摘要：我国对工业机械的依赖程度越来越高，追求高效、节能、绿色的生产方式已成为我国机械系统设计形式的主流趋势。随着我国世界工厂地位的逐渐巩固，我国未来“2025中国制造”的目标被提出，中国的发展需要大量节能、高效、可靠的流体机械，流体机械作为最为贴近人们生活的相关行业的主要机械种类，其设计的合理性和可靠性直接关系到国家经济发展的正常和速度。本文以流体机械系统设计为主要论点，从其系统设计和机械整体法可靠性入手，对其研发和设计现状进行简要概述，对其主要的工作原理进行简要叙述，对其可靠性分析方法亦进行简要的叙述和优化方式的提出，使其优化性能更好，可靠度更高。
关键词：流体机械；系统设计；可靠性
引言
流体机械主要包括：泵、阀门、管道、风机、压缩机、过滤与分离设备、真空设备、减变速机等，其产品广泛应用于石油化工、电力、冶金、环保、是由和天然气开发及输送、城建、煤炭及矿产开发、水利、轻工、建材、纺织轻工、造纸、医药、农业、食品、交通、国防等重要的国计民生行业领域。是机械工业的重点行业，对我国的经济健康持续发展起着非常重要的作用。本世纪初，中国已经初步完成了世界最大的制造业产业群的构件，并且随着经济发展速度的不断提高，我国的全球工厂地位不断得到凸显。近些年，我国倡导可持续经济发展的发展路线，绿色节能成为各个行业的重要标准，流体机械的节能减排设计也成为该设计工作中的重点。
一、设计现状
目前流体机械系统设计研究的现状在很大程度上受到技术和设计环境的影响，我国的流体机械系统零件的种类庞杂，零件的技术研发工作和流体机械系统的节能设计工作也受成本的限制而得到无法全面进行，在这种环境下，研究人员和设计人员也无法在设计过程中养成对系统全面考虑的习惯。随着计算机科学技术的发展，自动化系统在流体机械系统设计中的应用越来越广泛，研究人员和设计人员在设计过程中不仅充分吸收最新的设备配件和计算机应用技术，还在一定程度上经过科学合理的计算和规划，对流体机械系统进行较为合理的优化，根据实际使用情况对设计参数进行不断的修正，减小其在运行过程中的误差。通过不断地科学计算，对设备结构进行最大限度的优化，在保证其结构稳定性的同时，有效减轻设备自重，保证其受振动影响控制在允许误差范围内，同时减少其成本。
二、风机流型的设计
现代风机的叶轮叶沿叫高方向都是扭曲的，其目的是使各基元级速度三角彤沿叶片高度方向上的变化符合客观存在的约束条件和加功量大致相等的要求、使风机级具有良好的工作性能。目前，国内外已出现了一些风机的最优流型设计研究，即要求风机在满足某些工程设计约束条件下，应用最优化原理和数值计算方法，找出使风机的某个目标函数达到最优值的叶片在叶高方向上的最佳扭曲规律。对于风机来说，有些是以达到风机的内部流动损失最小、效率最高为目标函数，有些则是以达到风机的最低气动噪声为目标函数。一般认为，当风机的效率最高、损失最小时，其气动噪声也为最低，所以两者在这个意义上是相同的。
三、风机结构参数的设计
正确地选择风机的结构参数，就能有效地降低风机内流动损失。风机的主要结构参数有叶轮直径D、叶轮径比d、叶栅稠度、径向及轴向间隙等它们对风机效率及性能都有很大影响。目前在风机的气动设计中已趋向采用最优化方法选择计算风机的结构参数。例如有的学者结合对旋轴流风机的结构特点，在流动为不可取、等环量流型及进出口流速为轴向的假设下，通过基元平面叶栅理论，建立了对旋铀流风机的优化模型，并用混合函数法进行了优化。
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综上，目前谈起流体机械优化设计主要是指风机水泵的优化设计，这种设计是按照使各簇元级速度三角形沿叶片高度方向的变化符合客观存在的约束条件和加功量大致相等的要求来进行的，本质上仍然是一维的分析设计，这是目前国内大多数通用机械生产企业的技术现状。而在当前流体机械内部流动研究的理论成果指导下，进行优化设计应当是今后的发展方向。目前已经有人以二元流动通用理论为基础，研究了流线曲率法在离心风机设计中的应用。少数企业引进吸收国外先进技术，开始进行产品内部流动分析，并借助近几年逐渐发展起来的针对内部流场研究的激光断层速度场测试技术分析产品的内部流动，用于指导设计。
四、可靠性分析
可靠性是指产品在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的能力。其中：产品是指作为单独研究和分别试验对象的任何元件、设备比系统；规定条件是指产品的环境条件（如温度、压力、湿度等）和工作条件；规定是指要求产量处于完成规定功能状态的时间，根据研究任务不同，“时间”这个概念还可以用周期、次数、路径等其他物理显示；规定功能是指产品应具有的技术指标的总和。产用有两类；一类是产品失效后不能或不值得大修，称为不可修复产品；另一类是产品失效后可以修复，称为可修复产品；由于产品性质不同，对可靠性的地解释就不同。对于不可修复产品，主要考虑产品在规定时间内失效的难易程度，这就是上述对靠性的定义，称为狭义可靠性。
可靠度是可掸性的特征员或数始指标，其定义与可靠性不同之处在于将“能力”改为“概率”。对于不可修复的产品，是指要到规定的时间终了为止，完成规定功能的产品数与该时间区间开始时刻投入产品数之比。对于可修复产品，是由一个或多个产品的无故障工作时间达到或超过规定时间的次数与观察时间内故障工作的总次数之比。可靠性技术研究产品的生命和失效情况。寿命是指发生失效前的工作时间。对于可修复产品，则是指相邻的故障间的工作时间，也称无故障工作时间。失效是指产品丧失规定的功能，对于可修复产品也修复故障。
在处理可靠性试验数据时，可先假设寿命分布函数的类型，然后用点估计或区间估计方法求得有关参数。这种假设是否符合实际，有时需要进行检验。假设检验是指应用数学方法来假设的分布函数与实验数据是否适合的一种检验方法，又称拟合性俭验。
可靠性预测是根据所得的有效数据计算系统或器件对能达到的可靠性指标的过程，在产品设计过程中，把系统规定的可靠性指标（可靠度、故障率等）按一定的数学方法合理地分配给元件的全过程称为可靠性指标分配。可靠性预测是由已知的元件可靠度来推算系统的可靠性；可靠性指标分配是由规定的系统可靠度来确定各元件的。这是可靠性设计在不同阶段所采用的两种方法，两者密切关系，一般说来，首先应根据可靠性指标分配的结果进行可靠性设计，然后根据设计结果进行可靠性预测。
其预测细果不满足系统规定的可靠性指标，就应进行分析、修改设计，对可靠性指标进行重新分配。有时需要多次反复，才能获得最佳结果。流体工程和动力工程中的可靠性主要是指机械强度的可靠性。在传统设计中，强度条件工作应力不小于或等于可用应力，为了安全起见，引入了安全系数。人们在根据设计经验获取安全系数时往往带有很大的主观性，且总是偏于保守。其结果使零件的结构尺寸也偏大，使材料动力消耗和成本增加。在可靠性设计中，将工作应力和材料强度数据作为服从某种分布规律的随机变量，应用可靠性概率统计理论将零件在工作中失效概率控制在很小范围内，从而获得重量轻、体积小，并满足规定可靠度要求的零件。
参考文献
[1]姚科.自主式水下机器人数据采集与管理系统设计及其可靠性分析[J].中国海洋大学学报.2010(6).
[2]司华福.流体机械及系统的优化设计与可靠性分析[J].黑龙江科技信息.2014(8).
论文作者:任丽燕
论文发表刊物:《基层建设》2017年第14期
论文发表时间:2017/9/28
标签：可靠性论文; 风机论文; 流体论文; 产品论文; 机械论文; 是指论文; 系统论文; 《基层建设》2017年第14期论文;