自动化取样

自动化取样（精选9篇）

自动化取样 篇1

在钢铁厂、火电厂、矿山等企业中, 均需要对输送带上的原料, 如铁矿石、煤、焦炭等, 进行取样。如火电厂对输送带上的电煤进行取样, 燃煤质量分析结果的可靠性取决于采样、制样和化验3个环节, 其中, 采样环节对分析结果所造成的误差影响最大, 以方差表示约占80%, 因此采样代表性是确保燃煤分析数据准确可靠的关键因素[1]。对炼铁质量与效率、煤的有效利用的影响等等直接关系到冶金企业的产品质量、生产效率等。

目前我国企业引进的国外自动取样机主要采用电机通过机械装置驱动, 利用齿轮齿条的传动方式进行取样, 实现自动取样和分级, 并且可以在原料的颗粒不符合要求的情况下实现自动报警。但这种取样方式由于所采用机械装置具有较大的惯性, 从启动到稳速需要较长的时间, 因此, 自动取样机的速度就受到了一定的限制, 使得取样量大, 造成下级的多级检测装置体积较大, 增加了设备成本, 同时也为检测后原料的后续处理造成较大的劳动负荷。在国内, 有些企业仍采取人工取样的方式, 工人劳动强度大, 试样的准确性会受到人为因素影响。目前, 有不少企业及研究者都在进行该方面的工作, 逐渐地用自动取样机取代人工取样, 并出现了应用于多种用途的多种类型自动取样机[1,2,3]。但在目前的资料中, 尚未见到采用液压传动方式的自动取样机。

在取样量尽量少的条件下, 为了满足检测的高精度, 郑州大学机械工程学院于2007年开始研制自动取样机, 经过充分调研, 方案对比, 认为液压系统的启制动方便、无级调速、灵活布局和驱动功率比大等特点[4], 能够较好地满足系统需要。为此, 确定取样机的设计采用新型的液压传动驱动方式。经对样机实际取样情况下的多项性能测试, 结果表明, 新型液控自动取样机性能稳定可靠, 可以在工业现场应用。

1 自动取样机的速度特性与负载特性

在取样小车从一端向另一端的运动过程中, 经历了启动加速、匀速取样与制动停止三个阶段, 其速度特性曲线如图1所示。

(1) 启动加速阶段。

取样小车从静止启动到速度达到取样的匀速速度前的过程。由于输送带上原料的输送量较大, 决定了取样小车取样时的移动速度较快, 而取样小车的移动距离又有限, 因此, 取样小车的启动加速度势必较大, 这就要求取样小车启动快速平稳。

(2) 取样阶段。

此阶段要求取样小车匀速移动。取样小车启动后取样前是空行程, 在从开始取样到取样结束整个取样过程, 一是取样量的变化是一个从小到大, 再到小的逐渐变化过程;二是取样时, 原料的下落对小车的冲击载荷也是一个从小到大, 再逐渐变小的过程。二者综合作用的小车载荷情况如图2所示。图中的负载曲线在加速与制动阶段的值并不为零, 这是因为图中曲线是钢丝绳上的张力曲线, 在启动与制动阶段, 钢丝绳上仍有空车加减速时惯性力与摩擦力等作用的结果。在整个取样过程中, 作用在取样小车上的载荷是一个变载荷。而且, 由于原料的粒度大小不一, 尺寸变化较大。因此, 在取样阶段, 载荷的逐渐变化过程中, 还伴随有一定的局部冲击特性。在这种冲击性的变载荷情况下, 要保证取样小车的匀速运动状态, 这就给匀速控制提出了较高的要求。

(3) 制动停止阶段。

取样小车取样结束, 制动减速直到停止。本段要求制动迅速并且停止平稳。

2 液控自动取样机的工作原理

取样的基本原理:为了保证取得输送带上原料的真实性, 取样尽量与实际原料的粒度大小的比率一致, 必须沿输送带垂直方向取出均匀的一段原料。

自动取样机取样过程的原理如图3所示。

1—液压缸;2—齿轮;3—驱动轮;4—取样小车;5—钢丝 绳;6—张紧轮;7—输送带;8—导轨

取样小车的横向移动受液压缸的驱动, 当液压缸的缸筒移动时, 与缸筒固连的齿条带动齿轮转动。齿轮又驱使装在同一轴上两端的驱动轮回转, 驱动轮通过其上的钢丝绳拉着取样小车在导轨上移动。为了防止钢丝绳在张紧轮上的相对滑移对取样小车速度控制特性产生影响, 钢丝绳通过导轨另一端的张紧轮张紧, 保证一定的张力。取样小车移动的整个过程中, 经历启动加速、匀速取样与制动停止三个阶段, 其中, 只有匀速取样阶段才是取样小车的有效工作行程。取样阶段的匀速特性由液压系统进行控制, 可以较方便地实现稳速与无级调速目的。

3 液压传动系统工作原理

自动取样机液压传动系统原理见图4。

1—过滤器;2—液压泵;3—电磁溢流阀;4—换向阀;5—单向阀;6—节流阀;7—行程换向阀;8—齿轮;9—液压缸;10—调速阀;11—压力表;12—压力表开关;13—液位 温度计;14—加热器或冷却器;15—空气过滤器

在系统启动过程中, 首先使电磁溢流阀的电磁铁通电, 液压泵处于低出口压力的卸荷状态, 使液压泵低负载启动, 在达到稳定转速后, 使电磁溢流阀的电磁铁断电, 溢流阀起作用。当换向阀处于中间工作位置时, 液压泵的所有出口流量都经溢流阀回油箱。

当换向阀的一端电磁铁通电时, 假如左边电磁铁通电, 系统压力油经单向阀进入液压缸左腔。由于液压缸由活塞杆固定, 所以左腔进油时, 缸筒向左匀速运动, 通过齿轮驱动取样小车运动进行取样工作。缸右腔的油液则经右边的行程阀、换向阀与调速阀回油箱, 缸筒的运动速度由调速阀调节。当取样小车取样行程结束, 需要制动时, 与缸筒相连的挡铁压下右边的行程阀, 液压缸右腔的油液只能通过右边的节流阀回油, 回油阻力增加, 液压缸制动, 紧接着换向阀的电磁铁断电 (受行程开关控制) 处于中位, 液压缸进一步减速制动, 直至停止。这种两级制动方式达到了较好的制动效果。当液压缸需要反向运动时, 只需要切换换向阀的工作位置即可。

针对不同地区的工作环境, 为了保证液压系统油液的正常工作温度, 根据需要, 可在油箱上安装加热器或冷却器, 油箱的温度通过液位温度计显示。另外, 由于自动取样机所处工作环境的空气中粉尘较多, 容易污染液压油, 一定要在油箱上安装空气过滤器, 油箱一定要保证适当的密封。

该系统的控制采用传统的继电器控制即可, 实现容易, 成本低, 工作可靠, 操作简便。

4 液控自动取样机系统的特点

(1) 系统采用了电磁溢流阀的卸荷回路。当系统处于取样的工作过程时, 电磁溢流阀的电磁铁断电, 溢流阀起作用, 调定系统的工作压力;当电磁铁通电时, 液压泵的出口液压油通过电磁换向阀直接回油箱, 液压泵卸荷。这样可以防止液压泵及电机的频繁启制动, 同时达到节能的目的, 还便于液压泵的轻载启动。

(2) 系统采用了回油路调速回路。通过调节调速阀, 可以很方便地达到无级调节液压缸速度的目的, 满足多种取样速度的要求。由于液压缸的回油腔一直存在一定的背压, 有利于速度的稳定, 尤其是在变载荷的工况下, 该回路具有较好的速度刚性, 能较好地满足取样过程中负载变化时的速度稳定。该回路缺点是效率较低, 但由于取样过程是一个工作周期很短的过程, 通常情况下只有几秒钟的时间, 因此效率高低对系统的性能几乎没有影响。

(3) 采用可调行程控制缓冲回路。在行程控制换向阀被行程挡铁压下之前, 液压缸处于正常取样的恒速阶段。压下后, 液压缸回油腔的油液只能通过节流阀回油, 迫使液压缸减速。液压缸缓冲行程的长短控制可通过调节挡铁与行程阀间相对位置实现, 减速快慢由节流阀调节, 可方便地根据取样量及取样小车速度调节缓冲的效果。

(4) 采用双出杆液压缸的控制方式, 可以实现取样小车双向取样的工作行程, 利用一只换向阀控制液压缸的换向, 控制操作简单, 可靠性高。

(5) 通过液压缸到取样小车间的增速机构, 较方便地实现了用短行程完成取样大行程的目的。同时, 也使液压缸不致于工作在较大的速度下, 可以使液压缸获得较稳定的速度。

5 结束语

目前, 该取样机即将作为辅助检测设备应用在首钢新建的高炉项目中。

样机测试表明:

(1) 该液控自动取样机克服了国外常用的机械传动取样方式的缺点, 能够实现快速取样, 且取样量可以在一定范围内无级调节, 应用范围广。

(2) 此种取样方式的开发, 可以取代国内的人工操作方式, 有效减轻了劳动强度, 而且操作简便, 可靠性高。

该液控自动取样机, 对于钢铁厂铁矿石粒度检测系统中的取样, 提供了一种新方法, 具有较高的实用价值。

摘要：基于取样系统现状, 以及自动取样机的速度特性和负载特性, 提出了一种新型液控自动取样方式, 该方式由液压缸驱动取样小车, 在输送带出料端, 垂直于送料方向取样。利用液压系统调速简便、稳定性好的特点, 根据取样量大小, 调节取样小车速度, 且速度均匀稳定, 保证了取样的准确性。该机经试运行, 性能良好, 为实际系统提供了有价值的新方法。

关键词：取样,液压系统,自动取样机

参考文献

[1]张国辉.CYJ型入炉煤机械采样装置的改造[J].浙江电力, 2004, 23 (1) :60-62.ZHANG Guo-hui.Retrofit of CYJ coal sample collectingmachine[J].Zhejiang Electric Power, 2004, 23 (1) :60-62.

[2]段敬稳, 李柳, 董福有.新型焦炭自动取样机[J].燃料与化工, 2002, 33 (6) :301-304.

[3]张洛.双臂全断面煤流自动取样机采样器的运动原理及参数的优化[J].唐山工程技术学院学报, 1995, 17 (1) :33-38.ZHANG Luo.Principle of motion and optimization of pa-rameters for the sampler of double arm-full section-autosampling machine used in coal flow sampliy[J].Journalof Tangshan Engineering Technology Institute, 1995, 17 (1) :33-38.

[4]章宏甲, 黄谊, 王积伟.液压与气压传动[M].北京:机械工业出版社, 2000.

天上取样人间织 篇2

丝绸：献给世界的礼物

一提起华服霓裳，首先联想到的自然要数丝绸，这是中国文明贡献给世界的重要发明之一，以至我们的国度曾被称为“丝国”。 很难想象，如果没有丝绸的发明，人类文明的面貌将会怎样？须知，丝绸不仅催生出了舒适精美的高档服装，还以其柔滑的手感、微妙的反光提升了人们的感受能力，因此其影响早已延伸到其他领域。举例来说，如果提香们没有接触过丝绸的闪光，那就绝不可能诞生我们所熟悉的威尼斯画派。

在这种贵重面料的发明国——中国，在所谓“丝绸”的概念下其实根据工艺有着丰富的分类，并在时间演进中不断兴替和变换。比如，经纬稀疏、透气性能强的种类包括纱、绉纱、罗。至于质地紧密、适宜保暖的种类，宋代以前流行绮、绫，到明代则兴起缎、绸等反光效果更强的品种。另外，以各种彩色丝线织就、表面因而呈现彩色花纹的则是锦，由锦又发展出缂丝、妆花等各种高档工艺面料，这些华丽无比的织物无疑是人类智慧最光辉的证物之一。

早期，只有锦是由彩丝织成，纱、罗、绫等均为单色织物，需要依靠印染的方式形成花纹。但到了明清时代，出现了妆花纱、妆花罗、妆花缎等，纱罗绸缎均能织成彩纹，因此这是中国古代面料最为华丽精美的时期，通过《金瓶梅》、《红楼梦》等古典小说不难感受其盛景。

麻及其他面料：植物纤维的贡献

如果说丝绸是属于富贵者的奢侈品，那么，棉布就是供普通人解决保暖问题的最佳选择。不过，有心人往往会产生疑问：棉花的种植在中国普及以前，穷人拿什么做衣服？

这其实是个蛮复杂的问题，若仅从材料角度而言，往昔织物的种类倒是颇多，其中大多以植物纤维为原材料。对欧亚大陆很多地区来说，即使在丝绸传入、棉布普及的情况下，麻制面料始终扮演着重要的角色。比如，有一个非常有趣的现象，自中世纪以来，虽然锦、缎等丝绸已经出现在欧洲贵族的奢侈生活中，但他们却长期无缘见识轻薄的丝织纱罗，而只能使用精细的麻纱或细麻布，这一情况一直持续到19世纪。

在中国，与丝绸同步，麻织技术同样得到发展，厚实的麻布、稀疏透气的麻纱在春秋战国时代便已广泛使用。粗麻布是贫民百姓遮体的衣料，精细的麻纱则用于制作礼物与华服，不过到汉代即被丝织的纱罗代替。

应该注意到的是，将植物纤维剥成细丝，再捻成长线，作为经纬织成可堪裁衣的织物，在中国有着多种多样的成功实践。如以葛丝织成的葛纱就曾是很重要的一种面料，此外甚至有蕉布，是以芭蕉叶剥丝捻线织成。再如苏州一带出产一种黄草，其梗芯经加工之后可以捻丝织布，成品几乎如丝罗一般洁白精细。自宋至清，黄草布在江南一直持续生产，其轻疏透气的特点尤其适合于夏季，通常做成轻凉透汗的单衣或避蚊通风的床帐、窗纱。

纸：最意外的面料

一个已被遗忘的奇迹是，在宋、元时代，纸曾经肩负类似“织物”的功能。自唐代开始，造纸材料的精良、造纸技术的高超要远远超乎我们今人的想象。当时，藤或楮皮所造出的纸张是如此结实，可以用水浣洗两三次都不破烂，甚至还能用针线加以缝纫。

北宋名画《清明上河图》中有个不被人注意的细节：一架独轮车上居然用一铺纸被罩盖着载物，那纸被上满布墨书字迹，显然是用旧帐面或者旧屏面改制而成。写有书法、曾经用于帐幔或屏风的大幅纸张可以二次利用，缝上边缘、改作被面，足见宋代纸张的坚牢程度的确非凡。

除此之外，这些纸张还有绵厚的特点，不透气，所以能够有效地抵御风寒，以至人们（包括士大夫）会特意用纸制作披风、外套等“旅行服”，专门在寒冷天气赶路时披罩在身上。实际上，黟歙一带的造纸工匠善于制造如门扇那么大面积的巨幅纸张，很方便裁制衣、裤或者直接拼成被面、帐面、帘面，这就叫作“纸衣段”—— “纸衣料”之意。

因此，在唐、宋、元三代，纸作为物美价廉的衣料大行其道。纸制的单衣单裤，以及内里填装绵絮的“夹衣”“夹裤”，均为下层人民熟悉的御寒服装。当时的僧人以及信佛的士大夫们信守“不衣蚕口衣”的观念，也喜欢采用纸做的衣服、被、帐。从晚唐始，专为冬季御寒而设的纸帐、纸被便在士大夫阶级中流行，素洁如雪的清雅风貌，恰好符合文人的美学品位。

明代发生的影响深远的事件之一，是棉花的广泛种植、棉纺织业的兴盛。随着棉布这一从各方面都具有优势的面料的兴起，纸衣在日常生活中的意义也就被终结。不过，明清两代以纸充当“织物”的做法此后仍余风不绝，纸帐、纸褥等一直到清代中期仍见于记载。

毛织品与棉织品：最普及的面料

在漫长的历史中，以丝绸为首位的各类中国产面料一直属于外贸精品的大宗贸易。甚至棉布在明代兴起以后，也在满足国内需要的同时形成强劲的出口风潮。不过，我们也要看到，其他文明区域制造的面料亦持续进口到中国。

其中最醒目的一类当属“”“哆呢”等羊毛织物。另外，明清时代，印度等地生产的优质棉产品也随着兴旺的贸易销到中国。明末的时候，冒辟疆曾得到一段“夏西洋布”料，“薄如蝉纱，洁比雪艳”，实际上乃是印度特产的高档棉织轻纱。这段来自印度的半透明白色薄纱被加上桃红色的衬里，制成夹衫，送给董小宛作为夏季服装。著名的美人董小宛曾经穿着印度棉纱制成的上衣，这要算出乎意料的往昔韵事吧！

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织金锦与织孔雀锦：无尽的奢侈

无论丝绸还是麻、棉甚至纸衣料，均形成了规模化生产，供应日常服饰的制作。但是，还有一些以特殊材料及特殊工艺制成的珍稀面料，如金线、银线、鸟羽线织成的贵重面料，则可说比黄金还要贵重，如梦幻一样神奇。

在古代，金线乃是以真金为原料。把黄金打成极薄的金箔，裱到羊皮或竹纸上，然后再裁成一条条极细的金色长缕，便形成“片金线”。在一根丝线上涂上黏液，再将片金线螺旋地盘绕到此丝线上并粘紧，就成为“捻金线”，也叫“圆金线”，相比片金线更为结实，也更为方便使用。以金线作为纬线，以蚕丝作为经线，在织机上织成呈现金色花纹的织物，称为“织金”，成品则为“织金锦”“织金纱”“织金罗”“织金缎”等。

唐代，制金线、用金线刺绣以及以金线织锦的技术已高度发达，唐诗中咏赞的那些绣满金线、织满金纹的华丽衣裙，在当时真的是上层社会经常穿着的高档服饰。到明代，甚至出现了“遍地金”这一奢侈到泛滥的品种。“遍地金”也称为“金宝地”“金包底”，是用金线织满底色，同时以彩色丝线在一片金色中显现各种花纹。《金瓶梅》中常见的便是“遍地金”衣料，在这个暴发户家，过节宴客时，通房丫鬟们都会穿上遍地金比甲（背心）！

不过，在金线之上，尚有更为珍罕的纺织用线，那就是用鸟羽捻成的线。初唐时代，安乐公主曾令尚方监“合百鸟毛”织成两件“百鸟羽毛裙”，那时，世界上大多数地方的人甚至还不了解丝绸的秘密，但在中国，人们已经熟练地把鸟羽的细绒捻成线，与丝线一起织成华贵衣料了，这是多么令人惊叹的奇迹！

可以制作鸟羽线的包括雉（野鸡）、翠鸟等彩禽的羽绒，而其中最为贵重的乃是孔雀羽线。孔雀羽线或鸟羽线的制法，是将羽绒旋绕于细蚕丝上，再用同色丝线分节捆扎。在明清时代，这些孔雀羽线、鸟羽线往往是作为彩色纬线的一种，缠于织梭上，与其他缠有普通色线的织梭一起，以白丝线为经线，交相地织结成整幅的面料。其成品就是一匹平滑的彩色丝绸，而在表面上这里那里地呈现出孔雀羽线或鸟羽线的局部花纹。由于羽绒短而硬，羽线在织入织物以后，不断岔出绒毛，在织物表面产生微凸的效果。孔雀羽线会隐隐闪动莹光，其碧丽辉煌的效果更是远非丝线所能比拟。

在尚奢的风气中，织金线与织孔雀羽线经常结合并用，甚至以金线为底，织作“遍地金”，同时以孔雀羽线、鸟羽线与各色彩线织显花纹。在金光浮动的底子上，孔雀羽线织成的深翠花纹莹莹烁碧，华丽异常。

在《红楼梦》中，曹雪芹为强调“雀金裘”的珍稀，有意将之描写为“哦斯”的产品，是舶来货。这种描写意在夸张贾府的豪奢，但却不符合历史事实。以金线、鸟羽线入织物这种特殊工艺，正是在千年丝国——中国取得了最高的成就。曹雪芹形容雀金裘“金翠辉煌，碧彩闪烁”，极恰当地反映了中国古代织金、织孔雀羽等珍贵织物罕见的富丽效果，也证明了传统中国在面料制作上所臻至的、唯有“奇迹”二字可以形容的境界。

全截面自动取样机的设计与应用 篇3

鄂钢原料厂在铁精矿等小粒度矿石进厂的试样采集和质量检验中, 多年来一直靠手工取样, 取样劳动强度大, 试样代表性易受工艺、环境和人为等因素影响, 还容易给信誉差的矿石供应商掺杂造假留下机会, 使进厂铁精矿的试样品位高于实际的综合品位, 增大了矿石结算成本。为此, 设计了自动取样机进行试样的采集, 使用效果良好。

2 机械结构设计

取样机的运动机构主要由固定支架、电液推杆、取料斗和摆杆等组成。如图1所示, 固定支架安装在物料转运的受料口;电液推杆和摆杆安装在固定支架的支座上并通过可调铰座相互连接;取样斗固定在摆杆的下端。

1.固定支架2.固定铰座3.可调铰座4.活动铰轴5.行程开关XK1 6.行程开关XK2 7.挡铁8.电液推杆9.摆杆10.取料斗11.固定挡板12.接料斗13.导料槽14.存样盒

2.1 工作方式

电液推杆电机通电正转, 活塞伸出推动摆杆摆动, 摆杆下端的取样斗从A点向B点运动经过物料抛洒断面截取试样, 此时, 取样斗的活动翻板在拉伸弹簧的作用下闭合, 将采集的试样保存在取样斗中。到达B点时, 电机反转, 活塞回缩, 取样斗自B点向A点运动;到达A点时取样斗的撞杆撞击接料斗前的固定挡板, 活动翻板克服弹簧拉力打开, 取料斗内采集的试样卸入接料斗, 经导料槽进入存样盒完成对物料的一次截取和输送。

2.2 取样速度调节

电液推杆与摆杆通过可以上下调整的可调铰座连接。调整可调铰座与铰轴的距离, 可以克服电液推杆活塞的运动速度固定不变的问题, 获得较高的取样速度, 使取样机的取样斗在一个单向行程内取满矿石。

1.固定支架2.铰轴3.电液推杆4.支座5.可调铰座6.摆杆

图2中, v0=L/L1×v, 式中, v0为取样速度;v为电液推杆的推速。

1.取样斗2.活动翻板3.撞杆4.铰链5.弹簧

2.3 取样斗的结构

图3是取样斗的侧视图, 其卸料口安装活动翻板, 活动翻板一边用铰链与取样斗连接, 另一边用拉伸弹簧拉住, 并在下方焊接撞杆;撞杆与活动翻板成V形夹角, 一般在45°左右。采集试样时, 活动翻板在弹簧的拉力下关闭, 到卸料位置时, 取样斗的撞杆撞击接料斗前的固定挡板, 活动翻板克服弹簧拉力打开。

根据取样的工作环境、技术要求和物料的粒度、粘性等物理性质, 取样斗的长度稍大于物料采集区物料抛洒层的最大厚度, 保证整个截断面采集试样;取样斗的出料口大于进料口, 便于卸料。

3 自动控制线路设计

取样机的自动控制由时间继电器、接触器和行程开关等元器件组成的分合电路达到完成预定动作的目的。

3.1 时间继电器的调定

图4是取样机自动往返的限位控制线路图。合上电源, 调整时间继电器的通电延时时间设定单次取样的间隔周期, 一般4～6min;然后根据摆杆往返一次所需时间, 调节时间继电器的断电延时时间。将开关打到自动档, 时间继电器开始计时, 当达到设定时间时取样机开始工作;当达到断电延时时间则停止。同时时间继电器又开始计时, 进入下一次工作循环。

KT-数显时间继电器KM1-伸缩接触器KM2-回缩接触器XK1、XK2-行程开关QA-按钮HZ-转换开关

3.2 行程开关的作用

取样斗工作的两个极限位置A点和B点, 通过调整挡铁或行程开关的位置调节摆杆的摆动幅度进行确定。挡铁安装在电液推杆上, 随着活塞的伸缩, 在两个行程开关之间往返运动;第一行程开关、第二行程开关固定在固定支架上, 并连接在电液推杆电机的控制电路, 当挡铁与第一或第二行程开关的滚轮相撞时, 断开常闭触头或闭合常开触头, 使电液推杆的电机正、反向转动, 实现电液推杆的限位和换向。

3.3 自动控制原理

如图4所示, 转换开关HZ接通Z点为自动档, 数显时间继电器KT线圈通电, 达到设定的取样周期时间, 时间继电器KT的常开触头闭合, 接触器KM1线圈通电, 主触头闭合, 电机正转。取样斗到达B点时, 和电液推杆活塞同步运动的挡铁撞击行程开关XK1, 使其常闭触头分断, 接触器KM1线圈失电, 主触头释放;同时XK1的常开触头闭合, 接触器KM2线圈通电, 其常开触头闭合, 主触头闭合, 电机换向反转。取样斗又返回到A点, 挡铁撞击行程开关XK2, 使XK2的常闭触头分断, 接触器KM2线圈失电, 主触头释放;同时, 数显时间继电器达到设定的断电延时时间, 电液推杆电机断电停止工作, 取料斗停止在A点, 完成试样的一次采样。数显时间继电器从零开始计时, 进入下一次试样采集的过程循环。

转换开关HZ接通S点为手动档, 通过按钮QA进行手动操作, 一般只在调试时使用。

4 使用效果

粉状物料溜槽智能取样装置的设计 篇4

目前，受溜槽自身结构限制（多为全封闭结构）大多数取样装置在出入溜槽时会造成物料飞溅增加取样工环境卫生；另外，随着取样工人员的不断减少，过去依靠人工取样的方式已经不能满足生产需求，为了保证取样的可靠性及大幅度降低取样工劳动强度，唐山矿洗煤厂从自身的生产实际出发，研制出了粉状物料溜槽智能取样装置。大幅降低取样工劳动强度；增加职工取样安全性；保障取样的及时性和准确性；降低设备故障率及维修难度。

【关键词】

粉状物料；溜槽；智能取样

1 原理与系统构成

1.1原理

粉状物料溜槽智能取样装置，它采用机、电、液一体化设计理念，主要由驱动装置、支撑架、取样器、轨道、电控箱等组成。下面详细介绍一下筛下溜槽取样装置的原理：取样时电动机正向旋转带动双向齿轮泵输出液压油到工作油缸驱动活塞杆伸出，使取料装置延轨道缓慢送入溜槽内，通过位置开关使之到达取样位置后停止，然后利用电气控制采取延时完成取样，取样完成后，电动机反转使液压缸活塞杆带动取样装置回缩，同样利用位置开关当取样装置到达卸料位置后停止，卸料装置利用自重翻转卸料，取样结束。详见示意图1

1.2系统构成及工作过程

智能取样装置主要有机械部分及电气部分组成，机械部分主要包括油泵、液压缸、轨道、取样斗子组成；电气部分主要由电机、限位开关及控制箱组成。

1.2.1机械部分关键部件是取样斗子，取样斗子必须保证转动灵活、斗子内壁不沾料，依据这两个条件，取样斗子与斗子提梁之间我们采用销轴连接，斗子内壁镶嵌高分子防粘板，取样斗子、斗子提梁连接结构如图2所示。

（1）取料斗子由液压缸活塞杆带动沿导轨平稳进入取样溜槽内，由于取样斗子横向进入取样溜槽内，溜槽内的物料对取样斗子造成一定冲击，取样斗子的稳定性由导轨及斗子提梁保证；取样斗子进入溜槽内部取样极限位置（由落煤点及物料散布的横截面积决定，保证取样斗子与物料横截面积接触量大于80%）后，由前点限位开关控制，电动机停止转动。前点限位开关动作后，电动机正转停止；同时通过电气控制，电动机开始反转，液压缸活塞缸回缩带动取料斗子回撤，取料斗子回撤到卸料位置时，后点限位开关动作控制电动机停止转动，同时，由于在卸料位置取样斗子前端处于悬空状态，斗子与斗子提梁由滑动轴承连接转动灵活，斗子靠自重自行翻转卸料，取样斗子完成一次自动取样过程。

（2）动力部分由电液动一体液压推杆提供，其主要原理为电液推杆以电动机为动力源，通过电动机正（反）向旋转，使液压油通过双向齿轮泵输出压力油，经油路集成块，送至工作油缸，实现活塞杆的往复运动。它具有以下优点：

①具有过载自动保护功能：电液推杆工作时，如活塞杆所受外力超过额定的输出力或活塞已到终点，电机仍在转动，这时油路中油压增高到调定的压力，溢流阀迅速而准确地溢流，实现过载自动保护。电机虽在转动，但绝不会烧毁。

②自锁功能：电液推杆的油路集成块中设计了压力自锁机构，电机停止转动，活塞杆立即停留在一定的位置上，压力油处于保压状态。

③无级调节：可根据现场实际要求，在额定的速度、输出力和行程范围内进行无级调节。它具有运行平稳速度恒定等优点；

1.2.2电气部分

过程说明：

（1）取料斗子取料位置、卸料位置分别安装两个铁磁式接近开关用于取料斗子的位置控制；

（2）通过时间继电器对取料时间进行控制；

（3）通过接触器控制电动机正、反转实现电液推杆的伸缩；

（4）转换开关#SA 可以选择三种取样方式：手动取样、自动取样、零位；

当#SA转换按钮打到手动位置时，按下开始取料按钮#SF，接触器KMF吸合油泵电机正转液压缸带动取料斗子进入取样溜槽中，到达极限取料位置后接近开关SQF闭合，中间继电器KA4吸合，KA4的常闭触点断开，接触器KMF断电释放，电机停止转动；按下按钮#SR接触器KMR吸和，油泵电机反转液压缸带动取料斗子回缩，取料斗子到达卸料位置，接近开关SQ闭合，中间继电器KA5吸和，KA5的常闭触点断开，接触器KMR断电释放，电机停止转动，完成一次手动取料。

当#SA转换开关打到自动位置时，当来煤设备电机运转后，KM闭合，中间继电器KA1得点其常开触点闭合，时间继电器KT1开始计时1200秒后其常开触点闭合，中间继电器KA2吸和其常开触点闭合，接触器KMF吸合油泵电机正转液压缸带动取料斗子进入取样溜槽中，同时取料斗子离开卸料位置时间继电器KT2开始计时，当到达极限取料位置后接近开关SQF闭合，中间继电器KA4吸合，KA4的常闭触点断开，接触器KMF断电释放，电机停止转动；当KT2延时至10秒时，中间继电器KA3吸和其常开触点闭合，接触器KMR吸和，油泵电机反转液压缸带动取料斗子回程，同时时间继电器KT1重新计时，取料斗子到达卸料位置，接近开关SQ闭合，中间继电器KA5吸和，KA5的常闭触点断开，接触器KMR断电释放，电机停止转动，完成一次自动取料。当KT1延时至1200秒后，下一次取样开始。

2 结束语

自动化取样 篇5

由水力学知识可知[2,3,4,5], 混合液体在管路中的流动状态主要有2种:层流和紊流。层流是指液体质点呈互不混杂的线性状或层状流动, 其特点是液流中各质点平行于管道轴线运动, 流速较低, 粘性力起主导作用。在层流状态下, 混合液体在油管中流动符合斯托克斯公式, 即:

式中:v为流体的速度;ΔP为管路压差;μ为流体粘度;L为油管长度;r0为油管半径;r为变量 (0-r0) 。

由 (1) 式可知, 在压差一定的条件下, 油管横截面某一半径圆上质点的运动速度与质点粘度成反比, 由于混合液中的油、水粘度不同 (μo>μw) , 得出:

可见, vo<vw, 且油管中心轴处流速最大, 流速为:

受原油和水密度差的影响, 层流状态下水平管路中原油分布趋于管路上部和靠近管壁边缘部位, 水则分布于管路中间和下部;在竖直管路中, 原油分布趋于管壁边缘, 水则分布于管路中间部位。因此, 在层流状态下, 无论采取横管还是立管取样方式, 都不能准确反映出原油的含水值[6]。

在紊流状态下, 混合液中各质点的速度是一种脉动, 消除了层流时管路断面各质点的速度差异, 各质点间作用力不断变化, 使浮力减弱。因此, 在紊流状态下, 油水混合液中各相分布是均匀的。

研究证明[7], 不同流体通过不同直径管路时虽然临界流速各不相同, 但其临界雷诺数 (Re) 却大致相同, 一般输液管路中, 如果Re≤2000即认为是层流, Re>2000则认为是紊流。由雷诺公式可知,

式中:Re为雷诺数;v为液体流速, d为管路直径, μ为运动粘度。

因此, 油井产量应达到356 m3以上才能使液流在输油管线中达到紊流状态, 然而汽驱井产液量在20-40m3之间, 远不能达到满足紊流状态的条件, 混合液体在管线内为层流状态, 这样就造成取样化验含水与实际值偏差较大。

2 技术思路

由上述分析可知, 液体只有处于紊流状态 (即液体达到充分掺混) 时, 所采集的油样才能反映出油井的真实含水, 要达到这种状态, 通过增加流量提高流速是很难实现的, 而通过机械的方法对管线内的液体进行自动均匀混合[7,8], 实现准确取样是一种简便有效的方法。

3 油井自动混合均质取样装置技术原理

基于上述技术思路, 研制出油井管线自动混合均质取样装置[9,10], 该装置由自动混合器和取样考克2部分组成, 自动混合器对流经液体进行混合搅拌, 取样考克进行油井取样。

自动混合器内设计有多级特种通道, 能够实现分流、合流、涡流等多种功能。当油井产出液通过该装置时, 自动混合器不需任何外加动力即可对流经的介质进行数万次的重新分离和组合, 打破液体的流动状态, 达到原油和游离水均匀混合的目的。

3.1 二分流:自动混合器内设有20个分流单元, 每个单元使前一分流加倍, 可对流经液体实现10×104次的分流和重新组合。

3.2 横流混合:混合单元形成的特殊通道使流体撞击呈随机分布, 增加了二、二分流的效果。

3.3 反向涡流和反流:液体在每一单元的两端产生椭圆形的方向相反的涡流, 并产生适度的反流, 提高了混合效果。

摘要：针对齐40块全面转驱后油井取样误差大, 原油输差日益严重的问题, 通过对油井产出液在管线中流动规律的分析, 研制出蒸汽驱油井自动混合取样装置, 改变了液体在管线中的流动状态, 实现了液体在不需施加外力作用条件下的自动均匀混合。通过在齐40块汽驱井组内现场试验, 有效解决了油井取样误差大的难题, 对增强蒸汽驱效果分析和提高管理水平均具有重要意义。

关键词：蒸汽驱,游离水,非均质性,自动混合均质取样,齐40块

参考文献

[1]付崇清.齐40块微地震监测汽驱前沿分析[J].特种油气藏, 2008, 10 (5) :60-62.

[2]周鹰, 宋阳, 孙洪安, 常栋霞.稠油油藏转蒸汽驱开采的特殊性分析[J].特种油气藏, 2009, 16 (2) :62-66.

自动化取样 篇6

关键词：管线,自动取样器,原理

随着我国市场经济的发展, 原油、成品油的交接计量直接关系着管道运输行业、油田集输销售及石油炼化企业的经济效益, 是三方原油计量交接工作中的重心, 越来越受到交接双方的重视。油样采集是油品集输系统重要的工作环节, 也是交接双方争议的焦点, 油样采集的代表性对油品计量的准确程度起着极为重要的作用, 在国家标准GB 4756-1998《石油及液体石油产品手工取样法》中, 就明确指出, 对原油在不均匀状态中, 管线自动取样是最好的方法[1]。管输油品实现油样自动采集, 比手工操作取样的样品代表性强、操作劳动强度低、油品损失量小, 现在生产的管线油样全自动采集机是输油线油样采集的最佳设备, 适用于原油、高凝点、高含蜡原油在集输中自动采样。

1 工作原理与结构

长输原油管道取样的主要目的是通过测定其组成、沉淀物、密度、含水量、黏度等物理参数, 对所取的原油样品进行分析, 是油品分析的基本环节。中国石化管道储运公司十二个输油处5个计量站原安装的自动取样器, 经常出现堵塞取不出油样的情况, 且拆卸维护工作量大, 更换为YXZX-JY型管线自动取样器后, 这一情况得到了彻底改变。

YXZX-JY型管线自动取样器是由过滤器、压力泵、取样主体总成、隔爆控制器、电磁控制阀、取样瓶、输送管线等6部分组成原油自动取样系统。其工作原理是在工艺管线上安装进油管和回油管, 接入油泵形成循环回路, 在循环回路中串联采集器总成, 通过电磁阀换向改变油流在采集器总成中的走向, 采集缸柱塞将换向后留存在采集缸内的油样推挤至取样瓶中, 以此完成采集油样的目的, 采集容积固定在6～8mL, 用户只需设定采集间隔时间就可以控制单位时间内总取样量, 电机按照设定的采集间隔时间启停, 油样也根据设定的间隔时间自动采出。

2 主要性能特点对比

下面是我们单次取样量及取样间隔时间的检验、试验步骤和方法。

(1) 关于单次取样量 (以采用累计平均法6mL为例) : (1) 采用累计平均法进行检验; (2) 共分为三段进行检验 (10次;50次;100次) ; (3) 检验结果见表1所示。

(2) 关于取样间隔时间: (1) 本仪器的时基信号为晶体振荡器, 已通过频率计检验; (2) 设定取样间隔时间 (0～999S任意) , 用秒表进行对比均应在正、负一个字之内。

(3) 所采原油试样是否具有代表性取决于4个条件, 任何一个条件不满足都将影响最终结果的分析质量。YXZX-JY型管线自动取样器和以前所用自动取样器相比具有以下几方面的明显特点:

(1) 取样间隔时间10～999s (可调) , 真正保证和实现了采用间歇式取样器时的取样频率和单位样品体积都满足要求, 高频次、短间隔连续自动等比例取样。确保所取样品具有代表性, 和原用BYTV-10-23取样器相比较有效降低了取样误差, 取样误差小于10%。

(2) 从原油管道中所取样品的组成是否和取样时间、位置在该管道横截面上的原油平均组成相同;而YXZX-JY型管线采用强制循环回路, 这是和以前自动取样器最大的不同。所取油样即时性好。为管输油品的真实油样。

(3) 无论是间歇取样还是连续取样, 取样速率应与管道内流量成比例。YXZX-JY型管线自动取样器采用定容积隔离采集法, 使每次采集量准确, 单次取样量:6mL (±10%) 取样时间:0～99s (可调) , 使单次取样量精确度大幅提高。

(4) 采集油样通道与循环回路隔离, 确保所取试品在分离子样过程中与原样具有完全相同的组成。适用油品范围广, 如原油、柴油、汽油等油品。安装灵活, 不受主管线高度的影响。选择空间度大等特点。不受主管线工作压力、温度、黏度变化的影响。

3 应用实例与效果

3.1 安装注意事项

我们在仪征—长岒原油管道安庆、九江、武汉、荆门、长岭5个输油站场与5家炼化企业原油交接业务的具体实践过程中, 原自动采样器对取样器探头有明确的要求, 而YXZX-JY型管线自动取样器对取样探头没有作具体的要求, 其虽然采用进油管、回油管接入油泵形成循环回路采样, 原油已不可能在从取样器装置回流进入管线, 可以直接安装截止阀以取代原有的止回阀或原有的其它相应止回装置。但我们在安装过程中, 还是认为有必要对取样位置和伸入管线内的取样管 (探头) 作一要求, 理由是:

(1) 因输油管线内的原油因通过站内管网已充分混合, 所以取样探头对于管壁的位置就不哪么严格, 但考虑到管壁对流速和含水率的影响, 取样探头还是应从被取样管道的中心采样为好。

(2) 不管自动取样器取样头处在什么位置, 或采用其它某种外加混合器方式, 但还是建议在安装完成的初次取样时, 进一步验证截面含水率。

(3) 因为考虑到重力有利于加速水平管线内原油流体的分层, 并能使垂直管段内原油分布更加的均匀, 正常情况下我们原油管道输送速度 (流速) 远远大于杂质和水在管道内的沉降速度, 所以取样口位置探头还是安装在垂直管段上为最佳。

3.2 安装调试

(1) 反复确认管线连接及电器连接是否无误, 防凝油箱已加足防凝油, 确认连接无误后缓慢打开主管线进、出口阀, 观察5min, 确认无滴漏点, 右下部来油控制阀的手柄已在“原油”位置后, 再将取样瓶置于采集总成出样口下, 并调整至适当高度。

(2) 按电源开关键, 此时LCD屏点亮, 再按翻页键, 使屏幕进入操作界面 (继续操作请参阅防爆微电脑LCD控制器介绍) 。

例如;总取样时间为8h, 每次取样时为6mL, 总取样量为1 000mL, 则

(3) 在控制面板上设置间隔时间, 本控制器时间为三段分别可调, 可调时间为:关阀时间0～999s、开阀时间0～999s和取样时间0～99s (此时间仅对流量可调的机型有效) 。间隔时间:关阀时间+开阀时间 (建议开阀时间与关阀时间为1:1) 。按电源开关键使机器停止运行。关闭主管线进、出油阀门。将右下方来油控制阀门调整到“防冻油”位置。按启动键重新启动机器。排空系统易凝工作介质, 确认排出物为防凝油。再按停止键或直接按电源开关键, 关闭电源。关闭采集机主管线进、出油阀门。将来油控制阀恢复到“原油”位置。

3.3 效果分析

由于YXZX-JY型管线自动取样器执行标准为SY/T 5317-2006《石油液体管线自动取样法》, 本机型采用时间比例采集方法与定容积隔离采集法。通过在输油生产现场一段时间的实际运用我们认为和前期使用的自动取样器有以下明显效果:

(1) 由于YXZX-JY型管线自动取样器采用强制压力泵循环回路, 而原取样器是靠管线自然压力外加减压装置采集原油样量, 说明该自动取样器所采油样的即时性要比原取样器有明显优势。

(2) YXZX-JY型管线自动取样器采用定容积隔离采集法, 由自动装置控制系统准确启动压力泵电磁阀, 定时定量, 而且采样量、采样时间分开同时可调, 从而使每次采集的化验油样量准确无误, 采样量精度提高2%以上。

(3) 该自动取样器与前期使用的取样器最大的不同还在于增加了压力泵 (齿轮泵) , 因此不受原油管道工作主管线内工作压力、温度、油品黏度、杂质等变化的影响, 原油化验采样及时可靠。

(4) YXZX-JY型管线自动取样器采集油样通道与循环回路是隔离的不同回路, 采集油样时流量、流速平稳, 不喷溅、不堵塞, 杜绝了采集口常流油的现象。

(5) 原取样器采油管有减压装置, 长期运行易受原油杂质影响发生堵塞, YXZX-JY型管线自动取样器除本身装有过滤器外还具有反冲洗功能, 长时间运行后, 大大降低了过滤器的清洗周期, 极大地减少了运行维护工作量。

4 使用与维护

4.1 基本功能维护

停用前, 往采集机管路中充填防凝液 (500#润滑油) , 即可保证再启动时正常工作。对于低温易凝管路, 可配用伴热保温系统。

定期检查采集样量, 防止溢瓶或样量不足。及时处理有无漏油现象, 清洁机体内油污。根据过滤器积蜡情况定期清洗过滤器。

按规定定期检查绝缘情况。元器件型号和结构不得随意更改, 以免破坏防爆性能。

4.2 常见故障解决方案

(1) 不能采样可能是如下原因造成的: (1) 某个电磁阀损坏或卡死, 检修电磁阀或更换; (2) 电磁阀大修后安装错误, 正确安装电磁阀; (3) 管路堵塞、泄压阀不工作, 清洗管路; (4) 主管线进、出口阀门未开或堵塞, 开全主管线进、出口阀门; (5) 过滤器堵塞, 清洗过滤器; (6) 管路中气体未排净, 运行几次后排净存气。

(2) 采集样管滴漏采样电磁阀卡死或磨损, 更换电磁阀。

(3) 油泵密封漏油量过大 (1) 主管线工作压力过高, 短时超高停止使用, 关闭进出口阀门; (2) 油泵油密封损坏, 更换油泵或泵密封。

(4) 嗓音加据紧固件松动, 紧固松动件。

5 结论

原油的交接计量工作是油轮上岸、炼化企业对管道运输环节中的重要一环, 取样器作为输油气管道、成品油管道以及炼化企业做为交接计量用的主要计量设备, 经历了手动、半自动取样、全自动取样的发展过程。中国石化管道储运公司在企业间原油交接过程中, 大量推广和应用YXZX-JY型管线自动取样器, 说明YXZX-JY型管线自动取样器不仅在很大程度上提高了原油取样精确度、降低了取样现场操作人员的劳动强度、减少了由于人员因素带来的取样误差, 以及计量交接双方人员不必要的磨擦。还提高增强了防爆等级, 这在油气浓度较高的计量采集室显得尤其重要, 全面提高了管道输油行业在原油计量方面的准确性、可靠性和安全性, 提高了企业安全运行管理水平。取得了良好的效果, 具有极大的经济效益和社会效益。

参考文献

[1]SY/T5317-2006石油液体管线自动取样法[S].

[2]许文.化工安全工程概论[M].北京:化学工业出版社, 2004.

[3]傅志远, 谭迎新.多元可燃性混合气体临界氧浓度的测定[J].工业安全与环保, 2004 (12) .

[4]GB4756-1998石油及液体石油产品手工取样法[S].

[5]GB/T8927-2008石油和液体石油产品温度测量手工法[S].

[6]胡海燕.石油液体管线取样过程中的问题探讨[J].中国计量, 2009 (11) .

自动化取样 篇7

深海重力活塞取样器是在自重作用下冲击海底淤泥质与软土质底质进行取样的一种常用设备。其工作原理是利用重锤触发平衡杆,使夹缆释放装置在距海底表层一定高度时释放取样器,在重力作用下冲击并贯入海底底质中。在贯入过程中,取样管中活塞隔开静水压力形成负压抽吸底质,并减少样品扰动。取样结束,利用钢缆提拉活塞将整个重力活塞取样器提起,完成取样过程。

Skinner等[1]基于土力学对重力活塞取样器的贯入取样进行了分析与建模,并对管土相互作用、岩芯扰动等进行了详细研究。Xu等[2]从能量的角度对重力活塞取样器的贯入过程及贯入深度的影响因素进行了分析,并假设贯入阻力主要为管壁与底质间的摩擦力,建立了取样器贯入深度理论模型。Lunne等[3]对重力活塞取样器在取样时造成样品扰动的原因进行了分析,给出了相应设计准则以提高岩芯质量。在结构设计上,Renberg等[4]研制了一种带三脚架的活塞取样器,这种取样器可获取长达1m且无扰动的底质。根据重力活塞取样器冲击取样的工作原理,对其冲击系统进行动力学分析尤为重要。文献[5,6]结合冲击机械系统工作原理,提出了撞击凿入系统的数值计算方法,并分析了冲击凿入效率的波动理论和凿入时应力波的能量。刘德顺等[7,8]提出了一种构造冲击机械系统波动力学模型的方法,并根据冲击机械系统力学模型中所包含的独立弹性杆的件数将冲击机械系统分为一元、二元和三元冲击系统。Lundberg等[9]给出了入射应力波通过接头后的透射波,分析了具有接头的冲击系统的能量传递效率。当前围绕重力活塞取样器进行的研究主要集中在应用静力学、运动学和刚体动力学去阐述其工作原理,或是集中分析岩芯应力变化及岩芯变形,而应用冲击系统动力学方法来分析重力活塞取样器冲击取样的研究未见报道。事实上,重力活塞取样器通过冲击海底底质进行取样,宜用冲击动力学方法将其作为冲击机械用冲击动力学方法进行研究。

本文应用波动力学理论,深入分析重力活塞取样器冲击取样系统动力学特性以及冲击参数对取样性能的影响规律,为重力活塞取样器的结构与冲击参数设计提供指导,从而实现冲击取样作业中对长岩芯、深层海底底质的获取,提高重力活塞取样器冲击取样性能。

1 取样器冲击系统波动力学建模

1.1 冲击系统建模

分析重力活塞取样器结构特点及取样工作原理,将取样管、管接头、刀头抽象为既具有弹性又具有质量的弹性杆,如图1所示。基于波动力学理论,建立重力活塞取样器冲击取样为以弹性杆为基本元件的一元冲击系统波动力学模型。

重力活塞取样器中,取样管轴向尺寸远大于横向尺寸,因此,在冲击取样时,忽略其横向运动,假定当应力波通过取样管时,取样管横截面仍保持为平面,截面上的应力分布是均匀的。即弹性杆中任一点的位移均满足一维波动方程:

式中,u为弹性杆中截面的位移;c为弹性杆材料的纵波波速,钢的纵波波速为5130m/s。

基于波动力学理论构建冲击取样系统波动力学模型时,将取样管抽象为弹性杆,整个冲击系统即为以弹性杆为基本元件的一元冲击系统,冲击工作介质海底底质,进行取样工作。

1.2 工作介质建模

重力活塞取样器一般用于采取海底软泥,其工作介质(软泥黏土、砂质软泥黏土等)的动力学特性对整个冲击取样系统有着重要影响。主要表现如下:一方面因为冲击机械的作用是使工作介质变形与破坏,在工作端的位移以及对工作介质所做的功表征了冲击机械系统的性能与效率;另一方面,作为波动方程的边界条件,必须用它来求解冲击系统工作端位移以及冲击部件中的应力波。实际上,对于海底软泥黏土等弱弹性物质,可忽略其弹性影响,将工作介质简化为塑性模型。由于取样器不断贯入取样,底质将对取样器产生摩阻力,且在贯入过程中,取样器所受阻力主要为底质与取样管外壁间摩阻力。工作介质的贯入力与贯入深度关系曲线如图2所示。

考虑底质与取样管外壁间摩阻力,并假设其集中作用在取样管底端,海底底质力学模型可表示为

式中,F为贯入力;τ为海底底质极限应力摩擦系数(对于软泥黏土,τ取0.05~0.15kg/cm2);l为取样管圆周长;Fp为海底底质的塑性极限阻力。

1.3 取样器冲击取样性能

为了评估重力活塞取样器冲击取样系统的性能,定义冲击取样贯入深度为冲击系统工作端最大位移量umax;定义冲击取样效率η为冲击取样系统对工作介质所做的功和取样器初始动能与势能之和的比值,其标志着能量从冲击机械系统传递到工作介质中的效率,即

式中,mh为取样器质量;v0为取样器初始速度。

2 取样器冲击系统数值计算方法

2.1 离散化

弹性杆中纵波波速为c,设时间步长为Δt,空间步长则为Δx=cΔt。将重力活塞取样器冲击系统中弹性杆沿轴向离散成若干等长度单元,使离散单元各界面与分段线相重合,并分别按顺序给分段线、界面编号,界面所在单元亦相应进行编号。图3为取样器冲击系统离散示意图。

应用行波法求解波动方程时,假设在取样管各离散单元中同时存在相向而行的顺波与逆波,且单元界面上的合力及合速度与该界面上的顺波和逆波受力的关系为

其中,Pi,j、Qi,j、Fi,j、vi,j分别表示单元位置为i、计算步数为j时单元界面上的顺波受力、逆波受力、合力及合速度;Zi为取样管各离散单元的波阻。

2.2 初始状态

重力活塞取样器在贯入取样前通过自由下落获得冲击初速度v0,考虑下落过程中海水浮力的影响,由能量定理得

式中,h为冲击高度;ρ为海水密度;u∞为势流速度;A为取样器最大截面积;CD为取样器阻力系数;f为取样器所受浮力。

根据等效撞击原理,取样管各离散单元中存在着初值分别为Pi,1、Qi,1的顺波与逆波:

2.3 应力波传播

应力波在弹性杆中的传播包括两个方面:在弹性杆中匀截面部分的传播与变截面的传播,如图4所示。

当应力波在匀截面部分中传播时,弹性杆中顺波、逆波有如下关系:

当应力波在变截面传播时,应力波将发生透射与反射。当应力波在弹性杆中从波阻为Zk的杆单元传播至波阻为Zk+1的杆单元时,其透射、反射系数分别为

式中,μ、λ分别为透射系数与反射系数;Ak、Ak+1分别为截面位置为k和k+1处界面的截面积。

由透射和反射关系可得

因此,当应力波通过变截面时,变截面上所受的作用力与速度分别为

时,Pi,j、Qi,j表示通过变截面后形成的顺波与逆波受力;Pi-1,j-1、Qi+1,j-1分别表示到达变截面的顺波及逆波受力。

2.4 取样管顶端

取样管在贯入取样过程中,顶部主要承受配重铅块等施加在取样管上的压力(重力)。因此,在冲击系统中,取样管的顶部端面始终受有一个压力的作用,假设配重质量为m,于是有

在样管顶部界面在F1,j的作用下,由应力波的传播关系得到离开样管顶部界面向取样管下端传播的顺波受力:

式中,Q1,j为到达样管端部界面的逆波受力。

2.5 工作端

工作端即冲击取样系统冲击海底底质的界面,对其编号为N。在取样管冲击海底底质时,将会在取样管中产生沿轴线从工作界面向上传播的逆波,逆波在取样管顶端界面反射回来成为入射波传播至工作界面,时间为2L/c。到达工作界面的入射波在界面发生透反射,一部分入射波透射进入海底底质使其破坏,另一部分入射波在界面反射,继续在取样管中传播。在工作时,由撞击引起的应力波以及入射波在工作界面形成的反射波的形状与幅值取决于工作介质的性质。

根据工作介质的性质,贯入力FN,j与贯入深度uN,j的关系为

工作端界面的速度VN,j可通过下式求得:

因为故有

因此

根据上一时刻的贯入力FN,j-1以及本时刻到达工作界面的入射波PN,j,可求得本时刻的反射波QN,j:

根据应力波叠加关系,利用工作界面的入射波PN,j以及求得的反射波QN,j,即可得到本时刻工作端的贯入力FN,j:

在取样器冲击海底底质时,取样管中产生应力波,应力波在取样管中的传播使得取样管贯入海底底质进行取样。

3 取样器冲击系统主要技术参数的波动力学分析

重力活塞取样器在工作中,配套的取样管、管接头及刀头紧密连接,且均为钢制材料,在模型中将其视为整体。本文研究的重力活塞取样器取样管长度L为30m,内径di为100mm,外径d0为127mm。在模拟重力活塞取样器冲击取样时,选取时间步长为20μs,将冲击系统离散成N=300个单元。弹性杆材料纵波波速c=5130m/s,密度ρ=7830kg/m3;工作介质为淤泥质软黏土,将其作为塑性模型处理,考虑到贯入时底质与取样管间的摩擦力(取τ=0.08kg/cm2),为简便计,令X=EA/(3200Cd),X为贯入时的无因次量。冲击速度v0=3.3m/s,初始间隙设定为0。

3.1 取样器配重的影响分析

重力活塞取样器的取样深度在一定程度上依靠于配重的设置。为了研究重力活塞取样器在不同配重下冲击取样时的动力学特性,当冲击高度h=1m时,设置配重m为1400~2000kg,得出取样器配重对于冲击取样性能的影响规律。

重力活塞取样器在不同配重m下的贯入深度如图5所示。由图5可知,随配重的增大,贯入深度增加6.25m,配重为2000kg时,贯入深度达到29.69m,在此条件下,配重不需继续增加。这表明随着配重的增大,取样管顶部所受压力增大,提供的能量相应增加,因此,贯入深度随配重的增大而呈现显著增大的趋势。

分析不同配重m下的冲击取样效率可知,取样器冲击取样效率随配重的增大呈现缓慢上升的趋势。这是因为配重增大,取样器对海底底质做的功相应增大,冲击取样效率上升。不同配重m下的冲击取样效率如图6所示。

3组不同配重下的最大应力分布见图7。图7a、图7b所示分别为各截面最大压、拉应力,其中横坐标0~300mm为冲击系统离散截面位置,图中压应力符号为正,拉应力符号为负。模拟结果表明,随着配重的增加,取样管内部各个截面处最大压、拉应力均有所增大。由图7可看出,配重对取样管内部最大压应力的影响较之最大拉应力要大。分析可知,贯入力随配重的增加而增大,迫使取样管贯入底质中,因此,取样管内的入射应力波必然增大。同时,图7中出现4个应力突变处是因为在该位置存在管接头。

根据取样器配重变化对取样性能及取样管内部应力的影响分析,配重变化对取样管内应力的影响并不显著,而对贯入深度的影响较大,配重增大时,贯入深度及取样效率均增大,因此,可选取稍大配重。考虑到30m重力活塞取样器最大贯入深度为30m,因此,在此条件下配重选择2000kg即可满足取样要求。

3.2 冲击高度的影响分析

冲击高度影响取样器冲击海底底质的初始速度,当配重m为1800kg时,设置6组冲击高度h,得出冲击高度对于冲击取样的影响。进行数值模拟时,刀头与沉积物做零间隙处理,根据式(5)将6组不同冲击高度换算为冲击初速度进行计算,见表1。

冲击高度h为0.5~3.0m时冲击取样的贯入深度如图8所示。从图8可知,冲击高度增大,贯入深度随之依次增大,这是由于取样器的能量来源于取样器自身重力做功,取样器的动能相对于重力势能较小,故通过增大冲击高度获得更大动能对贯入深度的影响也会相对较小。但在实际应用中,增大冲击高度对于增大贯入深度是有利的。

根据图9分析不同冲击高度h下的冲击取样效率可知,冲击取样效率随冲击高度的增大呈现下降趋势。出现这种现象是由于冲击高度增大时,海水阻力对取样器所做负功同样增大,加大了取样器能量的消耗,故出现取样效率下降的趋势。

根据模拟结果可知,随着冲击高度增加,取样管内部各截面处最大压应力随之增大,而最大拉应力却随之减小,但影响均不明显。分析可知,冲击高度增大时,取样器重力势能增大,提供冲击取样能量相应增大。冲击高度增大对于取样管内应力影响较小,因此,从应力角度考虑,可增大冲击高度进行冲击取样工作。由于冲击高度的变化对取样管内应力几乎无影响,且冲击高度对冲击取样效率影响较小,而贯入深度随着冲击高度的增大而增加,故可通过增大冲击高度来提高重力活塞取样器的取样性能,满足取样要求。

3.3 取样管直径的影响分析

在冲击取样系统波动力学模型中,设置配重m为1800kg,冲击高度h为1m,改变取样管外径d0,分析取样管直径对取样器性能的影响。

取样器在不同取样管直径下冲击取样的贯入深度如图10所示。由图10可知,随着取样管直径的增大,贯入深度下降5.33m。这表明随着取样管直径增大,取样管所受摩阻力也增大,因此,贯入深度随着取样管直径增大而呈现显著下降趋势。

由图11分析不同取样管直径下的冲击取样效率可知,取样管直径的增大对取样效率的影响较小。取样效率随取样管直径的增大呈先增后减的趋势,取样管直径为131mm时取样效率最大。这是因为当取样管直径较小时,贯入深度较大,因此刀头内壁与底质之间的摩擦阻力消耗的能量比贯入深度较小时多,而取样管直径较大时,由于端阻力的增大,也将产生额外的能量消耗。

模拟结果表明,随着取样管直径的增大,取样管内各截面处最大应力随之减小。其中3组不同取样管直径下的最大应力分布见图12。由图12可知,最大压应力出现于前端第一段取样管靠近管接头处,最大拉应力出现于取样管前端接近刀头部位。取样管前后端处出现应力集中现象,在管接头处,最大应力明显减小。分析可知,在截面积突变处最大压、拉应力都出现较大波动。由于前段两节取样管最大应力较高于其他部位,在实际工作中,重力活塞取样器冲击取样时取样管受到附加集中弯曲应力的作用,故可能引起取样管的弯曲失效。

根据对取样性能及取样管内部应力的影响分析,当取样管直径为125~140mm时,钢制取样管满足冲击取样强度要求,冲击取样效率变化趋势不明显,而取样管直径越小,贯入深度越大。在此条件下,取样管直径不宜过大,可通过适当减小取样管直径来提高取样性能。

4 结语

(1)本文建立了以弹性杆为基本元件的重力活塞取样器冲击取样系统波动力学模型。基于透反射关系法,提出了重力活塞取样器冲击系统冲击取样的波动力学数值分析方法。

(2)应用重力活塞取样器冲击系统数值模拟程序,分析取样器结构参数与冲击参数对冲击取样性能的影响以及冲击系统中取样管内部应力的变化情况,为重力活塞取样器在结构参数与冲击参数的选择与设计提供指导。

(3)在取样器配重、冲击高度及取样管直径中,取样器配重与取样管直径对贯入深度及冲击部件内部应力影响较大,三者对冲击取样效率均影响较小。为提高重力活塞取样器取样性能,在实际设计应用中,应优先考虑取样器配重,其次考虑取样管直径,最后考虑冲击高度。

参考文献

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电机取样器的研发 篇8

1 深井取样

深井取样技术是利用钢丝车将仪器送入预定深度, 然后计时系统计时完毕后通过控制头部分关闭样桶, 以达到井下深井取样的测试技术。这种技术使取得的样品能够保持原始地层油状态, 掌握原油地下粘度、比重、体积系数、溶解系数。

2 问题来源

现用的机械式取样器, 全部由机械部件连接组成, 其结构复杂零部件多故障率高。经常出现时钟计时不准确的情况, 甚至出现时钟停摆现象, 有时还出现仪器下井后取样筒无法关闭的现象, 而且很多部件已经停止生产, 仪器维修周期较长, 进而导致深井取样失败, 造成不必要的风险和损失。

3 解决方法

3.1 计时电路工作原理

仪表人员利用电子计时电路, 手动设置时钟启动时间, 现场不需要电脑对电子时钟设置。以结构简洁、操作方便、性能稳定的电子时钟代替传统的机械时钟。电路部分包括:电池、稳压、单片机控制部分、功率驱动部分、低速大扭矩电机。

其工作原理是, 使用一节镍铬6 V充电电池给电路供电, 打开电源开关, 单片机首先对各部件进行扫描来初始化, 然后进行时间选择开关来预制取样时间, 再按下启动按钮, 单片机保存设置时间, 开始倒计时工作, 当倒计时结束后, AT89C205单片机P3.5脚会发出20S的长时间高电平, 经大功率复合三极管的电流放大 (放大倍数为β1*β2=50*50) 如:输入10ma经放大后输出10ma*50*50=25000ma也就是输出2.5A电流, 输出足够能量来驱动电机。

3.2 AT89C2051单片机及工作原理

计时电路中采用AT89C2051单片机, 为电路提供了稳定可靠的控制功能。AT89C2051是一个低电压、高性能CMOS 8位单片机, 片内含2k bytes的可反复擦写的只读Flash程序存储器和128 bytes的随机存取数据存储器 (RAM) , 器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产, 兼容标准MCS-51指令系统, 片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元。功能强大AT89C2051单片机可为您提供许多高性价比的应用场合。具有20个引脚, 15个双向输入/输出 (I/O) 端口, 其中P1是一个完整的8位双向I/O口, 两个外中断口, 两个16位可编程定时计数器, 两个全双向串行通信口, 一个模拟比较放大器, 进行C语言编程后即可工作。该单片机端口能输出10m A的电流, 为驱动电机电路提供足够的工作电流。选择该单片机, 还考虑到它电路简单, 功耗小的特点。

倒计时电路设计:

首先, 基本设置。电路采用12M H z工作频率, 单片机的定时器0设置为工作方式, TMOD=0x01, 预置量为TH0= (65536-50000) /256;TL0= (65536-50000) %256;每50ms完成一次计时, 并同时自动装载定时器0的初始量预制。

其次, 倒计时定时开关部分。用5个定时开关分别接在P1.5、P1.6、P1.7、P1.8、P1.9上, 用来设置取样器的定时。开关的另一端接地。当某开关被选择后, 该开关对应的端口电频被拉成低电频, 即为0。单片机工作时, 通过扫描, 把所有低电平端口记录下来, 保存设置的取样器定时时间。

最后, 单片机的工作:当按下启动按钮后, 单片机扫描定时开关状态, 保存取样器定时时间, 并完成单片机定时器0设置和预制装载, 即TH0= (65536-50000) /256;TL0= (65536-50000) %256;定时器0开始倒计时, 每50ms完成一次计时, 并循环和计数m, 当m乘50ms等于取样器的定时时间时, 完成总计时, P3.5脚会输出20S长时间高电频。这个高电平供给电机驱动电路。单片机完成计时工作, 停止工作。

3.3 电机控制头原理

通过测绘设计, 将传统的机械时钟倒计时提供关闭命令, 改造为电子时钟计时, 通过电路传输利用大扭矩低转速电机提供关闭指令的方式。由传统的弹片连接改为电机轴承连接, 加装扶正块使控制更稳定, 很大程度上提高了控制头的稳定性和可靠性, 避免了控制头因撞击或外部因素造成的提前关闭情况。

首先待倒计时结束后由电路发出指令使电机顺时针旋转 (如图1) , 带动轴承及控制片。待控制片由AB位置转向CD位置后轴承向后运动, 通过控制头 (如图2) 。此时取样器开关弹簧受力减小慢慢伸展实现关闭样筒 (如图3) 。

1-电机2-控制轴承3-扶正块4-控制头5-控制片6-样筒

4 存在问题

仪器所用的6V镍镉电池虽性能稳定使用时间长, 但是存在不能检测电压的弊端, 只能测试5~6口井后进行充电, 不能很好的了解到电池信息无疑会缩短电池寿命, 所以需要研发一种专用电池测量仪来确定电池电量。

5 结束语

通过电机取样器的开发应用, 杜绝了传统时钟取样器的种种弊端。高度集成的电子计时系统缩小了控制头部分, 其稳定的性能也提高了取样的成功率和准确性。电源由6V镍镉电池供电, 充电一次可完成5~6口常规深井取样。而采用的低速大扭矩电机大大的简化了控制头部分, 由以往薄弱的时钟弹片连接改为稳固的轴承连接, 杜绝了因晃动造成的样筒提前关闭的情况。

生料化验取样装置电气改造 篇9

硅酸盐水泥熟料中的主要矿物组成有:硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙、铁铝酸四钙。这四种主要矿物是由生料的四种主要氧化物经高温煅烧而形成的氧化物的集合体。可见, 生料配比是否合理是获得高质量水泥熟料的前提, 没有合理的生料配料方案及准确的生料控制方法是很难烧出高质量熟料的。我们如何知道生料成分是否合格, 通过我们的取样装置进行自动取样, 通过化验来分析成分, 来指导配料, 我们的取样装置运行是否正常, 是化验生料的前提。我们必须保证取样装置运行的稳定性和可靠性, 和时间的变动性来满足我们取样的时间和周期。

1 工艺要求及取样原理

此次设计的取样装置为自动控制, 整点时候取样装置开始工作, 在前十五分钟内, 间隔十分钟清灰五秒, 十五分钟到三十分钟内, 取样八秒, 间隔十二秒, 清灰二十秒, 再间隔十二秒, 取样八秒依此循环。三十分钟到六十分钟, 间隔十分钟清灰五秒, 依此循环。这样取样装置取出的生料样品适量。下面介绍一下取样装置工作原理:机械部分由螺杆、螺杆机筒也即取样管、出料三通、安装套管、减速电机组成, 电气部分包括开关、接触器、按钮、热保护器、西门子可编程逻辑控制器LOGO!、三相电机等。当电机正传时为取样, 反转时则为清灰。再有就是取样装置安装问题, 我公司的生料取样装置安装在入预热器提升机的尾轮部分, 在料斗开一个圆孔, 孔径大小与取样管一致。器头水平伸入, 然后旋转方向, 使取样管进口迎向物料, 以便更好地取料。

2 程序设计及硬线连接

此次取样装置电气部分, 我们采用西门子可编程逻辑控制器LOGO!进行程序编写, 代替了原来的时间继电器硬线连接, 通过编写程序使外部电气硬线连接简单, 故障点大大的减少了, 故障率大大的降低, 而且它适应环境能力强。以前经常更换时间继电器, 还有硬线接点松动现象, 直接影响了取样的时间和生料化验结果, 影响了熟料的质量, 这在生产中是不允许的。我们要保证取样装置的稳定, 可靠。程序编写图见图1。

此次程序图中我们应用了LOGO!的接通延时继电器和异步脉冲发生器, 可实现现场的具体要求, 灵活、方便、功能强大。另外从经济效益出发, LOGO!一次性投入可使用五年以上, 时间继电器数月就需要更换, 影响生产, 无形中造成巨大的经济效益流失。

硬线连接:主回路和控制部分, 见图2。

3 总结

本次取样装置电气改造在程序方面和硬线方面都各有优点, 程序中我们把取样和清灰时间进行了间隔, 这样KM1和KM2接触器不会同时吸合, 造成开关跳闸, 出现短路现象。在硬线方面, 我们对KM1和KM2接触器进行了硬线互锁, 同样也达到了避免程序出现问题, 造成接触器同时吸合的现象。接触器不会烧毁。从改造以来, 取样装置运行良好, 得到了岗位人员一致好评, 稳定, 可靠是关键。时间调节更加灵活, 容易满足生产的各种需要。与以往的时间继电器对比, 从取样装置运行时间和经济效益方面来着, 改造效果是明显的, 此次改造是成功的。

摘要：在熟料生产系统中, 生料样品是否合格, 严重影响熟料的产品质量。关系到产品的质量与信誉。所以对生料的取样与化验要严格并时时进行分析以了解生料成分是否达到标准, 化验的结果成为我们控制生料配比的一个重要依据。此次改造生料取样装置, 采用西门子可编程逻辑控制器LOGO!它成本低, 易掌握, 功能强大, 适应能力强, 代替了原来的时间继电器。