感温性能（共7篇）
感温性能 篇1
0 引言
液压阀的阀芯驱动有电磁驱动、液动驱动、电液驱动、机动、手动等驱动形式,这些传统的大功率驱动方式各有特点,但要实现一些自动控制功能,往往需要采取一些人为的、主动的控制措施,控制装置的引入使得系统的结构变得复杂,成本增高。在一些要求自适应的智能系统中,这些传统驱动方式的实用性不高,为此,国内外学者将目光转向智能材料上,包括压电陶瓷、电致伸缩材料、磁致伸缩材料和形状记忆合金等。这些智能材料各有优点,但其输出功率有限,因而应用在大功率系统中亦不是很合适。为此,一些研究者对石蜡进行了研究,发现石蜡具有常用智能材料的某些性能,且适合于大功率的自适应系统。近年来以石蜡作为热膨胀材料的驱动器及液压元件得到大量研究[1,2,3]。石蜡的热驱动相对压电或静电驱动较慢,但在响应时间和功率方面较形状记忆合金优越[3,4]。由于石蜡具有良好的热驱动性能[5,6],且能满足自适应系统中感温阀的功率需求,本文将之作为热敏材料设计了一种应用于大型机动车自适应冷却系统的感温阀,并利用数值传热学理论对该感温阀的传热性能进行了仿真研究,从理论上研究了该感温阀对温度变化的响应问题。
1 感温阀的结构设计
感温阀整体结构类似于直动式溢流阀,其结构设计的核心内容是其感温元件的结构设计,其余部分可参考溢流阀的设计。设计过程中先根据设计指标和石蜡的热膨胀性能求出所需石蜡量,然后再确定感温元件的具体结构,如图1所示。
由图1可以看出,感温元件实质上是一个热膨胀型微位移驱动器。石蜡被密封在铜体和橡胶套之间,由传热良好的导体铜体感知被控对象的温度变化,随之铜体将热量传递给密封的石蜡,使石蜡发生体积变化。温度升高时,石蜡发生膨胀,其体积增大,在橡胶套的作用下,石蜡的体积变化转换为推杆的直线运动,使推杆向外输出位移;温度降低时,石蜡体积减小,推杆缩回。在感温阀阀体部件的配合下,推杆的直线位移最终转化为感温阀阀芯的开口大小。该感温元件只是感温阀的“神经中枢”,即阀的驱动部分,它通过螺纹、垫圈和密封圈与阀体相连接,从而构成感温阀,此感温阀主要应用于大型机动车的自适应冷却系统中。
2 感温阀温度场数学模型的建立
2.1 感温元件二维稳态温度场数学模型的建立
石蜡的热导小、传热慢,热容变化大,将其作为感温阀热敏材料的突出问题之一是其对温度变化的响应快慢问题,为此,需要建立图1所示感温元件二维温度场的数学模型,然后进行仿真研究与分析。
图2是图1封有石蜡部分的中间剖面的离散化示意图,由图2可知,此区域的温度场有三层:一层是铜,即图示的RQDCPSR区域;一层是石蜡,即图示的SPCBHTS区域;一层是硅橡胶,即图示的THBAFET区域。这三层是通过中间界线SP、PC和THB上热连续方程联系起来的。
2.1.1 内部节点离散方程的建立
设图2所示的内部任一节点的坐标为(m,n),则与其相邻的四个节点的坐标分别为:上节点为(m,n+1);下节点为(m,n-1);右节点为(m+1,n);左节点为(m-1,n)。根据数值传热学理论中的内部节点离散方程泰勒级数展开法[7,8,9],右节点及左节点对(m,n)点的温度函数t的泰勒级数展开式分别为
式中,tm+1,n为节点(m+1,n)的温度函数;tm-1,n为节点(m-1,n)的温度函数;Δx为x方向的步长;m=2,3,…,M;n=2,3,…,(N-1)。
将式(1)和式(2)相加并加以整理可得
其中,O(Δx2)表示未明确写出的级数余项中Δx的最低阶数为2,在进行数值计算时,略去此高阶无穷小,可得
这就是二阶导数的中心差分表达式,同理,有
式中,Δy为y方向的步长。
根据数值传热学理论[7,8,9],由式(4)和式(5)可得内部节点的离散方程表达式:
2.1.2 边界节点离散方程的建立
图2中,除了EF和FA边界上的节点是第一类边界条件,不需单独建立离散方程外,其余各边界和中间界线上的节点都要建立相应的离散方程。
2.1.2.1 RQ、QD边界
设铜壁与外界的表面传热系数为h,易知,RQ边热量沿着-y方向传递,QD边热量沿着-x方向传递,由第三类边界条件知:
式中,λ为导热系数;∂t/∂n为铜外壁面的温度梯度;Δ t为温度的变化量。
为了应用数值解法,需要将式(7)中的温度梯度∂t/∂n离散化。以RQ边为例,设RQ边上某点坐标为(m,N),则与其相邻的第一个下节点坐标为(m,N-1),第二个下节点坐标为(m,N-2)。将温度函数t在节点(m,N-1)和(m,N-2)上对同一点(m,N)作泰勒展开,然后将两个展开式进行变形整理,取二阶精度,可以得到一阶导数∂t/∂n的二阶精度向后差分格式:
将式(8)代入式(7),可得RQ边节点的离散方程为
式中,tf为热水温度。
设QD边上某点坐标为(M,n),同理可得QD边节点的离散方程为
2.1.2.2 AD、RE边界
AD边界为对称轴线,所以其上的节点属于内部节点。根据对称性,对AD边界上的节点有下式成立:
tm,n-1=tm,n+1 (11)
将式(11)代入内部节点的表达式式(6),另外,由于AD边界行编号n=1,故可以得到AD边界的离散方程表达式:
式中,m=ma+1,ma+2,…,M;ma为A点的列编号。
同理,可得RE边界的离散方程表达式:
2.1.2.3 SP、PC中间界线
SP中间界线为石蜡和黄铜分界线,由热连续方程知:
式中,|os|为图2中边界SP距离原点的距离;λt、λs分别为铜和石蜡的导热系数。
为了离散此热连续方程,也需要将式(14)中一阶导数写成差分的形式,由于热量是铜传向石蜡,为了使差分方程中热量传递能连续起来,故式(14)的左边铜部分采用向前差分的形式,右边石蜡部分采用向后差分的形式,仿照式(8),式(14)的离散形式为
式中,ns为SP边界的行编号;m=2,3,…,mp;mp为P点的列编号。
对式(15)进行整理,可得
同理,可得PC边界的离散热连续方程:
2.1.2.4 THB中间界线
在图2中,THB分界线是由一段锥角为15°的斜线和一段半径为2.5mm的圆弧构成的,在进行数值计算时,采用图2所示的阶梯形曲线来代替。此边界的离散热连续方程与式(16)的形式是一样的,只是此中间界线是石蜡和硅橡胶之间界线,因此其离散热连续方程为
式中,λx为硅橡胶的导热系数。
编号m、n在式(18)中不是一个定值,在程序中用循环语句来不断改变其值,以便实现阶梯形状。
上述各边界节点和内部节点的离散方程联合起来便构成了感温阀感温元件二维稳态温度场的数学模型。
2.2 感温元件二维非稳态温度场数学模型的建立
非稳态导热与稳态导热的主要差别在于控制方程中多了一个非稳态项,表明是一个温度随时间而变化的导热过程,因此,为了应用数值解法,需要将此非稳态项进行离散化,除此之外,各扩散项、边界条件及其离散化与稳态导热是一样的。因此,下面着重分析感温元件非稳态导热的控制方程。
根据传热学理论,由于无内热源,材料的导热系数可近似为常数,其控制方程为[7,8,9]
式中,a=λ/(ρ c),为材料的热扩散率。
式(19)左边即是上面提到的非稳态项。式(19)可以离散成显式的差分格式,也可以离散成隐式的差分格式。由于隐式格式对步长没有限制,故不会出现解的振荡现象[7,8,9]。鉴于此,对于感温元件的非稳态温度场拟采用隐式差分格式。
由数值传热学理论,式(19)的隐式差分方程为
对式(20)进行整理,可得
由式(21)可以看出:隐式的差分格式必须求解(i+1)时层的一个联立方程才能得出(i+1)时层各节点的温度,因此,其计算工作量比较大。
3 感温阀的传热学仿真分析
3.1 二维稳态温度场的仿真及分析
为了进行仿真,需要对上述二维稳态温度场的数学模型进行迭代求解。采用迭代法求解时需要对被求的温度场预先假定一个解,称为初场,在迭代计算过程中不断予以改进,直到计算前的假定值与计算后的结果相差小于允许值为止,称为迭代计算已经收敛。
采用迭代法,在MATLAB的M文件中编写程序对建立的感温阀感温元件二维稳态温度场的数学模型进行求解。求解条件为:初场为25℃室温的温度场,感温元件浸入的热水温度为100℃。仿真过程中用到的一些主要参数如下:石蜡的熔点为82℃;石蜡的导热系数为0.4W/(m·K);黄铜导热系数为107W/(m·K);黄铜热扩散率为3.3×10-5m2/s;橡胶的导热系数为0.16W/(m·K)。收敛准则采用相对偏差ε=10-6,即
式中,k为迭代次数。
通过计算,得出感温元件二维稳态温度场,如图3所示。
图3表明:感温阀感温元件在100℃的热水中达到平衡后,密封石蜡都已发生相变。同时,热量从石蜡传到硅橡胶后,温度衰减得非常快,说明硅橡胶在此有很好的保温作用,让有效的热量尽可能多地“封”在石蜡里,使其尽可能大地发生相变。
3.2 二维非稳态温度场的仿真及分析
稳态温度场只能对感温元件达到热平衡状态后的特性作一些定性分析,要分析感温元件对受控对象温度变化的时间响应问题,还应对其二维非稳态温度场进行仿真计算。采用迭代法,在MATLAB的M文件中编写程序对上述建立的感温阀感温元件二维非稳态温度场的数学模型进行求解。求解条件为:时间步长Δτ为0.1s;室温为25℃;感温元件所浸入的热水温度为100℃;各边界条件同稳态温度场。收敛条件以二维稳态温度场的解作为参考,将各时刻算出的温度场与二维稳态温度场进行比较,如果两者的相对偏差ε≤10-6,则认为达到迭代收敛了。
图4～图7是仿真计算出的一些典型时间的瞬时温度场。其中,图4的四张图主要反应铜外壁温升过程的二维非稳态温度场;图5反应的是研究区域中所有石蜡在达到熔点温度过程中的二维非稳态温度场;图6反应的是所有石蜡在发生相变过程中的二维非稳态温度场;图7所示的是一些典型时间非稳态温度场的等温线图。图4～图7不仅给出了在特定时刻感温阀感温元件的温度分布情况,而且清晰地表达了感温元件热量的传递过程。
从图4～图7可以看出:在25℃的室温下,将感温元件放入100℃的热水中,达到稳定总共历时174s。铜壁由于其传热系数和热扩散率都非常大,而且,铜壁的尺寸很小,厚度仅为1.2mm,所以传热非常快,在短短的几秒钟内温度便达到80℃以上,这可以从图4反应出来,而研究区域中所有石蜡都达到熔点温度时大约历时90s。感温阀工作时一般是使石蜡工作在相变区,所以相变区的时间响应问题是关心的重点,从图6可以看出,全部石蜡发生相变大约需要84s。在实际的自适应冷却系统中,系统实际温度工作段通常包含于石蜡的相变区温度段。另一方面,石蜡从固体经过相变转变为液体,其导热系数不是一个固定值,因而对于精确的数值模拟,需要考虑这一因素的影响。综合以上因素,石蜡在相变区的响应时间会高于84s,因而用石蜡作为热敏材料制作的温控阀存在一个84s相变区工作时段。为了说明石蜡相变对大型机动车自适应冷却系统性能的影响问题,需要分析温控阀在自适应冷却系统中的工作原理。
用石蜡作为热敏材料制作的温控阀在大型机动车自适应冷却系统中的工作过程为:当系统温度升高需要进行冷却时,温控阀通过石蜡膨胀输出的位移使阀口开大,通过温控阀的流量就变大,从而使马达转速加快,于是,马达带动的冷却装置就加大降温力度;同理,当系统温度降低时,降温力度下降。从上面数值模拟可以看出,石蜡在相变区的有效工作时间段为84s左右,因而,要求冷却系统在这有效的时间段里一定要将系统的温度降下来,否则,过了此时段,石蜡将全部为液态,温控阀将几乎起不到降低温度的作用。然而,在一般的大型机动车自适应冷却系统中,此时间段足够满足系统的冷却要求。
另外,从理论上讲,石蜡在相变过程中没有化学反应的发生,也就是说,其熔化和固化纯粹是物理变化过程。石蜡由固态熔化成液态时,其体积急剧增加;当由液态返回固态时,又立刻发生相同量的体积收缩,这说明石蜡重复相变曲线在理论上应该都是重合的。然而,实际应用中石蜡是与密封着它的物质发生着接触,而石蜡的密封不可能是绝对的理想封装状态,在系统负载变化的过程中,石蜡在相变时所受的外界干扰不一样,这样就会导致宏观石蜡物质间疏松程度不同,会出现石蜡重复相变曲线重合性不是很好的现象。这样一来,密封石蜡在多次的循环相变过程中,对外表现出的性能和数值模拟就会有差异。为了减少此差异,在感温元件的设计中,对石蜡的封装工艺需要予以足够的重视。
4 结束语
石蜡受热时具有较大的体积膨胀,且具有良好的驱动性能,这是人们选用它作为热敏材料来研制大型机动车自适应冷却系统中感温阀的根本原因所在。然而,石蜡材料的热导小,热容变化大,对温度变化的响应能否满足此种感温阀的要求是最为关注的问题,本论文运用数值传热学的相关理论,对这一问题进行了研究。数字仿真的结果表明,本文所设计的感温元件对温度变化的响应能够满足大型机动车自适应冷却系统的要求。
参考文献
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感温性能 篇2
大型火电厂一旦发生火灾事故, 如果不能及时处理, 不仅严重影响到电厂的正常运行, 而且对主电网的安全稳定运行带来严重威胁, 对正常生产和人民生活用电也相应受到严重影响, 直接或间接造成的损失都很大。事实证明, 采用火灾自动报警系统的作用明显, 在火灾处于阴燃阶段时感烟探测器就能发现火情, 大大提高了火灾发生的反应时间, 这对防止和减少重大火灾发生是十分重要的。火灾自动报警系统的采用, 使电厂防火“以防为主, 防消结合”的原则得到充分体现。随着社会科学技术的飞速发展, 火灾报警系统更新换代的步伐不断加快, 误报和漏报情况基本解决, 智能火灾报警控制系统日益成熟, 产品性能也更加完善。
2 选择火灾探测器的原则
火灾探测器是火灾自动报警系统中非常关键的设备, 是判断火灾发生的主要判据, 它的稳定性和先进性决定了整个火灾自动报警系统的可靠性, 大型火电厂工程设计中探测器的配置选型是否正确, 合理是影响可靠性的重要因素。不同种类火灾探测器, 其响应原理, 结构特点, 适用场所均不同。在设计中, 应根据探测区域内可能发生火灾的燃烧特点及其安装环境, 以及可能引起误报的原因等因素, 选择合适的探测器。
根据火灾特点, 选择火灾报警探测器时, 应符合以下原则:
(1) 在封闭的空间或火灾初期有阴燃阶段, 产生大量的烟和少量的热, 很少火焰辐射的场合, 应该选用感烟探测器。
(2) 在火灾发展迅速, 产生大量的热, 烟和火焰辐射的场合, 应选用感温探测器, 感烟探测器, 火焰探测器或其组合。有强烈火焰辐射和少量的烟和热的场合, 应选用火焰探测器。
(3) 在电缆夹层, 电缆竖井, 电缆沟道采用感温电缆或者光纤感温火灾探测器, 本文着重对这两者之间的选用进行分析和对比。
总之, 在选择火灾探测器时, 除了参考上述原则外, 还必须遵守国家标准《火力发电厂与变电站设计防火规范》 (GB50229-2006) 《火灾自动报警系统施工及验收规范》 (GB50166-2007) 和火灾自动报警系统设计规范 (GB50116-98) 等规定, 并根据厂家产品技术性能, 结合火电厂实际情况来决定探测器选型。
3 线型感温电缆和光纤感温火灾探测器的原理
线型感温电缆从动作性能来分类:可分为定温型, 差温型, 差定温型, 从工作方式分类:可分为不可恢复式 (开关量) , 可恢复式 (模拟量) 感温电缆。
开关量线型感温电缆, 其探测原理是热敏电缆受热后电阻率降低从而触发开关量的温度报警, 根据不同的场合选用不同额定动作温度的感温电缆。模拟量感温电缆由四芯铜导线组成, 每根截流导线覆盖着一层具有负温度系数特性的绝缘材料, 四根导线均匀绞在一起, 组成系统时末端两两短接成两个互相比较的监测回路, 环境温度变化通过感温电缆传到控制接口模块, 当探测区的温度达到或超过系统报警值时, 系统发出火灾报警信号。
光纤感温火灾探测器是采用光纤的背向拉曼散射 (RAMAN) 温度效应和光时域反射原理 (OTDR) 研发的光纤温度探测处理器, 其工作原理为当激光器发出一束激光, 通过耦合器调制后射入感温光纤中, 光纤反射回的拉曼散射光通过光谱分离模块分解成不同波长的Stokes散射光和Antistokes散射光, 其中Stokes散射光的强度与温度弱有关, 而Antistokes散射光的强度与温度强有关通过对两束光信号进行处理和对比计算得出温度沿光纤的分布曲线。利用光时域反射技术 (OTDR) 通过计算光在光纤中的传输速度和回波时间实现对所有温度点的定位。
4 线型感温电缆和光纤感温火灾探测器的性能对比
4.1 报警方式:
线型感温电缆对分区的火灾情况进行报警, 但不能定位, 只能判断火警区域 (100m~200m) 并且报警之前没有任何征兆, 报警时火灾往往已形成一定规模, 属于事后报警。光纤感温火灾探测器时刻监视电缆温度, 在发生火情之前提前告警, 例如可以设置60℃一级报警, 70℃二级报警, 85℃火灾报警, 又能准确定位, 能够很快找到具体的发热点或火灾点, 显示事故点温度变化的类型, 显示事故点温度读数及位置 (精度±1℃, 1~2m) 并具有火情分析功能, 对火情的大小, 火情的蔓延方向及烟雾方向做出准确判断, 给救灾工作提供便利数据。
4.2 火灾报警的设计方式:
线型感温电缆对每个防火分区安装微机头带适当长度的感温电缆, 报警时可以知道具体某个分区的信号, 感温电缆需要正弦波贴附安装。光纤感温火灾探测器的报警区域可以根据现场实际情况在系统上设定, 对安装在现场的探测光缆没有任何影响, 便于电厂复杂的环境, 标定后分区准确, 每个报警区可以根据现场情况设定不同报警值, 适应现场复杂多变的环境。
4.3 安全可靠性:
线型感温电缆具有一定的抗电磁干扰, 抗机械损伤的能力, 但受绝缘老化和长时间的电磁干扰, 以及微机头受潮受电磁干扰等诸多因素的缘故, 使用年限越久性能越不稳定, 误报率越高, 使用寿命较短。光纤感温火灾探测器的光纤是有Si O2晶体组成, 性能非常稳定, 不受电磁干扰影响, 安全可靠性高, 光纤测温控制主机采用特殊的抗电磁干扰材料, 并置于控制室内, 因此整个光纤探测系统不会受电磁干扰, 可靠性高, 使用寿命一般大于20年。
4.4 设备安装:
线型感温电缆, 每段电缆需配一个终端盒和微机头 (带电) , 单根电缆长度不超过200米每个微机头与控制室的火灾报警控制器之间还的安装电源电缆, 需要紧贴以正弦波的方式敷设, 安装难度大, 影响今后电缆改装。光纤感温火灾探测器只需敷设感温光缆 (无任何带电部件) 安装比较简单。采用抗拉伸, 抗冲击, 外径小, 柔韧的光缆, 可以按照正弦波方式或者直线悬吊敷设。
4.5 可恢复性:
线型感温电缆中可恢复性感温电缆180℃以下可恢复一次, 180℃以上为不可恢复温度, 报警受损后, 须更换整段电缆。光纤感温火灾探测器达到报警点后利用软件进行复位, 不损伤光缆, 当光缆部分受损后, 只须采用光纤熔接机对受损点熔接即可, 感温光缆测温范围一般在-30℃~250℃特种光缆可达500℃。
结束语
感温性能 篇3
关键词：两广二号,孵化不齐,蚕种,中间感温,点青整齐度,实用孵化率
两广二号作为华南地区推广的一对四元杂交种, 具有体质强健、抗病、抗高温、抗多湿、产茧量高、茧丝质优良等特点, 一直深受广大蚕农的喜爱。近年来, 两广二号蚕种孵化不齐的问题时有发生, 蚕种在生产过程中因技术处理不当, 易导致蚕种在催青阶段转青慢、孵化不齐。卵的活性化不齐成为孵化不齐的主要原因, 它虽与蚕种其他处理不当引起的障害不同, 但都能影响孵化整齐度。孵化当时的温度、光线、湿度等对蚕卵孵化整齐度的影响很大[1]。蚕种胚子在10~15℃中库感温调节, 小胚子比大胚子发育快, 有压快促慢的作用, 可促使胚子发育整齐[2,3]。该试验选取常规试孵试验效果差的两广二号正交种, 对其进行浸酸前、后中间感温调节, 使蚕卵胚子充分解除滞育, 缩小蚕卵卵龄开差, 促进胚子个体发育整齐, 并调查点青整齐度及实用孵化率情况, 在调查问题产生原因的同时通过技术处理解决蚕种孵化不齐的问题, 提高蚕种可利用率。
1 材料与方法
1.1 试验品种
广西蚕业技术推广总站冷库选取的试孵试验中孵化不齐的某蚕种场2012年10月中旬生产的两广二号正交种 (以下简称为A) , 对照种为同一批次生产的孵化正常的正交种。
1.2 试验方法
试验于2013年4月在广西蚕业技术推广总站冷库进行。把蚕种分为浸酸前中间感温 (温度13~15℃) 、浸酸后中间感温两大部分, 每个部分取6个样本 (即分别为浸酸前中感1、2、3、4、5、6 d;浸酸后中感1、2、3、4、5、6 d) , 3个重复, 分别隔天出库处理, 另外加入无中间感温的浸酸与不浸酸2个样本。蚕种按生产计划的时间出库, 按常规方法浸酸。盐酸比重1.094, 液温47.8℃, 浸渍6 min, 恒温催青 (温度25℃, 相对湿度80%~85%) 。
1.3 调查统计
以对照种点青第1天为调查起点, 每天9:00调查点青整齐度及实用孵化率。如当日样品出蚁量低于10%则不计, 其实用孵化率调查顺延1 d, 结果取3个重复的平均值。
2 结果与分析
2.1 浸酸前中间感温蚕种出库催青后点青整齐度与实用孵化率的比较
从表1可以看出, 不浸酸蚕种比浸酸的蚕种点青早0.5~1.0 d。随着中间感温时限的增加, 经浸酸处理过的蚕种一日点青率逐渐升高。而A蚕种点青率升高趋势明显, 从中间感温0 d的10%增加到中间感温6 d的62%。这说明蚕卵胚子解除滞育后在13~15℃的低温条件下也在缓慢发育。试验发现A蚕种点青第3天才能够达到100%, 而对照种虽然通过中间感温调节点青第1天略有开差, 但点青第2天全部都达到100%。说明A蚕种胚子在发育过程中卵龄开差较大, 经浸酸前中间感温处理后开差逐渐缩小, 需中间感温4 d以上二日点青率可以达到95%以上。
(%)
从表2可以看出, 调查第3天A蚕种点青刚刚完成, 其蚕卵已经开始孵化, 说明A蚕种蚕卵胚子卵龄开差在0.5~1.0 d。随着中间感温时限的增加, A蚕种孵化趋于整齐。经过中间感温3 d以上的蚕种孵化整齐, 已与对照种无异。而不浸酸蚕种与中间感温少于3 d的蚕种, 其实用孵化率在66%~85%, 都达不到生产上要求90%的国家标准, 出蚁第3天, 中间感温1、2 d的蚕种孵化率陆续达到90%以上, 没经过中间感温处理的不浸酸蚕种和浸酸蚕种, 虽然其孵化率较前一天有所增加, 但依然低于90%的国家标准。一直持续到出蚁第4天, 孵化率才达到90%以上。说明浸酸前中间感温处理, 对胚子卵龄开差大的蚕种是具有明显调节作用的, 中间感温时间越长则蚕种孵化越整齐。
(%)
2.2 浸酸后中间感温蚕种出库催青后点青整齐度与实用孵化率的比较
从表3可以看出, 随着中间感温时限的增加, 蚕种点青越整齐。A蚕种比对照种点青周期长1~2 d。A蚕种大部分需要点青第3天才达到100%, 仍有小部分到第4天才点青完成, 而点青第2天对照种仅中间感温1 d的点青率为95%, 其余全部达到100%, 说明A蚕种胚子卵龄开差较大, 经浸酸后中间感温处理, 开差逐渐缩小, 但也不足以达到实际要求。
(%)
从表4可以看出, A蚕种由于点青期延长1~2 d, 导致出蚁期也比对照种延长了1~2 d。第5天调查发现, 除了中间感温1 d的蚕种实用孵化率为88%, 中间感温2 d以上的蚕种实用孵化率均符合90%的标准。试验说明A蚕种浸酸后中间感温处理, 胚子卵龄开差调节是有明显效果的, 中间感温时间越长, 蚕种孵化越整齐。
3 结论与讨论
生产中为确保蚕种孵化齐一, 探索有很多控制蚕种发育的方法, 如适时把握蚕种入库胚子发育情况;利用中间感温调节好起点胚子;蚕种的出库散冷技术处理;蚕种出库后加强蚕种运输工作;加强催青期胚子调节及补催青技术, 适时进行黑暗抑制[3,4,5]。
(%)
该试验探索了利用中间感温调节起点胚子的方法, 通过试验证明:蚕种浸酸前、后采取中间感温对蚕卵缩小卵龄开差均有明显效果, 且中间感温时限越长, 蚕卵点青整齐度和使用孵化率越好。蚕种浸酸前中间感温3 d以上, 蚕种孵化率已经基本达到正常水平。为确保安全, 使用中间感温4d或以上, 可以完全解决蚕种因卵龄开差大导致孵化不齐的问题。
蚕种浸酸后中间感温处理, 孵化不齐蚕种虽然发育周期较正常蚕种有所延长, 但其自身点青整齐度和实用孵化率都比较好, 如果能将其与正常蚕种分开, 统一批次出库饲养, 就可以达到令人满意的效果。该试验只对现阶段已发现的孵化不齐蚕种进行初步试验, 是否适用于所有孵化不齐蚕种有待进一步试验观察论证[6]。
参考文献
[1]吕鸿声.蚕种学原理[M].上海:上海科学技术出版社, 2011:165166, 181.
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[5]杨胜特.关于蚕种孵化不良问题的探讨[J].北方蚕业, 2005 (1) :24-25.
感温加热一体化黑体辐射源 篇4
黑体辐射源可以用来标定红外测温仪, 同时也可以模拟飞机、军舰等的热辐射。常用于红外制导武器的目标模拟, 本文设计的高集成度的一体化黑体, 具有体积小、重量轻等特点, 适合用于安装在飞行器、转台等对体积质量要求苛刻的场合。
1 黑体结构
1.1 腔芯设计
根据克希霍夫定律:从密闭等温腔体内的任意面元上发出的辐射是等温腔体温度下的黑体辐射。通常是在空腔上开一小孔, 当小孔小到与测量距离相比可以忽略时, 即可等效为黑体。
黑体发射率的大小直接取决于腔体形状的设计和腔体材料的选取和处理。依据中温黑体的特点, 腔体形状采用典型的柱形和锥形相结合的形状。材料选择热导率高的SiC陶瓷材料, 经特殊处理可得到较高的发射率。结构和尺寸如图1所示。
关于点源黑体发射率的计算, 此处采用近似计算法。
近似计算法基于物体之间的辐射换热公式, 假设黑体发射腔温度均匀, 其发射率表达式为:
ε0:黑体内表面涂层发射率;
S1:黑体发射腔开口面积;
S0:黑体发射腔内表面面积。
设定腔芯材料的发射率为ε0=0.8, 计算得到发射率εb=0.976。
1.2 加热功率计算
加热丝选用铂丝, 由于其温度变化特性稳定, 同时可以作为感温材料。
计算公式如下:
腔芯重量:m=0.8g;工作电压:V=24V;700℃时SiC材料的比热容:C=1.5J/ (g.℃) ;可计算700℃时加热丝电阻为:R=42.7~71Ω。
根据铂丝随温度的变化公式, 可计算出:铂丝常温 (25℃) 下的电阻值为R常温=11.7~19.5Ω, 设计时取电阻R常温=10Ω。选用0.08mm的铂金丝作为加热丝, 长度L=0.6m。
2 黑体温控技术
2.1 常用温控技术
工业及实验室常用的黑体控制原理如图2所示, 利用电源、PID温度控制器、温度传感器、功率驱动电路、黑体辐射源等组成闭环PID控制系统。
2.2 感温加热一体化技术
该技术利用功率变压器、三端稳压器、运算放大器等分立元器件搭建而成, 电路原理如图3所示, 具有体积小, 成本低, 控制便捷等特点。利用铂丝的特性, 其阻值随着温度的变化而稳定变化, 进而构建一个平衡电桥, 四个桥臂分别为:R1、R2、R3组成桥臂一TR1, R4、R5组成桥臂二TR2, R6组成桥臂三TR3;PT (铂丝) 组成桥臂四TR4。根据电桥平衡原理:TR1×TR3=TR2×TR4, 即图中A、B两点的电位相等。通过调整R1来设定温度点, 当桥臂TR1阻值变化时, A、B两电位存在差值, 这时推动第一级运放进行放大, 该级运放电路是典型的积分放大电路, 随后经过后级运放的反向积分电路输出到C点, 而C点电位可以直接控制大功率三端稳压器LM117的调整端, 控制输出电压, 进而调节桥臂四TR4的通过电流, 最终控制黑体温度, 同时PT (铂丝) 由于温度的升高导致阻值升高, 影响着电桥的平衡, 缩小A、B两点的电位差, 同时导致PT (铂丝) 通过电流减小, 阻值变化趋稳, 最终达到平衡, 这时微安电流表指针不再摆动, 黑体温度达到稳定。再通过高精度热电偶测量此时的温度, 标定好R1此刻的电阻挡位, 就可以在需要设定不同温度的时候, 设定对应的R1电阻档位即可。
3 试验应用
在试验中分别设定300℃和600℃两种工作温度, 设定对应的R1电阻挡位, 则其温控曲线如图4所示, 通过图中可以看出, 其温控效果良好, 没有产生超调, 且系统升温速度快, 稳定性好。
4 结束语
经过不同的工况试验, 该款黑体已经满足工程应用, 成功应用在了某型导弹测试仪的目标模拟器上, 并通过了各项试验鉴定。
参考文献
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沥青混合料的压实及感温特性分析 篇5
1 沥青混合料的压实特性与材料构成分析
沥青混合料压实特性的主要影响因素[1]是沥青混合料的材料构成。论文利用模拟实际施工的SGC (旋转压实仪) [2], 采用Nini为8次 (初始压实次数) 、Ndes为100次 (设计压实次数) 、Nmax为160次 (最大压实次数) , 旋转碾压成型试件。并测试其对应的体积指标, 采用密实度曲线来计算不同级配混合料的压实特性。在Superpave设计方法的相关资料中了解到, 沥青混合料密实度曲线的斜率越大, 其相应的混合料级配就越好;相反, 若曲线的斜率越小, 则对应的混合料级配越差。因此, 可以通过利用沥青混合料Nini至Ndes的密实度曲线的斜率来作为混合料施工时的压实特性的评价标准, 利用沥青混合料Ndes至Nmax的密实度曲线的斜率来作为开放交通后混合料的压实特性[3,4]的评价指标。
通常在实验室中, 通过采用AC-13、AC-16、SMA-13这三种级配, 分别在最佳油石比的条件下, 与壳牌90#基质沥青, 形成沥青混合料。采用SGC成型后, 分别得出密实度曲线, 以AC-13为例, 如图1所示:
根据图1可知, 在初始压实次数Nini至设计压实次数Ndes阶段 (第一阶段) , 即压实次数为100次以内, 其密实度曲线并不是曲线, 而设计压实次数Ndes至最大压实次数Nmax这一阶段 (第二阶段) , 即压实次数为100至160次, 密实度曲线基本呈线性, 因此要对密实度曲线的这两个阶段进行处理, 从而得出其平均斜率, 进而反映出实际的压实特性。在第一阶段采用半对数坐标, 利用公式, 计算出Nini至Ndes阶段的平均斜率K1, 如图2所示;在第二阶段直接采用线性回归得出线性方程, 得出此阶段平均斜率K2, 如图3所示。
通过对AC-13、AC-16、SMA-13三种级配的试验数据进行分析, 得到对应的K1和K2值, 如表1所示。
结合大量的实验数据, 分析经SGC成型时采集到的密实度曲线数据, 会发现当斜率K1越大时, 沥青混合料越容易压实, 混合料的工作性也就越好;反之, 当K1越小时, 沥青混合料越不容易压实, 混合料工作性也越差, 即可以用K1来表示沥青混合料在施工压实阶段的难易程度。根据经验表明, 当斜率K2越大, 沥青路面越易得到压实, 但是此时可能会使沥青路面产生永久变形, 如车辙;而K2越小, 沥青路面越难压实, 相应的抗车辙能力较好, 即可以用K2来表示在开放交通后沥青路面进一步被压实的难易程度[5]。
从表1中的数据对比发现, AC-13、AC-16、SMA-13这三种级配的斜率K1之间的关系是:SMA-13>AC-13>AC-16。该关系表明SMA-13型相比较而言更易于压实, 最差的是AC-16沥青混合料;说明SMA-13沥青混合料的工作性优于AC-13、AC-16, AC-16沥青混合料的工作性最差。同时对比分析这三种级配的斜率K2值, 它们之间的关系是:AC-13>AC-16>SMA-13, 该关系表明当路面开放交通后, SMA-13沥青路面的抗车辙性能越强, AC-13沥青路面越差, 这也与大量的施工经验及实际沥青路面的路用性能比较接近。
2 沥青混合料的压实特性与感温特性分析
根据工程实际经验, 沥青混合料的温度越高[6] (在一定范围内) , 越容易被压实, 结合AC-13、AC-16、SMA-13这三种混合料通过SGC成型时的密实度曲线数据, 发现当压实温度升高时第一阶段的斜率K1递增, 当达到最佳温度后, 达到最大K1值, 再升高温度则该值反而会稍有降低, 如图4所示。论文采用SGC研究沥青混合料的最佳压实温度, 试验后发现沥青混合料试件毛体积密度有着相同的规律, 即当温度升高时, 旋转压实100次后, 沥青混凝土试件的毛体积密度递增, 在某一温度是达到最大, 然后降低[7], 如图5所示。
根据大量的实验数据, 我们可以得出沥青的粘度直接影响沥青混合料的工作性, 而沥青混合料的工作性又与其压实特性有直接关系。对于同一种沥青而言, 温度越高其粘度越小, 反之越大。
为了更好地研究沥青的温度敏感性, 论文采用黏温指数VTS进行研究。
其中:T1、T2为温度;u1、u2为T1、T2温度下对应的粘度值。
根据表2、表3可以发现, SBS改性沥青的黏温指数在135~150℃温度区间达到峰值, 而壳牌90#基质沥青的黏温指数在120~135℃温度区间达到峰值。这表明SBS改性沥青在135~150℃时对温度较为敏感, 超过该区段后其粘度趋于稳定;壳牌90#基质沥青在120~135℃温度区间较为敏感, 同样超过该区间后其粘度也趋于稳定。经分析可知:当温度超过150℃时, 升高温度对SBS改性沥青混合料的各种性能有微弱影响, 也即150℃左右是其最佳压实温度;而壳牌90#基质沥青在超过135℃的温度时, 升高温度对其混合料的各种性能影响也不大, 可知135℃左右即为其最佳压实温度。为进一步验证沥青混合料的压实特性与其最敏感温度段的关系, 论文继续采用SGC压实成型的密实度曲线进行研究分析。以AC-13SBS改性沥青混合料为例, 分别在120℃、135℃、150℃、165℃、180℃温度下, 采用SGC成型试件, 成型后测试毛体积密度, 如图5所示。为了分析在不同温度段的沥青混合料下温度对压实特性的敏感性, 计算每个温度段压实特性的斜率, 其值越大, 则对应的温度段内混合料压实特性对温度变化比较敏感[8]。
通过对混合料在不同温度段的密实度斜率的计算, 发现当达到最佳压实温度后, 混合料的密实度会逐渐降低, 导致在最佳压实温度后斜率会出现负值, 为分析简便, 现对计算斜率取绝对值, 其结果如图6所示。
分析图6可以总结出, 对于同一种级配 (例如AC-13) , 当采用壳牌90#基质沥青时, 在120~135℃温度区间内, 沥青混合料的密实度曲线斜率达到最大值, 当温度继续升高时, 混合料的密实曲线斜率有明显的降低, 可以得出结论:当混合料温度在120~135℃温度区段时, 对于壳牌90#基质沥青, 混合料的压实特性对温度比较敏感, 若在此温度段进行压实, 会由于混合料的压实特性对温度比较敏感很容易造成路面压实度的不均匀性;而当温度高于135℃时, 混合料的压实特性对温度不是很敏感, 当温度高于135℃时, 沥青混合料的压实特性差异不大, 此时沥青混合料处于比较稳定的状态, 即在此温度范围内, 温度的差异很难对路面压实造成不均匀的影响。
而当混合料采用SBS改性沥青时, 其密实度曲线斜率的最大值出现在135~150℃温度区段, 此区段比壳牌90#基质沥青混合料高出15℃。此时, 混合料的压实特性对温度比较敏感。当温度超过150℃时, 相应密实度曲线斜率也明显下降, 这正好与壳牌90#基质沥青混合料的规律相同。还可以发现, 当温度区段在120~135℃与135~150℃时, SBS改性沥青混合料的密实曲线的斜率相差不大, 都处于比较大的水平, 可见当温度在120~150℃区段时, SBS改性沥青混合料的压实特性对温度敏感性较强。
同时, 对于SMA-13级配, 当采用SBS改性沥青时, 其压实敏感温度是120~135℃。而当采用同种沥青时, 其呈现出的规律与AC-13级配基本一致。通过对比发现, 对于不同级配的混合料, 当采用SBS改性沥青时, 沥青混合料在120~135℃与135~150℃区段的密实度曲线斜率相差不大。
通过对沥青混合料的大量研究, 可以发现当温度高于135℃时, 基质沥青混合料的压实特性会趋于稳定, 而在温度高于150℃时SBS改性沥青混合料的压实特性较稳定。这种现象与沥青混合料的工作性和沥青粘度变化规律均比较吻合[9]。
3 结语
(1) 采用SGC成型沥青混合料试件, 以沥青混合料Nini至Ndes的密实度曲线的斜率来作为评价混合料施工时的压实特性指标。且有如下关系:若其K1值越大, 表明混合料越易压实。同理, 以沥青混合料Ndes至Nmax的密实度曲线的斜率作为开放交通后混合料的压实特性的评价指标。且有如下关系:若其斜率K2值越小, 则表明混合料抗车辙能力越强。
(2) 当采用相同沥青时, 对不同的级配 (AC-13、AC-16、SMA-13) 的SGC成型密实度曲线进行分析, 并对比其K1值得到:SMA-13>AC-13>AC-16。这个关系表明在施工阶段, 混合料压实由易到难分别为SMA-13、AC-13、AC-16。将其K2值进行对比发现:AC-13>AC-16>SMA-13。此关系表明当开放交通后, 抗车辙的能力由强到弱分别为SMA-13、AC-16、AC-13。
(3) 通过分析SGC成型试件时的密实度曲线, 可以得出:当温度高于135℃时, 壳牌90#基质沥青混合料的压实特性趋于稳定;而当温度高于150℃时SBS改性沥青混合料的压实特性趋于稳定。
(4) 论文划分温度的间隔是15℃, 这样虽可以反映基质沥青与SBS改性沥青的差异, 但这并不绝对准确, 因此, 为了保证试验结果的精确性, 在以后的研究中, 应该尽可能小地划分温度间隔。
摘要：以试验为基础, 针对不同级配、沥青结合料以及温度等因素对沥青混合料压实特性的影响, 分析其在不同情况下的体积指标和压实特性评价参数。通过研究沥青混合料Nini至Ndes的密实度曲线的斜率来作为混合料施工时的压实特性的评价标准, 其斜率K1值越大, 则说明混合料越容易压实;通过研究沥青混合料Ndes至Nmax的密实度曲线的斜率来评价开放交通后混合料的压实特性, 其斜率K2值越小, 说明混合料抗车辙能力越强。
关键词：沥青混合料,压实特性,斜率,感温特性
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感温性能 篇6
罐区储运的油品大部分都属于甲类和甲A类火灾危险性介质, 通常以液态形式在常温增加压力条件下储存, 具有气液两相的性质。其火灾危险性主要表现在以下几个方面:
(1) 易挥发。以液态形式储存, 释压后, 立即挥发为气体。气化后体积膨胀250～300倍, 并急剧扩散蔓延。
(2) 相对密度大 (空气的1.5～2倍) 。比空气重, 容易停滞和积聚在电缆沟、下水道等低洼处, 易与空气形成爆炸性混合气体, 一旦达到爆炸极限, 遇火源便可以燃烧、爆炸。
(3) 易燃、易爆。闪点低, 着火温度比一般可燃气体温度低 (约为400～530℃) , 危险性大, 与空气接触后形成爆炸性混合气体, 爆炸极限是2.1%～9.5% (体积比) , 可被小火星点燃, 爆炸速度为2000～3000m/s。
(4) 燃烧热值高。热值大于15605.5kJ/kg (91272kJ/m3) , 火焰温度高达2120℃, 辐射热强, 极易引燃、引爆周围的易燃、易爆物质, 使火势扩大。
(5) 易膨胀。储罐属于压力容器, 储存在容器内的油品, 在一定的温度和饱和蒸气压下处于气液共存的平衡状态。随着温度的升高, 液态体积会不断膨胀, 气态压力也会不断增大, 气体泄漏的可能性也就越大。
(6) 有腐蚀性。内腐蚀可以不断地使容器壁变薄, 从而导致容器的耐压强度, 缩短容器的使用年限, 导致容器穿孔漏气或爆裂, 引起火灾报站事故。同时, 容器内壁因受到硫化氢的腐蚀作用, 还会生成黑褐色的硫化亚铁 (Fe S含硫量:36%) 粉末, 附着在器壁上或沉积于容器底部。这种硫化亚铁粉末如果随残液倒出, 或使空气大量进入排空液态的容器内, 硫化亚铁会与空气中的氧气发生氧化反应, 放热而自然, 生成氧化铁 (Fe3O4) 和二氧化硫 (SO2) , 这种自燃现象也易造成火灾爆炸事故。
(7) 易产生静电。油品从管口、喷嘴或破损处高速喷出时能产生静电, 静电电压可高达数千乃至数万伏。根据测定, 当静电电压在350～450V时, 所产生的放电火花就能引起可燃气体燃烧或者爆炸。由于从管口、喷嘴或破损处高速喷出时, 极易产生高电位静电, 所以其放电火花足以引起火灾或爆炸事故。
2 光纤光栅感温火灾报警系统
2.1 特点
(1) 光纤传感器体积小, 质量轻, 能在恶劣环境下进行非接触式、非破坏性以及近距离测量。
(2) 自动对光栅传感器所在区域进行实时巡检, 检测现场温度的异常波动, 实现早期火灾报警。
(3) 以图文形式实时显示相应监测点的温度值和温度变化曲线, 方便管理人员操作和维护。
(4) 各个监测点的温度和报警信息都保存到光纤光栅感温火灾探测器的大容量储存器内, 可查看各监测点的历史温度变化曲线, 为决策和维护提供数据支持。
(5) 光纤传感器的探测部分无源, 本安防爆, 平时只有光通过, 不导电, 工作状态下不会产生电火花, 不受雷电干扰。
(6) 可根据实际情况对光纤光栅感温火灾探测器的报警阈值进行现场设定。
(7) 用准分布式测量方式, 测量点多, 可以灵活调整传感器的布设位置。
(8) 系统结构紧凑, 安装简单, 维护方便, 抗电磁干扰、抗腐蚀, 能在恶劣的环境下工作, 可靠性高, 使用寿命长。
2.2 光纤光栅感温探测器的工作原理
光纤光栅是光纤纤芯折射率受到永久的周期性微扰而形成的一种光纤无源器件, 一般采用特殊的紫外光照射工艺, 对光纤纤芯进行照射, 入射光子和纤芯内锗离子相互作用引起光纤折射率的永久性变化, 从而在纤芯内形成空间相位光栅, 其作用实质上是在纤芯内形成一个窄带的 (投射或反射) 滤波器。
图1是光纤光栅结构原理, 当宽带光经光纤传输到光栅处时, 光栅将有选择地反射回一束窄带光。在光纤不受外界影响 (环境温度) , 改窄带光中心波长为宜固定值λB;而当环境温度发生变化时, 光栅的栅距Λ将发生变化 (同时光栅处纤芯折射率neff也会发生变化) , 反射的窄带光中心波长将随之发生改变, 这样就可以通过检测反射的窄带光中心波长的变化值, 测量到光栅处的有关物理量的变化, 如图2所示。
通过检测λB的变化值Δλ, 即可实现对保护区域的温度检测。系统工作时, 由宽带光源发出的光通过耦合器调制并经光分路器后摄入各个光纤光栅传感器中;每一支光纤光栅传感器会反射回一个与自身温度相对应的窄带光脉冲, 波长解调模块把每支光纤光栅传感器反射回的光脉冲信号转换成波长信号, 送入信号处理器进行计算;信号处理器把每个波长信号与初始参数进行对比计算, 从而得出每支传感器所处位置的实际温度, 如果在一条光纤上串接多个不同λB的光纤光栅传感器, 就可以实现一条光纤上的多点测量即为准分布式温度监测;如图3, 其中通道数1～n表示为光纤光栅报警系统具有的独立报警区域的个数, 每一个报警区域对应一个继电器, 当某个区域有超温报警时, 相应的继电器动作并送出报警信号, 在火灾自动报警控制器中, 每个报警信号都有一个唯一的地址编码, 管理人员可通过地址编码迅速确定是那个部位出现了温度异常, 并采取有效的处理措施。
3 光纤光栅探测器在石化罐区的工业应用
光纤光栅测温主机是光纤温度传感系统的核心设备, 它集激光发射、信号采集、温度分析、报警值设定、报警信号输出等功能于一体, 光纤光栅测温主机设置在全厂的消防控制中心。传输光缆利用仪表桥架敷设到储罐区, 在储罐区的合适位置设置分线盒, 然后再由分线盒引出光缆到每个储罐, 在储罐上设置分光器, 划分每个储罐报警区域的数量, 根据报警区域数量引出相应数量的单芯单模光纤, 此光纤用于连接光纤光栅温度探头。
图4为光纤光栅感温火灾探测系统安装在拱顶罐上, 用专用的固定卡或导热胶把光纤光栅温度探头固定在罐顶的围栏下沿的扁铁上, 作为一个报警区域;在罐底部制作支撑点, 把光纤光栅温度探头固定在罐底, 作为第二个报警区域, 这样我们就把一个储罐划分成了两个报警区域, 相当于占用了两个通道, 同理其它拱顶罐以同样的方式设置报警区域, 然后根据储罐的数量, 就可以计算出整个罐区需要的总通道数。
图5为光纤光栅感温火灾探测系统安装在球罐上, 将温度传感器分为多圈, 围绕球罐布设, 每一圈之间的间距约为3米左右, 也可以沿着球罐上的消防管道布设, 按照球罐上下两部分为两个报警区域, 分光器安装在球罐支撑柱上。
图6为光纤光栅感温火灾探测系统安装在外浮顶储罐上, 用专用的固定卡或导热胶把光纤光栅温度探头固定在浮盘密封圈附件, 作为一个报警区域, 传输光缆穿直径20m m的镀锌钢管沿罐体外上引到罐顶, 然后沿着可移动的楼梯敷设到光纤接线盒, 光纤接线盒安装在浮顶储罐的顶部, 从光纤接线盒引出单模光纤连接测温光栅, 这里需要注意的是传输光缆的长度必须可以保证让浮顶从最低位置到达最高位置。
图7为光纤光栅感温火灾探测系统安装在内浮顶储罐上, 用专用的固定卡或导热胶把光纤光栅温度探头固定在浮舱与罐内壁密封圈结合处, 作为一个报警区域, 连接光缆的接线盒固定在通气孔外, 进入通气孔内部的单模光缆的长度必须可以保证让浮顶从最低位置到达最高位置, 外部连接光缆的做法与外浮顶罐相同。
4 与其它线型感温探测器的比较
光纤光栅感温火灾探测系统与线型感温电缆测温系统、空气铜管测温系统、空气采样测温系统比较具有测量精度高、安全防爆、抗电磁干扰、防雷击、可靠性好、灵敏度高、使用寿命长的优点, 可实现罐区无电、实时在线监测, 整个系统可以通过分布组网的方式测量整个罐区的温度、既可以显示各个罐的温度也可以上报到监控计算机系统统一管理, 即可显示被监测点温度, 也可以通过分析温升速率实现温度报警。
当然目前光纤光栅感温火灾探测系统也有它本身的局限性, 由于光纤测温主机的价格比较高, 对于小规模的罐区或者单独的储罐在使用本系统时经济性不好。
5 结束语
综上所述, 由于光纤光栅感温火灾探测系统的优点, 所以在大型化工罐区应用本系统既提高了火灾探测自动报警系统的可靠性、安全性, 又减少了施工和后期维护的工作量, 所以本系统是未来罐区火灾自动探测报警系统的发展方向。
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感温性能 篇7
关键词：线型感温火灾探测器,非接触式,火灾探测
近年来,线型感温火灾探测器产品在石化、冶金、电厂、轨道交通、城市综合管廊、核电厂等工业场所和特殊领域消防工程中的应用日益增多。线型感温火灾探测器包括缆式线型感温火灾探测器、分布式线型光纤感温火灾探测器等。在目前的工程应用中,主要存在以下不足:一是缆式线型感温火灾探测器受结构及探测机理的制约,1只探测器的保护范围有限;二是由于应用场所大多为强电磁干扰场所,缆式线型感温火灾探测器易受电磁干扰,虽然分布式线型光纤感温火灾探测器不受电磁干扰影响,但分布式线型光纤感温火灾探测器灵敏度低,对小尺寸火焰不响应,不适合应用于初期火灾为小规模火灾的场所;三是为了保证线型感温火灾探测器的探测有效性,实现火灾的早期探测报警,工程安装均采用接触式正弦波敷设的安装方式,不利于工程维护及检修。上述不足限制了探测器的应用场所。
高灵敏度多参数长距离缆式线型感温火灾探测器(以下简称“高灵敏线型感温火灾探测器”),其在产品结构、原理及安装方式上进行了创新,采用了先进的技术,克服了以上不足,可以有效地解决上述问题。
1 火灾探测新技术
1.1 产品结构与原理
高灵敏线型感温火灾探测器采用缆式结构,由信号处理单元和敏感部件组成,敏感部件包括传感电缆和中继单元,在传感电缆上每隔一段距离设置一个中继单元。工作原理为中继单元实时采集现场温度信息,上传至信号处理单元,信号处理单元根据收到的温度信息与预定的火灾燃烧曲线进行比较,判断是否有火灾发生,一旦发生火灾,立即发出声光报警提示,同时显示发生部位的地址,提示消防值班人员尽快处置。中继单元由于采用了高灵敏度复合式温度传感器(以下简称“复合式传感器”),提高了线型感温火灾探测器的早期火灾响应能力和报警准确性,可以实现远距离非接触式测量与定位。高灵敏线型感温火灾探测器的技术水平属于国际先进,其灵敏度高,稳定性好,配置灵活,可满足不同现场的要求,适用范围广。
1.2 与其他线型感温火灾探测器比较
高灵敏线型感温火灾探测器与其他缆式线型感温火灾探测器、分布式光纤线型感温火灾探测器性能参数比较,优势明显,如表1所示。
2 工程应用技术研究
2.1 应用场所
线型感温火灾探测器主要在石化、冶金、电厂、轨道交通、城市综合管廊、核电厂等工业场所和特殊领域的消防工程中应用。GB 50116-2013《火灾自动报警系统设计规范》(以下简称“报警规范”)规定,电缆隧道、电缆竖井、电缆夹层、电缆桥架,不易安装点型探测器的夹层、闷顶,各种皮带输送装置,其他环境恶劣不适合点型探测器安装的场所宜选择缆式线型感温火灾探测器;除液化石油气外的石油储罐、需要设置线型感温火灾探测器的易燃易爆场所、需要监测环境温度的地下空间等场所宜设置具有实时温度监测功能的线型光纤感温火灾探测器;公路隧道、敷设动力电缆的铁路隧道和城市地铁隧道等宜选择线型光纤感温火灾探测器。
缆式线型感温火灾探测器特别适合于保护厂矿的电缆设施。线型光纤感温火灾探测器,其1根光纤可探测数千米范围,但其最小报警长度比缆式线型感温火灾探测器长得多,因此只能适用于比较长的区域且发热或起火初期燃烧面积比较大的场所,不适合使用在局部发热或局部起火就需要快速响应的场所。
高灵敏线型感温火灾探测器采用非接触式测量方式,使线型感温火灾探测器工作于较高的灵敏度级别,提高了线型感温火灾探测器的报警准确性和早期火灾响应能力。产品具有定位功能,单通道使用长度可达2km,其最小报警长度比其他缆式线型感温火灾探测器小,因此扩大了产品应用场所,克服了缆式线型感温火灾探测器和线型光纤感温火灾探测器的适用场所的局限性,不仅适用于大区域同时发热或起火初期燃烧面积比较大的场所,而且也适合使用在局部发热或局部起火需要快速响应的场所。
2.2 安装敷设方式
不同类型的线型感温火灾探测器,其结构及探测机理不同,灵敏度也不同,为了保证探测效果,不同探测原理的线型感温火灾探测器的安装敷设方式也不同。
“报警规范”规定:无外部火源进入的电缆隧道应在电缆层上表面设置线型感温火灾探测器;有外部火源进入可能的电缆隧道在电缆层上表面和隧道顶部均应设置线型感温火灾探测器。
根据火灾案例统计分析和在电缆隧道中的火灾实体试验,外火进入电缆沟道的地面时,敷设在电缆层上的线型感温火灾探测器并不能及时响应,因此应该在隧道顶部设置线型感温火灾探测器。电缆本身发热或外火直接落在电缆层上时,只有采用接触式设置在电缆层上表面的线型感温火灾探测器才能及时响应。
线型感温火灾探测器应采用接触式敷设方式对隧道内的所有的动力电缆进行探测;缆式线型感温火灾探测器应采用“S”形布置在每层电缆的上表面,线型光纤感温火灾探测器应采用一根感温光缆保护一根动力电缆的方式,并沿动力电缆敷设。以上是在电缆隧道中火灾实体试验基础上做出的规定,只有达到此要求,线型感温火灾探测器才能及时响应。
高灵敏线型感温火灾探测器产品具有非接触式探测功能,如图1所示。探测器敏感部件垂直于水平面架空安装,架空高度H,复合式传感器的探测保护区域,如图1所示。只要在复合式传感器保护区域内任一点温度发生变化,复合式传感器都能快速响应。
由于高灵敏线型感温火灾探测器产品实现了远距离非接触式测量,在工程应用中可采用非接触式直线架空的安装方式。
笔者以地下综合管廊为例介绍线型感温火灾探测器的敷设方式。在地下综合管廊火灾报警系统设计中,火灾探测器主要安装区域为地下隧道中的电缆桥架和隧道顶部。对于隧道顶部设置的火灾探测器,采用直线架空安装,不同类型的探测器所需长度基本相同。但是,对于电缆桥架采用的线型感温火灾探测器类型不同,对应的敷设方式不同,相应的火灾探测器敷设数量也不同。因此,工程造价差异较大。
图2给出了高灵敏线型感温火灾探测器、其他缆式线型感温火灾探测器、线型感温火灾探测器在电缆桥上的安装敷设方式。如图2所示,缆式线型感温火灾探测器采用“S”形接触式敷设方式布置在每层电缆的上表面,即1层电缆桥架只需要1根传感电缆。线型光纤感温火灾探测器采用一根感温光缆保护一根动力电缆且沿动力电缆接触式敷设,即1根动力电缆就要敷设1根感温光纤。高灵敏线型感温火灾探测器产品采用非接触式架空安装方式吊装在电缆桥架上,即1层电缆桥架只需要1根与桥架长度相同的感温部件即可。
非接触式直线架空安装方式可以有效避开电磁干扰,降低了误报率的同时扩大了探测器的保护面积,提高了探测器的工程适用性,方便工程维护及检修,降低了工程造价。
(注:SM9003为高灵敏线型感温火灾探测器)
3 实体火灾试验验证
根据目前各种线型感温火灾探测器的应用现状,在此次火灾模拟试验中,选用目前国内具有代表性的线型感温火灾探测器。所选用的线型感温火灾探测器均符合GB 16280-2014《线型感温火灾探测器》的要求,且在同类产品中处于技术领先地位。
3.1 电缆桥架火灾模拟试验
电缆桥架火灾模拟试验,如图3所示。加热装置采用加热带,在每根动力电缆表面沿电缆方向敷设加热带。高灵敏线型感温火灾探测器产品敏感部件吊装在电缆桥架上(电缆桥架长度为25m),架空高度25cm;其他缆式产品采用接触式正弦波敷设在电缆桥架上,光纤产品沿每根动力电缆进行接触式敷设。对加热带通电进行加热,模拟动力电缆异常发热情况,加热带升温速率为8~10℃/min。
(注:SM9003为高灵敏线型感温火灾探测器)
试验结果:高灵敏线型感温火灾探测器产品在55~65s报警,其他缆式产品在140~160s报警,光纤产品在180~200s报警。
试验结果表明,高灵敏线型感温火灾探测器产品在非接触式直线架空安装条件下比接触式安装的其他缆式和光纤产品的火灾响应时间快很多。
3.2 非接触式直线架空安装大区域保护性能试验
非接触式直线架空安装大区域保护性能试验,如图4所示。探测器敏感部件架空安装,架空高度H;加热设备采用边长为a金属油盘,向金属油盘内倒入不少于300mL的无水乙醇(保证金属油盘底部被乙醇全部覆盖),金属油盘放置于被保护区域内的水平地面上的任意位置。探测器接通电源,待信号处理单元处于正常监视状态,使用点火棒将火盆内无水乙醇点燃,记录报警时间。
架空高度H不同,金属油盘尺寸不同,金属油盘放置的位置不同(保护区域边沿记为区域E,保护区域中心记为区域C),其对应的报警时间也不同,具体试验数据见表2所示。
从表2可以看出,金属油盘放置在保护区域的任意位置,探测器均能报出火警信号,越靠近保护区域中心,报警时间越短。
试验结果表明,高灵敏线型感温火灾探测器产品具有实现非接触式直线架空安装大区域保护性能,且在发生火灾时,能在很短的时间内报出火警与火警位置。
(注:SM9003为高灵敏线型感温火灾探测器)
4 结束语
新型高灵敏线型感温火灾探测器,可实现火灾发生前或初期的异常状态监测预警、火灾报警、火警位置输出与状态显示,实现了非接触式直线架空安装,可以有效避免电磁干扰,降低误报率的同时扩大了探测器的保护面积,提高了探测器的工程适用性,扩大了产品应用场所,方便工程维护及检修,降低了工程造价。因此,解决了现有线型感温火灾探测器工程应用中的不足。
参考文献
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