劇場(chǎng)風(fēng)洞流道項(xiàng)目初步方案

1                      項(xiàng)目概況

需求單位（最終用戶(hù)）：XXX單位（未知）

承建方：XXX單位（未知）

建設(shè)地：上海

2                      技術(shù)需求

（1）                      劇院凈空間尺寸，6.5米8米10米；

（2）                      為觀眾區(qū)提供模擬風(fēng)，最大風(fēng)速10為米/秒，變頻可調(diào)。

（3）                      保證觀眾區(qū)的氣流分布。

3                      設(shè)計(jì)考慮要點(diǎn)

    風(fēng)洞項(xiàng)目點(diǎn)主要需要考慮以下幾方面：

（1）                      劇院模擬的風(fēng)集中在劇場(chǎng)底部的觀眾區(qū)，所以出風(fēng)口應(yīng)設(shè)置在觀眾的正前方（即風(fēng)機(jī)造型的底部）。

（2）                      觀眾區(qū)的面積約為寬3m×長(zhǎng)4.8m，觀眾區(qū)前排與后排的風(fēng)力有一定差異，后排座椅區(qū)需盡量與前排錯(cuò)開(kāi)布置。

（3）                      為滿(mǎn)足后期商業(yè)運(yùn)營(yíng)，風(fēng)機(jī)計(jì)算應(yīng)充分考慮較高的能效及更低的噪音。

（4）                      盡可能大程度的增大風(fēng)扇造型墻的尺寸，使觀眾具有較強(qiáng)的沖擊視覺(jué)感，降低出風(fēng)口對(duì)造型的破壞。

4                      總體布局

風(fēng)洞項(xiàng)目為最大可能保證劇院的整體布局，采用風(fēng)道沿劇場(chǎng)上方回流的方式，這樣可以盡量空出劇場(chǎng)的左右兩側(cè)空間。動(dòng)力風(fēng)機(jī)位于風(fēng)扇造型墻正后方，這種動(dòng)力0風(fēng)機(jī)位置分布可以充分利用風(fēng)扇造型墻后方的遮擋區(qū)域，盡可能增大觀眾區(qū)的實(shí)際使用面積。出風(fēng)口采用小尺寸出風(fēng)口尺寸（約1.2m），共計(jì)3個(gè)，分布于風(fēng)扇造型墻底部，廠房的主視圖如下圖。

圖 4?1廠房主視圖

觀眾區(qū)距離前方風(fēng)扇造型墻約4-4.5m，觀眾就座后，出風(fēng)口與觀眾頭部基本保持在一個(gè)水平線(xiàn)上，可以大程度保證風(fēng)的利用率。根據(jù)出風(fēng)方向，風(fēng)機(jī)垂直向下吹風(fēng)，這樣可以盡可能減少動(dòng)力風(fēng)扇組所占的面積，廠房的俯視圖如下圖所示。

圖 4?2廠房府視圖

5                      流道設(shè)計(jì)

5.1                      流道回路設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)系統(tǒng)主要由風(fēng)洞流道（及流道內(nèi)拐角導(dǎo)流片）、風(fēng)機(jī)組成。風(fēng)洞流道主要如下圖所示。出風(fēng)口設(shè)計(jì)3200mm*1200mm口徑，共計(jì)3個(gè)出風(fēng)口。

圖 5?1流道出風(fēng)口示意圖

本風(fēng)洞流道的主體結(jié)構(gòu)由風(fēng)機(jī)、3個(gè)拐角段、動(dòng)力段、等直段、擴(kuò)散段、收縮段等部分組成，采用符合氣動(dòng)輪廓要求的鋼板(Q235B)焊接和法蘭連接組成。為保證試驗(yàn)平臺(tái)的密封性能，各部段采用法蘭連接。各部段通過(guò)支腿與吊裝方式固定在樓體上。流道氣動(dòng)輪廓圖如下圖所示。

圖 5?2流道氣動(dòng)輪廓圖

風(fēng)道各部分尺寸為：

1）       第一拐角

采取矩形截面，尺寸為5000mm*2000mm,內(nèi)裝有8片氣流導(dǎo)流片，進(jìn)口位于劇場(chǎng)頂部，采用進(jìn)氣格柵。

2）       等直段

為保證收縮段的入流品質(zhì)，風(fēng)洞需要有等直段，等直管道選取較長(zhǎng)的長(zhǎng)度來(lái)起到靜流段的作用，等直段截面為矩形結(jié)構(gòu)截面尺寸為5000mm*2000mm，長(zhǎng)8000mm，內(nèi)部可以根據(jù)用戶(hù)要求設(shè)置空氣凈化裝置。

3）       第二拐角

第二拐角與等直段相連，截面尺寸為5000mm*2000mm，內(nèi)有8片氣流導(dǎo)流片。

4）       收縮段

收縮段對(duì)氣流起加速作用，同時(shí)能夠降低氣流的縱向和橫向湍流度，收縮段進(jìn)口為5000mm*2000mm，出口為3200mm*1100mm，主要提高氣流速度，增加風(fēng)扇進(jìn)氣速度，提高風(fēng)扇效率。

5）過(guò)渡段

為實(shí)現(xiàn)氣流的平穩(wěn)過(guò)渡，布置方圓過(guò)渡段從而對(duì)氣流進(jìn)行過(guò)渡。過(guò)渡段為矩形結(jié)構(gòu)變?yōu)?/span>3個(gè)獨(dú)立圓形結(jié)構(gòu)，與動(dòng)力段風(fēng)機(jī)相連。長(zhǎng)度為1000mm。

6）動(dòng)力段

動(dòng)力段作為動(dòng)力源提供風(fēng)洞運(yùn)行所需的能量，為風(fēng)洞的心臟，動(dòng)力段擬使用1100mm直徑風(fēng)機(jī)，總功率為15KW。由變頻控制，上位機(jī)采用PLC終端觸摸屏給定速度。

7）擴(kuò)散段

入風(fēng)口為1100mm*3200mm，出風(fēng)口為1200mm*3200mm，可以根據(jù)用戶(hù)要求風(fēng)覆蓋面積確定。

5.2                      風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)

按照經(jīng)典流體阻力損失計(jì)算方法，取試驗(yàn)區(qū)（觀眾區(qū)）風(fēng)速為15m/s，按照標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力101325Pa，，試驗(yàn)區(qū)溫度25℃，試驗(yàn)段密度1.225，考慮到洞體加工粗糙度與計(jì)算用表面粗糙度可能會(huì)存在差異，以及廠房通風(fēng)情況影響，預(yù)計(jì)單臺(tái)風(fēng)機(jī)功率約為5kW，數(shù)量為3臺(tái)，總功率為5×3=15kW，風(fēng)機(jī)將在詳細(xì)設(shè)計(jì)后給出選型，風(fēng)機(jī)直徑約為1.1m，豎直朝下放置，一字型分布。

6                      系統(tǒng)控制

控制系統(tǒng)的整體架構(gòu)基于工業(yè)以太網(wǎng)，采用基于現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)和網(wǎng)絡(luò)化的分布式測(cè)控系統(tǒng)。采用分布式結(jié)構(gòu)使測(cè)控功能分散化、各子系統(tǒng)既可獨(dú)立運(yùn)行，又可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)相互聯(lián)系和協(xié)調(diào)工作，使故障影響減至最小，整體系統(tǒng)安全可靠，操作靈活，維修方便，也易于系統(tǒng)的擴(kuò)展和更新。采用分布式采集控制方案使復(fù)雜分布、分散的系統(tǒng)構(gòu)成一個(gè)完整的自動(dòng)化程度高、生產(chǎn)率高，支持風(fēng)洞試驗(yàn)平臺(tái)所有階段運(yùn)轉(zhuǎn)的網(wǎng)絡(luò)測(cè)控系統(tǒng)，系統(tǒng)框架圖如下。

圖 6?1控制系統(tǒng)原理組成

主要包括為主控系統(tǒng)、風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)、采集系統(tǒng)、安全系統(tǒng)等。測(cè)控系統(tǒng)通過(guò)以太網(wǎng)將主控制系統(tǒng)和下級(jí)控制系統(tǒng)連接起來(lái)。主控軟件位于頂層，控制器PLC作為中間層，能夠接收指令。數(shù)據(jù)采集的功能是監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，記錄試驗(yàn)過(guò)程中風(fēng)洞的壓力、溫度等參數(shù)，后臺(tái)程序進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理和計(jì)算并存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。安全系統(tǒng)能夠有效保障試驗(yàn)設(shè)備的運(yùn)行安全，當(dāng)非關(guān)鍵系統(tǒng)故障時(shí)，能夠自動(dòng)采取緊急停車(chē)等措施，避免重大人身傷害及重大設(shè)備損害的事故發(fā)生。

測(cè)量風(fēng)速采用風(fēng)速管，在造型風(fēng)扇前方安裝風(fēng)速管，其方向與出方口軸線(xiàn)方向一致，并用測(cè)量管將總壓和靜壓連接到風(fēng)速管上，通過(guò)測(cè)量壓差，經(jīng)PLC采集系統(tǒng)采集后計(jì)算出風(fēng)速。

7                      配電

系統(tǒng)用電為AC380V，預(yù)計(jì)需要20-30kW(以詳細(xì)設(shè)計(jì)為準(zhǔn))，需要客戶(hù)在附近預(yù)留供電點(diǎn)，并連接至配電箱/柜處。以最大風(fēng)速運(yùn)行時(shí)，每小時(shí)消耗電量約20kWh