特種設備設計的案例
PPT│承壓類特種設備知識講座
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電子設備熱設計- 電子設備的組合傳熱模式
一、電子設備的組合傳熱模式
盡管我們已經詳細介紹了三種傳熱模式，但在實際工程中，我們通常會看到三種模式同時結合的情況。例如，在計算機芯片中，熱量以平行路徑從結傳導到外殼和引線。然后，熱量從引線傳導到電路板，并從外殼傳導到散熱器。同時，導線和散熱器中的熱量被對流到空氣中并輻射到周圍環境中。
如下圖所示三種模式下用于傳熱和熱阻的方程。
解決組合模式問題的最簡單方法是建立電阻網絡。通過這種方式，我們可以圖形化地檢查同時、并聯和串聯傳熱的每種模式的路徑。
當熱量通過單一材料的單個壁傳導時，熱傳導速率和熱梯度是恒定的。然而，當熱量在不同材料的串聯路徑中傳導時，每種材料的溫度梯度都不同。檢查三種材料串聯的復合墻，如下圖所示。
對于更常見的串聯和并聯熱流組合問題，如下圖所示，通過由串聯和并聯熱流路徑組成的壁的熱傳導，我們可以看到并聯材料的熱阻。
在涉及傳導和對流串聯傳熱模式的電子冷卻問題中，如下圖所示，電子模塊中的傳導和對流。硅芯片封裝在環氧泡沫絕緣體外殼中。大部分的熱傳遞是通過模具表面進行的。所以當我們知道熱耗率時，我們通常必須確定設備的溫度升高。
二、大功率IGBT模塊DBC襯底的熱仿真分析
IGBT功率模塊是電子產品的基礎部件之一，在工業電子升級過程中發揮著至關重要的作用。它被認為是電力電子行業的CPU。IGBT結合了GTR和功率MOSFET的優點。IGBT功率模塊是電力系統的核心部件，其性能對應用系統有著至關重要的影響。影響功率模塊性能和應用的因素包括：功率密度、功率損耗、運行速度、可靠性、使用壽命、體積、重量和成本等，主要取決于芯片技術和封裝理念、技術和制造工藝。
由于功率半導體器件處于工作狀態，芯片流過數百安培的電流。
展開 某出口項目電除塵器，左右兩臺設備分風不均，易造成設備效率低下，通過流場分析，在進口設計分風裝置，提高設備效率 ￥15
二、極板/極線磨損或腐蝕加劇
1、高速氣流區：
粉塵對極板、極線的沖刷磨損加劇，縮短設備壽命。
2、低速氣流區：
濕氣或腐蝕性氣體滯留，可能引發極板腐蝕。
針對以上工藝布置可能產生的問題，對電除塵器進行三維建模，分析問題產生的原因，并加以解決。
根據圖紙，對電除塵器（包含進出氣管道，殼體，氣體分布板，電場極板等）進行三維建模如下：
三維模型
注：in2與in3分別為兩列電除塵器的進口監測面。
計算參數及邊界
計算參數如下圖，進口采用速度進口，將煙氣量換算成進口速度為19.4m/s，出口采用壓力出口（pressure-outlet），出口壓力設定為0Pa，氣體分布板采用多孔跳躍邊界（porous-jump），并根據實際開孔率計算系數，近壁面處采用無滑移邊界條件。
進口煙氣參數
結果及分析
管道無導流
在管道無導流的情況下，電除塵器的模擬運行情況如下：
展開 【機械設計】設備開發設計中的禁忌案例，總結的很棒！
在工業領域中，可以簡單理解，為了解決某一個工業問題給出的解決方案，我們稱之為設計。那么以下錯誤觀念有必要提及以下：
1.設計就是繪制圖樣，即“設計=制圖”
2.設計是“按照裝配圖到零件圖的順序制圖”
3.設計這種事是計算機干的
4.設計就是“設計計算”
來源：怡合達官網
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電子設備熱設計(Thermal Design of Electronic Equipment)-7 熱設計與流體動力學
幾十年來，研究人員一直在考慮通過高速空氣噴射來冷卻熱電子設備的潛力。然而，噴射冷卻系統今天并沒有被廣泛使用。阻礙使用這些系統的兩個最大障礙是它們的復雜性和重量。空氣噴射系統必須由金屬制成，以便能夠處理空氣噴射相關的壓力。空氣處理系統可能很復雜，有許多離散的部件來管理氣流并將空氣引導到需要冷卻的熱點。
University of Illinois 研究人員已經證明了一種新型的空氣噴射冷卻器，它克服了以前噴射冷卻系統的障礙。利用增材制造，研究人員在單個部件中創建了一個空氣噴射冷卻系統，該系統可以將高速空氣引導到多個電子熱點上。研究人員用堅固的聚合物材料制造了冷卻系統，這種材料可以承受高速空氣噴射帶來的惡劣條件。
目前，大多數電動汽車都使用水平冷卻技術，但隨著功率密度的增加，這些冷卻方法將變得不足。由于熱性能的改善，液體射流沖擊是一種有吸引力的冷卻技術，已經進行了數值測試和實驗實現。盡管目前尚未在工業上實施，但研究表明，作為一種熱管理技術，它取得了非常有希望的結果。
下圖所示的是汽車電子設備使用射流沖擊部件和系統概述：（a） 噴射孔（b） 射流沖擊歧管（c） 增強型表面（d） 安裝在動力模塊上的射流沖擊歧管，（e） 射流沖擊功率模塊冷卻的真實實例（f） 車輛冷卻回路
射流沖擊設計、制造方法、功率模塊中的材料和有效冷卻表面積都對冷卻功率電子器件時的傳熱系數有影響。然而，射流沖擊已被證明可以將模具的最高溫度和模具之間的溫差保持在臨界值以下。在電力電子模塊的傳統射流沖擊設計之上，先進的射流沖擊技術可以應用于更高的傳熱率，包括噴射射流和合成射流。
電力電子設備的有效熱管理對于可靠性和提高功率密度至關重要。在隨著下一代電力電子設備實現寬帶隙器件，增加的熱通量將需要更先進的冷卻策略。
展開 如何做好非標自動化設計？如何提高自動化設備的創新設計能力？
非標自動化設備設計和生產的主要目的是滿足不能使用標準自動化設備的生產部門的生產需求，提高這些生產部門的生產效率和產品質量，更提高這些生產部門的生產安全性。
與普通的機械自動化設備相比而言，在實際生產應用中，非標自動化設備有零件毛坯精度低且加工余量大的特點。當非標自動化設備應用到機床加工中時，還有生產效率較低的特點。那么在提高非標自動化設備創新設計能力方面有哪些需要改進的呢？
1、提高非標自動化設備設計人員的業務水平
非標自動化設備是根據企業的生產需求來設計制造的，屬于一種定制型生產設備；就是說在機械設備市場上，現有的設備無法達到企業生產使用時，就需要定制生產相應的設備。非標自動化設備沒有標準的模版，需要依據生產場所和產品特性來進行獨立設計。因此，設計非標自動化設備時，設計人員的業務水平非常關鍵。
提升設計人員的業務水平，既能提高企業的滿意度，也能提升設備的質量。設計人員根據自身的工作經驗，結合專業知識，對非標自動化設備進行設計和細節優化，，并在設計過程中全場跟進，避免出現設計環節的疏忽，進而影響非標自動化設備的使用效率。
2、進行非標自動化設備的模塊化設計
通過使用積木式設計方法，可以減少非標自動化設備的設計工作量，提高設備可靠性并降低設備生產制造成本。使用Solidworks對非標自動化設備進行設計，可以縮短設計的周期，降低設計工作的難度。如果企業對設備設計不滿意或者出現設計失誤，Solidworks技術也容易進行修圖、改圖。
在設計非標自動化設備時，常常會反復使用諸如螺絲、軸等元件，通過使用Solidworks建立零部件庫可以直接取用這些零部件，提高了設計工作的效率。而Solidworks的使用還能方便對設計圖紙的存儲以及完成各種視覺角度、效果的圖紙輸出。
展開 【設計系列】機械設計培訓PPT第一講：自動化設備概述
本期推送的機械設計培訓PPT為一個系列，
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當測試設備遇上“奇葩”尺寸：定制底座的3個反常識設計思路
工業測試中，常規尺寸底座定制難度不大，頭疼的是“奇葩”尺寸設備——外形不規則、尺寸超標、安裝空間受限、負載分布不均，按常規思路設計的底座，往往
當測試設備遇上“奇葩”尺寸：定制底座的3個反常識設計思路
工業測試中，常規尺寸底座定制難度不大，頭疼的是“奇葩”尺寸設備——外形不規則、尺寸超標、安裝空間受限、負載分布不均，按常規思路設計的底座，往往安裝卡殼、精度漂移、承載不穩，陷入“錯配→返工→再錯配”的死循環。核心問題是：對付“奇葩”尺寸，常規思路本就水土不服。本文分享3個反常識設計思路，搭配實際案例，幫你輕松搞定復雜定制需求。
所謂“反常識”，并非違背設計原理，而是跳出“尺寸對尺寸”的固有思維，從適配性、穩定性、實用性出發解決問題。很多看似“不合理”的設計，反而能核心痛點，這是工程師的核心秘訣。
反常識思路一：不追求“完全貼合”，預留“可控間隙”更穩妥。常規思路認為，設備尺寸不規則需逐點貼合、嚴絲合縫，生怕間隙影響精度。但實際中，完全貼合的底座會導致異形設備安裝對位難、擠壓外殼，溫變時還會因熱脹冷縮損壞設備。
案例：電子企業測試異形傳感器，按常規思路定制的底座因完全貼合設備凸起，安裝反復卡殼，返工3次仍無法使用。改用預留5-10mm可控間隙+可調節定點銷的設計后，不僅安裝，還能微調適配設備微小偏差，測試精度反而提升20%。核心邏輯：“奇葩”尺寸痛點是適配難，而非間隙大，可控間隙+定點遠比強行貼合更穩妥。
反常識思路二：不盲目“加厚加重”，輕量化鏤空設計更穩定。常規思路認為，重載、特殊尺寸設備需靠堆料加厚提升穩定性。但對“上重下輕”“偏移”的奇葩設備，堆料只會導致失衡、易晃動甚至傾倒，還會因體積過大無法適配狹小空間。
案例：重型機械企業定制鑄鐵測試底座，設備底部尺寸小但頂部負載達80噸，常規加厚底座因過高，輕微振動就晃動。
展開 【機械設計】自動化設備開發系列講義——機械的一般設計程序及要求
在機床、汽車、儀表等機械產品造型設計中，為了取得人機的協調、操作迅速準確和理想的視覺效果，在動用美學法則來塑造產品形象時，必須考慮到人的生理、心理特點何與操作系統結合，使期符合人體功能的要求．例如在設計一個儀表柜時，在遵循排列整、均衡原則的同時，必須以操作者的手操作方便、迅速、準確為依據，以及根據人的眼睛對橫向排列比縱向排列辨別能力更準確的特點等進行設計，選擇操縱指示裝置、儀表的合理形式與布局，并把重要的儀表放置在人的視線容易看到的醒目的部位．同時，操縱指示裝置、儀表的高低位置等，要按人體結構的尺寸來決定選擇范圍，過高或過低都會使操作者感到不便，易于疲勞，長期使用影響健康．
(六) 環境保護和安全制度
6.1 環境保護
環境的污染，主要是工業“三廢”（廢氣、廢水、廢渣）造成的．工業生產中所需的動力、熱能、電能等，主要來自燃料的燃燒，燃料燃燒及煉鐵設備、煉鋼設備、化工設備等運行時，都產生了大量的污染特并排放放大氣中．
6.2 安全制度
在產品生產過程中，妨害正常活動的事件稱為事故．事故一般可分為導致生產設備破壞的設備事故和導致人體受傷害的人身事故．
人身事故是由于人和不安全物相接觸而產生的，產生事故的模型見下圖，一方面來處物方面的“不安全狀態”，另一方面也來自人方面的“不安全行動”．把具有不安全狀態的物體稱為“起因物”，直接加害于人的物體稱為“致害物”
注：具有不安全狀態的物體稱為“起因物”，直接加害于人的物體稱為“致害物
產生事故模型
（１）強度、剛度不夠。如起重設備的鋼繩斷裂或吊闐折斷，拖拉機半軸斷裂造成翻車事故。
（２）穩定性失控。
展開 可靠性電子產品熱設計知識 附電子設備可靠性熱設計指南徐維新下載
25、應對設備電路進行FMEA及FTA分析，尋找薄弱環節，采取有效的糾正措施。
26、在設備研制的早期階段應進行可靠性研制試驗。在設計定型后大批投產前應進行可靠性增長試驗，以提高設備的固有可靠性和任務可靠性。
27、對設備和電路應進行潛在通路分析、找出潛在通路、繪圖錯誤及設計問題。避免出現不需要功能和需要受到抑制。
28、對穩定性要求高的部件、電路，必須通過容差分析進行參數漂移設計，減少電路在元器件允許容差范圍內失效。
29、正確選擇電路的工作狀態，減少溫度和使用環境變化對電子元器件和機械零件特性值穩定性的影響。
30、注意分析電路在暫態過程中引起的瞬時過載，加強暫態保護電路設計，防止元器件的瞬時過載造成的失效。
31、主要的信號線、電纜要選用高可靠連接。必要時對繼電器、開關、接插件等可采用冗余技術，如采取并聯接或將多余接點全部利用等。
32、在設計時，對關鍵元器件、機械零件已知的缺點應給予補償和采取特殊措施。
33、分機、電路必須進行電磁兼容性設計，解決設備與外界環境的兼容，減少來自外界的天電干擾或其它電氣設備的干擾解決產品內部各級電路間的兼容。克服設備內部、各分板及各級之間由于器件安裝不合理、連線不正確而產生的輻射干擾和傳導干擾。
34、采用故障--安全裝置。盡量避免由于部件故障而引起的不安全狀態，或使得一系列其他部件也發生故障甚至引起整個設備發生故障。
35、在設計時應選用其主要故障模式對電路輸出具有最小影響的部件及元器件。
36、在設計電路及結構設計時和選用元器件時，應盡量降低環境影響的靈敏性，以保證在最壞環境下的可靠性。
37、選擇接觸良好的繼電器和開關，要考慮截斷峰值電流，通過最小電流，以及最大可接受的接觸阻抗。
38、在電路設計中應盡量選用無源器件，將有源器件減少到最小程度。
展開 電子設備熱設計(Thermal Design of Electronic Equipment)-9
一、輻射換熱
熱設計工程師通常不關心電子元件和外殼的輻射換熱。
影響輻射換熱的三個因素是物體與其周圍環境之間的溫差、物體與其周圍的表面特征以及物體對周圍環境的狀態。
首先，溫度差是設備外殼和外部機箱之間的差值，或者外部機箱和房間墻壁之間的差值。由于輻射熱傳遞是基于這種溫差的，當組件與其周圍環境之間的差值變得足夠高，輻射散熱就變得足夠重要了，此時設備很可能已經超過了其最高結溫。但在室溫下，輻射換熱還不到空氣中對流換熱所能傳遞熱量的10%。
其次，覆蓋設備或機箱的表面特性是另一個重要變量。電子產品中使用的材料通常對輻射是不透明的。但在用于電子器件的溫度范圍內，表面的顏色不會影響輻射發射率。
最后是視圖因子。這是離開一個表面并被另一個表面攔截的輻射的分數。對于較大球體內的球體，這可能高達1.0，或者非常低，例如兩個角度接近180°的板。代數方程可以計算視圖因子，不過這通常需要在計算機的幫助下完成。
盡管在電子封裝時通常不考慮輻射，但封裝可能會通過靠近高溫源來吸收輻射熱。這種情況可能發生在汽車的發動機艙中，其中電子模塊暴露在熱發動機部件和排氣歧管的輻射熱中。雖然物體的顏色在輻射冷卻中并不重要，但當物體可以從寬帶輻射源吸收熱能時，顏色就很重要了，尤其是當我們將電子封裝暴露在陽光下時。
二、自然對流和輻射換熱條件下的電子散熱器
半導體技術的快速發展已經導致微電子器件的散熱增加。被動冷卻是電子和電力電子設備的廣泛首選方法，因為它是一種價格低廉、安靜且無故障的解決方案。空氣冷卻被認為是電子封裝熱設計中的一項重要技術，因為在成本、空間和重量限制下，使用翅片來增強空氣冷卻是最簡單有效的散熱器結構。因此，開發一種系統的空氣冷卻散熱器設計方法對于滿足當前的熱需求和未來電子元件的高溫具有非常重要的意義。
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化工設備選型及設計計算
化工設備選型及設計計算
化工設備選型及設計計算
本文來源：化工設備與工廠設計
化工設備選型及設計計算
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聽力設備基于模擬的設計
Kennes 總結：“我們通過COMSOL 能夠避免一些耗時又昂貴的實驗設計方法，不再需要建立許多原型去決定合適的零件尺寸。即使是使用模型中所得到的近似值，我們也能夠在軟件中成功調整設備。這個設備所能允許的誤差非常非常小，以及為了得到零件的原型，我們要與只有幾個星期交貨時間的專業供應商打交道。如果沒有COMSOL，我們制作僅僅5 個原型就需要花上半年的時間，從而大大拖慢了開發過程。”
