正平衡法

正平衡法（共7篇）

正平衡法 篇1

摘要：工业锅炉热工测试过程中存在各种不确定性影响因素,这必然造成测试值与真实值之间存在一定误差,且各因素对误差的影响程度不同。采用不确定度分析方法对燃油气锅炉热效率测试结果进行分析研究,获得了各参数对测试结果的影响。

关键词：燃油气锅炉,热效率,不确定度

引言

全国各省特种设备检验检测机构已采用国家质检总局颁布的标准和规程中的方法[1],做了大量的在用工业锅炉热工测试工作,但测试单位出具的测试报告中仅有测试数据和热效率值,并未对测试结果的可信程度和热效率变化区间进行分析说明。由于测试结果受多参数影响,且影响程度不确定,使得测试结果与真值之间存在误差,造成了测试结果的不准确。本文采用不确定度分析方法对燃油气锅炉热效率测试结果进行分析与评价。

1 不确定度分析原理[2,3,4]

不确定度是测量结果不确定的程度,用以表征合理地赋予被测量值的分散性,它能够定量地表征测试结果的质量。不确定性越小,测试结果的质量越高,测试水平越先进。不确定度分析包括不确定度评定、合成标准不确定度和扩展不确定度。

1.1 数学模型

测量中,假设被测量y由n个量x1,x2,…,xn,通过函数关系f来确定,即y=f(x,x2,…,xn)。

数学模型需满足以下要求:1)包括影响测量结果的全部输入量;2)不遗漏任何影响测量结果的不确定度分量;3)不重复任何影响测量结果的不确定度分量。

1.2 不确定度分析

1.2.1 不确定度评定

不确定度评定方法分为A类评定和B类评定。通过统计分析观测列的方法,对标准不确定度进行评定所得到的相应标准不确定度为A类评定。采用不同于对观测列进行统计分析的方法来评定标准不确定度为B类评定。

在重复性条件或复线性条件下,对x作n次独立测量,则:

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式中:undefined—样本均值;

s(xk)—样本标准差;

s(undefined)、u(undefined)—标准不确定度。

m组被测量Xi,每组n个观测量xi1,xi2,…,xin,则:

undefined

若m组被测量分别计算出si,则

undefined

1.2.2 合成标准不确定度和扩展不确定度

合成标准不确定度uc为:

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式中:u(x)—xi的标准不确定度;

ci—灵敏系数。

扩展不确定度是由合成标准不确定度的倍数来表示测量不确定度,即:

u=k·uc (7)

其中,k一般取2或3,多数情况取2。

2 燃油气锅炉不确定度计算

2.1 锅炉正平衡热效率不确定度分析模型

1)正平衡法燃油气热水锅炉热效率η计算公式为[1,5]:

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式中:G—热水锅炉循环水量,kg/h;hjs—热水锅炉进水焓;hcs—热水锅炉出水焓;B—燃料消耗量,kg/h(m3/h);Qr—输入热量,kJ/kg(kJ/m3)。

对于热水锅炉,压力对焓值影响可忽略,P=0.5MPa时,焓值与温度关系为:

h=0.0003t2+4.1579t+0.8231 (9)

将式(9)代入式(8),得:

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2)锅炉热效率合成标准不确定度

uη。

undefined

undefined

2.2 实例分析

西安某单位WNS1.4-1.0/95/70-Y(Q)热水锅炉测试结果和不确定度数据分析结果分别如表1、表2所示 。

经计算得:合成标准不确定度:uc=1.45×10-2;扩展不确定度:u=2.9×10-2。

2.3 评价分析

采用正平衡法测试热水锅炉热效率,根据计算结果可确定影响测试结果不确定度的主要参数是锅炉给水和出水温度,其他参数对热效率影响的数量级小于这两参数。因此,为提高该锅炉热效率测试值得准确度,主要应提高锅炉给水温度和出水温度测试结果的准确度。

3 结论

采用不确定度分析方法对燃油气锅炉的不确定度影响因素进行分析研究。通过研究获得了影响燃油气热水锅炉热效率测试结果的不确定度因素主要有锅炉给水温度tjs、锅炉出水温度tcs。因此在实际测试过程中要提高测试结果的准确度应主要考虑采用提高测量仪器精度等方法来降低这两参数的不确定度。

参考文献

[1]GB/T10180-2003,工业锅炉热工性能试验规程[S].

[2]张勇胜,等.锅炉热效率测试的不确定度分析[J].热力发电,2008,(1):32-35.

[3]杨涛.巨林仓.吴生来.电站锅炉热效率不确定度的分析[J].热力发电,2007,(6):75-79.

[4]宋大勇,等.锅炉性能试验测量不确定度分析[J].东北电力技术,2007,(2):30-32.

[5]赵钦新.惠世恩.燃油燃气锅炉[M].西安:西安交通大学出版社,2000.

正平衡法 篇2

三相并网逆变器是新能源发电系统和微电网与大电网的接口,实现能量的传递。 在并网逆变器运行时,必须考虑电网断电形成的孤岛状态,在孤岛状态发生后,新能源发电系统必须迅速停止运行, 微电网则停止与大电网的能量传输切换至孤岛运行模式,否则将对电气设备和人员造成潜在危害[1,2,3]。

常见的孤岛检测方法分为开关状态检测法、被动检测法和主动检测法三大类。 被动检测法对电能质量没有影响,是一类非破坏性的检测方法,但检测盲区较大[4,5,6,7];开关状态检测法和主动检测法检测盲区小,但缺点也十分明显[8,9,10,11,12,13,14],例如绝大部分主动检测法对电能质量有负面影响。

基于正反馈的检测法是一类新颖的主动检测法[15,16,17,18],其特点是在并网逆变器的控制系统中引入正反馈,电网正常时正反馈不起作用,孤岛发生时某个电量被放大从而检测出孤岛,优点是检测盲区小甚至没有检测盲区。 文献[16]提出一种基于无功电流和频率的正反馈孤岛检测方法,但正反馈系数与频率之间存在关联,使正反馈系数变化不易处理。 文献[17]将公共连接点电压的负序分量作为正反馈量,文献[18]提出一种基于负序功率正反馈的孤岛检测方法,但这2种方法在电网电压不平衡时均不适用,因为电压不平衡时负序电压不为0,而负序功率一旦因电压的波动变得大于0后将使并网逆变器输出电流也不平衡,使负序功率被进一步正反馈放大,这2种情况均使并网逆变器无法正常运行。 针对该问题,本文提出一种新颖的基于电压正反馈的孤岛检测方法,将公共连接点(PCC)电压负序的分量调换相序并进行派克变换得到的q轴电压作为反馈量,在电网未断电但电压不平衡时,该电压为0,只有当电网断电后,该电压才产生并被放大,据此可判断孤岛的发生。 仿真结果表明所提方法不仅能实现电网电压不平衡时的孤岛检测,也适用于电网电压平衡的情况,还能区分伪孤岛,是一种无盲区、非破坏性、 适应性强的孤岛检测方法。

1电网电压不平衡情况下的并网逆变器控制策略

电网电压不平衡时,并网逆变器通常采取抑制输出电流负序分量的控制策略,控制框图如图1所示。

其原理简述如下:为抑制输出负序电流,令d轴和q轴电流的参考值分别为i*d= idP*= Im和iq*= 0,即d轴参考电流为与正序电流对应的直流量。 i*d和实际输出电流d轴分量id相减,iq*和实际输出电流的q轴分量iq相减,2个误差输入至2个电流控制器C(s),d轴和q轴解耦以后,分别再与d轴和q轴电网电压相减。

采用上述控制方法后,输出电流的负序分量得到抑制,即idN= iqN= 0。

2电压正反馈孤岛检测原理

2.1基本原理

为了在电网电压不平衡情况下仍然能检测孤岛状态,采用图2所示的基于电压正反馈的新型孤岛检测方法。 图中upa、upb、upc为PCC电压,F(U-q)为电压正反馈函数。

电网电压不平衡时PCC电压等于电网电压,其表达式为:

其中,UmP和UmN分别为正序电压分量和负序电压分量的幅值。

将三相电网电压输入至F(Uq)后 ,首先经负序电压提取环节得到三相负序电压:

将b、c相电压调换顺序,对[uaNucNubN]T进行派克变换并将q轴电压有效值Uq乘以正反馈系数K和2倍频的三角函数后得到F (Uq) 的输出如式 (3)所示。

并网逆变器实际输出电流为:

式(4)经过派克逆变换并利用三角函数化简, 得到并网逆变器输出电流在三相静止坐标下的表达式为:

当并网运行时,PCC电压由电网决定。 当电网电压不平衡时,F(Uq)中的负序电压提取环节能提取出负序电压,但b、c相的负序电压调换顺序后得到的 [uaNucNubN]T为正序电压,即使电网电压不平衡,派克变换后q轴的输出Uq仍等于0。 由式(5)可知,并网逆变器的输出电流为三相正序电流,正反馈对电能质量没有影响。

当微电网由并网运行转为孤岛运行后,PCC电压为三相负载电压,由控制策略和所采用的电压正反馈孤岛检测方法决定。 在孤岛状态被检测出之前,并网逆变器仍采用图2所示的控制策略,因此输出电流表达式仍为式(5),PCC电压为:

其中,i=a,b,c; Zi、θz i分别为三相负载阻抗的模和阻抗角。

孤岛运行状态开始的瞬间,系统中会产生一定的Uq,经正反馈放大后,Uq被持续且迅速地放大。 通过检测Uq是否在规定时间内超过阈值即能判断孤岛状态的发生。 F(Uq) 主要部分的框图如图3所示,第1部分abc / dq变换模块、第2部分低通滤波器(LPF) 和第3部分dq / abc变换模块共同实现负序电压检测。 PCC电压中的负序分量经abc / dq变换后含有2倍频谐波,低通滤波器的作用是滤除这部分谐波。

以上孤岛检测方法基于图1所示的电流控制策略, 若采用功率控制策略,可将电流单环控制修改为功率和电流的双环控制,功率外环的输出作为电流内环的电流参考值,从而使本文的孤岛检测方法得以适用。

2.2低通滤波器非理想特性的影响以及Uq的限幅

用于检测负序电压的低通滤波器存在滤波精度和响应速度之间的矛盾,截止频率越低,滤波精度高但响应速度慢,反之则滤波精度低但响应速度快。 对于孤岛检测,响应速度不能太慢,因此需折中选择低通滤波器的截止频率,这就使滤波后的2倍频谐波必然有一定残留,即[uaNucNubN]T变换后得到的uq不为0,uq的均方根(RMS)值也不为0。 并网模式下并且电网电压不平衡时Uq也不为0,由式(5)可知,输出电流的质量将受到影响。 解决方法是根据Uq的大小决定正反馈是否起作用,当Uq小于某一设定值 δ1时,令Uq= 0,即正反馈不起作用。

为了防止正反馈过程中并网逆变器输出电流和输出电压过大,还需对Uq进行限幅处理,设定Uq的上限为 δ2。 δ1和 δ2的设计与低通滤波器的参数以及孤岛检测时间的要求有关,低通滤波器的截止频率越低,低通滤波效果越好,δ1可相应设置得小一些,δ2也可设置得小一些,PCC电压波动时,并网逆变器输出电流含有的负序分量也较小,但电流畸变的持续时间会增加。 相反,低通滤波器的截止频率越高,δ1和 δ2也要设置得大一些,PCC电压波动时,电流畸变的程度增加,但持续时间会缩短。 因此 δ1和 δ2应折中选择。

2.3孤岛检测时间的整定

选择 δ1作为孤岛检测的阈值。 孤岛发生后,若Uq大于阈值的持续时间超过整定时间tz,就可判定孤岛发生。 但是,在低电压穿越、并网点下游线路发生故障、保护切除故障以及负荷发生较大变化等并网状态的暂态过程中,均会使Uq超过阈值,持续tc后再降至阈值以下,并最终降为0。 为了避免误判,应该使tz> tc。 IEEE Std.929 —2000标准规定了孤岛检测的最小时间,因此应尽量减小tz,而减小tz的途径是减小tc。 并网状态的暂态过程中Uq增加的原因是低通滤波器存在建立时间tset,tset决定了tc,因此通过合理设计低通滤波器,减小tset,也就缩短了孤岛检测时间。 正反馈系数K只影响并网逆变器的输出电流,对tz的整定没有影响。

3仿真分析

本文在Simulink环境下搭建了采用图2所示控制策略的三相并网逆变器模型。 仿真中所采用的参数为:三相电网电压的额定幅值为311 V,LC滤波器参数L=3 m H、C=1000 μF,正序有功电流的设定值idP*= Im= 50 A,正序无功电流的设定值iq*= 0 A,电流控制器C(s)采用经典PI控制器,比例系数kp= 30, 积分系数ki= 100,电压正反馈系数K = 5, 低通滤波器的截止频率设为20 Hz,δ1= 0.7 V,δ2= 1 V。

首先对电网电压不平衡时的情况进行仿真,仿真结果如图4所示。 在0.15 s之前,电网电压不平衡,在幅值为311 V的三相正序电压上叠加了幅值为60 V的负序电压 ,此时PCC电压由电网电压决定 , Uq始终小于 δ1,因此Uq被设定为0,正反馈不起作用,并网逆变器输出电流仅含有正序分量,幅值为50 A,负序分量被抑制 。 0.15 s电网断电 ,因为电网电压的突变产生一定的Uq,在正反馈的作用下,Uq被不断放大,很快达到限幅模块的上限 δ2(1 V),并且此后一直维持为1 V,从而正确检测出孤岛。 在这一过程中,并网逆变器输出电流的参考值叠加了电压正反馈函数的输出Fd和Fq,因此实际输出电流含有一定的负序分量,PCC电压(并网逆变器输出电压) 也含有一定的负序分量,由式(6)可知,三相电流中a相的幅值偏小,而b相和c相电流相等且偏大,对电能质量有一定影响,但通过合理设计低通滤波器参数以及 δ1和 δ2,负序分量被限制在可接受的范围内,电能质量没有受到破坏,基于电压正反馈孤岛检测方法是非破坏性的。

然后考察所提方法是否适用于电网电压平衡的情况,此外还将本地负荷功率设置为与并网逆变器输出功率相等,这是IEEE Std.1547标准所定义的最恶劣情况,这样设置的目的是为了同时考察所提孤岛检测方法是否能无盲区地实现孤岛检测。 仿真结果如图5所示,0.15 s之前电网电压平衡,0.15 s电网断电,此后的各波形与电网电压不平衡时的波形相似, 孤岛状态被正确地检测出来,所提方法不存在检测盲区。

最后考察所提方法是否能正确区分伪孤岛。 当电网电压跌落至正常电压的15% 时,要求风力发电机组能够维持正常并网运行625 ms的低压穿越能力。 此时要求孤岛检测方法能正确区分出这种伪孤岛。 仿真结果如图6所示,0.15 s时电网电压突然降至额定电压的15%,Uq迅速增加到1 V,但在0.223 s左右重新降至0,并在此后始终维持为0,从而判断该情况属于伪孤岛。

4结论

正平衡法 篇3

关键词：抽油机,电流,功率,平衡调整

目前常用的机采举升方式有三种, 其中抽油机作为主要的举升方式之一, 其应用数量占油田举升设备总数的90%以上[1]。抽油机的平衡状况直接影响抽油机连杆机构、减速箱和电动机的效率与寿命。在此通过改善抽油机的平衡状况来达到延长减速箱和电动机的使用寿命, 提升其工作效率。由此引入的“上、下冲程电动机做功相等”平衡判断准则, 给出了应用“功率平衡”测试结果来计算平衡半径调整的方法, 并将其与“电流平衡”计算方法进行了比对, 从而体现出“功率平衡”测试方法的优势。

1 两种平衡计算方法统计分析

依据不同的平衡判定准则可以导出不同的平衡计算方法。从简单方便的角度出发, 多采用“使上、下冲程中减速器曲柄轴扭矩相等”准则中的“电流平衡”计算方法;在此依据“上、下冲程电动机做功相等”的平衡判断准则给出了“功率平衡”测试方法。

1.1 电流平衡法

测量电动机上、下冲程中的电流峰值, 下电流与上电流的比值作为平衡率, 可由公式 (1) 表示:

式中:

ηI——单井平衡率, %;

Id max——抽油机下冲程最大电流, A;

Iu max——抽油机上冲程最大电流, A。

当比值在85%~100%之间即认为达到了平衡状态。

1.2 功率平衡法

功率法是用功率记录仪把电动机的功率变化曲线记录下来, 以判断抽油机的平衡状况和调整平衡半径的方法[2]。利用单项功率表, 依据“上、下冲程电动机做功相等”的平衡判断准则, 通过测试其功率曲线, 依据上、下冲程电动机平均功率的变化情况, 给出平衡块的调整方法。

式中:

ηT——抽油机的机械传动效率;

Ns——光杆冲速, min-1;

Gq——单块曲柄平衡块的重力, k N;

k——安装的曲柄平衡块的数目。

2 两种平衡调整方法对比分析

为了检验电动机功率法判断和调整抽油机平衡半径的可靠性与实用性, 进行了电流曲线法和电动机功率法的实测分析。两种方法分别测试调整了50口井。表1为其中两口井的测试数据。

2.1 两种调整方法对比

通过2口井的测试数据表明电流平衡法是平衡的。为了更合理些, 仍然做了调整。功率平衡法显示的平衡比是不平衡的, 将现场数据输入功率法计算公式后, 按照给出的建议, 一次调整成功。两种平衡调整方法对比见表2。

2.2 两种方法调整后综合对比

两种平衡调整方法调整后都使抽油机处于平衡状态, 但是电流法工作量大, 日耗电有所增加, 而功率平衡法一次成功, 日耗电量降低。电力及能耗测试结果表明, 功率曲线和电流曲线较之前平缓了许多, 但从调整次数、精确程度及能耗角度来讲, 功率平衡法调整比电流法具有很大的优势。两种平衡法调整后综合统计见表3, 两种平衡调整方法优缺点对比见表4。

3 两种平衡调整方法经济效益对比

按照每个小队 (60个小队) 配备一个测试仪, 电价按0.638 1元/k Wh计算, 功率法较电流法多创经济效益112.56万元 (表5) 。

4 结论

1) 在实际生产过程中, 针对抽油机平衡测试存在的问题, 建议使用平衡功率测试仪来解决测试工作中存在的问题, 这不仅减轻了采油工测试调整工作量, 还提高了平衡调整的精度。

2) 功率平衡法判断抽油机的平衡比电流平衡法更具有优势, 能消除电流平衡法在一些情况下的假平衡现象。

参考文献

[1]王洪勋, 张琪.采油工艺原理[M].北京:石油工业出版社, 1989:56-61.

正平衡法 篇4

末端负荷不均衡是三相负荷不平衡率高的主要原因, 一般采用调整负荷的方式进行解决。由于从低压主干线、分支线连接到电能表箱的接户线采用的是单相两线制模式, 原始的调整方法只能使主干线路达到三相负荷均衡, 而接户线部分的中性线电流一直存在且很大, 造成接户线电能损耗严重, 不能彻底解决线路损耗高的问题。

针对上述情况, 笔者建议采用三级负荷平衡法:主干线路、分支线路到表箱的接户线均采用三相四线制模式接线, 根据表箱内各客户用电负荷情况, 将电能表合理分配, 使负荷均匀分布到各相, 从而实现配电盘总负荷一级平衡、低压分路出线二级平衡、表箱三级平衡, 彻底解决三相负荷不平衡带来的各种问题。

除此之外, 为保持台区三相负荷的平衡, 还应定期对配电变压器进行负荷电流的现场测量, 发现负荷不平衡情况严重时, 及时调整各表箱所带负荷, 尽量使三相负荷就地平衡。

用“旋转法”解决动态平衡问题 篇5

一、用转法解决动态问题的思路和步骤

当一个物体在三个共点力的作用下处于动态平衡状态时,物体所受力的变化具有这样 的特点:其中某一 个的大小、方 向都保持不变;第二个力的方向 不变、大小变 化(或大小不 变、方向变化);第三个力的大小、方向都变化.力的大小、方向变化情况在力的矢量三角形中分别 由三条边 的长短、方向 来体现.所以,解决此类问题的关键是 在理解题 意的基础 上,正确分析 矢量三角形三条边的变化情况.

具体的解题思路和步骤如下:1.建立矢量三角形,明确三条边对应的三个力,使问题“化动 为静”.2.分析三个 力的变化特点,分别做上标记“1”、“2”、“3”.在矢量三角形中,将大小、方向都不变的力对应的 边标为“1”;将只有大 小不变 (或方向不变)的力对应的边标为“2”;将第三个 变化的力 对应的边 标为“3”.这样标记后,三角形的三条边分别称为1号力、2号力和3号力.3.旋转3号力,使问题“化静为动”.在矢量三角形中,保证2号力方向不变、大小变化(或大小不变、方向变化)这一特点按照题意要求的方向,以1号力和3号力的顶点为圆心,旋转3号力,使问题“由静为动”.4.分析各力的变化情况.

二、例题赏析

例1(2012年新课标 卷)如图1,一小球放 置在木板 与竖直墙面之 间 .设墙面对 球的压力 大小为N1,球对木板 的压力大小为N2.以木板与 墙连接点 所形成的 水平直线 为轴 ,将木板从图 示位置开 始缓慢地 转到水平 位置 .不计摩擦 ,在此过程中()

(A)N1始终减小,N2始终增大

(B)N1始终减小,N2始终减小

(C)N1先增大后减小,N2始终减小

(D)N1先增大后减小,N2先减小后增大

解析:1、球在重力G、墙面对球的压力大小为N1、木板对球的支持力N2′,三个力的作用下处于动态平衡状态.做出球的受力分析图,由合成法得出矢量三角形OMN.

2.三角形的OM边表示重 力G,大小、方向都 不变,标记“1”;MN边表示墙对球的压 力N1,方向不变、大 小变化,标记“2”;ON边表示球的重力、墙面对球的压力N1的合力(与木板对球的支持力N2′等大而反向),标记“3”.

3.以1号力和3号力的顶点O 为圆心,以3号力的边长ON为半径按题意所述顺时针方向旋转.

4.由3号力端点N的位置左移确定矢量三角形变小,MN、ON的长度均变小,所以墙面对球的压力N1、木板对球的支持力N2′均变小.

由牛顿第三定律可知本题答案应选(B).

例2用A、B两个弹簧秤拉橡皮条的D端(O端固定),当D端达到E处时,α+β=90°.然后保持A的读数不变,α角由图2中所示的值逐渐变小时,要使D端仍在E处,则β角___(选填:增大、保持不 变或减小 ),B弹簧秤的 拉力大小___.(选填:增大、保持不变或减小).

解析:1、由题意可知,橡皮条的自由端在橡皮条的拉力F、弹簧秤A的拉力FA和弹簧秤B的拉力FB三个力的作用下处于平衡状态.其中,弹簧秤A的拉力FA和弹簧秤B的拉力FB的合力F′,跟橡皮条的拉力F等大、反向.做出受力分析图3,由合成法得出矢量三角形EAB.

2.三角形的EB边表示弹簧秤A的拉力FA和弹簧秤B的拉力FB的合力F′,跟橡皮条的拉力F等大、反向,由于D端仍在E处,所以,F′的大小、方向都不变,标记“1”;EA边表示弹簧秤A的拉力FA,由于A的读数不变,角α由图中所示的值逐渐变小,所以,FA大小不变,方向变化,标记“2”;AB边表示弹簧秤B的拉力FB,大小、方向都变化,标记“3”.

3.以1号力和3号力的顶点B为圆心,以3号力的边长AB为半径按题意所述顺时针方向旋转.

4.由3号力端点 A 的位置沿着圆弧向右移动,确定矢量三角形变小,则β角减小,B 弹簧秤的拉力大小也减小.

例3在固定于地面的光滑斜面上垂直安放了一个 挡板,截面为1/4圆的柱状物体甲放在斜 面上,半径与甲 相等的光滑圆球乙被夹 在甲与挡 板之间,乙没有与斜面接触而处于静止状态,如图4所示.现在从球心处对甲施加一平行于斜面向下的力F使甲沿斜面方向缓慢地移动,直至甲与挡板接触为止.设乙对挡板的压力为F1,甲对斜面的压力为F2,在此过程中()

(A)F1缓慢增大,F2缓慢增大

(B)F1缓慢增大,F2缓慢减小

(C)F1缓慢减小,F2缓慢增大

(D)F1缓慢减小,F2保持不变

解析:对乙受力分析如图5(1)所示.类似例题1的解题思路,运用旋转法可知挡板对乙的弹力F1,逐渐减小;对甲、乙整体研究,受力分析如图5(2)所示,甲对斜面的压力F2始终等于两者重力沿垂直斜面方向的分力,因此保持不变,(D)正确.

荷载箱自平衡法技术研究 篇6

文章以重庆惠科8.5+代项目的桩基检测为例, 阐述自平衡箱施工及检测工艺。主厂最大桩径为2m。本场地工程地质分布层为人工填土层、第四系残坡积层、泥岩或砂岩。桩基承载力的检测均采用荷载箱自平衡法的工艺。

2 选择荷载箱自平衡法的原因

荷载箱自平衡法具有如下优点:1大吨位试验可靠性高;2测量数据准确;3试验桩处理后可用于工程桩;4操作简单、检测速度快、不影响施工进度、占用施工场地小、工地安全易保障;5荷载箱自重轻。没有“堆载”, 也不需沉重的反力支架。试验费用省, 检测成本易于控制。国内建筑行业热追的自平衡法桩基检测设备荷载箱主要应用于交通、房建、桥梁等桩基工程检测项目中。

3 荷载箱自平衡法施工方法

3.1 工艺原理

荷载箱自平衡法检测原理是将特制的加载装置——荷载箱, 在混凝土浇筑之前和钢筋笼一起埋入桩内相应的位置, 将加载箱的加压管以及所需的其他测试装置从桩体引到地面, 然后灌注成桩。加压泵在地面向荷载箱加压加载, 使桩体内部产生加载力。通过对加载力与参数之间关系的计算和分析, 不仅可以获得桩基承载力, 而且可以获得每层土层的侧阻系数、桩的侧阻、桩端承力等数据, 这种方法可以为设计提供数据依据, 也可用于工程桩承载力的检验。

3.2 安装流程

荷载箱组装→钢筋笼制作、灌注导管的安装→荷载箱固定→位移杆或位移丝和油压管等安装→导管安装→混凝土浇筑→液压站、传感器、基准梁和数据采集分析系统等安装→检测→检测完成后注浆。

3.3 现场施工

(1) 预浇混凝土。1将荷载箱锥体朝上, 倒置于平整地面上, 注意下口需用水泥纸铺住, 以防止灌注时水泥浆直接粘结在地面;2将混凝土料浇筑入锥体内后, 用振动棒充分捣实;混凝土强度不得低于C30标准;3浇注完毕后10小时内, 不得移动荷载箱体;4待一面荷载箱锥体凝固后, 用吊车翻转, 浇筑另一面锥体。

(2) 荷载箱与钢筋笼焊接。1将灌注好的荷载箱用吊车侧吊, 吊起后的荷载箱与钢筋笼进行焊接;焊接方法:钢筋笼的主筋与荷载箱上的方钢或加强筋进行焊接;焊接标准:钢筋笼与荷载箱必须保持垂直, 偏心度控制在5度之内;2将灌注导管的导向结构焊接在钢筋笼上;3在荷载箱上下各1m和荷载箱加载面的位置, 对钢筋笼横向箍筋进行加密处理, 使其间距缩减至10cm。

(3) 现场布管。1位移护管及位移丝:采用钢丝拉索, 根据孔深设计长度, 下笼无需对接, 只在下笼过程中顺着钢筋笼绑扎至地面。上下位移固定点具体位置为:荷载箱加压体上下各20~40cm左右的位置, 呈180度布置, 分别用于测量上位移和下位移。另在灌注完成, 或准备测试前, 在装顶安装两根90度交叉的钢筋, 从中心引出位移丝, 作为桩顶位移监控点;2根据现场情况决定采用加压软管, 预先盘好在荷载箱处, 待下钢筋笼时连续盘开即可;3三条声测管呈120度排列, 均匀布置 (根据桩径不同布置相应根数的声测管) ;4荷载箱周边管线处理:鉴于声测管和钢筋计缆线要通过荷载箱截面, 而荷载箱在加载后打开会产生位移, 故需要对荷载箱周边的管路进行处理。具体为:a.声测管:每条声测管需准备一套内伸缩节, 行程不小于18cm。端面O型圈密封, 要求密封面能承受200bar的油压;b.钢筋计缆线:在荷载箱侧壁放置一个PVC管, 把钢筋计缆线卷曲在管内, PVC管两头密封。

(4) 下放钢筋笼。下笼过程中, 需要对位移管、油管和钢筋计缆线进行绑扎。下放钢筋笼时, 需割开两条焊接的钢筋, 以便于荷载箱打开。

3.4 检测阶段

检测前, 试桩两侧若有条件直接搭建基准梁, 则直接搭建;若无条件, 则打基准桩后搭建基准梁。基准梁长度应不小于试桩桩径的6倍, 可利用现场132A的工字钢搭建, 其检测用设备由检测单位安装。检测阶段, 数据采集系统用电瓶供电, 但同时现场也应保证不间断供电, 试桩周围15m内不得有较大的振动。为尽量减少试桩时外部因素的影响, 须搭设防风蓬架 (保护罩) , 确保测试仪表检测时不受外界环境的影响。随后使用荷载箱自平衡法进行桩基检测。

3.5 试验后注浆

试验后, 利用补浆导管 (也可以利用声测管) 对荷载箱加载后桩体间隙进行补浆处理后, 并保证补浆部分的桩体强度不低于桩体参数。

4 工序质量控制要点

4.1 荷载箱

(1) 荷载箱的所有参数应满足设计要求, 桩身隐蔽前并对声测管、油压管、位移丝、钢筋加强部位等安装质量重点控制。荷载箱的基桩底部应平整, 因为荷载箱底部不平整, 容易引起荷载箱上下桩身段的阻力不平衡而使检测数据失真。

(2) 选择适合的测桩时间和测桩条件一般在桩身混凝土强度不低于设计要求强度的85%, 方可开始作自平衡检测。检测前应先采用超声波法对桩身作完整性检测, 在检测符合要求后, 方可开始作自平衡检测。采用荷载箱自平衡法核心问题是平衡点的位置的确定。平衡点位置确定不当, 向下荷载或向上荷载就会过早达到极限, 检测数据不准确, 甚至严重失实不能成为检测结论

4.2 全程监控自平衡测桩过程

一般采用慢速维持荷载法, 即逐级加载法。每隔1h加一级荷载;加载的分级:可按预估的极限荷载的1/10~1/5进行加载, 第一级可按2倍分级荷载加载;桩顶的沉降观测:在每级荷载施加后维持1h, 按第5min、15min、30min、45min、60min测读桩顶的沉降量, 以后每隔15min测读一次。当测读时间累计1h时, 若最后15min时间间隔的桩顶沉降增量与前阶段的桩顶沉降量相比, 未明显收敛, 应延长维持荷载时间, 直至最后15min的沉降增量小于相邻15min的桩顶沉降增量为止。桩基检测合格后严格控制注浆施工质量。

5 结束语

重庆惠科8.5+代线项目主厂房的单桩竖向承载力特征值为5000k N, 单桩竖向极限承载力标准值为10000k N, 采用荷载箱自平衡法检测结果合格, 充分展现出荷载箱自平衡法的优点。荷载箱自平衡法将会以其独特的优势逐渐取代传统的检测方法。

摘要：随着建筑的体量和高度不断攀升, 受地质情况的影响, 大口径灌注桩基础越来越被普及采用。传统的堆载法静载试验在绝大多数项目的工程桩检测工作中已无法满足性价比和工艺要求。荷载箱自平衡法将被普遍用于大口径灌注桩基础的检测。

关键词：桩基检测:荷载箱:自平衡法:控制:要点

参考文献

[1]建筑桩基技术规范[S].JGJ94-2008.

[2]建筑桩基检测技术规范[S].JGJ106-2003.

数轴法在化学等效平衡的运用 篇7

一、方法展示

数轴法表示平衡如图1, 数轴上由0、1、平衡点组成, 0代表反应的初始状态, 即全部是反应物;1代表反应物极限转化 (100% 完全转化) 为生成物的状态;平衡点代表几种状态会到达同一个平衡状态, 即等效平衡下的等同平衡状态.

二、数轴法巧解等效平衡问题

例1 (2013年江苏省) 一定条件下, 存在反应:CO (g) +H2O ( g) #image_id=22#CO2 (g) + H2 (g) , ΔH < 0. 现有三个2L恒容绝热 (与外界没有热量交换) 的密闭容器Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ, 在Ⅰ中充入1 molCO和1 mol H2O, 在Ⅱ中充入1 mol CO2和1 mol H2, 在Ⅲ中充入2 mol CO和2 mol H2O, 700℃条件下开始反应. 达到平衡.

分析:容器Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ体积相同, 均在恒容绝热条件下 (等效平衡应该在恒温条件下) , 容器Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ冲入各物质物质的量如图2所示.

容器Ⅰ中充入的是1mol CO和1 mol H2O, 相当于数轴上的0点, Ⅱ中充入 1 mol CO2和 1 mol H2相当于数轴上的1点, 两种充入方式, 可以极限转化, 若在恒温条件下, 即为等同的等效平衡, 但本题中在绝热条件下, 平衡会收到温度的影响, 容器Ⅰ中随着反应的进行, 正反应为放热反应, 温度升高, 平衡会向逆反应方向移动, 容器Ⅱ中随着反应的进行, 逆反应为吸热反应, 温度降低, 平衡会向正反应方向移动, 如数轴所示如图3所示.

容器Ⅰ与容器Ⅱ转化率的问题:恒温条件下, 容器Ⅰ中CO的转化率与容器Ⅱ中CO2的转化率之和等于1, 容器Ⅰ相当于在所到达的平衡状态的基础上, 升高温度, 平衡向逆反应移动, CO的转化率比两容器相同温度时CO的转化率低, 容器Ⅱ中相当于在所到达的平衡状态的基础上, 降低温度, 平衡向正反应移动, 二氧化碳的转化率比两容器相同温度时容器Ⅱ中CO2的转化率低, 故容器Ⅰ中CO的转化率与容器Ⅱ中CO2的转化率之和小于1.

容器Ⅰ与容器Ⅲ转化率的问题:反应:CO (g) + H2O ( g) #image_id=24#CO2 (g) + H2 (g) , 方程式前系数之比相同, 容器Ⅲ冲入2 mol CO和2 mol H2O与容器Ⅰ中冲入各物质的量成比例, 若在恒温条件下, 可以建立相似平衡, 各反应物的转化率等对应相等, 即容器Ⅰ中CO的转化率与容器Ⅱ中CO的转化率相等, 虽然容器Ⅲ中的压强比容器Ⅰ中的压强大, 但反应前后系数之和相等, 平衡不会发生移动, 各物质的转化率依然相等, 由于容器Ⅲ中反应的物质较多, 反应放出的热量大, 比容器Ⅰ温度升高多, 相比之下, 平衡在容器Ⅰ的基础上继续向逆反应移动, CO的转化率比容器Ⅰ相同温度时CO的转化率低, 故容器Ⅲ中CO的转化率与容器Ⅱ中CO2的转化率之和小于1, 且比容器Ⅰ中CO的转化率与容器Ⅱ中CO2的转化率之和还要小. 如图4数轴所示,