比例。某柱的位移分量為:［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］，表示單元i端和j端自由度位移，分別為每端的3個平動和3個轉動，共12個位移量。位移用前8階振型展開式如式(11)所示。

從式(11)可以看出，由前8階振型的位移展開式基本上達到了總位移的80%以上，滿足一般結構設計精度的需要，故用振型指導概念設計僅需觀察前幾階振型即可。

基于振型的概念設計

對于一般建筑，概念設計時，平面和空間布置盡可能規則、剛度連續;在振型上，前幾階振型以平動或彎曲振型為主，推遲或減小剪切振型、扭轉振型、局部振型和耦合振型。結構的變形主要表現為4種情況:平動變形、純扭變形、平動耦聯變形和平扭耦聯變形。平動和扭轉振型方向因子計算公式如下。平動振型方向因子:當結構的外形確定后，平動振型方向因子和扭轉振型方向因子完全確定。振型方向因子的大小決定了各階振型中不同方向上變形狀態及所占比例，對分析結構在荷載作用下的力學性能具有重要意義。圖2中框架結構振型方向因子如表1所示。

由于本框架橫向寬度13m，縱向長度40m，前兩階振型為平動振型，分別為縱向和橫向變形;第3階振型為弱平動耦聯，同時伴有扭轉變形;第4階基本上還表現為橫向平動;第5階為較強的平動耦聯，伴有扭轉變形。因此，在結構設計時，要注意角柱的配筋，同時邊柱的配筋也要引起注意，防止扭轉破壞。利用振型指導結構概念設計的步驟如下:

(1)建立結構模型，對其進行動力特性分析，結構頻率避開場地特征頻率、設備工作頻率和人的敏感頻率等范圍，滿足適用性和安全性要求。

(2)觀察結構振型模式，利用振型方向系數量化各階振型中不同方向上變形量，判斷結構的變形狀態。

(3)對于某些不規則結構的角柱和邊柱，鑒于其變形的特殊性，應采取必要的構造措施，防止脆性破壞。

(4)對于特別不規則結構，應加強某些樓層或某些桿件的構造措施，提高結構的延性性能。

結論

利用結構振型為坐標基，對任意位移進行展開，進而利用振型方向因子對各振型不同方向上的變形值進行量化，得到以下結論:

(1)任意位移均能以振型為空間坐標基進行展開，并且根據結構的規則程度，僅需前幾階振型就能滿足工程精度需要。

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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

中圖分類號：TV文獻標識碼：A 文章編號：2095-2104（2012）

1、水輪發電機增效擴容改造的合理選取

增效擴容的水電站大多建于上世紀，由于當時材料、工藝、技術和設計水平的限制，設備經過幾十年的運行后，出現發電機絕緣老化、溫升高、定子鐵心松動、效率下降等問題，影響電站的安全運行。但各個電站由于運行管理水平和生產廠家的技術不同，出現的問題也各不相同，因此需要認真分析，找出主要原因“對癥下藥”。

1.1 發電機的整體更新

水輪發電機增效擴容最簡單的方法是在維持機座不變、轉速不變、埋入部件不動的情況下，按照全新的設計整體更換（發電機所有部件），但其一次性投資大，既浪費資金，也浪費公共資源。

由于發電機部件比較多，影響效率和出力的因素也多，如發電機定子鐵心、定子繞組、轉子繞組、通風冷卻裝置、推動軸承等。是否對發電機組整體更換應進行綜合分析和論證。為此，需要到現場詳細了解發電機的運行情況，投產時電站的設計參數和技術水平，以及歷年來的重大事故、改造和維修情況，與運行人員一起分析論證，并根據增效擴容的要求，通過全面檢測來確定對機組進行局部改造（更換部件），還是整機更換。為了保證水電站運行安全，需整體更換發電機時，應按目前的先進技術進行設計和制造，并滿足立式機組現有機墩、埋件不改動的要求。

1.2 定子繞組轉子繞組的改造

在發電機增效擴容改造中，要求增容后機組轉速保持不變，因此發電機極對數也維持不變。要達到增容的目的，對原定子繞組必須進行改變，增大繞組線規，降低繞組電阻，使繞組電阻發熱總量不高于原繞組。同時改變絕緣浸漆工藝，將B級絕緣等級提高到F級，采用新型的耐壓高、介質損耗低的絕緣材料，減薄絕緣厚度，為增大線規騰出空間。

定子繞組和轉子繞組改為F級絕緣后，仍控制機組溫升在B級絕緣水平允許的極限溫度內，各項電氣安全指標達到設計要求，以保證機組安全可靠運行。通過改造，一般能使發電機在額定條件下增加出力15%～25%。

由于發電機定轉子繞組設計制造時均留有一定的裕量，一般在機組增容10%～15%的范圍內，定轉子繞組可不做變動。如果機組增容幅度較大時，應根據擴容幅度的大小，通過計算確定需要的匝數及繞組截面積，更換定子繞組和轉子繞組。

在水輪機增容幅度較大的情況下，由于機墩受限或其他原因不能與增容后的水輪機出力相匹配時，也可以采取更換定轉子繞組附加提高機組功率因數的方式來解決。

1.3 通風冷卻系統的改造

發電機通風冷卻系統的好壞，對發電機溫升和擴容也有較大的影響。早期的發電機冷卻器和風機由于受當時技術水平的限制，通風冷卻系統存在不少弊病，散熱效果差、效率低、噪音大，長期運行后會在冷卻器內部發生結垢、銹蝕、堵塞等現象，使冷卻效果進一步下降，機組溫升上升。因此，一般情況下應予更換，并根據機組擴容的最大容量計算冷卻容量且留有一定的裕量。

對于小型機組，有的采用自然冷卻或通風管的冷卻方式，發電機直接與屋外相連通，環境溫度對發電機溫升有直接影響。特別對于南方地區，在機組停運期間，屋外潮濕空氣和小蚊蟲進入發電機艙會對發電機絕緣產生影響，對絕緣性能本來就較差的機組，在開機前須先加熱驅潮后才能開機運行。對于此類電站建議封堵現有風道改造為冷卻器冷卻方式，提高冷卻效果，保證電機安全運行。

1.4 定子鐵心的改造

定子鐵心出現故障的幾率比較少，其是否更換應進行檢測和分析判斷。筆者認為對運行年限達到報廢年限或有嚴重缺陷、發生過重大事故、直接影響機組安全可靠運行的機組應予以更換，并建議采用新材料的定子鐵心。經檢驗和論證不需要更換定子鐵心的機組，應根據擴容條件，配合定子繞組的改造，改進鐵心結構，優化鐵心設計，改善冷卻條件，重新迭片，更換部分不合格硅鋼片。

鐵心損耗是發電機電磁損耗的主要部分之一。投產較早的機組定子鐵心大多采用熱軋硅鋼片或有取向冷軋硅鋼片，磁滯損耗較大，加之多年運行后鐵心松動，絕緣老化，渦流損失增加，在更換時應選用性能優越的高導磁、低損耗的無取向冷軋硅鋼片，可使發電機效率進一步提高。

1.5 推力軸承及其它改造

在水輪發電機運行時，推力軸承承受全部的軸向負荷。推力軸承工作性能的好壞，會直接影響水輪發電機能否長期、安全穩定運行。在確定了機組最終容量后，根據新的資料需要復核推力軸承的推力負荷，確定推力負荷能否滿足擴容的要求，并根據運行情況綜合分析是否需要對推力軸承進行更換或改造。

早期投產的推力軸承大多采用巴氏合金瓦，損耗相對較大，有發生燒瓦、研括時間較長等缺點。目前彈性金屬塑料瓦技術成熟，造價不高，已在中小機組中廣泛應用，將會逐步取代傳統的巴氏合金推力瓦。與巴氏合金瓦相比，彈性金屬塑料瓦有摩擦系數小、不需要高壓頂起裝置、可在低溫情況下直接起動等突出的優點，因此，如果現有推力系統被證明故障多，或長期瓦溫高無法消除，或推力負荷增加較大而需要更換時，可考慮直接更換為彈性金屬塑料瓦，以減少機械損失，提高機組效率，保證安全運行。

2、電氣主接線及短路電流的計算復核

2.1 電氣主接線

進行增效擴容改造的電站均已運行多年，送出工程及與系統連接地點已經確定，變動的可能性不大，對電站的接入系統不必再進行論證，所以只要現有主接線相對合理，在增效擴容改造中可維持原主接線方案不變，只需根據現行規范和短路電流計算成果，對機組容量進行復核和選擇設備即可。對個別電站由于多次修改，改變了原設計的主接線形式，增加或減少了部分設備，改變了布置，形成現有不合理的接線方式，造成重復容量大、損耗高、繼電保護復雜、設備配置不合理等，或現有接線方式不適應目前電力系統要求，對這種情況應在設計過程中對主接線方案進行優化比選，同時復核送出線路的輸送容量和電壓降是否滿足增效擴容的要求，復核電站內部電流互感器變比、電氣設備動熱穩定和開斷電流等能否滿足要求。基本原則是送出電壓等級和接入系統點不改變，否則投入資金會相應增加比較多，浪費比較嚴重。如果改變了主接線的接線方式或運行方式，涉及到電力系統的計量、保護方式和保護整定值等問題，需要與電力系統調度部門共同協商。

2.2 短路電流

早期投入的水電站當時電力系統容量較小，經過幾十年的發展，電力系統的容量大為增加，結構也有很大的變化，網絡在不斷加強，同時由于發電機的改造，電氣參數也會發生變化。因此，有必要根據目前電力系統的參數，或今后5~10年電力系統發展規劃和改造后機組的參數，對短路電流進行重新復核計算，依據復核計算結果來復核現有電氣設備的開斷能力，或重新選擇電氣設備的型式和參數。一般情況下，嚴重老化設備、高耗能設備和淘汰設備會隨著機組增效擴容一起進行更換，以提高電站運行的安全性，減少維護工作量，增加電站經濟效益，保證新更新的電氣設備能適應電力系統的發展和長期安全穩定運行。

3、電氣設備的選擇與布置

35kV設備采用DW6、DW8等系列的多油斷路器，或GBC戶內型高壓開關柜；110kV設備采用SW3、SW6及SW7少油型斷路器；變壓器采用SLJ1或SF7型等。這些設備是目前國家已明令禁止使用的產品，開斷電流小，損耗大，不環保，由于諸多原因長期帶病運行，嚴重影響電站和電網的安全，因此對這些電氣設備進行更新換代是十分必要的。

電氣設備的選擇應按照安全可靠、技術先進、維護簡單方便和經濟合理的原則進行，并應適應農村水電站的特點。對電氣設備應根據增效擴容后的參數和短路電流計算結果來選取，而不應延用舊設備的參數來確定新設備的參數，這樣可保證更換的電氣設備能適應目前和將來系統發展的要求。

由于設備基礎、支架、房間的尺寸和開關站的位置均保持不變，因此在選擇電氣設備型式時還應考慮這些因素，盡可能多地利用已有基礎或僅做小改動。

4、接地系統的檢查與修復

水電站接地系統的好壞是關乎人身和設備安全的重要保障。接地電阻值是保證電站安全運行的重要參數，接地系統的設計不但要滿足工頻短路電流的要求，還要滿足雷電沖擊電流的要求，但在增效擴容和設備改造過程中，往往忽視了這部分內容。

由于水電站已建成并運行多年，要改造廠房、尾水渠及大壩下方的地下或水下接地網已不可能，只有改造戶外開關站的接地網和外引增加接地網面積，或采用其它相應的降阻措施來實現。接地網及接地線截面積的設計應按現行的接地設計規范進行，并復核接能電勢和跨步電勢是否滿足要求。

如果接地網系統良好，接地電阻符合目標值的要求，可以不對接地網進行改造，只需按最新設計規范對暴露于空氣中銹蝕嚴重、接觸不良的接地線以及改造設備的接地連接線進行修復。

5、結語

本文結合實例闡述了已建小型水電站的增效擴容改造是一個復雜而系統的工程，需要認真分析，綜合考慮電站的整體效益，不僅要重視水輪機的選型，而且也要重視水輪發電機和電氣設備的改造，如果發電機和電氣設備不能與水輪機增效擴容相適應，將會給電站的安全可靠和經濟運行帶來隱，也難以真正達到增效擴容的目的。