平衡计算（精选12篇）
平衡计算 篇1
摘要：目前抽油机井平衡的计算主要是沿用了“使上、下冲程中减速器曲柄轴扭矩相等”的准则, 依据这一准则使用的是“电流平衡”计算方法, 认定平衡率在85%100%之间抽油机就是平衡的。这一做法简单、方便, 但从电动机的工况上看, 应用上述准则存在一些弊端, 诸如电动机所做负功增加、能耗较高等。为了有效提升抽油机井的管理水平, 在此引入了“上、下冲程电动机做功相等”的平衡判断准则, 即应用“功率平衡”测试方法。现场应用情况表明, “功率平衡”测试方法较“电流平衡”计算方法具有明显的优势。
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.
[2]张明亮, 雷长森, 田小兰, 等.抽油机曲柄平衡的调整计算及效果预测[J].石油机械, 2001, 5 (2) :3-5.
平衡计算 篇2
针对目前起飞计算考虑简单的问题,建立飞机起落架的`简化模型,并在此基础上对飞机的静平衡状态进行受力分析,提出了静平衡状态飞机的数值仿真模型.最后以实例进行计算,结果表明静平衡状态的研究有利于更准确地研究和分析飞机起飞的动力学特性.
作 者：韩维 阎永举 刘超 HAN Wei YAN Yong-ju LIU Chao 作者单位：韩维,HAN Wei(海军航空工程学院,飞行器工程系,山东,烟台,264001)
阎永举,YAN Yong-ju(海军航空工程学院,研究生管理大队,山东,烟台,264001)
刘超,LIU Chao(海军驻保定地区航空军事代表室,河北,保定,071057)
对局中的平衡观——感觉和计算 篇3
这是一盘我执白棋的对局。到此时仍是黑棋占据主动地位，黑37获得一定的利益，白38之后形势将向何方发展?此时，已经到了序盘结束要进入中盘的关键时刻。
作为上面启示图的补充说明，我们先说一下前面的情况：白20的选择有些不太对头，此时应该选择21。错误出现之后，黑21和黑23将黑棋模样做大。接下来黑35是相当严厉的一手棋。
图一(成形，但是……)
有一部分人认为黑棋会以黑1做出棋形，白棋的白2是必然之选，因为白2之点对白棋来说至为关键，黑3仅是平常的一跳，至白6时，我们可以看出，左边黑棋的模样被自然地削弱了。
黑棋虽然以黑1在局部做成棋形，但是在此时却是最坏的一种选择，因为这会破坏黑棋在左边厚实的棋形。
图二(跳)
黑1的选择是霆动迅速的一手棋，与前面图中的变化相比已是强出数个等级，白2之后形势将向何方变化比较难于判断，对于我来说也只有看黑棋做何动作之后再做选择，就试举一例吧，此例变化至黑5。
我认为在此种变化过程中，黑棋没有什么特别不满意的地方，对于白棋来说也面临着更大的压力，黑棋的选择等于灵活运用了高处的〓，手段相当强硬，是值得钦佩的选择。
图三(最强有力的一手)
黑1的选择是此时最强有力的手段，让人不得不肃然起敬。
白2之后双方会极自然地变化至黑9。此后有白A，黑B的选择。此时白棋被分断，第一感觉就是黑棋的攻击力量极为强劲。
角落处的白棋此时眼位尚不十分明确，在这一系列变化之中我们可以看出黑1的选择是相当成功的。
右上角的形势，无论从哪一个角度出发来观察都可以认为黑棋要好于白棋。
图四(被封锁……)
针对这手棋，白棋似乎没有特别好的处理方法，如果选择白1，黑棋定会应以黑2，白棋仍被严密地封锁住，黑棋无不满之处。
图五(脱出……)
如果选择白1、白3，白棋也存在着脱出的可能性，黑4至黑8手段强硬，对于白棋来说较难接受。
从这个角度来看，白1黑2及此后的一系列交换对白棋没有什么好处。
图六(大模样作战)
黑棋脱离在右边的纠缠，以黑1、黑3投入大模样作战，在行棋过程中这也是我比较担心的几种局势变化之中的一例，如出现我准备在中腹下出的白4，效果如何?
显然黑棋是处于一定优势的，但白棋可以瞄准A点，从实地上来说白棋已有优势，若从A位让白棋动出，则黑棋实空马上就会不够，此图黑气势虽足，但风险亦大。本题还是以图三中黑1为正确。
启示图二：封锁对手的企图
这盘棋是我执黑的一盘对局，右下角的黑棋形势不坏，但白44出现之后，白棋准备向上边的黑棋薄弱地方发动攻击……
图一(白棋的企图)
此形势下白棋最直接的攻击方式便是白1和白3，黑4已是必然之选，至白7时，黑棋在此局部棋形破碎。变化过程中，白5也有6位可以选择。
图二(反击?)
前图中的黑4是没有办法的办法。
如果此时选择黑1这种反击手段，白2出现之后形势会更见被动，至白4时五子被吃，损失过于惨重。
不管是前图还是本图所示的变化，黑棋都会被迫陷入苦战。黑棋所面临的问题便是如何避免这种苦战形势的出现。
图三(实战中的黑1)
在实战中我选择了黑1。
之所以做此选择我的想法是这样的：如果单纯选择一种防御手段的话感觉是处于下风，所以我要破坏白棋前面的棋形，接下来我还准备下出黑A以向白棋施加更大的压力。
但是，这手棋有问题。
白2的应对十分冷静，虽然黑3进行追击但是有了白2之后，白4的攻击变得更为严厉，此后棋的黑5至黑10仍难脱困境，黑棋处境相当尴尬。虽然黑棋可以吃掉白6和白8两子但是，上边黑棋的阵式依然被破坏掉了，黑棋局势相当不好。
在此之后，针对黑B，还有白C的切断。
图四(另一种选择)
前面图中所示的变化对黑棋来说实在是太糟糕了，这次我选择此图中的黑1，希望走出一些变化。以后至黑9黑11。
现在我们再来看黑棋的形势似乎仍不见好，因为白4的存在使上边的黑棋存在隐患，并且白棋在右边还保留着继续对黑棋施压的手段。
此后，即黑A白B之后，黑棋依然存在着问题：包围网太薄弱，白棋可供选择的突破口甚多。
图五(黑棋的意图)
如果对黑1，白棋应对以此图中的白2的话，那么黑棋可应以黑3。
此时如有白4，则黑5成立。
图六(不可分断)
还是图四中的黑5这手棋，我们来看着选择此图中的黑5会如何，黑棋打算以此来完全分断白棋，但是，白6和白8的出现使这种分断变为不可能，并且上边黑棋没能做成眼。
看来图四中的黑5几乎是必然之选了。
图七(还有一手……)
还有一种选择便是此图中所示的黑1。粗看上去可能是不甚积极的手段，但是我认为在这种局面之下，却是非常必要的一种防守策略。
白棋虽然可以以白2率先投入大场作战，但是其后，黑棋可以瞄准A点亦或是B点等攻击手段。
在黑棋选择了黑1之后，白棋会否选择白C呢，这种可能性并不大，况且即使选择白C也无大碍。
黑1这手棋看似平凡，但确实是相当坚实的一手棋。
图八(先手……)
如果有此图中所示的黑1白2的交换的话，黑棋可以取得先手。
问题是虽然可以取得先手，但却是相当不好的一种下法，可以说是一个俗手。
白棋此时可以凭借白2在中腹做厚，而且此后还保留着白A或白B的上边打入手段，黑地明显偏薄。
如此看来，黑1是招至损失的一手棋。
图九(大同小异)
此图中黑1和黑3的选择方式与前面图中所造成的结果大同小异。
寻求新旧计算教学的平衡点 篇4
那么，我们站在新理念的视野下来看传统的计算教学，如何在两者之间找到最佳的平衡点，使计算教学既扎实又不失灵活呢?下面针对这方面的认识，结合自己的教学实践，谈谈我在计算教学中的一些探索与思考。
一、创设情景与适度铺垫的完美融合
传统的计算课，比较注重复习一些与“新”知识相关的“旧”知识，这样的知识铺垫可以沟通新旧知识间的联系，促进知识的迁移，同化新知识，从而降低学生理解新知识的难度，由此看来，适量的知识铺垫是必要的。但是，如果知识铺垫过多，容易使学生形成思维定势，扼制学生学习的主动性和积极性，不利于学生理解新知，影响学生思维的深度和广度，很难引发学生的创新。新课程则注重情境创设，为学生探究学习提供丰富的、开放的信息资源，提高学生学习数学的自主性，有利于激发学生探索知识的欲望，但由于没有旧知的铺垫，有些新知的探究对学生来说难度太大，不利于大多数学生的发展。因此，我认为，情境创设与适度铺垫可以和谐统一。
二、直观算理演示与抽象算法表述的相得益彰
传统的计算教学课堂，有些教师关注的是学生的计算技能，认为只要让学生掌握方法之后，反复演练就可以达到计算正确、熟练的要求了。于是，“精讲多练”成为传统计算教学的特点。千篇一律的方法，程式化的计算过程，计算教学给学生的感觉就是“机械运动”。结果学生只会按部就班地进行计算，虽然计算速度和正确率提高了，但面对千变万化的实际问题学生还是无能为力。
现在的课堂，教师更关注学生的学习过程，注重让学生通过看图、动手操作等活动自主探究算理，致使有些计算教学转到了另一个极端，过于强调“你是怎么算的”、“还可以怎样算”，而缺少计算方法的提炼，导致算理很突出，但算法不扎实，学生计算技能不够熟练。这样的教学，虽让学生知其然，更知其所以然，但由于偏重探究算理，抽象的算法得不到落实，致使学生计算的正确率和速度大打折扣。
算理是算法的基础，算法是算理的抽象概括。因而，我们在计算教学中，必须在学生理解算理的基础上，建立“运算”意识，自主发现计算法则，在算理直观与算法抽象之间架设起一座桥梁，让学生在充分体验中逐步完成“动作思维—形象思维—抽象思维”的发展过程。
三、提倡算法多样化与把握算法优化的和谐统一
《数学课程标准》倡导和鼓励算法多样化是计算教学改革的一个亮点，同时也是广大教师在教学实践中遇到的一个难题。算法多样化是问题解决策略多样化的一种重要思想，它是培养学生创新意识的基础。就计算教学而言，提倡并鼓励算法多样化可以矫正过去“计算方法单一，过于注重计算技能”的倾向。教师应充分调动学生已有的计算经验，发现、创造不同的算法。但是，新课改以来，一些教师对算法多样化的认识出现了偏差。课上尽是“你是怎么想的?”“还有其他不同的算法吗?”“你喜欢怎么算就怎么算。”40分钟的课堂教学，经常都是你说我说，减少了很多必要的练习。一个阶段后，学生的思维好像活跃起来了，课堂上也显得热热闹闹，但学生过早出现了两极分化现象：优等生用自己探究出的方法很快便能完成练习;而学困生面对众多的算法不知所措，一节课下来，甚至连最基本的算法都没有掌握。而且，学生讨论交流占据了课堂的大部分时间，课堂上缺乏必要的练习，有不少学生对算理一知半解，结果计算错误率偏高，不少学生的计算速度也大大降低，这显然不是新课程改革的本意。面对这样的局面，我们应该如何正确认识算法多样化呢?我认为，只有将学生自主探索算法多样化与教师引领算法优化巧妙结合，在诸多算法的基础上，教师应该及时组织和引导学生正确分析、比较各种算法的特点，并及时对自己所选择的方法作出积极的反思和必要的改进，从而让学生选择最优化的计算方法。
四、技能训练与实际运用的有机结合
数学计算教学另外一个重要组成部分是巩固练习。这是学生对所学知识的巩固，是形成技能、技巧的重要途径，可以发展学生的思维能力和创造能力。这也是检查学生掌握新知识情况的有力措施，同时使学生及时了解自己练习的结果，品尝成功的喜悦，提高练习的兴趣，能够及时发现错误，纠正错误，提高练习的效果。
传统的计算教学往往是在讲解算理后，通过大量的习题训练来提高学生的计算技能，往往只追求量不考虑形式，学生在枯燥的练习中熟练计算技能。这样的教学，把计算与实践应用割裂开来，造成学生只会算不会用的后果，即算、用严重脱节。
现在的计算教学，非常注重与生活实际相结合。在新知教学后，一般都要用所学知识解决生活中的实际问题。但许多教师面对教材中的“算用结合”，究竟该重“算”还是重“用”难以定夺，有的干脆平均用力，致使学生新学的计算方法不能及时得到巩固，削弱了学生的计算技能。
其实，从心理学上分析，任何一项基本技能的达成都需要一定量的积累，也就是需要反复操练才能正确掌握。计算课应该重在培养学生的计算技能，即当学生理解算理与掌握算法后，教师要通过一定时间和数量的训练使学生形成技能，使其能解决一些简单的实际问题。
计算教学的练习包括巩固练习和综合练习。巩固性练习是基本练习，是例题的模仿练习，主要目的是巩固所获得的新知。综合性练习指的是综合性、灵活性较强并有一定变化发展的题目，包括一些估算的练习，其目的是脱离模仿，沟通知识的内在联系，促使知识转化为能力，还可以激发学生的兴趣，把已获得的知识能力上升到智力高度，重在培养学生的创新意识。
我认为，学生计算的学习，不仅是对话的、交流的，也应该是有练习的、有比较的。有时计算课会遇到一些比较复杂的问题一时难以解决，这时教师应尊重大多数学生的认知起点，把握好本节课的教学目标，适当进行取舍和调整，这样才能收到计算教学的良好效果。
平衡计算 篇5
超燃发动机化学非平衡场的并行计算
本文在工作站群机及大规模并行处理机(MPP)上进行了超燃发动机内氢气/空气的混合与燃烧流场的`并行计算.根据两类并行机的不同时延特性,采用不同的使通讯开销最小的分区方法.同时针对不同类型的问题采用了恰当的并行策略.在两类并行机上均得到了计算结果及令人满意的并行加速比.
作 者：梁剑寒 王正华 李桦 王承尧 作者单位：国防科技大学,长沙,410073刊 名：空气动力学学报 ISTIC EI PKU英文刊名：ACTA AERODYNAMICA SINICA年，卷(期)：20(z1)分类号：V211.1关键词：超燃发动机 并行计算 工作站群机 MPP机
平衡计算 篇6
【关键词】电梯平衡系数；曳引驱动
1.平衡系数的实质
要探讨平衡系数的实质，必须从曳引式电梯的原理讲起。垂直电梯是使重物作垂直上下运动的升降设备。从力学的角度，要使一重物在空中保持静止状态，必须有一拉力T与物体的重力Q相平衡，即T=Q， 这时物体处于静止或匀速运动状态，称为力的平衡。此系统称为平衡系统。若要使物体向上运动，速度发生改变，则这一拉力T除了克服物体的重力Q，还要提供一个产生加速度的力F，即T=Q+F=Q+ma（m—为物体的质量；a—为加速度）。
如果物体的重力Q被另外一个平衡力W所平衡，W=Q，即构成一个平衡系统，这时拉力T就不用去克服重力Q了，而只需提供使物体产生加速度所需的力， 即 T=F=ma这样就大大减小了拉力T。这就是电梯上采用的“平衡原理”。这个平衡力就是由对重来提供。因此我们要求对重的重力W，要与轿厢及载荷的重力（P+Q）相等。
但要真正做到这一点，在电梯的实际应用中非常困难，或且说目前还没有想出一个办法来实现这一点。因为轿厢的载荷Q是随机变化的，可能是0（空载）或者100%QH（满载）范围内的任意值，因此我们只能选择一个恰当的对重重量。
即取W=P+KQH——（1）
这个系数K，就是“平衡系数”。因此，平衡系数的实质就是设计配置对重的质量大小。它将影响对重的质量和电梯的不平衡载荷。当轿厢与载荷为 P+Q，（其中 P—是轿厢的自重；Q——是轿厢的实际载荷；QH——轿厢的额定载荷），轿厢侧与对重侧的不平衡载荷为：
△T=（P+Q）-（P+KQH）=Q-KQH——（2）
2.平衡系数K的取值
从以上式（2）可以看出，只有当Q=KQH时系统才处于平衡，因此，不论K取何值，平衡只是相对的，而不平衡是绝对的。我们希望系统尽可能地接近平衡。一种简单办法便是取轿厢载荷变化的平均值。因为轿厢载荷的变化为：0～100%，因此取K=50%左右都是合理的，很难说取多少更好些。比如，目前大量的住宅电梯其实际的载荷变化基本在0～60%，极少出现满载的情况，因此取K=30%～40%应该更为合适。现在一般的乘客电梯在载荷超过80%时就进入直驶状态，因此真正满载的时候也较少，因此取平衡系数K=40%～50%为合适。相反，一些载货电梯，由于轿厢超面积，其载荷变化会在0～105%，因此平衡系数取K≥50%应该更为合适。必须指出，这里说K的取值是指电梯设计时对平衡系数K的取值，称为设计值，绝不是电梯安装时或使用后随意配置的K值。
3.平衡系数K的取值对电梯的影响
上面已经说明，无论平衡系数K如何取值，要以不变的K值应万变的载荷Q是不可能的，因此在轿厢与对重系统上不平衡状态是绝对的，从设计的角度，K的取值首先影响作用于曳引轮两侧的不平衡力矩的大小，若最大载荷为超载载荷110%QH，K的取值按40%～50%，则空载时不平衡载荷为：（0.4～0.5）QH，超载时不平衡载荷为：（1.1-K）QH=（0.6～0.7）QH ，若按电梯验收检验时的最严重载荷125%QH，则不平衡载荷为1.25-K=（0.75～0.85）QH，这是电梯可能的最大不平衡载荷（指静载荷），也就是电梯必须提供的最小静态曳引力。
4.平衡系数K值的测定
4.1直接称量P与W
平衡系数K也并非什么神秘的参数。说到底它就是配置对重的质量大小，因此测定平衡系数K，最直接、最简单的办法就是直接称量对重的整体质量W和轿厢的整体质量P，则平衡系数K=（W-P）/QH 。有些工地的做法是将轿厢和对重在井道外进行拼装，并逐一称量所有拼装的另部件，从而按平衡系数设计值来配置对重块。这种方法操作烦琐，而且称量的零部件很难做到毫无遗漏，一般不适用。
4.2根据已知K值，调整对重
从平衡系数K的实质知道，当在轿厢内装入相当于KQH的载荷时，曳引轮两侧的静力矩应平衡。如果已知平衡系数的设计值，只要如数按KQH装入载荷，然后验证是否平衡即可。最简单的验证方法就是在主机上，松开制动器抱闸，用人力在手盘轮上感觉曳引轮两侧的力矩平衡与否，从而适當增加或减少对重块。这方法有许多优点：1）电梯处于静止状态，避免因轿厢运动而造成的阻力矩误差。2）可以保证轿厢与对重处于同一水平位置上。3）测试简便、快捷，调整迅速。4）人对力的感觉误差小，其可信度高。5）尤其，以既定的平衡系数设计值为载荷，直接验证或调整对重达到要求，避免盲目性，保证K值符合设计要求。
4.3根据已有对重，求K值
国家标准上推荐采用测量曳引电动机电流的方法其基本原理是：当电梯作匀速运行时，曳引电动机轴上输出的转矩T2为：
T2=T0±△T——（3）
T0——折算到电机轴上，电梯机械传动反抗性阻力转矩（简称阻力矩）
△T——折算到电机轴上，不平衡载荷转矩。±代表随载荷的变化不平衡载荷转矩的方向将改变。（简称不平衡载荷）
当轿厢与载荷的重力（P+Q）与对重的重力（P+KQH）相等时（即处于平衡状态），则△T=（P+Q）—（P+KQH）=0
则Q=KQH平衡系数：K=Q/QH
电流法的关键是利用测量电流来判断是否平衡，平衡状态下：
△T=0，假定轿厢上行与下行时的阻力转矩T0是一样的，则上、下行时电动
机的输出转矩T2就相同，T2=T0，这时测得电机的电流也应相等。以上、下行电流相等来判定平衡，（注意：不是电流最小），这就是电流法的原理。
电动机输出的机械功率 P2=T2Ω（Ω——电机角速度），它与电机的电磁功率 PM之间有：PM=PCU+P2（PCU——电机转子铜损耗），
如忽略转子铜损， 则有：PM= P2
对于交流异步电动机，电磁功率PM=（mp/2πf1）·（I22r/s）——（4）当电动机的转速、频率一定时，电磁功率 PM与转子电流 I22成正比。交流异步电动机的转子电流是无法测量的，只能测量定子电流I1
I1=I0+（-I2，）（I0——为电动机的励磁电流），
如忽略励磁电流I0，则有I1=（-I2，）
对于直流电动机，电磁功率 PM=CTφIS当气隙磁通φ一定时，电磁功率 PM与电枢电流IS成正比。气隙磁通φ与电压有关。
从以上分析看出，电流法通过测量电动机定子电流I1来判定电动 机轴上的不平衡载荷△T=0，经过了一联串的转换关系：
I1→I2→PM→P2→T2→△T
每一步转换都必须具备一定的条件，依次为：I0不变；f1不变；电压U1不变；PCU不变；转速n不变；上下行T0相等，而影响这些量的因素很复杂，比如电梯在上、下行时，轿厢的空气阻力不同，上下行的阻力转矩T0相等就难以成立，尤其在高速时更是如此。■
【参考文献】
[1]GB7588-2003电梯制造与安装安全规范，国家质量监督检验检疫总局，2003.
平衡计算 篇7
关键词：烧结墙材,能耗限额,热平衡测试
2014年国家发布了《烧结墙体材料单位产品能源消耗限额》标准 (GB 30526-2014) , 新标准的出台, 严格限制了烧结墙材产品的能耗, 标准详细规定了出产1 t烧结制品允许的耗能量, 如果达不到限额值中做出的要求, 则需对生产环节中一些耗能比较大的单位进行技术改造, 笔者在撰写能耗限额标准过程中, 调查走访了全国许多企业, 看到大多数为乡镇和个体企业, 生产规模小, 年产量在2 000万块以下企业居多, 并且普遍生产实心砖, 还有很多重要设备缺失, 对资源及能源造成了极大的浪费。
因此, 国家及时出台能源限额标准, 对能源的全面科学管理对节能减排起到重要作用。
1 烧结墙体材料制品工业窑炉热平衡测试计算
窑炉能耗控制, 目前普遍采用的方法是热平衡测定工业窑炉性能。这种方法也是评估烧结墙材企业能耗水平的重要依据。热平衡测试是建立在一个热量平衡、收支平衡的基础上来进行的数据测验定、计算和分析的一个过程。
1.1 热量收入部分
我们先来谈热量收入方面, 热量收入是指针对测试窑体而言一切供能单位带入窑炉的能量, 不同的窑型其相应的热量收入也不同。比如连续式隧道窑, 其热量收入大多都包含如下几项:
a.内燃料带入反应热:在我国内燃烧制墙材十分普遍, 在坯体生产过程中, 在原料中经常会使用例如煤矸石、粉煤灰、炉渣等一些含有热值的物质, 根据这些含有的物质发热量的具体情况再掺入到黏土、页岩中, 组成发热量合适的混合料。利用发热量较为合适的原料一起来内燃烧制墙材在我国占墙材生产工艺很重要一部分, 那么内燃烧制墙材代入的热量怎么计算呢?对于烧结砖瓦窑炉来说, 我们先将干燥的坯体均匀的按产量多少多次取出, 破碎后充分混合均匀, 取出用于发热量测试适量的一部分, 并且多次进行发热量测试, 平均后即可得出公斤制品的发热量, 接下来就是计算有多少公斤了, 在热平衡计算中, 最终得出的数据是吨成品消耗的标煤, 我们可以计算在1 h之间, 窑车推进窑体了几辆, (不是一辆的用分数表示) , 再计算出一窑车有多少块制品, 以及平均一块制品的重量, 就可以计算出1 h内, 由内燃料燃烧带入窑炉的能量, 这样, 热量收入最重要的一个环节就清楚了。
b.外燃料带入显热, 一些窑炉为了余热利用或者提高产量, 用适量的外燃料进行加热, 这样, 外燃料加入窑炉中是高于环境温度的, 无形中就带入的热量, 这部分热量也要记为带入热。
c.计算外燃料带入显然就要计算外燃烧燃放热, 通过统计一小时内投入外燃料的数量以及外燃料的发热量就可以计算出1 h内外燃料燃烧放热。
d.在一些现代窑炉中, 砖坯通常先经过干燥室干燥, 这样可以提高效率, 缩短烧成时间, 从干燥室出来的砖坯有80℃甚至更高, 这时砖坯被窑车推入窑中就带入了大量的热, 这部分热也要计算入带入显热。
e.窑车在窑炉中是很重要的一部分, 其大多都由两部分组成, 一部分是耐火材料, 一部分是由钢铁构成的窑车金属部分, 它们在经过干燥后, 温度也异常高, 尤其是金属部分, 因此窑车带入热必须计算, 通过查表得到相应材料的比热, 再通过窑车与环境的温度差来计算窑车带入热量, 计算也是按1 h内带入热量来进行。需要注意的是, 若是生产工艺中没有人工干燥, 而是采用自然晾晒工艺, 砖坯和窑车和环境温度相同, 则这两项带入热为零。
关于热平衡中的热量收入计算则基本上按以上几项加和进行计算, 各别地方还有其他热量收入的也应按小时内带入显热来计算。这样就计算出1 h内带入窑炉的总热量, 再通过计算每小时出多少成品砖, 既用1 h内窑体收入热量除以1 h内产多少成品砖质量, 即可计算出窑炉烧制每吨产品收入多少热量。
1.2 热量支出部分
热量支出部分, 对于一般隧道窑来说, 主要包含如下几个方面:
1.2.1 蒸发砖坯水分消耗的汽化潜热
坯体或多或少都会含有水分, 坯体在进入窑炉加温过程中, 这些水分由液态转为气态, 排除出去, 在这个过程中消耗热量是必要的, 它属于热量支出重要的一部分, 在水分蒸发过程中用热即称为蒸发砖坯水分消耗热。
1.2.2 砖坯焙烧反应热
无机非金属材料的烧结过程是一个很复杂的过程, 其包括晶型转变、晶粒生长, 材料致密化, 坚硬化等等过程, 这些过程大多都需要吸收大量的热量, 一般砖坯在高温时焙烧反应热以仪器测试为准, 条件不具备时按照砖坯原料中Al2O3含量来估算。
1.2.3 输出热风的显热
在产品焙烧过程中, 会产生大量的高温烟气, 烟气大部分进入干燥室, 用于烘干砖坯, 这部分能量虽然属于有益的热量再循环利用, 但对于窑体来说, 属于热量支出部分, 计算时应当分别计算。
1.2.4 烟气出窑热损失
烟气最终通过循环利用排入室外, 烟气被排出过程中, 温度还是高于环境温度许多的, 此时排出的烟气带走的显热属于热量支出部分, 这部分损失的热量被称为烟气出窑热损失。
1.2.5 砖出窑热损失
国内现在普遍烧制墙体材料的工业用窑炉长度普遍在百米之内, 由于需要保持高产量, 推车速度平均在45 min左右每车, 这样导致出窑砖温度普遍过高, 有些个别窑炉出窑砖温度达到400℃, 这些砖体暴露在空气中, 造成大量的热损失, 因此, 出窑砖散热损失占热量支出很大一部分。
1.2.6 窑车出窑热损失
窑车是连同制品一起出窑的, 在制品带出大量热量的同时, 窑车也由于温度过高, 带出大量热量, 这部分热量也损失在空气中, 造成热损失, 因此窑车出窑热损失也属于热量支出一部分。
1.2.7 固体不完全燃烧热损失
在制品烧制过程中, 由于工艺和设备控制等问题, 可能会导致制品生烧或者外投燃料燃烧不充分, 这样这部分能源就被白白浪费掉了, 因此要计算这部分热支出, 将烧成的制品随机抽取后进行破碎, 通过发热量测试仪来测定制品中残余不完全燃烧制品的发热量, 灰渣也按相同方法进行测定。
1.2.8 气体不完全燃烧热损失
在制品烧制过程中, 可能会存在供氧不足情况, 这样, 一部分碳无法充分氧化生成CO2, 而是氧化成为二价碳生成CO, 这部分CO随着烟气排除窑外, 带走部分热值, 这部分未充分燃烧的碳带走的热值即为气体不完全燃烧热损失。
1.2.9 窑体表面散热
窑炉非常重要的一个性能指标是保温性能, 一个保温性能优良的窑炉在窑体蓄热、稳定性指标上达到先进水平, 这样由窑体侧墙和窑顶散去的热量会保持在一个较低的值, 从而达到节能降耗的目的, 对于窑体散热的统计测量基本上以两侧的窑墙, 窑顶和窑门窑尾放热损失为主。具体操作方法有两种:热流计法和温差法, 热流计法是通过测定单位面积内热流量的损失来加和计算, 从而求得整个窑体的表面散热。热流计法在实际操作中会遇到窑体某些部位测试人员不方便到达等弊端, 因此在实际应用中, 我们主要是使用温差法进行测定, 温度通过红外测温器可以很方便测得整个窑体各个部分的点温度, 选取温差稳定的一片区域作为一个计算单位 (通常温差在3℃~5℃左右为宜) , 通过测试表面温度与环境温度的差值, 再通过查表资料等获得相应处材料的比热, 就可计算出该区域的散热损失, 再将各个区域散热值相加即可求得整体窑体散热损失。
1.2.10 送排风机散热损失
热风的输送以及烟气的排除是通过风机辅助完成的, 热风在通过风机的同时会通过传导传热将热量传递给风机, 通常风机是由金属构成的, 金属的传热能力是很强的, 因此单位时间内散发损失的热量也是不容小视的, 计算这部分热损失需要查出风机型号, 计算其表面积, 再通过风机表面材料的比热及温度来计算其热损失。
1.2.11 其他热损失
由于设备及人为因素, 在热平衡测试中, 多少会有误差, 并且存在一部分不可探测的热损失, 我们把这部分热损失称为其他散热损失, 其计算方法是用总热量输入减去热量支出的可探测计算部分, 减后剩余的既为其他散热损失, 通常这部分热量应占到总支出热量的5%左右, 最大不得超过10%, 如果计算结果显示其他散热损失量占总热量收入超过10%, 那么在热量支出计算环节可能存在遗漏或者计算错误的情况, 应重新检查核对。
1.3 热平衡综合汇总情况
在烧结墙材制品热平衡测试中, 我们把热量支出部分的砖坯内水分消耗热和化学反应热称为有效热量, 评价一个窑炉的热效率则看有效热占总收入热量的比值, 最后转化为百分比单位既可, 对于窑体热耗指标评价则用单位时间内热量总收入除以单位时间内烧制成品砖质量即可求得单位产品能源消耗值 (kgce/t) 。
窑体热平衡热效率计算结果汇总见表1, 其直观反应了各项热量收入、支出所占的比重, 方便对窑体进行技改, 以及检查维修。
2 热平衡、热效率计算结果汇总表
热平衡、热效率计算结果汇总见表1。
平衡点法压井计算与应用 篇8
平衡点法压井适用于井内钻井液喷空后的天然气压井,要求井口条件为防喷器完好并且关闭,钻柱在井底,天然气经过放喷管线放喷[1,2]。这种方法是一次循环法在特殊情况下压井的具体应用。
此方法的基本原理即是钻井液喷空后的天然气井在压井过程中,环空存在一“平衡点”[3]。所谓平衡点,即压井液随气体上返到一定程度时,井口套压加上气液两相流所产生的压力刚好能够平衡地层压力[4]。当到达平衡点之后,继续循环,逐渐降低套压,直到环空充满压井液,套压降为零。
1 压井基本参数及其计算
1.1 地层压力计算
1.1.1 放喷过程井底压力计算
基本假设:
1)以井口为计算起点,沿井深向下为Z的正方向,与气体流动方向相反;
2)忽略动能压力梯度。
则气井放喷过程中,压力梯度方程为:
放喷时,任意流动状态下的气体流速可表示为
将气体密度公式和式(2)代入式(1),得到
分离变量得到放喷过程井底压力为
式(4)中s为指数系数,D为当量直径,具体表达式如下:
式中:ρg为天然气密度,kg/m3;g为重力加速度,m/s2;f为T,P下的摩阻系数;v为任意位置流动状态下的气体流速,m/s;D为井眼当量直径,m; vsc为气体放喷过程中的流速标准状态下气体流速,m/s;Bg为气体体积系数;qsc为标准状态下气体产量,m3/s;T为该井眼任意位置处的温度,℃;p为该井眼任意位置处的压力,MPa;Z为气体压缩系数;γg气体相对密度;
1.1.2 地层压力计算
压井过程,就是要使井内液柱压力平衡地层压力,要确定压井液的密度必须首先确定地层压力,根据二项式产能公式[5]来计算地层压力为:
Pp2-Pb2=Aqsc+Bqsc2 (5)
求出地层压力之后,即可求出压井液密度。
式(5)中:Pp为地层压力,MPa;Pb为井底压力,MPa;k为地层渗透率,md;rw为井底半径,m;re为气层半径,m;β为速度系数m-1;
1.2 压井排量确定
钻井液喷空后,需要迅速建立井内压力平衡,在开始压井,到达平衡点之前,要用最快速度阻止气体侵入,因此,开始压井之后可以用允许的最大排量。一般情况,平衡点法压井排量应以在用缸套下的最大泵压来计算。当压井液到达平衡点之后,为了减小设备负荷,可采用正常压井排量循环[6]。
1.3 平衡点计算
1.3.1 平衡点气液两相流模型
在压井液到达井底之后,进入环空中,环空开始呈现气液两相流动状态。此后环空液体逐渐增多,因此环空井底压力逐渐增大,气体侵入量渐渐减少。因此,计算平衡点时间时,压力关系式为:
式(6)中:Pao为井口套压,MPa;Pf为环空气液两相流所产生的井底压力,MPa。下面具体研究Pf求法。
在给定时刻,环空气液两相流动满足一维稳定管流,因此利用一维稳定管流压力梯度基本方程来计算任意时刻环空井底压力:
由于环空井底压力不断增加,此后,气体侵入不断降低,在这个过程中应当使用达西定律来计算气体侵入量。应用Amoco公司的Nichens等人建立的气体侵入流量公式来计算气体在压井过程中的溢流量,其表达式如式(8)。
在平衡点压井过程中,到达平衡点之前,Qg和井底压力是一个相互影响的过程,环空进入压井液之后,Qg降低,Qg降低之后,环空含气率,混合密度都会发生变化,从而又使井底压力增加。因此,要用到数值方法来进行求解。
式(8)中:h为气层厚度,m;μg为地层气体黏度,Pa.s;c综合压缩系数,Pa-1;t溢流时间,s;vm为气液混合物流速,m/s;ρm为气液混合物密度,kg/m3;α为井斜角;ϕ为孔隙度;rw井底半径,m。
1.3.2 模型求解
(1)确定初始和边界条件
到达平衡点之前,井底压力为气井放喷时的井底压力,气井气侵量即为放喷时的产量。刚刚达到平衡点,井底压力刚好等于地层压力,气侵量为零。因此可以得到初始条件和边界条件为:
初始条件为:
; 边界条件为
。
方程求解过程中,时间和空间都是影响因素,因此取时间间隔Δt为不变的步长,Δz为井深步长,应用以上的初始和边界条件,即可求解。
式中:Pb0为放喷时井底压力,MPa;Qg0为气井防喷时的产量,m3/d。
(2)计算流程
1)根据在用缸套直径计算出最大压井排量;
2)计算钻柱、环空、井筒容积,并且根据钻柱容积和压井排量计算出压井液到达井底时间;
3)根据天然气放喷量确定地层压力,并且确定压井液密度;
4)节点序号用i表示,ti时刻,选取压力增量ΔP和空间步长Δz0;
5)计算此时气体和液体流量Qg和Ql,表观流速vsg,vsl以及混合物流速vm和各种无因次量,并判断流型;
6)计算相应流型下的持液率、混合物密度、摩阻系数和压力梯度(dp/dz)i,Δzi;
7)若|Δzi-Δz0|/Δzi<ε(误差),则下一步计算,否则令Δz0=Δzi重复计算回到第四步;
8)计算出井底压力,如果Pb<Pp则i=i+1,回到第(4)步继续迭代计算直到Pb=Pp,后计算出平衡点时间;
9)改变排量,继续压井,直到套压为零,压井结束。
2 压力变化分析
套管压力有两个变化阶段,第一阶段为到达平衡点之前,在这个过程中,通过施加井口回压,使环空气液两相流能够迅速地平衡地层压力,防止更多的气体侵入。这个过程中,套压始终是不变的。在达到平衡点之后,气体不在侵入,液体不断泵入平衡地层压力,因此套管压力在降低直到压井液充满整个环空,套管压力将为零。
立管压力变化主要分三个阶段,第一阶段,由于气井为空井,在压井液到达钻头之前,立管压力不断降低。第二阶段,压井液到达环空,形成环空气液两相流,立管压力不断增大,当整个井筒充满压井液之后,立压即为循环压力。
3 平衡点法压井实例计算
某井井深2 010 m,井径311 mm,钻杆外径127 mm,钻杆壁厚18.4 mm,钻井液密度1.12 kg/m3,地热增温率41.5 m/℃,井口温度20°,井口放喷压力5.5 MPa,天然气相对密度0.6,天然气放喷量2 237 233 m3,井口承压力15 MPa,井口套压10 MPa,气层半径为5 000 m,气体黏度20 mPa.s,套管鞋处破裂压力梯度0.016 MPa/m,地层综合压缩系数6×10-5 MPa,钻头未装喷嘴。
笔者通过编制程序计算了平衡点法压井的部分参数,并与该井现场相关记录数据进行了对比,对比情况如表1。
表1数据表明,编制软件结果与现场结果数据基本吻合,模拟计算过程具有很强的实用性。
根据软件绘制出了该井平衡点法压井过程中的套管压力和立管压力理论变化曲线。
4 结论与建议
(1)平衡点法压井是一种气井喷空后很安全,易操作的压井方法。气井喷空后,应当立即进行相关计算,为平衡点法压井做好准备。
(2)在计算到达平衡点时间时,必须从气液两相管流计算井底压力,否则将产生较大的误差,不利于平衡点压井的具体施工操作。
(3)在实施平衡点法压井时应综合考虑井口、套管、 地面管汇、地层破裂压力、等因素,在保证各方面安全的前提下实施,施工中要注意压井排量并准确记录套管压力的变化,防止压漏地层或损坏井口设备等复杂事故的发生。
参考文献
[1] Watson D,Brittenham,T.Advanced well control.Richardson,Tex.:Society of Petroleum Engineers,c2003
[2]郝俊芳.平衡钻井与井控.北京:石油工业出版社,1992:172—188
[3]雷宗明,林安村.气井泥浆喷空后的压井.石油钻井工程,1996;(3):85—90
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平衡计算 篇9
工程建设中, 常常需要根据工程规划要求将某些特殊地形的自然地貌改造成一个水平的或者有一个或几个梯度的场地, 以满意实际应用。地形的复杂程度直接关系到工程的总造价。而不同的土方平衡计算方法又会使工程造价有些许差异, 这就容易引起工程方面的经济纠纷。因此, 合理的土方平衡设计方案, 准确科学的计算方法显得到关重要。下面就以海岛补充耕地易地开发项目为例, 浅谈一下特殊复杂条件下土方平衡计算。
1地形分析
该实例属典型岛屿复杂多变地形, 表面砂层, 东高西低, 中间一条凸出背脊, 从东向西呈“W”形, 地势以东北方向为圆心由东南方向正北方弯曲成平摆的“香蕉”的形状。田块的开发改良要求是覆盖住1.3m-8m厚的细粒砂层并且在东、西、北三个方向均留置植林防护区。
2施工分析与土方量计算
为达到耕地易地改造的效果, 我们对地块需要进行砂面平整、 土方挖运、填调配工程三个方面进行施工。具体分取土场的施工、临时施工通道的修筑、田地块的施工等几个环节进行设计。
采用方格网法进行计算。其原理是将施工现场划分为若干个尽量与测量的纵横坐标网对应的方格, 以每个方格为单位, 根据其顶点的高度与设计高度进行对比, 低的进行填平, 高的部分进行挖运。 根据方格四个顶点的挖填的平均加权值及方格的面积来计算土方量。
当同一方格网内既有挖方又有填方时, 首先把找进方标边缘上的零点位置。
零点的位置按下式计算
式中x1、x2-角点至零点的距离 (m) ;
h1、h2-相邻两角点的施工高度 (m) , 均用绝对值;
a-方格网的边长 (m) 。
如图1所示, 将方格网边缘上的零点位置连起线, 就得到了挖方区与填方区的分界线。
2.1 取土场的施工
2.1.1取土场的选址
根据实际地形地貌, 改良后的田块由北往面的耕作面高程从低往高, 因此施工由北面开始。
取土场则选取东面和西面砂层较薄的位置, 为便为施工, 东西面各细分出区域, 先由推土机推开表层砂面再进行挖土。
2.1.2土场可开挖深度的确定
为了减少运输工作量, 需要合理选择取土区。先由挖土机在规划区域挖取多个探测坑。然后将各个坑的挖掘深度进行加权平均来算出该区域的可挖深度和可挖面积。
2.1.3取土总量的构成
根据现场地形, 取土总量=田块填土方量+施工道土方量+田间道土方量+生产道土方量+蕉园填土方量。
其中, 田块填土方量= (田块面积-蕉园面积) ×施工深度。
2.1.4取土工程量的校核
计划取土面积=取土总量/可开挖深度
实际可取土面积等于各个取土区域面积之和
实际可取土总量=各取土区域取土量之积
其中, 每个区域取土量=取土面积×可开挖深度
当实际可取土面积大于等于计划取土面积, 实际可取土总量大于等于计划取土总量, 该取土方案可行。
2.1.5取土场的施工设计
在东、西面各选取一个取土区, 先用推土机将表层砂推开, 堆放到东、南、西面, 留出与田块距离最近的北面运送田块填土, 这样以减少运距, 节省施工成本。当取土区取土完毕, 再将堆放在东、南、西面的表层砂回填到土坑中。
2.2 临时施工通道的修筑
2.2.1临时施工通道的设计
由于施工现场的地表高低不平, 低凹处由取土场挖土、运土平衡, 高凸需要挖运大量砂土用来回填土坑, 这两种施工共用一条施工通道。因为两种施工同时进行, 所以施工车辆较多, 对于施工通道建筑宽度的设计应充分考虑安全问题。
2.2.2临时施工通道所需土方量的计算
施工通道土方量=施工道总长度×施工道填筑宽度×填土厚度
对于施工道填筑的土不需要进行回收, 在运砂填坑时分段填埋, 从而达到节省成本的效果。
2.3田地块的施工
2.3.1田地块施工设计
对于田地块的施工, 首先建造砂平台用来堆填取土坑挖出来的土方量, 然后将进行取土场取土、田块填土、田块的整平、运砂来回填土坑, 最后砂面进行平整。
该施工工序自北向南逐段进行, 每一个工序的循环, 砂平台的制造都是第一个步骤。砂平台的采用避免因取土场中的土方被超前挖出而堆放在已经经过平整的田块上, 而引起的土方再次被转运或者需要增加推运的工序, 不仅减少了工作量, 还加快了施工进度, 很好地控制了工程成本。
在对田地块的施工过程中, 需要对两个方面进行很好的控制, 从而保证施工改良效果, 即砂面平台高程控制、填土厚度的高程控制。
2.3.2砂面平台高程控制
根据方格网法的计算原理, 将施工区域划分根据施工需要划分为若干个区域, 其中低于设计面高程的区域称为填方区, 高于设计面高程的区域称为挖方区。
首先根据地形规划田块方格网点, 然后进行测量放样。用木桩标记每个田块方格网点。采用水准仪进行多次测量, 确保每一个桩点的标记高程与设计要求相符。
对于砂面平台高于设计高程填方区, 用推土机刮平;对于低于设计面的挖方区, 用推土机堆高再刮平, 经过平整后的砂平面不应该留有凸突的砂埂痕迹。
2.3.3填土厚度的高程控制
对于填土厚度的高程控制好坏直接影响施工效果, 因此, 在土方填筑到第三层前, 一定要及时恢复田块高程方格网控制点的标杆作用。每个田块都要使用木桩标记清楚对应田块桩号及土面高程, 以便于对该田块的填土厚度和田面平整高程进行控制。其计算方法如表1所示。
填土高程不能够满足设计要求的部分, 汽车要继续往该区域倒土。达到设计要求后再使用推土机进行推平压实。
2.3.4田块耕种附带部分的施工
田块耕种附带部分包括田间道、生产道、斗渠、农渠、斗沟、农沟, 对这部分的施工要等到田块完成填土后, 在确保不影响施工运输车辆正常作业的前提下进行。
其中, 田间道土方量=田间道长度×平均宽度×路面厚度
生产道土方量=生产道长度×平均宽度×路面厚度
2.3.5砂面土方平衡计算
依据以上施工设计, 在充分考虑到实例中地形的独特性即填方区并没有天然的可以直接补填的“虚位”, 而且施工顺序要求必须由北向南逐段推进。因此, 通常的调配计算方法在这里显然不能够适用。
对于砂面土方平衡计算依照“最小元素法”与施工次序以及施工方法相配合的原则进行。
其中, 填方区的容积=原地形方量+取土坑填方量
推填总工程量等于挖方区总容量减去填方区总容量。当推、填总工程量运距大于80m时, 该工程量则作为外运砂工程量。
3结束语
不同的施工环境, 不同的施工设计, 使用的计算方法不同, 对于计算精度和施工速度的影响作用很大。当精度要求较高时, 可以用不同的计算方法进行分析对比, 从而得到更为理想的结果。因为土方量计算产生的分歧引发的纠纷一直困扰着工程施工。这就要求我们在实际工作中, 不断积累宝贵的经验, 合理设计、科学计算, 做到快速、高效、合理的评估土方量、平衡土方量, 把好工程实施的第一关。
摘要：土方平衡计算作为土地整理项目中的一项重要工作, 其计算过程直接决定工程造价的高低, 其设计合理性对于施工总造价及工程是否能够顺利实施起着至关重要的作用。土方平衡计算的复杂程度取决于需要改良的自然地貌。地形简单, 面积不大则土方平衡计算比较简单, 而一些地形复杂并且地物地貌变化众多的情况, 土方平衡计算的设计都复杂很多, 计算过程则较为复杂。同样一个地形, 设计不同, 工程量便不同, 工程造价也会有很明显的差距。这就需要我们因地制宜地去把握施工中的每一个细节, 合理设计、节约成本。
关键词：土方量,方格网法,平衡计算
参考文献
[1]张亚峰, 宁甜甜, 姚尧, 等.利用土方平衡确定设计标高的方法研究—以曲阜春秋华庭小区为例[J].华中建筑, 2012 (5) :124-125.
[2]张光辉, 吴珊瑚, 宋金良.利用高压水射流切割技术和旋喷注浆技术进行建筑物纠偏与加固实例分析[J].建筑技术开发, 2000 (4) :248-249.
[3]周启明, 许海岩, 许利捷, 等.土石方估算方法在市政BT项目中的应用[J].建筑技术开发, 2015 (8) :547-578.
[4]张亚峰, 宁甜甜, 姚尧.利用土方平衡确定设计标高的方法研究—以曲阜春秋华庭小区为例[J].华中建筑, 2012 (5) :124-154.
平衡计算 篇10
一、重力轴垂直滑板平衡装置作用
1. 提高重力轴运动的稳定性
在数控机床动态运动时, 提供与重力轴垂直滑板重量相等的平衡力, 减少了驱动伺服电机的驱动负载电流, 重力轴运动稳定性提高。一般重力轴垂直滑板上都安装主轴部件, 变速齿轮箱和主轴电机。若是五坐标数控机床, 还要加装AB摆角齿轮齿条传动机构或AC摆角蜗轮蜗杆传动机构。同时, 垂直滑板也要有足够的强度和刚性, 来保证加工过程的稳定性, 因此重力轴垂直滑板自身很重, 而且随重力轴垂直滑板向上升高, 其向下重力势能也就越大。故驱动重力轴的伺服电机的负载电流随着重力势能的变化而变化, 以产生足够的转矩, 以防止重力轴垂直滑板自由下滑。
在数控机床动态运动时, 特别是重力轴快速上下移动时, 产生的重力势能变化较大, 由此重力轴伺服电机的负载电流变化逆差也较大, 极易引起伺服单元和伺服电机过载报警和过流损坏。通过重力轴平衡装置, 可以抵消重力轴垂直滑板因位置差而带来的重力势能差, 极大减轻伺服电机的驱动负载电流, 提高了重力轴运动的稳定性, 减低对驱动伺服系统的配置要求。
2. 静态时防止重力轴滑板下滑
在数控机床静态停止时, 锁住重力轴垂直滑板的滚珠丝杠, 防止滚珠丝杠向下反转导致重力轴滑板自由下滑。为实现高精度和快速响应的加工速度, 数控机床均采用高精度的滚珠丝杠代替普通机床的梯形丝杠, 使主要直线运动机械传动部件由滚动摩擦代替滑动摩擦。但因滚珠丝杠螺旋升角>45°, 即滚珠丝杠轴向分力大于径向分力, 而不能像梯形丝杠那样可以实现静态自锁, 若无其他锁紧装置时, 易导致重力轴滑板下滑。故在数控系统闭电时, 采用电机抱闸或机械式气液抱闸等锁紧装置来锁住重力轴垂直滑板的滚珠丝杠。但在数控系统通电时, 重力轴随时都因加工程序要求而运动, 故电机抱闸或机械式气液抱闸等锁紧装置处于打开状态。此时, 只有依靠伺服驱动电机根据实际位置, 输出不同的转矩来克服重力轴滑板对滚珠丝杠的上下轴向驱动力, 保持重力轴滑板停在指定的垂直位置。通过重力轴平衡装置可以抵消重力轴滑板对丝杠的上下轴向驱动力, 从而减少伺服驱动电机静态负载和电流。
二、重力轴垂直滑板平衡装置形式
1. 链式重锤平衡装置
中小型三坐标立式加工中心, 因重力轴滑板质量不大且切削力不高, 一般采用链式重锤平衡。在立式加工中心Z轴床身后面悬挂一个与Z轴重力滑板重量约等的铸铁块, 二者用两根链条相连, 通过安装在Z轴床身顶部的链轮作为支撑和传动部件, 当Z轴伺服电机驱动Z轴重力滑板上下移动时, 悬挂的铸铁块与之反方向联动, 如杠杆般使两端悬浮平衡。链式重锤平衡装置是一种非常经济耐用且故障率低的平衡形式, 如图1所示。
2. 液压补偿平衡装置
对于重力轴滑板自身很重 (AB大摆角五坐标数控机床) 且为矩形镶钢贴塑导轨结构, 低速重载的数控机床上, 一般采用液压补偿平衡。液压补偿平衡系统由液压站, 液压平衡油缸, 蓄能器组件, 液压平衡补偿组件构成。液压平衡装置又分开式液压平衡和闭式液压平衡两种。目前, 闭式液压补偿平衡系统中广泛采用蓄能器, 按结构和应用场合不同分为皮囊式蓄能器, 活塞式蓄能器, 隔膜式蓄能器。开式液压平衡系统中, 广泛采用变量液压泵, 行程凸轮样板和可调溢流阀组合。二者的区别是蓄能器的容积大小和液压站是否始终运转工作。液压补偿平衡系统的平衡结构复杂, 且需定期检查和补偿液压值。结构简图见图2。
3. 大功率伺服电机直接带动重力轴工作形式
随着大功率伺服电机应用和伺服控制单元价格的下降, 某些机床生产厂家取消了重力轴垂直滑板上的平衡装置, 采用大功率伺服电机直接带动重力轴工作, 但主要应用在重力轴滑板自身不是很重且为直线滚动导轨结构, 高速轻载有电主轴的数控机床上。此类装置, 故障点多为伺服单元过流损坏和伺服电机的过载报警。
三、闭式液压补偿平衡系统计算和调试
一台五坐标AC摆角动龙门数控铣床, 重力轴滑板为Z坐标。已知垂直滑板和辅助部件重2t, 主轴部件重0.2t, 变速齿轮箱及主轴电机重0.5t, 摆角传动机构重0.5t。重力轴垂直滑板运动距离为800mm。快速进给速度10m/min。采用节能且可靠性好的闭式液压平衡系统, 选用两个单作用柱塞式液压缸分装在重力轴滑板两侧与之联动, 以提供液压补偿平衡力, 活塞杆直径36mm, 工作行程1000mm。结构可参考图2。
1. 重力轴液压补偿平衡压力的计算
(1) 重力轴垂直滑板重量计算。计算后, 整个重力轴垂直滑板装置重 (五坐标AC摆角) 3.2t。
(2) 液压平衡油缸压力计算。因为选用单作用柱塞式液压缸, 活塞两个方向作用力基本相同, 计算后, 平衡油缸有效作用面积10.173×10-4m2, 平衡油缸最小压力≈15.4MPa。
2. 液压平衡中的液压压力实际校对调整
将重力轴滑板移动到Z坐标工作行程上顶端, 用木块将重力轴滑板可靠支撑。把垂直驱动的滚珠丝杠副与重力轴垂直滑板脱开, 将百分表表针顶在重力轴垂直滑板下端, 对表调零, 以便观察重力轴垂直滑板向上顶的微小轴向移动。
启动液压系统, 利用控制液压动力泵出口压力的可调溢流阀, 逐渐增大液压平衡系统压力, 至前面计算的液压平衡油缸压力15.4MPa, 观察百分表表针没有发生变化, 说明计算值有误差。缓慢继续增大液压平衡系统压力到16MPa时, 顶在重力轴垂直移动滑板下端的百分表表针有0.05mm的向上移动量, 说明液压平衡系统中的实际液压压力至少为16MPa时, 才能为重力轴垂直滑板提供向上平衡力。按上述过程, 将重力轴滑板移动到Z坐标工作行程下顶端, 实测液压平衡油缸最大压力20MPa。
3. 蓄能器作用与工作原理
(1) 蓄能器的作用。蓄能器是闭式液压补偿平衡系统中的重要液压部件, 因为同重力轴垂直滑板相连接的液压平衡油缸, 随着重力轴滑板的上下移动位置不同而产生的重力不同, 必然同步引起液压平衡油缸工作容积和油液压力的不同变化, 即有压力差。因而在液压补偿平衡系统中, 要求有随重力轴垂直滑板行程内不同位置而产生不同压力要求的液压调节装置。但在密闭的液压补偿平衡系统中, 油液实际上是不可压缩的, 即不能储存液体压力能。故无法释放和补偿因重力轴滑板的上下移动而产生的液压平衡油缸油液压力差和容量差, 因此借助液压蓄能器来完成这一工作。
(2) 蓄皮囊式蓄能器的结构和工作原理。皮囊式蓄能器外部是由焊接或锻造而成的压力容器, 内部由油液和作为气密隔离件的皮囊构成。气体和液体被皮囊隔开, 皮囊里充氮气作为可压缩工作介质, 来储存液体。
皮囊周围的油液与密闭的液压回路接通, 重力轴滑板向下移动, 液压平衡油缸工作容积变小, 多出来的油液从平衡油缸被挤入皮囊式蓄能器油液部分, 进而压缩皮囊部分的气体体积, 来实现储存液体压力能的过程。因此, 液压补偿平衡系统中压力表所示油液压力, 会随重力轴滑板逐渐向下移动而逐渐增高。当重力轴滑板向上移动, 液压平衡油缸工作容积变大, 油缸内所需油量变大, 之前被压入蓄能器的油液会因皮囊部分产生的弹力, 将油液顶回液压补偿平衡系统中。此时, 液压平衡系统中压力表所示平衡油液的压力, 会随重力轴滑板逐渐向上移动而逐渐降低。
4. 蓄能器容量的计算
(1) 平衡油缸排油体积=垂向滑板运动距离×平衡油缸有效作用面积≈1.63L。
(2) 设蓄能器预充压力时的温度Tmin=25℃, Tmax=45℃。平衡油缸最小工作压力Pmin=16MPa, 最大压力Pmax=20MPa。蓄能器预充压力Ptmax=0.9×平衡油缸最小工作压力Pmin=14.4MPa。
(3) 在Tmin时, 蓄能器预充压力Ptmin=13.18MPa。
(4) 蓄能器理想气体容积V0=平衡油缸排油体积÷{ (Ptmin÷Pmin) 0.714- (Pmin÷Pmax) 0.714}=9.2L。
(5) 计算压缩比, 查修正系数Ca。Pmax÷Pmin=1.25, 查修正系数Ca=1.27。
(6) 计算实际气体容积V。V=蓄能器理想气体容积V0×修正系数×泄漏修正系数≈15.2L。根据样品手册选20L, 压力25MPa的蓄能器。
5. 液压补偿平衡系统中电机负载电流和液压压力调整要求
为达到理想的重力轴垂向滑板平衡运动配置, 必须将重力轴垂直滑板在其行程内连续运动, 综合调整电机负载电流和液压压力, 以保证其同步合理变化。
(1) 正方向 (I1和I4) 必须大于负方向 (I2和I3) 的电流值。若负方向的电流值大于正方向的电流值, 可能是液压平衡力过大, 造成电机用较大的负载电流才能克服液压上浮力使滑板向下运动。若液压平衡压力产生的液压上顶力超过了电机负载时, 会造成重力轴垂直滑板在移动中产生向上的不正常偏移, 引起重力轴垂直滑板伺服电机监控轮廓误差过大报警及伺服单元错误报警, 并使刀具在垂直方向无规律抬高, 工件加工后垂直方向尺寸误差增大, 即有失动的影响。
(2) 行程上下端点处正反方向轴移动的电流差值 (I1-I2, I3-I4) 应尽可能小。若其电流差值较大, 可能是液压平衡压力值过小或液压平衡元件 (蓄能器、变量液压泵或可调溢流阀) 调整或容量选型错误或损坏, 也极易引起重力轴垂直滑板伺服电机监控及伺服单元频繁报警。应缓慢提升液压平衡压力值, 使正反方向轴移动电流差值在0.3~1A即可。若液压平衡元件调整或容量选型错误或损坏, 应准确找到问题, 重新设计和更换故障液压元件。
(3) 行程上下端点液压平衡压力的差值 (M2-M1) 应在合理的范围内变化。定义行程上端点处液压平衡压力值为M1, 下端点处液压平衡压力值为M2。一般压力差值 (M2-M1) 的合理变化范围在0.8~4MPa。若压力差值<0.3MPa, 在闭式液压平衡系统内是因为蓄能器氮气压力不足或损坏, 蓄能器失去液压平衡力调整功能;在开式液压平衡系统内则因为变量液压泵变量架构损坏或行程凸轮样板和可调溢流阀组合机构失灵。若压力差值>0.4MPa, 在闭式液压平衡系统内是蓄能器设计容量不够, 满足不了液压平衡压力蓄压容积的要求, 需在原蓄能器基础上再并联一个足够容量的蓄能器即可解决此问题。在开式液压平衡系统内则是变量液压泵变量机构设置不正确或行程凸轮样板和可调溢流阀组合机构相关位置不正确。
6. 综合调整实例
仍以上文所述的五坐标AC摆角动龙门数控铣床为例, 将驱动伺服电机安装在垂直驱动滚珠丝杠上并与重力滑板牢固连接。移去支撑物, 将电流表连接在电机电源上, 检测并记录电机在垂直滑板行程上端和上端时的各自正反运动方向的启动电流, 记录相关数据。
行程上端, 正方向电流值I1=16A;负方向I2=6.18A, 液压平衡压力值M1=16MPa。
行程下端, 正方向电流值I3=6.2A;负方向I4=6.4A, 液压平衡压力值M2=20MPa。
如果数控系统是SIMENS 840D, 则可在数控系统中通过页面路径Start up→Machine data→Drive MD, 调出MD参数来监控电机绝对电流。
1719$MD-ABS-ACTUAL-CURRENT (反应电机绝对实际电流)
1722$MD LOAD (反应电机负载率)
进行驱动伺服电机的调整, 结果同上。
四、结论
重力轴垂直滑板补偿平衡装置调整和种类的开发, 对数控机床的静态摩擦重力的控制和动态运动响应效果的影响很重要。尤其在重载大型卧式数控镗铣床的加工过程中, 滑枕镗轴的自重挠度补偿平衡系统的好坏, 直接影响零件加工精度的高低。文中根据多年实践经验, 只是论述了大型立式数控机床的闭式液压补偿平衡系统的结构和计算。对于有自重挠度平衡和温度补偿的双重多维因素的研究和应用, 需从机械、液压气动、电气控制、传感器反馈控制、计算机软件等多方面综合计算测试和试验调整, 方可实现良好的平衡补偿效果。
摘要：几种重力轴平衡应用形式和利弊。以结构复杂且多应用在大型数控机床的闭式液压补偿平衡系统为例, 论述重力轴滑板液压补偿平衡系统中, 液压平衡油缸压力计算、校对及蓄能器容量计算过程, 电机负载电流和液压压力综合调试过程和注意事项。
平衡计算 篇11
关键词:杠杆平衡原理 混合 稀释 配制 溶质质量分数的计算
溶液中溶质质量分数的计算是中考的一个重点,也是难点,尤其是溶液的稀释、浓缩、混合及配制等的有关计算。下面我将借用杠杆平衡原理以不变应万变,使之化难为易,供同仁参考。
一、理论推导
例:将Ag溶质质量分数为a%的某溶液与Bg溶质质量分数为b%的同种溶液相混合,计算混合后溶液的溶质质量分数。设混合后溶液中溶质质量分数为x%。根据溶液中溶质质量分数的计算公式可得:
形得:Ag·x%+Bg·x%=Ag·a%+Bg·b%
即Ag·(a%-x%)=Bg·(x%-b%)
如果我们把(a%-x%)看作动力臂,Ag看作动力,则(x%-b%)看作阻力臂,Bg看作阻力的话。见下图:
根据杠杆平衡原理:动力×动力臂=阻力×阻力臂可直接得出:Ag·(a%-x%)=Bg·(x%-b%)即可求出x的值。
杠杆图中的数据位置说明:杠杆的两端为混合前两溶液(或物质)的质量及其对应的溶质质量分数。杠杆的平衡支点为混合后溶液的溶质质量分数。若混合前其中一种物质是水,则把水的“溶质质量分数”看作O,若混合前其中一种物质是纯溶质,则把它的“溶质质量分数”看作100%。这样利用杠杆平衡原理,即可解决与溶质质量分数有关的各种计算。
二、实例说明
1.有关溶液混合的溶质质量分数的计算,用溶质质量分数为10%的KNO3溶液和溶质质量分数为50%的KNO3溶液相混合,配制20%的KNO3溶液100g,需各取多少克?解:设需50%的KNO3溶液的质量为x。则10%的KNO3溶液的质量为(100g-x)
由杠杆平衡原理可得:
x·(50%-20%)=(100g-x)·(20%-10%)
解得:x=25g
则100g-x=100g-25g=75g答:略。
2.有关溶液稀释的溶质质量分数的计算,例2把50g溶质质量分数为30%的H2SO4稀释成溶质质量分数为10%的H2SO4溶液,需加水多少克?解:设需加水的质量为x,(把水的溶质质量分数看作0来计算)
由杠杆平衡原理得:
50g×(30%-10%)=x·(10%-0)
解得:x=100g答:略。
3.有关溶液浓缩的溶质质量分数的计算,例3把50g溶质质量分数为20%的H2SO4溶液恒温蒸发浓缩后,其溶质质量分数变为70%,则需蒸发掉多少克水?分析:溶液浓缩相当于浓缩后的溶液加水稀释成浓缩前的溶液。同样可以用杠杆平衡原理来解决。解:设需蒸发掉水的质量为x。
由杠杆平衡原理得:
(50g-x)×(70%-20%)=x·(20%-0)
解得:x=250÷7g≈35.7g答:略。
4.有关溶液配制的溶质质量分数的计算,例4某同学用15%的NaNO3溶液与NaNO3固体配制1000g32%的NaNO3溶液。问:①应取15%的NaNO3溶液多少克?②该同学取NaNO3固体多少克?解:设该同学取NaNO3固体的质量为x(把NaNO3固体的溶质质量分数看作为100%)。则取15%的NaNO3溶液的质量为(1000g-x)。
由杠杆平衡原理得:x·(100%-32%)=(1000g-x)×(32%-15%)
解得:x=200g则1000g-x=800g答:略。
平衡计算 篇12
随着我国经济快速发展, 传统粗放型的经济增长方式使得我国资源短缺的矛盾越来越突出, 能源压力越来越大。走中国特色新型工业化道路、大力发展循环经济、提高资源利用率, 是解决当前我国资源、环境对经济发展制约的必由之路。
陶瓷行业是一个能耗较高的行业, 用于干燥和烧成工序所耗燃料的成本所占的比例约80%以上。虽然隧道窑热效率较高, 但它仍是陶瓷工业的耗能大户。自隧道窑在国内使用以来, 窑炉热工人员在隧道窑的节能技术方面做出了不少成绩, 推动了我国陶瓷工业的发展, 但是与当今世界先进水平相比仍有一段距离。[1]
1 分析某泡沫微晶玻璃隧道窑的热平衡表
1.1 热收入项
由预热带及燃烧带中的热收入项可以看出, 燃料的化学显热这一项所占的比例很大, 而其他各项所占的比例要小得多。因此要想在热收入总量不变的情况下, 增加除燃料的化学显热之外的各项热收入, 即可降低燃料消耗量, 达到节能的目的。
1) 坯体带入的显热
在产量一定的前提下, 增加坯体的带入显热可以提高坯体的入窑温度。目前坯体入窑之前会进行干燥, 而这部分热量可以源于烟气带走显热和抽热风带走显热。但是坯体本身的结构与产品的烧制工艺的不同一定程度限制了干燥技术。
2) 助燃空气带入显热
助燃空气的来源一般就是窑炉车间的室温空气, 要增加此项的显热无非是提高助燃空气的温度, 而这部分的热源可以源于烟气的余热以及冷却带抽出的热风。
3) 硼板、立柱等带入的显热
增加硼板、立柱等带入的显热是作为坯体的运载体对于隧道窑的整个烧成来说节能降耗的意义不是很大。
4) 气幕显热
气幕是隧道窑横截面处, 由窑顶以及窑墙处喷射的气流进入窑内, 形成气体的帘幕。此项的显热提高一般是利用冷却带抽出的热风温度, 这样会受到冷却带的热风量和温度的限制。
1.2 热支出项
由预热带及燃烧带中的热支出项可以看出, 烟气带出显热、窑车蓄热和散失热量占总支出热量的比例最大。
1) 烟气带出显热
由于烟气的载能体为气体, 并且属于烧成中的余热是方便回收利用的;
注:原始资料为:炉型, 隧道窑炉;用途, 坯料热处理;产品, 泡沫微晶玻璃;产量, >7600块/年;年工作日, 180天;燃料, 天然气Qnet.ar=36000KJ/M3;胚体入窑水分, 2.2%;烧成周期, 自定20 h;烧成温度, 1200℃;烧成合格率, 95%;
另一方面可以通过降低它们从烧成带带出的显热量。
2) 窑车蓄热和散失热量
优质耐火材料的合理选用可以调整窑车蓄热和散失热量[2]。
当产品进入冷却带时, 预热带和烧成带的产品带走的显热支出项转变为冷却代的热收入项, 也就是说在热收入项中所占的比例越大, 在冷却带中所需的冷风量越多, 时间就越长, 这对缩短产品周期、提高产量的经济性是不利的, 对于冷却产品所需电能的增加也是违背了节能的宗旨。
对热平衡表分析:热收入基本与热支量相差不大, 然而总的热量支出超过热量的总收入, 其原因是窑底冷风所带入的热量大于当前所计算的结果, 从表2中可以看出抽热风带走的显热占总热量支出的74.58%, 占有相当的比重, 为了节省能源的消耗可以从此项入手, 可以利用抽热风带出的这部分余热用它干燥坯体原料。
1.3 小结
从我国陶瓷生产企业的经验来看, 对旧型窑炉改造结合国内发展政策, 与自然和谐发展。我国窑炉工作者近十年对国外先进窑炉的吸收、同化与创新, 对隧道窑的节能技术方向有了更深的认识, 陶瓷隧道窑的节能应该从烧成工艺、结构、燃料的选择、燃烧的技术、余热的利用以及自动化技术的结合。综合考虑各类节能渠道才能使我国隧道窑的技术有着质的飞跃。
2 对隧道窑节能的探索
2.1 发展低温快烧
隧道窑是为陶瓷烧成而设计的, 能否高效的节能与制品的工艺有一定的关系。产品的产量与烧成周期为反比关系, 烧成所用的时间越短, 所获得产品的产量就越高, 制品所需要的能耗越低, 热效率越高。此外烧成温度的降低不但节约了大量的热量, 而且也能延长窑炉的使用寿命, 降低成本带来经济效益。
20年来, 我国陶瓷行业在采用低温陶瓷原料, 在节约能耗与缩短烧成周期方面, 取得许多成果, 当然也存在诸多问题等待解决。我国陶瓷企业产品烧成温度仍然普遍高于国外先进企业, 能耗及产品成本也高于国外同行。有许多实践证明了的成熟的工艺技术, 还没有大力推广与普及。
近年来, 相继开发与研制成功多种类的低温陶瓷原料, 随着低温快烧工艺水平的普及与提升, 我国陶瓷工业的整体素质与效益将有较大改观, 产品的竞争力必然会大大加强[3]。
2.2 窑体材料的优化
隧道窑对耐火材料的选用原则是根据耐火材料的常温性能和高温性能来选用耐火材料, 所选用耐火材料既要考虑到其隔热保温性能也要考虑到成本。
传统型的窑体材料特点是依靠加厚窑墙的厚度来达到保温隔热之目的, 适于现场砌筑的筑炉方式并且具有坚固耐用。一般为重质耐火材料, 如粘土砖、高铝砖和刚玉砖等耐火砖、硅藻土砖、轻质粘土砖等。
现代陶瓷隧道窑的一个发展方向为, 窑墙厚度薄、轻质化、隔热保温、蓄热量少、耐火程度高、安装方便。由于蓄热少, 便可节约燃料, 也可让窑内的温度均匀。然而这样也会带来负面的影响诸如:耐火纤维的粉尘、熔渣掉到制品上会污染制品, 影响到产品的美观质量, 这一问题的解决可以在耐火纤维的热表面涂一层耐火涂料给予保护。
2.3 高速调温烧嘴的运用
现代高速调温烧嘴的优点 (与传统的气体燃料烧嘴相比) :
(1) 燃烧室的容积热力强度非常高, 最高可以达2.1X108 W/m3, 由于高速调温烧嘴的燃烧室体积小, 必然散热量也较小, 燃烧热效率较高, 不但简化了窑体的结构, 而且节约了价格日益高涨的燃料, 对于发展高温窑炉技术与节能方面提供了有利的条件。
(2) 高速高压的烟气不仅能够带动窑内气体的循环流动, 也在整个窑内气氛中起到强烈的搅拌混合作用, 使得窑内的温度和气氛都非常均匀, 制品在这样的环境中均匀受热不但可以提升产品的质量与产量也有利于节省利用气幕、抽热风机等设备进行预热所耗的电量, 提高经济效益。
(3) 能够燃烧低热值的燃气。高速调温烧嘴属无焰烧嘴, 燃气与空气在烧嘴内进行“完全”燃烧, 对于较低热值的燃气也可燃烧。
(4) 烟气中生成的NOx含量较低。由于在高速烧嘴内燃料燃烧过程中氧气的浓度可以控制到最小需要量, 且在高温区的停留时间较短。高速的高温烟气喷入窑内大量卷吸温度较低的烟气以后其温度又迅速下降, 而且由于窑内烟气与制品的之间的热交换加强, 又使得烟气的温度进一步下降, 这些过程对于NOx的生成都有抑制作用。
(5) 节省燃料。高速烧嘴的燃烧热效率高, 燃烧室的体积小、散热量小, 且窑内温度均匀, 这样有利于消除窑内的过热部位, 减小窑体的蓄热损失和散热损失。同时在窑内, 温度均匀气流的强烈循环与搅拌作用又强化了烟气对制品的传热, 这样既可以实现安全快速的加热, 又可以降低烟气排出的温度, 因此使窑炉的燃料消耗量明显下降。
2.4 窑体结构的优化
隧道窑内的传热是由窑内压头对气体流动的影响产生的, 有益传热为烟气将热量以对流辐射方式传给制品两面, 制品再以不稳定导热方式向内部传递热量, 使产品烧结。无益传热是由烟气将热量以对流辐射方式传给窑体, 窑体以稳定导热方式传导给窑外壁, 外壁再以对流辐射方式传热给周边环境。
排烟系统及抽热风系统工作时, 预热带烟气应从下部抽出, 以提高下部气流速度, 使下部温度升高, 均匀上下温度。冷却带应从上部鼓冷风, 使上部气流速度大, 冷空气从上部流动, 使冷却均匀。但由于预热带负压操作, 从不严密处漏入冷风;上部拱顶空隙大, 阻力小, 几何压头作用大, 窑车吸热量大, 降低了下部温度产生预热带气体分层及上下温差。
气体分层结果可导致上下温差最大可达300~400℃。这样就必须延长预热时间, 等待下部制品预热好, 反应完全, 因此降低了窑的产量, 增加了燃料消耗。
解决办法如下:
1) 从窑炉结构上, 平顶或顶向上倾斜, 减小上部空隙增加阻力;缩短窑长, 降低负压;降低高度, 减小几何压头作用;排烟口开在窑车台面处, 迫使气体下流;设立封闭、循环、搅动气幕。
2) 从窑车结构上
减轻窑车重量, 严密窑车接头、砂封、曲封, 设立下部火道。
3) 码坯方法上
适当稀码、上密下稀。
4) 采用高速调温烧嘴
利用高速的气体流速来扰动炉内的气氛。
2.5 废烟气的余热利用
烟气是隧道窑烧成完成后的产物, 首先节能的宗旨就是充分的利用尽量减少能量的浪费, 即尽量减少烟气量。充分利用燃料燃烧后产生的废烟气中的热量主。
冷却带的余热占有全窑总能耗的重大比例, 由于这部分热量较清洁, 应用广泛。冷却带余热的利用方式主要是抽出热风用以物料坯体, 也可以在冷却带设置余热锅炉的办法, 此外把部分余热用来做燃烧的助燃空气, 这样可以显著地提高火焰温度以及节省燃料, 据相关文献论述结果, 助燃空气的温度达到250℃时即可节约6~8%的燃料。[4]
要有以下几种途径:
1) 充分燃烧, 尽量减少烟气中的可燃物质 (C, H, CO) 的含量;
2) 提高窑体内传热系数, 使热量能够更有效的利用在产品上。
3) 利用烟气的余热进行干燥坯料、预热空气如图1。
3 结论
3.1 从热平衡的角度考虑陶瓷窑炉的节能:
1) 增加预热带及烧成带中的非燃料带入化学显热以及其他各显热热收入项, 降低各带的各项热支出;
2) 回收利用热支出项目中的烟气带出显热的热能。
3) 采用高效、轻质保温耐火材料作为窑的主要材料来减少蓄热损失。
3.2 从未来隧道炉的发展方向节能
进一步研究采用新原料、新配方、新工艺, 改进现有生产工艺, 建造新型、科学的结构性能好的窑炉, 来实现低温快烧的技术。运用现代高速烧嘴技术, 来发展轻体窑使其具有升温快、焙烧周期短、蓄热少、热效率高, 特别是能适应多种烧成工艺要求。加上自动控制配合, 产品质量可以达到稳定。
参考文献
李小雷.陶瓷隧道窑的综合节能技术[J].中国水泥:2001, 4.
冯青, 童剑辉, 杨燕, 等.陶瓷工业窑炉节能技术的方向[J].中国陶瓷:2007, 43 (12) 9-13.
中华陶瓷网.低温快烧陶瓷原料技术及其生产工艺:发布日期2012年1月4日来源:华夏陶瓷网.