TWI505115B - 流體機械設計方法及裝置 - Google Patents

Description

流體機械設計方法及裝置

本發明是有關於一種流體機械，且特別是有關於一種流體機械設計方法與裝置。

依台灣總售電量統計，工業部門用電約佔50%，每年達1100億度電，美國能源部評估，工業部門中流機設備所耗用電力約達70%，為用電設備的第一位。依據美國馬達動力系統省能方案研究資料指出，工業用電中流機設備如泵浦佔22%、空壓機佔18%、風機佔16%，是工廠主要的耗電來源，推估約消耗台灣電力約500億度。以節能的角度來看，改善泵浦、風機、空壓等主要流機設備效率的節能效益極巨。因此提升高效率流機使用率、發展更高效率的流機設備，將可產生重大的節能績效。

依據美國及歐盟的研究指出，工業動力系統若採用高效率裝置可降低4.4%~11.1%之用電量，應用高效率設備的同時，一併為動力系統進行妥善的匹配設計，合計共可獲得29%工業用電力之節省效益，其中15%是來自馬達本身效率的提昇，65%是來自適當的系統匹配設計，20%則是正確的操作及維修等應用實務改善。

因應政府節能減碳政策，利用設計軟體提昇流機效率，並結合監測工具評估工廠運轉中流機的能源使用效率及運轉狀態，協助廠內能源管理員建立自我維護、改善及 能源管理的量化分析工具，替工廠找出最大的節能機會點。

本發明提供一種流體機械設計方法，用以重新設計新的流體機械來提高目前流體機械的效率。

本發明提供一種流體機械設計裝置，用以重新設計新的流體機械來提高目前流體機械的效率。

本發明提出一種流體機械設計方法，其包括下列步驟。輸入目前流體機械的初始條件。依照初始條件計算新的流體機械的幾何參數。依照新的流體機械的幾何參數產生新的流體機械的幾何外形。

本發明另提出一種流體機械設計方法，其包括下列步驟。輸入目前流體機械的初始條件。比對初始條件是否已儲存於資料庫中。當初始條件已儲存於資料庫時，依照所儲存對應於初始條件的流體機械的幾何參數產生新的流體機械的幾何外形。當初始條件不儲存於資料庫時，依照初始條件計算新的流體機械的幾何參數，並依照所計算的新的流體機械的幾何參數產生新的流體機械的幾何外形。

本發明更提出一種流體機械設計裝置，其包括訊號輸入單元、訊號處理單元及訊號輸出單元。訊號輸入單元用以輸入目前流體機械的初始條件。訊號處理單元耦接至訊號輸入單元用以依照初始條件計算新的流體機械的幾何參數，並依照所計算的新的流體機械的幾何參數產生新的流體機械的幾何外形。訊號輸出單元耦接至訊號處理單元， 用以輸出新的流體機械的幾何外形。

基於上述，本發明依照所量測的初始條件來計算出新的流體機械的幾何參數，並依照新的流體機械的幾何參數來產生新的流體機械的幾何外形，藉以提升目前流體機械的效能。

為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

圖1是本發明一實施例的一種流體機械設計裝置與欲改善的流體機械的前視示意圖，而圖2是圖1的流體機械的側視示意圖。請參考圖1及圖2，本實施例所應用的流體機械10為一離心式流體動力機械，其包括馬達12、葉輪14及蝸殼16，其中馬達12驅動蝸殼16內的葉輪14轉動來產生流體流動並輸出蝸殼16。在本實施例中，為了提高流體機械10的效能，先實際量測目前流體機械10的物理參數，再依照所量測的物理參數重新設計流體機械10的葉輪14及蝸殼16，以最佳化流體機械10的效能。

圖3是圖1的流體機械設計裝置的方塊圖。請參考圖1及圖3，本實施例的流體機械設計裝置100包括訊號輸入單元110、訊號處理單元120及訊號輸出單元130。訊號輸入單元110用以輸入目前流體機械10的初始條件，而初始條件可預先量測而得。初始條件可包括流體機械10的壓力、流量、電流、電壓、振動、功率、溫度及轉速。

訊號處理單元120耦接至訊號輸入單元110，用以依照初始條件計算新的流體機械的幾何參數，並依照所計算的新的流體機械的幾何參數產生新的流體機械的幾何外形。流體機械的幾何參數包括流體機械的葉輪及蝸殼的幾何參數。訊號輸出單元130耦接至訊號處理單元120，用以輸出新的流體機械的幾何外形。訊號輸出單元130可藉由工程圖的方式輸出新的流體機械的幾何外形。此外，訊號輸出單元130可輸出新的流體機械的幾何外形。訊號輸出單元110及訊號輸出單元130可為人機介面(Man-Machine Interface,MMI)。

在本實施例中，流體機械設計裝置100可包括量測單元105，用以量測目前流體機械的物理參數，以獲得目前流體機械10的初始條件。因此，可經由量測單元105量測物理參數後藉由有線或無線傳輸的方式傳送至訊號輸入單元110。此外，依照初始條件計算新的流體機械的幾何參數的步驟可藉由雲端運算來完成。具體而言，訊號處理單元120可將計算的工作藉由有線或無線網路的傳輸提供至雲端伺服器50，並藉由有線或無線網路的傳輸來接收雲端伺服器50所計算的結果。

在本實施例中，流體機械設計裝置可包括資料庫140，其耦接至訊號處理單元120。因此，藉由訊號處理單元120比對初始條件及其對應的流體機械的幾何參數是否已儲存於資料庫140中。當初始條件與其對應的流體機械的幾何參數已儲存於資料庫140時，訊號處理單元120依 照所儲存對應於初始條件的流體機械的幾何參數產生新的流體機械的幾何外形，並經由訊號輸出單元130輸出新的流體機械的幾何外形。此外，當初始條件與其對應的流體機械的幾何參數不儲存於資料庫140時，訊號處理單元120依照初始條件計算新的流體機械的幾何參數，並依照所計算的新的流體機械的幾何參數產生新的流體機械的幾何外形，再經由訊號輸出單元130輸出新的流體機械的幾何外形。類似於訊號處理單元120採用雲端運算，這裡的資料庫140也可包括雲端資料庫。因此，訊號處理單元140可藉由有線或無線網路的傳輸來擷取資料庫(即雲端資料庫)中的資料以進行比對。

上述的訊號輸入單元110、訊號處理單元120、訊號輸出單元130及資料庫140均可由電腦來達成。為了便於使用者攜帶至流體機械所在的現場，前述電腦的外觀型態可為筆記型電腦或平板電腦等。

圖4是本發明另一實施例的一種流體機械設計方法的流程圖。請參考圖4，本實施例的流體機械設計方法包括下列步驟。在步驟S110中，量測目前流體機械的物理參數，以獲得目前流體機械的初始條件。在步驟S120中，輸入目前流體機械的初始條件。在步驟S130中，依照初始條件計算新的流體機械的幾何參數。在步驟S140中，依照新的流體機械的幾何參數產生新的流體機械的幾何外形。

在本實施例中，初始條件可包括流體機械的壓力、流 量、電流、電壓、振動、功率、溫度及轉速。此外，流體機械的幾何參數包括流體機械的葉輪及蝸殼的幾何參數。另外，依照初始條件計算新的流體機械的幾何參數的步驟可經由雲端運算。

圖5是本發明另一實施例的一種流體機械設計方法的流程圖。請參考圖5，相較於圖4之實施例，本實施例的流體機械設計方法的步驟S130更包括了有關葉輪設計及蝸殼設計的詳細步驟。

就葉輪的設計步驟來看，步驟S130還包含步驟S132a~S132d，步驟S132a為葉輪子午面設計，步驟S132b為建立葉輪的r-θ面幾何，步驟S132c為建立T-CAD，步驟S132d為葉輪性能分析。在步驟S132d中，當葉輪性能不符合預設值時，則回到步驟S132a；當葉輪性能符合預設值時，則進入下一步驟S140，即依照葉輪的幾何參數產生新的葉輪的幾何外形。

就蝸殼的設計步驟來看，步驟S130更包含步驟S134a~S134c，步驟S134a為蝸殼設計，步驟S134b為建立蝸殼、出口寬度，步驟S134c為蝸殼性能分析。在步驟S134c中，當蝸殼性能不符合預設值時，則回到步驟S134a；當蝸殼性能符合預設值時，則進入下一步驟S140，即依照蝸殼的幾何參數產生新的蝸殼的幾何外形。

圖6是本發明另一實施例的一種流體機械設計方法的流程圖。請參考圖6，本實施例的流體機械設計方法包括下列步驟。在步驟S210中，量測目前流體機械的物理參 數，以獲得目前流體機械的初始條件。在步驟S220中，輸入目前流體機械的初始條件。在步驟S230中，比對初始條件是否已儲存於資料庫中。當初始條件已儲存於資料庫時，執行步驟S240，依照所儲存對應於初始條件的流體機械的幾何參數產生新的流體機械的幾何外形。當初始條件不儲存於資料庫時，執行步驟S250，依照初始條件計算新的流體機械的幾何參數，並執行步驟S260，依照所計算的新的流體機械的幾何參數產生新的流體機械的幾何外形。

在本實施例中，初始條件可包括流體機械的壓力、流量、電流、電壓、振動、功率、溫度及轉速。此外，流體機械的幾何參數包括流體機械的葉輪及蝸殼的幾何參數。另外，比對初始條件是否已儲存於資料庫中的步驟和依照初始條件計算新的流體機械的幾何參數的步驟兩者均可經由雲端運算。

綜上所述，本發明依照所量測的初始條件來計算出新的流體機械的幾何參數，並依照新的流體機械的幾何參數來產生新的流體機械的幾何外形，藉以提升目前流體機械的效能。此外，本發明藉由資料庫的設置來儲存已處理過的初始條件及其所對應的體機械的幾何參數，在下次比對到相同的初始條件時，可直接讀取此初始條件及其所對應的體機械的幾何參數。另外，本發明藉由雲端運算及雲端資料庫來減少本地訊號處理單元及資料庫的負荷，以有助於降低流體機械設計裝置的重量。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

10‧‧‧流體機械

12‧‧‧馬達

14‧‧‧葉輪

16‧‧‧蝸殼

50‧‧‧雲端伺服器

100‧‧‧流體機械設計裝置

105‧‧‧量測單元

110‧‧‧訊號輸入單元

120‧‧‧訊號處理單元

130‧‧‧訊號輸出單元

140‧‧‧資料庫(雲端資料庫)

圖1是本發明一實施例的一種流體機械設計裝置與欲改善的流體機械的前視示意圖。

圖2是圖1的流體機械的側視示意圖。

圖3是本發明一實施例的一種流體機械設計裝置的方塊圖。

圖4是本發明另一實施例的一種流體機械設計方法的流程圖。

圖5是本發明另一實施例的一種流體機械設計方法的流程圖。

圖6是本發明另一實施例的一種流體機械設計方法的流程圖。

S110~S140‧‧‧步驟

Claims (16)

1. 一種流體機械設計方法，包括：輸入目前流體機械的初始條件；依照該目前流體機械的初始條件計算新的流體機械的幾何參數，其中該新的流體機械的幾何參數包括葉輪的幾何參數及蝸殼的幾何參數，且計算新的流體機械的幾何參數包括葉輪性能分析及蝸殼性能分析；以及依照該新的流體機械的幾何參數產生新的流體機械的幾何外形。
2. 如申請專利範圍第1項所述之流體機械設計方法，更包括：在輸入該目前流體機械的初始條件以前，量測該目前流體機械的物理參數，以獲得該目前流體機械的初始條件。
3. 如申請專利範圍第1項所述之流體機械設計方法，其中該目前流體機械的初始條件包括流體機械的壓力及流量。
4. 如申請專利範圍第1項所述之流體機械設計方法，其中依照該目前流體機械的初始條件計算該新的流體機械的幾何參數的步驟經由雲端運算。
5. 一種流體機械設計方法，包括：輸入目前流體機械的初始條件；比對該目前流體機械的初始條件是否已儲存於資料庫中；當該目前流體機械的初始條件已儲存於資料庫時，依 照所儲存對應於該目前流體機械的初始條件的流體機械的幾何參數產生新的流體機械的幾何外形；以及當該目前流體機械的初始條件不儲存於資料庫時，依照該目前流體機械的初始條件計算該新的流體機械的幾何參數，並依照所計算的該新的流體機械的幾何參數產生該新的流體機械的幾何外形，其中該新的流體機械的幾何參數包括流體機械的葉輪及蝸殼的幾何參數，且計算該新的流體機械的幾何參數包括葉輪性能分析及蝸殼性能分析。
6. 如申請專利範圍第5項所述之流體機械設計方法，更包括：將該目前流體機械的初始條件及所計算的該新的流體機械的幾何外形儲存於資料庫中。
7. 如申請專利範圍第5項所述之流體機械設計方法，更包括：在輸入該目前流體機械的初始條件以前，量測目前流體機械的物理參數，以獲得該目前流體機械的初始條件。
8. 如申請專利範圍第5項所述之流體機械設計方法，其中該目前流體機械的初始條件包括流體機械的壓力及流量。
9. 如申請專利範圍第5項所述之流體機械設計方法，其中比對該目前流體機械的初始條件是否已儲存於該資料庫中的步驟和依照該目前流體機械的初始條件計算該新的流體機械的幾何參數的步驟經由雲端運算。
10. 如申請專利範圍第5項所述之流體機械設計方 法，其中該資料庫包括雲端資料庫。
11. 一種流體機械設計裝置，包括：訊號輸入單元，用以輸入目前流體機械的初始條件；訊號處理單元，耦接至訊號輸入單元，用以依照該目前流體機械的初始條件計算新的流體機械的幾何參數，並依照所計算的該新的流體機械的幾何參數產生新的流體機械的幾何外形，其中該新的流體機械的幾何參數包括流體機械的葉輪及蝸殼的幾何參數，且計算該新的流體機械的幾何參數包括葉輪性能分析及蝸殼性能分析；以及訊號輸出單元，耦接至訊號處理單元，用以輸出該新的流體機械的幾何外形。
12. 如申請專利範圍第11項所述之流體機械設計裝置，更包括：量測單元，用以量測目前流體機械的物理參數，以獲得該目前流體機械的初始條件。
13. 如申請專利範圍第11項所述之流體機械設計裝置，其中該目前流體機械的初始條件包括流體機械的壓力及流量。
14. 如申請專利範圍第11項所述之流體機械設計裝置，其中該訊號處理單元的計算包括雲端運算。
15. 如申請專利範圍第11項所述之流體機械設計裝置，更包括：資料庫，耦接至該訊號處理單元，其中該訊號處理單元比對該目前流體機械的初始條件及其對應的該新的流體 機械的幾何參數是否已儲存於資料庫中，當該目前流體機械的初始條件與其對應的該新的流體機械的幾何參數已儲存於該資料庫時，該訊號處理單元依照所儲存對應於該目前流體機械的初始條件的該新的流體機械的幾何參數產生該新的流體機械的幾何外形，並經由該訊號輸出單元輸出該新的流體機械的幾何外形，且當該目前流體機械的初始條件與其對應的該新的流體機械的幾何參數不儲存於該資料庫時，該訊號處理單元依照該目前流體機械的初始條件計算該新的流體機械的幾何參數，並依照所計算的該新的流體機械的幾何參數產生該新的流體機械的幾何外形，再經由該訊號輸出單元輸出該新的流體機械的幾何外形。
16. 如申請專利範圍第15項所述之流體機械設計裝置，其中該資料庫包括雲端資料庫。