设备工况（精选7篇）
设备工况 篇1
工程机械龙头企业——广西柳工机械股份有限公司本次宝马展以“极限工况、强悍设备”为主题, 展示了装载机、挖掘机、摊铺机、推土机、带式鄂式移动破碎钻、履带式移动筛分站以及矿用设备在内的21台全系列产品, 充分向世人展示了柳工全系列产品挑战极限的实力和步伐。
最大轮式装载机耀世而出
本届宝马展柳工首次面向全球推出最大轮式装载机CLG8128H, 成为展会一大亮点。CLG8128H额定载重达到12t, 铲斗主动掘起力360k N、满载提升7.4s, 大器之质彰显无遗。CLG8128H在柳工多年技术积累的基础上融入了新的科技力量, 形成了多工作模式电控发动机与全自动动力换挡变速箱的匹配技术、高承载能力驱动桥技术、运用负荷敏感-双泵合流-电液先导操作变量液压技术、电子控制智能化热能管理控制技术、人机工程学、整机降噪减振技术、CAD/CAE静力学及运动分析技术七大先进技术板块。除此之外, CLG8128H轮式装载机维修维护更加便利、外形更加美观, 而且整机制造采用绿色可回收材料, 体现了柳工对环境保护的追求。
全面解决方案想客户所想
2014宝马展, 为保障全产业链的能量得到充分释放, 柳工提出旨在保障全面解决方案实施的品牌关键点——掌控力、简明易用、极限工况、行业最佳的全系列设备。掌控力:柳工通过帮助客户对采购、维护及产品寿命周期成本的有效控制, 保证其在任何经济周期内均能实现最优化的盈利能力。简明易用:柳工世界级的研发团队一直在研究操作手的习惯, 把重要的控制器和维护点都放在触手可及的位置, 同时不断提高安全性及舒适性。极限工况:柳工完整的18条产品线几乎覆盖工程机械所有领域, 使其成为能够提供行业最佳的全系列工程机械设备以及全面解决方案的制造商。行业最佳的全系列设备:柳工拥有最全面的产品线以及解决方案, 足以应对全球各地的极限工况。
再制造
值得关注的是, 再制造也是柳工本届展会的重要板块之一, 柳工携带可再制造部件亮相展场, 向观众直观地展示了再制造带给机械的第二次生命。先进的再制造技术不仅为柳工强悍的产品集群带来了生命周期的延长和性价比的提升, 也向国际业界展示了中国再制造的技术革新和理念进步。
“极限工况, 强悍设备”, 柳工时刻准备着与每一位客户共赴征途、共战极限, 创造更美好的未来。
输油泵运行工况分析 篇2
在油田生产中, 目前油田能源的消耗主要是设备, 因此在设备管理中, 节约能源这一特点也越来越明显和重要了。如何使输油泵长期可靠地工作, 不出或少出故障、损坏, 充分发挥和保持设备的固有能力, 就必须及时对输油泵进行检测、调试和分析, 维持其最佳运行状态, 使其在运行过程中最大限度地节约能源。某联合站实际日处理液量15000m3/d, 外输油1100t, 现有设备主要包括容器75座, 机泵71台。某联合站输油岗目前共有3台输油泵, 均为多级离心泵。
2 输油泵的理论分析
2.1 离心泵的工作原理
多级离心泵是指在泵轴上装两个或两个以上叶轮的离心泵。多级离心泵总的扬程比较高, 为每级叶轮的扬程之和。以某联合站输油泵为例, 3台输油泵的型号为:
离心泵的工作原理:离心泵在启动前, 先将泵体内充满被输送的液体, 叶轮在泵轴的带动下转动时产生离心力, 液体由叶轮中心被甩向四周, 这是叶轮中心产生负压, 液体从泵的吸入口流向叶轮中心, 泵轴不停地旋转, 叶轮不停地吸入和排除液体。
2.2 离心泵的效率
要计算离心泵的效率, 首先要先了解两个概念:就是离心泵的有效功率和离心泵的轴功率。
离心泵的有效功率, 是指除去机械本身的能量损失和消耗外, 由于泵的运转而使液体实际获得的功率, 用N有表示。在油田实际生产中, 我们计算输油泵的有效功率用以下公式:
离心泵的轴功率, 是指原动机械传给泵轴的功率, 用N轴表示。在油田实际生产中, 我们计算输油泵的轴功率用以下公式:
N轴=1.732×I×U×功率因数×电机效率 (2)
离心泵的效率, 是指离心泵在运转时, 各机部件之间, 部件与液体之间都会发生摩擦、冲击和漏损等, 会损失部分能量, 也就是说泵的轴功率不会全部传给液体, 即不可能全部转变为有用功率。简单地说, 离心泵的效率是指泵的有效功率与轴功率之比, 用表示η, 单位为%。
2.3 影响离心泵性能的因素分析和性能换算
影响输油泵性能的因素分析和性能换算影响输油泵的性能的因素很多, 其中包括液体性质 (密度ρ和粘度μ等) 、泵的结构尺寸 (如D2和β2) 、泵的转速n等。当这些参数任一个发生变化时, 都会改变泵的性能, 此时需要对泵的生产厂家提供的性能参数或特性曲线进行换算。
2.3.1 液体物性的影响 (liquidpropertiesofmatteraffect)
(1) 密度 (density) 的影响
输油泵的流量、压头均与液体密度无关, 效率也不随液体密度而改变, 因而当被输送液体密度发生变化时, H-Q与η-Q曲线基本不变, 但泵的轴功率与液体密度成正比。此时, N-Q曲线不再适用, N需要用公式重新计算。
(2) 粘度 (Viscosity) 的影响
当被输送液体的粘度大于常温水的粘度时, 泵内液体的能量损失增大, 导致泵的流量、压头减小, 效率下降, 但轴功率增加, 泵的特性曲线均发生变化。
粘度系数换算图是在单级输油泵上进行多次试验的平均值绘制出来的, 用于多级输油泵时, 应采用每一级的压头。两图均适用于牛顿型流体, 且只能在刻度范围内使用, 不得外推。中的QS表示输送清水时的额定流量, 单位为m3/min。
2.3.2 输油泵转速的影响 (affectofrotatespeed)
由输油泵的基本方程式可知, 当泵的转速发生改变时, 泵的流量、压头随之发生变化, 并引起泵的效率和功率的相应改变。当液体的粘度不大, 效率变化不明显。
2.3.3 输油泵叶轮直径的影响 (affectofimpellerdiameter)
当输油泵的转速一定时, 泵的基本方程式表明, 其流量、压头与叶轮直径有关。对于同一型号的泵, 可换用直径较小的叶轮 (除叶轮出口其宽度稍有变化外, 其它尺寸不变) 。
3 某联合站输油泵运行的工况分析
3.1 输油泵的基本情况
某联合站目前共有3台输油泵, 其中1#输油泵为工频启动, 2#输油泵和3#输油泵为工频启动, 运行方式为启一台备两台。输油泵基本参数见表1。
3.2 输油泵的性能参数
通过计算输油泵的效率公式, 我们可以看出, 输油泵的效率主要和流量、泵的进口压力和出口压力、电流、电压等参数有关。表2是某联合站2012年1-6月份输油泵的相关数据。从表2可以看出, 输油泵的泵压和管压越低, 其输油泵效相对较高, 输油单耗相对较低。某联合站输油泵从2007年投产使用至今, 从未更换过泵和电机, 在维修方面也只是更换几次机械密封, 总体来说使用效果较好, 其使用率和完好率几乎达到100%, 维修费用率较低。
4 调控输油泵的措施
在日常生产运行过程中, 通过对输油岗的输油泵的管理工作, 总结几点措施:
4.1 做好输油泵的管理、操作及维修人员的培训工作
通过培训一方面对输油泵的操作及维修人员进行岗前培训, 使之了解设备的操作保养规程、工作参数、额定负荷等, 达到正确操作设备的目的;另一方面使得设备管理人员在岗位规范、专业知识和专业能力上得到进一步提高, 使设其了解和掌握设备管理方面的新知识、新动态。
4.2 做好输油泵的的监测记录、日常维护和保养工作
要充分重视输油泵的日常维护和保养, 提高其运行效率。输油泵的日常维护保养, 一般有日保养和周保养, 又称日例保和周例保。
(1) 日例保:日例保由岗位操作人员当班进行, 认真做到班前四件事、班中五注意和班后四件事。
班前四件事:消化图样资料, 检查交接班记录。擦拭机泵, 检查手动运转部位是否正确、灵活, 安全装置是否可靠。
班中五注意:注意运转声音;机泵的温度、压力、液位;电气系统;仪表信号;安全保险是否正常。
班后四件事:清除脏物, 擦净机泵表面及周围的油污。清扫工作场地。填写交接班记录和运转记录, 办理交接班手续;
(2) 周例保:周例保由设备操作工人在每周末进行, 保养时间为:一般为4小时。主要内容为:
外观:擦净设备导轨、各传动部位及外露部分, 清扫工作场地, 达到内外洁净无死角、无锈蚀, 周围环境整洁。
操纵传动:检查各部位的技术状况, 紧固松动部位。检查机泵, 达到传动声音正常、安全可靠。
电气系统:擦拭表面, 检查绝缘、接地, 达到完整、清洁、可靠。
摘要：在地面设备运行过程中, 运行设备的工况主要指容器、机泵等设施在使用过程中的运行状态, 通过对设备在运行过程中的技术性能 (包括技术规格、精度等级、结构特性、运行参数、工艺规范、生产能力) 进行分析, 找出合理的操作和管理方法。由于设备技术性能的先进与落后, 是反映企业生产技术水平高低的重要标志, 是确定设备更新改造的主要依据之一, 而输油泵又是油田外输的主要设备, 因此对输油泵运行进行监测、记录和分析, 从而提高其运行效率, 使其达到平稳、安全、经济运行有着十分重要的意义。
关键词：输油泵,工况,分析
参考文献
[1]黄希贤, 曹占友.泵操作与维修技术问答[M].北京:中国石化出版社, 2001.
[2]刘桂春.输油泵机组可靠性监测及评价技术研究[D].北京:中国石油大学, 2009.
钢水包起吊工况强度分析 篇3
为保证钢水包的制造精度,避免设计的钢水包结构过大过重,降低企业生产成本,笔者以SolidWorks为三维设计平台,以ANSYS为分析平台,分析钢水包在起吊工况下的结构应力和热应力,为钢水包的结构设计提供参考。
1 钢水包的结构设计
1.1 钢水包的组成
钢水包由钢水包本体和钢水包内衬组成。钢水包本体由外壳、加强箍、耳轴、溢渣口、注钢口、透气口、倾翻装置、支座、氩气配管组成。钢水包内衬由保温层、永久层和工作层组成。保温层紧贴外壳钢板,主要作用是减少热损失;保温层里面是永久层;工作层直接与钢液、炉渣接触。
1.2 钢水包结构
1.2.1 钢水包结构尺寸参数
钢水包结构的设计主要包括本体的设计和钢水包内衬的设计。钢水包的结构示意图,见图1。表1为笔者设计的钢水包结构尺寸参数。
1.2.2 钢水包耳轴参数的确定
钢包除了本体部分外还包括:耳轴、耳轴座、支座、倾翻吊环、加强箍、透气口、注钢口。其中,耳轴尺寸的确定关系到钢包在吊运、浇注过程中能否保持稳定。在吊运时,钢包所有的重量全部由耳轴与耳轴座来承受。而且由于耳轴是悬空的,因此耳轴相对于钢包的重心就会产生很大的力矩,必须在耳轴座的下部和两边都要设置支撑钢板。一般将耳轴座设计成方形的,在这里将耳轴座的宽度和高度设为h=440 mm。耳轴的结构示意图见图2,耳轴的结构尺寸见表2[2,3,4]。
(mm)
2 钢水包三维模型的建立
采用SolidWorks建立钢水包整体模型,其目的是对钢水包进行结构应力分析。在建模过程对钢水包进行简化处理,忽略倾翻吊环以及焊缝处的影响,将焊缝处按同材质处理,并把耳轴与耳轴座看成是一体的[5]。创建的钢水包模型,见图3;钢水包1/4模型,见图4。
3 钢水包起吊工况结构应力和热应力分析
钢水包在满载工况时,承受较大的结构应力和热应力,其工作过程框图,见图5。由图5可知,在满包传搁阶段、精炼阶段和浇注前,钢水包都处于满载状态。满载工况又分为平放地面工况、起吊工况和倾翻工况。如图5所示,出钢完毕等待过程、精炼前等待过程、精炼处理过程、精炼后等待过程、回转台吹氩前等待过程、回转台吹氩过程和回转台吹氩后等待浇钢过程属于平放进面工况;出钢完毕吊车运输过程和精炼后吊运过程属于起吊工况;浇注完毕后翻包倒渣属于倾翻工况。倾翻工况时对钢水包本身的强度影响并不大,因此,在进行结构应力和热应力分析时,只考虑平放地面工况和起吊工况。笔者采用ANSYS软件,主要针对钢水包在起吊工况下的结构应力与热应力进行分析。由于倾翻工况对钢包本身的强度影响并不大,因此,在进行结构应力和热应力分析时,只考虑平放地面工况和起吊工况[6,7]。
3.1 起吊工况结构应力分析
起吊工况钢水包结构应力整体图,见第87页图6;起吊工况钢水包结构应力局部图,见第87页图7;起吊工况钢水包变形整体图,见第87页图8;起吊工况钢水包变形局部图,见第87页图9。
从第87页图6和图7中可以看到,钢水包在起吊工况时,其最小应力值为0.019 MPa,最大应力值为128 MPa。最大应力应该发生在支座与底面的交界处,或耳轴与钢水包本体的交界处,由第87页图6可知最大应力值在支座和底面交界处取得;耳轴处的值也是相对比较大。最大变形量的值为4 mm,最大变形发生的位置是钢水包的底部中心处。
3.2 起吊工况热应力分析
对钢水包进行热应力分析时,在SolidWorks中建立钢水包包壳结构的1/4模型,见图10;再将模型导入ANSYS中,并将模型缩小到原来的1/1 000,见图11。由于在SolidWorks中建立的模型只是钢包的包壳部分,因此,要在ANSYS中建立耐火材料部分的模型。耐火材料由工作层、永久层和保温层组成,由于保温层厚度仅为10 mm,因此,在建模时将保温层当作与永久层材料相同来处理。
通过创建单元类型、定义材料特性、划分单元、施加对流边界等一系列的操作,求得了钢水包的最小温度值为83.89℃,然后,对钢水包在温度场中进行应力分析,得到最大应力值是145 MPa,最大变形量是29 mm,最大应力发生在钢包的支座处,小于需用应力,故满足实际要求。由分析可知,热应力随约束程度的增大而增大。由于材料的线膨胀系数、弹性模量与泊松比随温度变化而变化,热应力不仅与温度变化量有关,而且受初始温度的影响。热应力与零外载相平衡,是由热变形受约束引起的自平衡应力,在温度高处发生压缩,温度低处发生拉伸形变[8]。
4 结论
通过对钢水包的设计、建立三维模型、ANSYS有限元强度分析,对钢水包起吊工况的热应力和结构应力做了分析,分析证明所设计结构合理。
摘要：介绍了钢水包的结构尺寸设计,采用三维软件SolidWorks,建立了钢水包的三维模型;并采用ANSYS分析平台,分析了在满载条件和起吊工况下,钢水包的结构应力和热应力,提出了钢水包结构设计的参考建议。
关键词：钢水包,起吊工况,有限元分析
参考文献
[1]王志刚,李楠,孔建益,等.钢包底工作衬的热应力分布及结构优化[J].耐火材料,2004,38(4):271-274.
[2]高素荷,李朗明.800t铸造起重机双钩式吊钩结构优化分析[J].科技创新与生产力,2010(12):87-90.
[3]罗永军.钢水包底部的优化分析和设计[J].冶金设备,2010(增刊1):27-29.
[4]罗永军,曹军民.基于有限元分析的钢水包底部优化设计[J].冶金设备,2007(增刊2):4-6.
[5]乔榛,董达善,刘海洋.基于自上而下策略的金属结构三维参数化设计[J].科技创新与生产力,2008(2):51-52.
[6]杨振,雷玉勇,邹虎,等.基于Ansys的钢水包倾翻力矩研究[J].起重运输机械,2011(6):73-75.
[7]高耀东,王春香,关丽坤.ANSYS在计算钢水包倾翻特性中的应用[J].机械设计与制造,2007(6):170-172.
热水网路水力工况的计算 篇4
关键词：热水网路,水力工况,拟合方程,水泵
设计热水网路时是用已知的用户热负荷去确定各管段的管径、阻力损失以及网路的总阻力损失,选择循环水泵的扬程。分析和计算热水网路的水力工况时正好相反,是对已经设计完毕的或需要改扩建的热网,在已知循环水泵的型号以及各管段的管径时,来确定各管段和热用户的流量。将水泵和网路的特性方程联立求解可以定量和定性解决这一问题。
1 水泵的特性曲线拟合方程
水泵为网路提高能量,是热媒循环的动力。大型网路中可能有循环水泵、中继泵、加压泵等多组水泵。需对其流量—扬程曲线进行拟合,一般可用下式表示:
Hp=f(G) (1)
其中,Hp为水泵扬程;f(G)为拟合得到的水泵性能特性曲线公式。
文中采用最小二乘拟合水泵特性曲线。该方法可使拟合误差达到最小值,并且该解析式给用矩阵方程分析网路水力工况分析提供了基本条件。大多数离心泵的G—H关系曲线如图1所示,若图1中1,2之间的曲线为水泵的高效段,可用下式来近似描绘:
Hp=Hx-SxG2 (2)
其中,Hp为水泵的虚总扬程,mH2O;Sx为水泵的虚阻耗系数,s2/m2;G为水泵的总流量,m3/s。采用最小二乘原理的Sx与Hx计算式如下:
2 描绘管路的方程
2.1 节点方程
节点方程就是节点流量连续性方程,即连接于任何节点的所有管段流量的代数和为0。可用以下矩阵表示:
AG=Q (3)
其中,A为管网图的基本关联矩阵;G为管段的流量矩阵,G=(G1,G2,…,Gi,…,GN)T,Gi为管段i的流量;Q为节点的流量矩阵,Q=(Q1,Q2,…,Qi,…,QN)T,Qi为节点i的流量,文中取Q=0。
2.2 回路方程
回路方程就是能量方程或环方程,即每个环的水头损失闭合差为0,写成矩阵的形式即为:
BΔH=0 (4)
其中,B为管网图的基本回路矩阵;ΔH为管段阻力损失,ΔH=(ΔH1,ΔH2,…,ΔHi,…,ΔHN)T,ΔHi为管段i的阻力损失;0为0向量,即0=(0,0,…,0)T。
2.3 阻力方程
管段流量G与阻力损失ΔH之间的关系可用下式表示:
ΔH=SG2-Hp (5)
其中,S为阻力数,它与管材、管长、管径以及产生局部阻力损失的管路附件有关;G为管段的流量;Hp为水泵扬程。
当管段中有水泵时,水泵作为一个负阻力损失,管路无水泵时,Hp=0。
3 热水网路水力工况计算与分析的算例
3.1 用矩阵方程组求水泵与网路自然交汇工作点
图2为六个热用户的供热系统,其管段b和节点n编号如图2所示。分支节点编号为1,2,3,…,11;管段编号为b1,b2,…,b16,其中管段b1由两部分组成,即br+b1(br代表热源内管段,b1代表热源出口到节点1管段);相应的各管面流量编号为Gb1,Gb2,…,Gb16,各管段的压降编号为ΔHb1,ΔHb2,…,ΔHb16,其中管段b1的压降由两部分组成,即ΔHr+ΔHb1;系统循环水泵的扬程为Hp,管段阻力系数编号为Sb1,Sb2,…,Sb16。各管段的水流方向如图2所示。此热水网路的设计数据为:循环;型号为12sh-6A,设计工况运行时各热用户的流量为100 m3/h,各热用户的资用压头为10 mH2O,各段供、回水干管管段的阻力损失为5 mH2O。其总阻力损失为80 mH2O,由此可得出各管段的阻力数。
利用上面的公式可列出图2中热水网路系统水力工况数学模型。其中数学模型中流量矩阵G及管段阻力数矩阵S为对角阵,关联矩阵A=(aij)、基本回路矩阵B=(bkj)如下:
其中,
阻力损失向量ΔH为:
ΔH=(ΔH1,ΔH2,ΔH3,…,ΔH16)T。
管段水泵扬程向量为:Hp=(Hp,0,…,0)T。
系统中管段br有循环水泵,根据其特性曲线拟合的方程为:
现假定初始流量为30 m3/h,代入方程中进行逼近,直到泵的流量误差小于1 m3/h。采用基本回路法对该热网进行的计算结果经过十次迭代最后得到水泵工作点的流量为614.9 m3/h,扬程为84.4 mH2O。
如果要严格调节到设计工况,流量为600 m3/h,将其流量代入水泵拟合方程知,其扬程为:Hp=96.3-406.1(600/3 600)2=85 mH2O,水泵工作点移动。而管路各部分的阻力损失之和为80.5 mH2O,即水泵和阀门需关小,消耗剩余压头为85-80.5=4.5 mH2O,即热源损失由10.5 mH2O增加到15 mH2O,对应的阻力数S′=150 000/6002=0.417 Ps(m3/h)2,这两部分损失之差为水泵出口阀门节流损失。
3.2 各种实际水力工况的计算与分析
3.2.1 循环水泵出口阀门节流
循环水泵设在热源,循环水泵出口阀门节流相当于热源内部阻力损失增加,即热源阻力数增加,网路的内部阻力数增大,水泵的扬程由于总阻力数的增加而略有增加,总流量减小。若此阀门节流使热源的阻力数增大到设计工况时的1.43倍,由程序计算得出其变动后的数值见表1。
计算得出,此种工况循环水泵的扬程为85.7 mH2O,总流量为580.2 m3/h,热源损失为20.1 mH2O,水泵出口测压管水头为125.7 mH2O,热源出口测压管水头为105.6 mH2O。由于热用户与网路干管的阻力特性值没有改变,各用户的流量按同一比例减小,热水网路产生一致等比失调;各热用户的资用压头也按同一比例减小,表1中给出的结果反映了这一规律。
3.2.2 供、回水干管堵塞
管道堵塞主要出现在小区建成年代很久且水质硬度比较大但热网球处理不佳或不进行水处理的地区,特别是直接取用地水的城市小区,管道结垢堵塞的现象更加普遍。在供热期间,当供热系统中干线上管路阻塞时,会大范围降低供热质量。若设供水干管的第4个管段堵塞时,相当于此管段的总阻力数为无穷大,此种工况的总阻力数比正常工况时的总阻力数要更大。水泵的扬程将会变大,总的循环流量减小。
此外由计算得出,此种工况循环水泵的扬程为91.7 mH2O,总流量为381.3 m3/h,热源损失为6 mH2O,水泵出口测压管水头为131.7 mH2O,热源出口测压管水头为125.7 mH2O。同时当供水干管的第4个管段堵塞而恒压点在循环泵的入口处时,因堵塞后循环水泵扬程增加,堵塞后的管段水流停止。同时由于堵塞点前的热用户流量增大,水力失调度大。而且堵塞越靠前端,总阻力数的增大就越多,在堵塞点前的热用户上流量增大越多,水力失调就越严重。
若设回水干管的第4个管段堵塞而恒压点在循环泵的入口处时,因堵塞后循环水泵扬程增加。
由计算得出,在此种工况循环水泵的扬程为91.7 mH2O,总流量381.3 m3/h,热源损失为6 mH2O,水泵出口测压管水头为131.7 mH2O,热源出口测压管水头为125.7 mH2O。堵塞后的管段水流停止,而压力远远超过静压线值,在这种情况下,可能造成末端热用户散热器大量破裂的事故,此种情况必须严防发生。同时由于堵塞点前的热用户流量增大,水力失调度大。而且堵塞越靠前端,总阻力数的增大就越多,在堵塞点前热用户上的流量增加就越多,水力失调就越严重。
以上仅给出了循环水泵出口阀门节流与供、回水干管堵塞而造成水力工况变化。对实际管网可能发生的供、回水干管阀门节流、干管和热用户阀门开度增大或减小、用户堵塞、供、回水干线设中继泵、系统或用户设混水泵等其他工况均由可计算程序算出,并显示其相应工况的水压图,在这里不一一给出。
4 结语
用图论与矩阵理论不仅能解决热水网路的设计计算问题,而且能很好地用于水力工况的分析计算和显示相应工况的水压图。对分析新建、改扩建管网,研究实际管网中可能发生的运行工况都有价值,并且可为解决实际热水网路中热用户失调的问题提供一定的参考。所编软件界面友好、操作简便,作为研究热水网路水力工况的教学软件得到了很好的效果。
参考文献
[1]李莉,刘中良,员东照.热水供热管网的水力工况及失调分析[J].山西建筑,2005,31(19):155-156.
电站循环水工况优化试验 篇5
添加水质稳定剂是防止循环冷却水系统腐蚀结垢最为直接有效的手段, 但不同的原水水质、循环水运行工况决定需要采用不同的水质稳定剂进行处理。
因此, 评价循环水水质稳定剂的适用性对机组稳定经济运行尤为重要。
包头第二热电厂1、2号机组为200MW湿冷机组, 循环冷却水补充水采用黄河水, 凝汽器管为HSn70-1B铜管, 为了确保电厂可持续发展, 达到节约用水的目的, 并为机组安全经济运行提供可靠的理论依据, 对电厂循环冷却水的原水进行了分析, 通过静态阻垢试验、动态模拟试验及加酸处理实验, 对污垢热阻和缓蚀性能进行分析, 以评价循环水的结垢腐蚀情况, 确定机组运行的浓缩倍率、运行参数及运行加酸方案。
1 试验
1.1 试验用水
包头第二热电厂200MW湿冷机组循环冷却水补充水采用黄河水, 试验用水取自黄河水, 水质主要指标见表1。
水质的含盐量、氯根、硬度较高, 且水质指标随季节变化较大, 这就对电厂选用适宜的水质稳定剂以有效提高循环水浓缩倍率工作提出了考验。
1.2 试验原理及仪器
循环冷却水系统在运行过程中, 由于盐类浓缩, 平衡CO2散失及水温升高等原因, 使水中Ca CO3、Mg CO3等难溶盐类的含量超过饱和值, 从而引起结垢。
一般采用安全浓缩倍率判断系统是否结垢, 公式:
当△A≤0.2、△H≤0.2、△Φ≤0.2时, 系统处于不会结垢的亚稳定状态, 作为安全浓缩倍率的判据值。
试验所使用仪器及药品:
动态模拟试验台、酸度计、电子分析天平、恒温水浴锅、分光光度计、硫酸、硝酸银、EDTA、盐酸、电厂提供的水质稳定剂等, 实验管材材质为HSn70-1B。
2 结果与分析
2.1 静态试验
循环水静态实验是在一定体积烧杯取一定容量实验用水, 用加热、蒸发浓缩或化学滴定等方法破坏平衡, 通过加入水质稳定剂前后某些水质参数的变化来判断水中成垢物质的离析情况, 用以评价药剂的阻垢性能。
将相同体积的原水分别加入到6个1000ml烧杯当中, 分别加入质量浓度为0、8、10、12、16、20mg/L的试验药剂, 放置在45℃的水浴锅恒温加热、蒸发浓缩, 根据硬度、碱度、氯离子、钙离子的变化值计算出△A和△H及阻垢率, 用来评定试样的阻垢效率, 筛选出最佳加药量。
静态阻垢试验结果分析如图1, 可见对于电厂的循环冷却水:
水质稳定剂加入量为0时, 则△H和△A的值远大于0.2, 阻垢效率为0, 说明此时循环冷却水系统有严重的结垢倾向;
当加药量为0~8mg/l时, 阻垢效率随着药剂量的增加而增大, 并且增加速度较快;
当药剂量为10、12、16、20mg/l时, △H和△A的值均小于0.2, 均满足防止结垢的要求;
当药剂量为10 mg/l时, △H和△A的值最小, 此时阻垢效率最好, 经济性最高。
因此确定进行动态模拟试验时, 加药浓度选取10mg/l。
2.2 动态模拟试验
循环水动态模拟试验装置是在实验室条件下, 模拟运行机组循环冷却水系统的流态、循环水流速、凝汽器与冷却塔进出口温度差和排汽温度等参数, 以原水水质作为补充水, 考察评价整个循环水处理工艺控制的合理性, 根据试验结果确定循环水运行工况的控制参数和水质稳定剂的加入量。
试验过程中通过连续补水以保持系统水容积不变, 并根据补水量加入规定剂量药剂, 当浓缩倍率达到一定值时, 开始排污并控制排污量, 以控制系统浓缩倍率在要求范围内, 通过测定水中碱度、硬度、钙离子、氯离子、电导率的变化情况, 计算△A、△H和△Φ, 当其中任一值超过0.2时, 即判定水工况到达安全浓缩倍率值。
控制参数:
循环水进口温度:32℃;
进出热交换器温差:8~10℃;
循环流量:600l/h;
换热管长度570mm、直径25×1mm, 材质HSn70-1B;
药剂质量浓度10mg/l;
不加酸工况运行时间45h, 加酸工况运行时间85h。
循环水动态模拟试验结果见图2和图3所示。
从试验可以得出, 该水质在不加酸工况下运行, 当浓缩倍率达到2.36倍时, 水中的硬度和碱度均较高, △H值等于0.20, △A和△Φ值均接近0.20, 结垢趋势明显;为了提高循环水浓缩倍率, 降低循环水碱度不超过极限碳酸盐硬度, 采用加酸处理, 以防止换热器管材结垢。在加酸工况下运行, 加入的酸与水中碱度反应, 致使碱度浓缩平衡消失, 故△A判断指标失效, 当浓缩倍率达到3.40倍时, △H值等于0.20, 到达安全浓缩倍率值。
2.3 污垢热阻试验分析
凝汽器换热效率的好坏主要取决于换热管表面的洁净程度, 而进出口温差和污垢热阻是判断换热管换热效率的重要指标, 直接反映了换热管表面的洁净度及水质稳定剂的阻垢效果。
污垢热阻随时间的增加而增大, 本试验需要确定的是安全浓缩倍率下的污垢热阻值, 即当ΔA、ΔH、△Φ都约等于0.2时试验管材的污垢热阻。
试验结果:
1) 当不加酸、浓缩倍率达到2.36倍时, 污垢热阻值为0.39×10-4m2·℃/W;
2) 当加酸、浓缩倍率达到3.40倍时, 污垢热阻值为1.24×10-4m2·℃/W。
两种工况均符合《工业循环冷却水处理设计规范》 (GB50050-2007) 中关于换热设备的循环冷却水侧管壁的污垢热阻的规定值:<3.44×10-4m2·℃/W。
2.4 缓蚀性能试验分析
在进行动态模拟试验时, 除试验用试管外 (热交换用) 外, 分别悬挂HSn70-1B及20号碳钢挂片进行腐蚀性能测试, 以评价药剂的缓蚀性能。
动态模拟实验腐蚀挂片测试结果见表2。
两种挂片在试验浓缩倍率为3.55, 氯根为383mg/L时的腐蚀速率均满足《工业循环冷却水处理设计规范》 (GB50050-2007) 中的技术要求, 即:
碳钢管壁的腐蚀速率:≤0.075mm/a;
铜、铜合金和不锈钢管壁的腐蚀速率:≤0.005mm/a。
3 结论
1) 试验结果表明, 包头第二热电厂循环冷却水补充水采用黄河水, 其运行浓缩倍率应控制在2.36以下。可通过加酸降碱度法提高循环水浓缩倍率, 已达到节约用水的目的, 加酸后的浓缩倍率应控制在3.40以下。
2) 按照《火力发电厂凝汽器管选材导则》 (DL/T712-2000) 规定, HSn70-1B凝汽器管耐氯临界值为400mg/L, 在试验中, 浓缩倍率为3.40时, 氯根为368mg/L, 小于凝汽器管HSn70-1B耐氯临界值400mg/L, 因此包头第二热电厂1、2号机组循环水在该浓缩倍率下运行时, 凝汽器铜管不会发生腐蚀。
3) 因为该水质属易结垢腐蚀型水, 应加强循环水的监督工作, 使其在安全浓缩倍率下运行, 同时健全循环水胶球系统和循环水加药系统台账, 保证循环水加药系统和胶球系统的正常投运。
4) 凝汽器管HSn70-1B耐氯性较差, 易发生点蚀现象, 建议所用阻垢剂应提高缓蚀性能即提高所用阻垢剂中唑类含量。
5) 实际运行过程中, 循环水系统应定期投加杀菌剂, 防止循环水系统微生物的滋生及换热管附着黏泥, 避免出现垢下腐蚀和换热设备传热效率降低。
摘要：通过循环冷却水静态、动态模拟试验, 以及阻垢缓蚀剂对系统设计材质腐蚀影响试验, 确定循环水运行工况的最佳控制指标。试验研究得出的运行参数对电厂节约用水, 循环水系统的防腐、防垢具有现实指导意义, 同时也为企业节能降耗工作的开展打下坚实的基础。
关键词：循环水,浓缩倍率,动态模拟实验
参考文献
[1]孙利强等.中水回用循环水工艺控制优化研究[J].内蒙古电力技术, 2011.
大型并网光伏电站运行工况分析 篇6
关键词：大型光伏电站,电能质量,逆变器
大型光伏电站是指接入公共电网的电压等级为66 kV及以上的光伏电站,目前国内已运行的单座光伏电站最大容量为20 MW。本文对国内20 MW徐州协鑫光伏电站并网运行情况及问题进行分析,并提出了相应的处理措施。
1 大型并网光伏电站的运行特点
发电有功功率不完全可控、无功功率不可调、产生各次谐波电流是光伏电站与常规电站运行的3个不同之处。光伏电站中的发电元件是光伏电池,它吸收太阳光能并将其转换为直流电能输出,然后通过逆变器将直流电能转换为交流电能。由于光伏电池的输入能量取决于光照辐射值,人工无法控制,因而其输出有功功率具有不完全可控的特点。作为换流元件的逆变器运行时功率因数大于0.99,这意味着在有功功率不变的情况下无功功率几乎不可调整。此外逆变器运行时还会产生大量谐波电流对公共电网的电能质量造成影响。
2 徐州协鑫光伏电站概况
徐州协鑫光伏电站为国内第一座20 MW大型光伏电站,于2009年12月底投入运行。该电站安装光伏电池组件98 078块;逆变器38台,单台容量为500 kW;采用两级升压方式,第一级使用38台10/0.265 kV变压器,单台容量为500 kV·A,接线方式为Dyn11,第二级使用1台110/10 kV变压器,单台容量为20 MV·A,接线方式为YNd11;110 kV并网线路长度为3 km;并网点为220 kV庞洼变电站,该变电站主变压器容量为180 MV·A,110 kV母线的短路容量最大值为1 695 MV·A,最小值为1 001 MV·A。
3 徐州协鑫光伏电站并网运行数据分析
3.1 上网电量
上网电量是从庞洼变电站的光伏电站并网点取得的电量数据,上网电量比光伏电站的发电量要略小些,但由于并网线路很短因此二者差别不大。2010年1月至5月的上网电量数据见表1。
从表1可以看出,因上网电量具有取决于天气情况的特点,日上网电量差别很大,最大上网电量日白天均为晴到多云,最小上网电量日白天均为阴有雨或大雾。
3.2 发电有功功率
发电有功功率是从光伏电站内的110 kV升压变压器低压侧取得的有功功率数据。由于10 kV升压变压器与逆变器存在功率损耗,因此发电有功功率比光伏电池阵列的发电功率要略小些。2010年1～4月,发电有功功率数据见表2。
从表2可以看出,发电有功功率最大值均出现在中午光照最强的时段,但与最大上网电量日的出现时间并不一致。2010年4月28日的(最大上网电量日)徐州协鑫光伏电站发电有功功率曲线见图1。从图1可知,光伏电站的日发电时间约为12 h,冬季要缩短一些,夏季则延长一些。
3.3 发电无功功率
由于光伏电站中的逆变器运行时功率因数大于0.99,所以发电无功功率绝对值很小,因此不再列出具体数值表。2010年4月28日(最大上网电量日)的发电无功功率曲线见图2。
从图2可知,发电无功功率不到1 Mvar(剔除失真点数据),且基本上是吸收无功。由于10 kV升压变压器需要消耗部分无功,因此逆变器的无功曲线与发电有功曲线变化会略有差别。
3.4 公共连接点电压偏差
作为公共连接点(PCC)的庞洼变电站110 kV母线,其供电电压偏差要求为供电电压正、负偏差绝对值之和不超过标称电压的10%。光伏电站发电时会造成通过主变压器输送的功率减少,提高了110 kV母线电压水平。
由于220 kV变压器的电抗值远大于电阻值(以庞洼变电站为例,变压器高压至中压,电阻值为0.15 Ω,电抗值为7.17 Ω,二者相差47倍),因此光伏电站造成的无功功率变化量远小于有功功率变化量,即使光伏电站功率从满发到突降为零,对公共连接点的电压偏差影响经计算也不到0.1 kV。由2010年4月28日庞洼变电站110 kV母线电压的变化曲线可知,光伏电站发电期间母线电压绝对值变化幅度大约为3 kV,为标称电压的2.73%,最大正偏差为8%,满足庞洼变电站110 kV母线的供电电压偏差要求。
3.5 公共连接点电能质量
2010年4月13～20日,对220 kV庞洼变电站电能质量指标进行连续实际测量,测量方法与仪器完全按照国标要求执行,测量结果见表3。
从表3数据可以看出,公共连接点的闪变、三相电压不平衡度、电压总畸变率3项指标全部合格。其中闪变、三相电压不平衡度2项指标与允许值相比有较大裕度,但电压总畸变率较高,其C相最大值已超过允许数值。这说明光伏电站对公共电网的影响主要表现在造成电压波形畸变。
对于PCC电压各次谐波含量的测试,取测试时间中4月16日9时～16时10分发电有功功率较大的这一段时间(按照国标要求取最大一相95%概率值)。从测量数值可以看出,PCC电压各次谐波含量均在合格范围内。谐波电压绝对值最大数值的前3位谐波,依次是25次、3次和23次谐波含量,这说明光伏电站主要影响公共接入点电压的高次谐波水平。从对220 kV庞洼变电站公共连接点电能质量的各项指标测试结果可以看出,光伏电站对电网的谐波含量水平影响最大,特别是高次谐波含量。
3.6 谐波注入电流
在庞洼变电站110 kV侧光伏电站并网线路开关处测量线路电流中的各次谐波含量,其中的允许值是按照测量点最小短路容量和光伏电站协议用电容量,代入国标中的计算公式得出的数据。
从测量数值可以看出,偶次谐波电流含量普遍很小。谐波电流绝对值最大数值的前3位谐波,依次是25次、5次和7次谐波含量,与PCC谐波电压含量水平排序不同,这是因为PCC谐波电压含量水平由全部用户共同作用决定。光伏电站向电网注入的谐波电流中包含了110 kV升压变压器的谐波电流,5次和7次谐波含量较大主要是升压变压器造成的,而25次谐波含量最大则是由逆变器决定的。
4 并网对电网的主要影响及对策
根据徐州协鑫光伏电站并网运行资料分析,大型光伏电站并网运行对公共电网造成的影响主要表现在以下几个方面。
1) 向公共电网注入谐波电流造成PCC电压波形畸变。
从运行数据可以看出,大型光伏电站对电网电能质量的主要影响是向电网注入的25次谐波电流数值过大,超过其协议容量分配的允许值并在电网电压畸变率中占了最大的比重。目前光伏电站中大量使用的逆变器采用正弦脉冲宽度调制(SPWM)技术控制低频次谐波含量,在逆变器出口串联L-C电路阻挡分流高频次谐波电流含量。由于逆变器交流侧额定电压仅为0.265 kV,500 kW的逆变器交流侧额定电流高达1 089 A,如每台逆变器均串联L-C电路,则投资较高且运行时要消耗一定量的无功功率。鉴于光伏电站升压变压器低压侧采用三角形接线,完全阻挡了3 h次谐波电流注入高压电网,而应用SPWM技术使得逆变器输出的偶数次谐波电流含量与6h±1次的谐波电流中的较低频次谐波含量很小,因此仅需要对6h±1次的谐波电流中的较高频次谐波含量采取治理措施。对协鑫光伏电站只需在10 kV母线侧增加一组全站公用的并联滤波器滤除25次谐波电流,就完全可以满足电网对电能质量的要求,投资不大而且可以提高光伏电站的功率因数。
2) 逆变器无法发挥调压作用。
由于逆变器在满负荷时功率因数大于0.99,所发无功功率很小,甚至不足以补偿升压变压器的无功功率损耗,从而造成光伏电站需从电网吸收少量无功功率,逆变器无法发挥调压的作用,势必将调压的任务转移给电网或其他常规变电站来完成。如果电网要求降低逆变器运行功率因数,而由于其额定视在功率是固定不变的,增加无功功率必然会降低其有功功率输出。为解决调压问题,可以在光伏电站内增加10 kV电压等级的静态无功补偿装置,其容量按照有功最大功率的1/3配置,保证其额定功率因数达到0.95。在实际运行中,由于光伏电站仅在白天发电,运行时间约为12 h,其平均发电有功功率约为额定功率的一半,在额定功率因数为0.95时,其白天的发电平均功率因数为0.83,这与常规发电机组相当而且光伏电站增加的投资也不是很大。
3) 对电网发电出力安排造成困难。
光伏电站运行受天气条件的影响,相邻两天之间发电量差别可能非常悬殊,即使是同一天当中发电功率变化也很大,这就给电网安排发电出力平衡造成困难,要求必须准确预计气象条件对光伏电站发电出力的影响,电网所安排的旋转备用容量与光伏电站发电出力叠加后应形成直线。鉴于目前电网中的光伏电站发电总功率与电网总装机容量相比很小,对电网调频并不会造成很大影响,但需注意联络线路或联络变压器发生过载的问题。光伏电站的最大发电功率一般出现在中午12点左右,而风力发电的最大出力(依据甘肃省统计数据)一般出现在凌晨1点半左右,如果在电网中实现风电与光电的互补应该是一种较合理的安排。
5 结语
大型光伏电站对电网的影响主要表现在增加电网的谐波,特别是高次谐波含量水平,可从电网与光伏电站两个方面采取措施保证电能质量。
1) 在电网方面可采取的主要措施:
(1) 提高光伏电站并网电压等级并选择短路容量水平较高的变电站作为电站接入点;
(2) 避免在同一座变电站接入的光伏电站容量过大。
2) 在光伏电站方面可采取的主要措施:
(1) 将升压变压器的低压侧绕组采用三角形接线;
(2) 将逆变器控制策略调整为控制除3 h次谐波电流以外的其他次谐波电流,提高逆变器制造水平降低其总的谐波电流含量;
(3) 在升压变压器低压侧增设滤波装置以吸收含量最大的高次谐波电流。
参考文献
[1]中国国家标准化管理委员会.GB/T12325—2008电能质量供电电压偏差中华人民共和国国家标准[S].北京:中国标准出版社,2008.
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工况软件模拟演示验证系统设计 篇7
在进行航天测量船海上测控工况设计时, 传统的工况设计软件计算结果不够形象直观, 且程序版本和计算精度也不完全统一, 不便于互相验证。为满足后续试验任务需求, 有必要研制一套试验任务模拟演示验证系统, 使用户能够对航天器的飞行状态和测量船执行任务的场景有直观全面的了解, 为决策指挥提供一定程度的可视化支持, 为型号总体人员提供验证海上测控方案正确与否的平台, 尤其可以对应急工况的设计提供及时准确的仿真验证手段。
试验任务模拟演示验证系统包括试验任务工况设计软件和模拟演示验证系统2个部分。其中试验任务工况设计软件用于进行海上测控任务的工况设计, 并以数据文件的形式输出设计结果。模拟演示验证系统采用基于卫生工具包软件 (Satellite Tool Kit, STK) 的可视化平台实现进行设计开发, 用于仿真验证工况设计结果并向用户提供试验任务过程的可视化支持。
1 系统设计
模拟演示验证系统利用STK软件的STK/X嵌入式软件开发技术实现。STK是美国分析图形有限公司 (Analytical Graphics Inc., AGI) 开发的航天领域中的商品化的卫星系统仿真分析软件[1,2]。STK/X是AGI公司使用4DX嵌入技术生成的STK整合模块。基于OpenGL技术的三维可视化技术, 可以逼真地再现空间视景环境、飞行器飞行姿态和关键动作等。
使用STK/X技术嵌入到程序中进行开发设计, 需要掌握大量的STK Command操作命令接口, 这为基于STX/X的程序开发带来很大的困难。鉴于此, 提出了开发STK/X操作驱动引擎的设计思路。STK/X操作驱动引擎的好处, 就是它隐藏了几乎所有复杂的STK Command操作命令, 使程序开发者能够更加专注于仿真演示验证系统软件本身的设计开发。利用STK/X操作驱动引擎方法, 把模拟演示验证软件分为4层, 如图1所示。
2 需要解决的问题
模拟演示验证系统软件的分层设计把不同的功能分在不同的层次进行设计开发, 每一层所涉及的开发技术都不相同。
2.1 STK/X嵌入控件层和驱动引擎层
嵌入控件层的技术特点是对象嵌入式程序开发, 需解决STK/X控件技术。
编写驱动引擎层需要掌握大量的STK Command操作命令, 还需要建立必须的STK三维模型供STK三维窗口控件使用。操作命令可以通过STK软件的Help文件查询和学习掌握, 该层需要解决的问题包括STK三维建模方法和STK三维模型的动作控制方法。
2.2 数据处理层和用户操作层
数据处理层实现工况设计用户数据和STK数据之间的转换。海上航天测控涉及的数据主要包括:任务总体参数、航天测量船工位参数、发射场工位参数、火箭弹道数据和卫星轨道姿态数据等。其中火箭和卫星的数据量大且较复杂, 因此需要解决的问题包括火箭位置速度姿态的转换和卫星轨道姿态的转换。
用户操作层的主要功能是向用户提供程序操作界面以获取用户输入的数据。根据STK所提供的对外接口的特点, 选择Microsoft Visual C#进行程序界面的设计开发。该层没有需要解决的问题。
3 关键技术
3.1 STK/X控件技术
STK/X主要使用AGI Map Control和AGI Globe Control 2个控件实现二维和三维界面的显示和刷新, 使用AgSTKXApplication完成在整个应用程序生命周期对STK对象的管理和调度[3]。应用STK/X控件技术, 用户可以根据需要开发独立的视景系统, 实现在不打开STK主程序的情况下使用STK的演示界面和计算函数库, 这使得开发模拟演示验证部分的软件成为可能。
3.2 STK三维建模技术
STK演示界面最基本的对象是STK三维模型。要实现对STK对象的操作, 首先就要建立STK模型。由于STK所使用的模型无法通过三维建模软件直接建模, 需要采用不同的方法间接获得STK模型。
STK模型文件采用.mdl格式, 是一种利用文本描述语言定义的模型格式, 易于学习和应用。但由于文本编写模型工作量大、效果不直观等原因, 很难使用文本工具直接编写出复杂的STK三维模型。因此, 需要采用其他三维模型软件建立三维模型, 再通过工具软件转换成为STK支持的.mdl模型格式。AGI公司官方发布的LwCoventer软件可以把使用LightWave软件[4,5]建立的三维模型 (.lwo格式) 直接转换成.mdl模型使用。如果用其他三维软件建立三维模型, 可以考虑先用Deep Exploration软件把三维模型转换为.lwo格式, 再用LwCoventer转换为STK的.mdl格式。
对于三维建模软件不方便建立的模型信息, 可以考虑先把模型转换成.mdl格式后再用文本工具单独编辑该部分。
3.3 STK三维模型控制技术
在STK控件提供的场景中使用三维模型可以实现三维对象飞行动作的仿真演示, 这就是STK的三维模型控制技术。
由于STK三维模型使用的是文本描述语言, 可以在语言中直接描述三维模型各部分之间的相对动作以及模型本身相对三维空间的平移、缩放和旋转等动作。实现该功能需要编写.**ma格式的动作操作文件 (火箭动作文件格式.lvma, 卫星动作文件格式.sama) 。该功能的实现过程为:用户输入三维对象的动作及时间节点 (如输入在120 s卫星太阳帆板开始展开) ;数据处理层把该输入转换为驱动引擎层需要的输入数据并通过函数接口传递给驱动引擎层;驱动引擎层编写.**ma动作文件, 并通过STK Command命令使STK加载该文件, 实现三维模型的动作过程。
3.4 火箭位置速度姿态的转换
在试验任务中弹道文件提供了火箭在发射坐标系中的位置 (x、y、z) 和速度 (Vx、Vy、Vz) , 需要把它转换到STK所需的地心固连系的位置速度, 并编写STK弹道 (STK数据文件, .e格式) 。火箭在发射坐标系的位置转换为地心固连系的位置可采用先旋转、再平移的方法。根据发射方位角把火箭在发射坐标系的坐标转换到测量坐标系, 再根据发射点的经纬度从测量坐标系转换到地心固连系;将坐标系原点从发射点平移至地心。发射点的经度、纬度、高程 (L、B、H) [6,7]转换为地心固连系公式如下:
式中, a为纬圈椭圆长半轴;
弹道文件还提供了发射坐标系的火箭姿态数据, 可以采用以下3种方法转换成STK姿态文件:
① 可以把火箭轨道参数中给出的火箭相对发射坐标系俯仰、偏航和滚转角转换到地固系。转换后的表示形式可以用四元素或者欧拉角表示;
② 可以把火箭轨道参数中给出的火箭的攻角和侧滑角转换为地固系中的火箭姿态, 这种方法计算简便, 但由于文件中没有给出火箭滚动的数据信息, 此方法计算的火箭姿态不能显示滚动情况;
③ 在发射工位建立发射坐标系, 可以利用直接编写.a格式的发射系火箭姿态文件。
利用STKCommand命令载入弹道和姿态文件, 可实现火箭在STK场景里的飞行仿真。
3.5 卫星轨道姿态的转换
目前任务中卫星的轨道一般以轨道六要素的形式给出。STK可以直接接受轨道六要素的输入, 仿真生成卫星轨道。因此, 可以直接在驱动引擎层编写输入卫星轨道的STK Command命令实现卫星轨道的仿真。
对于卫星姿态, 目前的总体文件中没有给出详细的数据供使用。因此, 需要通过仿真获取卫星的姿态数据, 生成卫星姿态数据文件, 再通过驱动引擎层加载姿态文件实现卫星姿态仿真演示。
卫星姿态文件的数据以姿态角的格式给出, 当取313转序[8]时的计算方法如下:
式中, θx为313转序下的3个欧拉角;ωx、ωy、ωz为卫星绕3轴转动的角速度。
卫星建立对日定向姿态的判断可以通过卫星太阳帆板的法向和卫星对太阳矢量的夹角来实现, 当2个矢量夹角为0° (方向重合) 时即实现对日定向。设太阳在惯性系中的矢量为
计算二者夹角余弦值Cz, sun为:
当Cz, sun=-1时, 表示卫星-Z轴对准太阳。
用以上方法仿真计算某卫星入轨后建立对日定向姿态的过程, 卫星体坐标系z轴与太阳的方向夹角余弦随时间的变化关系如图2所示。
4 结束语
试验任务模拟演示验证系统的实现, 使工况设计拥有了形象化手段和演示验证工具, 能够为决策指挥提供一定程度的可视化支持, 在海上航天测控任务中具有重要的应用价值。同时, 基于驱动引擎的分层设计思想为其他项目的开发也具有很好的借鉴意义。
摘要：为了给工况设计和指挥决策提供可视化平台和仿真验证手段, 设计模拟演示验证系统。根据STK/X整合模块的特点, 提出基于操作驱动引擎的软件分层设计, 把STK控件嵌入到应用程序中实现功能的集成。通过对软件各层设计分析, 梳理出系统实现所需要解决的问题。针对问题研究解决了STK/X应用技术、STK三维建模以及模型控制技术、火箭位置速度姿态的转换方法、卫星轨道姿态的转换方法等关键技术, 完成了系统设计开发工作。
关键词：模拟演示验证,STK/X,操作驱动引擎,嵌入式开发
参考文献
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