热控制技术（精选9篇）
热控制技术 篇1
摘要：从实际应用的角度, 探讨了醋酸物料管线电伴热的参数设计、控制原理。
关键词：电伴热,控制原理,电热带
电伴热是利用电能致热, 在物料管线或罐体上发出均匀热量, 以补偿被伴热物体在工艺生产过程中的热量损耗, 维持物料温度在一定范围内, 从而满足其工艺技术要求。同传统的蒸汽伴热相比, 电伴热具有高效节能、发热均匀、可靠性高、安装维护简便、无“跑冒滴漏”现象、易于实现自动控制等优点, 是电热工程领域的一项新兴技术。
下面以某石化企业醋酸管线电伴热为例, 对其控制原理作进一步分析探讨。
1 参数设计
某石化企业, 从生产区到船运码头的醋酸管线, 长度3510米, 采用Φ108×4不锈钢管, 保温材料为岩棉, 厚度80mm, 醋酸凝固点为16.63℃。为确保管线顺畅, 不因环境温度降低而导致管线内醋酸结晶, 介质维持温度要求为25±3℃。
根据热力学基本原理、以及相关的工艺条件, 管道隔热层厚度与管道热量损失q的关系由以下公式确定[1]:
式中:q—单位长度管线的热损耗 (w/m) ;k—保温材料的导热系数 (w/m·k) , 取0.044 w/m·k[1];T1—保温层的内表面温度, 即维持温度25℃;T2—保温层的外表面温度, 取最低环境温度-14℃;d1—保温层内径, 即管道的外径108mm;d2——保温层外径, d2=108+2×80=268mm。
将数据代入式 (1) 得:q=11.86 (w/m)
考虑到风速、极端气候条件对管道保温的影响, 取工程保险系数 (1.1~1.3) , 则:
该醋酸管线总的伴热量为:
2 控制原理
2.1 主回路
对于电源部分, 为确保输出功率, 要求采用升压变压器。由于电热带为纯电阻性负载, 考虑到变压器空载损耗、线路损耗, 以及起动瞬间的冲击电流, 通常取可靠系数k=1.1, 即变压器的额定容量为[2]:
可选用SG–65, 380V/830V, 65 kVA三相干式变压器。
主回路为空气开关、接触器控制方式, 具有过流、短路保护功能, 设计选型原则为:空气开关按2~2.2倍工作电流、接触器按2~2.5倍工作电流选择。
则过载电流Ik=2.2Ie=2.2×38 (A) =83.6 (A)
空气开关选用NS160H–100A, 绝缘电压为1250V;接触器选用LC1–D9511C, 主触头、绝缘电压均为1000V。
2.2 电热带
电热带是电伴热系统主要的发热元件, 目前最为常用的有高值PTC电热带、恒功率电热带、自控温 (又称自限式) 电热带等三种, 可根据现场的工艺要求、应用场所的不同, 加以选择。醋酸管线选用了高值PTC串联式电热带。
由内而外, 高值PTC电热带包括以下几层:发热芯线、绝缘层、内垫层、屏蔽层、防腐层。其中, 绝缘层采用聚四氟塑料带, 具有绝缘、耐高温的效果, 耐温等级达200℃以上;内垫层与绝缘层材质相同, 进一步增强绝缘;屏蔽层用镀锡铜丝编织成网, 具有防护作用、加大热辐射面积、用于接地保护;外护套为塑料薄膜, 能防潮、防腐。
伴热带的选型, 是以每米发热功率为标称值。在式 (2) 中, 伴热功率为15.42w/m, 三根平行敷设, 即单根电热带功率为5.1 4 w/m, 取5.2 w/m, 则该电热带型号为5.2DFI–BS。
在实际运行过程中, 线芯处于发热状态, 当伴热维持温度为25℃时, 线芯温度将达到50℃。为确保调试中参数的准确性, 必须将芯线换算成20℃时的电阻值。由于P=Uϕ2/R, 则R=Uϕ2/P,
根据温度系数公式可得:, 其中温度系数α=0.00393,
则:
即线芯发热温度达50℃时, 为确保5.2w/m的发热功率, 换算成2 0℃时的电阻值为11.25Ω。
2.3 控制回路
电伴热的控制, 以管线的温度作为反馈信号, 控制温控器的输出节点, 使伴热达到自动控制与调节的效果。
控制回路的电源, 采用了J B K 3–480V/220V隔离变压器, 具有降压、隔离的作用:一方面, 将电压降为220V工作电压;另一方面, 使变压器的一次侧与二次侧在电气上完全隔离, 防止触电危险[3];同时, 具有滤波作用, 抑制高次谐波传入控制回路, 防止干扰。
醋酸管线的测温采用Pt100铂电阻, 量程范围―50℃~100℃, 铂电阻物理化学性能稳定, 抗氧化能力强, 适用于酸碱腐蚀场所, 测温精度高;铂电阻内接一温度变送器模块, 通过24V直流电源, 将电阻信号转化成4~20m A电流信号, 作为温控器的输入信号。
现场电流信号通过控制电缆加以传输, 称之为温控电缆, 沿管线敷设。由于外管廊属防爆危险区域, 因此采用隔离式安全栅[4], 对窜入现场的电流、电压加以限制, 确保物料管线的安全;当温控电缆短路时, 安全栅将被损坏, 回路断开, 对24V电源、温控器具有保护作用, 防止故障范围进一步扩大。
温控器的设定温度为25℃, 且具有±1.5℃的回差:当管线温度低于23.5℃时, 温控器节点闭合, 主回路接通, 管线处于加热状态;当管线温度高于26.5℃时, 温控器节点断开, 主回路随之断开, 管线停止加热。
控制回路的保护, 采用ZEV–65电子过载继电器, 具有缺相、过载、三相电流不平衡保护功能。过载电流通常按1.05~1.1倍额定电流整定, 当Ie=38A时, 过载电流为:
3 安装调试
电热带出厂时, 必须通过交接试验, 试验标准为:用1000V摇表, 线芯对屏蔽层绝缘电阻≥50MΩ;工频2500V、一分钟交流耐压试验, 绝缘层不被击穿。
在沿管线敷设时, 三相电热带应平行敷设, 不宜交叉、叠绕, 以防止局部过热而烧坏;电热带紧贴管壁, 用铝箔胶带加以固定;三相电热带采用“Y”型接法, 在尾端接线盒内将线芯并接起来。
因使用长度的限制, 电热带采用D J H–V I–100型防爆接线盒过渡、连接, 接线端子容量为100A, 接线盒防爆等级达到E x d I I B T4, 以符合现场防爆要求[5], 电热带属无火花型电器, 防爆等级为Exe IIT4;每段电热带的屏蔽层, 必须相互连接, 且可靠接地, 接地电阻值<4Ω。
温控器是电伴热控制的核心, 具有接线简单、安装方便、功能完备、参数设置灵活的特点。在输入方式上, 温控器支持热电偶、铂电阻、4~20m A模拟量输入, 可根据现场信号采集的实际状况加以选择;就输出方式上, 采用了温控节点输出, 节点容量达到10A, 具有较强的带载能力;在控制方式上, 通过PID调节功能[6], 能提高控制系统的快速性、稳定性和准确度。
温控器接线调试完毕, 接着对铂电阻进行校验。采用标准电阻箱, 参照Pt100铂电阻分度表, 现场输入电阻信号, 观测温控器显示温度, 并做好记录。调试数据如表1所示, 表明铂电阻测试温度在一定误差范围内, 运行正常。
对三相电热带直流电阻进行测试, 分别为11.62Ω、11.60Ω、11.65Ω, 与理论计算值大致接近;送电试运, 三相电流平衡, 均为38.1A, 电热带发热正常, 热效率稳定, 可以正常投用。
4 结语
电伴热是一套成熟的技术, 从控制方式、元器件选型, 到防爆安全性, 均能达到现场运行要求;而随着电气控制理论的发展、电力电子元件的开发应用, 电伴热控制系统将更为高效、节能。
参考文献
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[6]王馨, 陈康宁.机械工程控制基础[M].西安:交通大学出版社, 1997:176-181
热控制技术 篇2
精确的温度控制器产生热梯度补偿
为有效使用半导体激光器和光探测器等热敏感组件和传感器,有必要进行准确稳定的`温度控制.配合相关设备的使用,出现了一个专门提供热电冷却器(TEC)、温度传感器、单块集成电路和混合型驱动集成电路等热控制设备的新兴行业.
作 者：W Stephen Woodward 作者单位：北卡罗莱纳州教堂山刊 名：电子设计技术英文刊名：EDN CHINA年，卷(期)：20088(9)分类号：关键词：
热控制技术 篇3
现如今大体积混凝土水化热控制是否得当几乎成为衡量整个桥梁质量的重要因素之一。大体积混凝土是桥梁的重要支撑结构, 承担起整个桥梁的重量。如果对其水化热控制不力, 则会引起混凝土不同程度的裂缝, 影响工程质量。大体积混凝土的温度裂缝是源于大体积混凝土中的水泥在早期硬化阶段发生水化反应, 在这过程中散发出大量的热量, 由于混凝土的绝缘性能, 因而会在混凝土内外表面产生温差, 引起温度变形产生混凝土裂缝。所以为了确保桥梁整体质量, 需要我们对大体积混凝土的施工控制进行研究, 尤其控制大体积混凝土的水化热, 避免产生较大的温度裂缝。在桥梁施工中严格按照我国最新JTG/T F50—2011公路桥涵施工技术规范中的要求, 控制水化热引起的温度不超过25℃。
1 大体积混凝土的概念及特点
1.1 大体积混凝土的概念
1) JTG/T F50—2011公路桥涵施工技术规范认为如果混凝土结构在浇筑时, 结构的最小截面尺寸在1 m~3 m以内, 并需要采取措施控制水化热引起的温差在25℃以内的混凝土, 称其为大体积混凝土。
2) JGJ 55—2000普通混凝土配合比设计规程关于大体积混凝土概念:混凝土结构的最小截面尺寸不小于1 m或者由于混凝土产生热量致使混凝土内外表面温差超过25℃而产生裂缝的混凝土称之为大体积混凝土。
3) 中国冶金建筑研究院总院的王铁梦教授经过多年的研究, 是这样定义大体积混凝土的:在土木工程中的一些混凝土结构, 受到温度应力的作用后结构自身不能抵抗收缩拉应力而出现裂缝的混凝土结构。
4) 日本建筑学会经过多年的研究总结出, 当混凝土结构在浇筑时, 受到混凝土中水泥水化热的影响, 内外温度差大于25℃, 并且结构的最小断面尺寸大于0.8 m的混凝土称之为大体积混凝土。
5) 美国混凝土学会认为如果混凝土结构截面最小尺寸足够大, 大到必须采取措施来解决水化热以及水化热导致的结构体积变形, 并且还需要现场浇筑的混凝土结构称之为大体积混凝土。
到现在为止专家们对于如何定义大体积混凝土这一问题还未达成一致看法。因为仅仅通过结构断面的尺寸来确定是不是大体积混凝土是不够全面不够确切的, 水化热对结构的影响需要综合考虑结构断面水泥材料、环境温度、大气环境、结构尺寸等等一系列因素的影响[2]。
1.2 大体积混凝土的特点
大体积混凝土具有以下4个重要的特征:
1) 混凝土是由粗骨料 (碎石、卵石等) 、细骨料 (河砂等) 、水等按照一定的配比, 经过均匀搅拌、碾压、养护等阶段形成。现在混凝土是最普遍的土木工程材料之一。它的抗拉强度一般约为极限抗压强度的1/10左右, 属于抗拉强度非常低的脆性胶凝材料。短期荷载下拉伸变形能力只有温降8℃左右变形能力。
2) 大体积混凝土结构一般都是暴露在空气或者水中, 周围大气气温或者水中水温会对结构产生很大的拉应力。
3) 由于结构截面最小尺寸比较大, 表面积相对于体积来说比较小 (体表比较大) , 混凝土中的水泥在水化反应中产生大量的热量, 使混凝土内外表面产生温差, 引起混凝土的温度应力, 但是混凝土的抗拉强度非常低, 只有抗拉强度的1/10 (如C30混凝土的抗拉强度为1.43 MPa) , 所以如此大的温度应力就会导致混凝土结构出现裂缝。
4) 由于钢筋抗拉强度非常高, 一般来讲, 配筋率高的结构不容易出现裂缝, 而大体积混凝土如桥梁中的大体积承台结构配筋率很低, 相对于较大的断面尺寸, 结构的含钢率是非常低的。在水化热等作用下产生的温度应力大部分只能由混凝土来抵抗[2]。
2 大体积混凝土的常用温度计算公式
在大体积混凝土施工前, 必须对混凝土结构可能会产生的水化热进行预测计算, 只有这样才能对结构采取相应有效的措施, 控制水化热产生的温度, 进而控制大体积混凝土产生的温度裂缝。
水泥水化热的计算公式:
其中, τ为龄期, d;Q (τ) 为对应龄期的累计水化热, k J/kg;Q0为最终水化热, k J/kg;m为常数, 对应水泥的品种、比表面积以及浇筑温度[3]。
混凝土绝热温升计算公式[4]为:
其中, θ (τ) 为龄期τ时混凝土的绝热温升, ℃;Q0为1 kg水泥的最终水化热, k J/kg;c为混凝土的比热, k J/ (kg·℃) ;W为1 m3混凝土中的水泥用量, kg/m3;ρ为混凝土的密度, kg/m3;m为常数, 见表1;F为混合材用量, kg/m3;k为折减系数, 可取k=0.25。
3 大体积混凝土水化热控制施工技术
3.1 大体积混凝土结构水化热的控制标准
我国GB 50496—2009大体积混凝土施工规范对于大体积混凝土温度指标规定:1) 混凝土浇筑体入模温度温升值不宜大于50℃;2) 大体积混凝土浇筑体内外温差不得大于25℃;3) 大体积混凝土结构的降温速率不得大于2.0℃/d;4) 大体积混凝土浇筑体表面与大气温差不宜大于20℃。
在大体积混凝土施工前, 必须对我国关于大体积混凝土水化热控制标准有所了解, 这样才能在施工中严格按照规范要求进行作业管理。
3.2 水泥混凝土的优化配比设计
1) 采用水化热相对较低的水泥。在一般的情况下水泥中的铝酸三钙含量越高, 水泥的水化热也就越高, 因此针对大体积混凝土结构中水泥的选择上应该避免选择水化热较高的早强水泥, 尽量选择使用矿渣水泥或者是普通硅酸盐水泥。
2) 减小水泥的用量。水化热的主要来源就是水泥的水化反应, 因此在水泥混凝土的配比设计过程中, 应确保在满足施工设计要求的前提下, 降低水泥混凝土中的水泥用量, 或采用外加剂以降低水泥用量, 防止混凝土的温度变形。
3) 对水泥混凝土的集料级配进行优化。调整优化水泥混凝土的集料级配, 减少胶凝材料的用量。因此在水泥混凝土的集料级配的确定上, 尽可能采取大骨料, 但必须保证混凝土的强度满足要求, 而且便于进行泵送施工作业。
4) 适当掺加粉煤灰以及矿渣粉等混合材料。粉煤灰中含有较高的活性二氧化硅, 所以在水泥混凝土中可以取代部分水泥, 并能提高混凝土的和易性。矿渣粉则可以起到提高混凝土抗负荷能力的作用。因此, 在水泥混凝土的级配设计中, 应当适当掺加这些混合料, 以改善混凝土的水化热效应。
5) 采用外掺剂。在桥梁大体积混凝土施工中, 常用的外掺剂主要有减水剂、混凝剂以及膨胀剂。其中减水剂由于具有减水和增塑的作用, 因此可以在确保水泥混凝土强度的前提下降低水泥水化热。缓凝剂有抑制水泥水化以及延长混凝土凝结时间的作用, 还可以放慢混凝土的放热速率, 并降低其最高温度。膨胀剂则能抵消混凝土内部的温差收缩应力。所以在水泥混凝土配比设计中, 可采用这些外掺剂, 提高混凝土施工质量。
3.3 预埋冷却水管
预埋冷却水管是最直接的降低水泥混凝土内部水化热的措施, 通过冷却水与循环管之间的热交换, 降低水化热造成的温升。对于冷却水管的布置, 一般选择便于操作的矩形排列方式, 冷却水管一般选择15 mm~25 mm的薄壁钢管, 流量一般控制在0.6 m3/h~2.8 m3/h。对于冷却水温度, 按规范要求控制在20℃以内。冷却水管的间距控制在0.8 m~1.5 m。在完成大体积混凝土浇筑以后应该及时通水冷却, 并确保通水冷却的连续性, 以达到降低水泥混凝土内部温度的目的。
3.4 大体积水泥混凝土的浇筑
如果要采取最有效的方法控制大体积混凝土的水化热, 则必须结合大体积混凝土结构的现实情况采取分层、分块的浇筑施工作业方式, 对大体积混凝土的每一块采取薄层浇筑技术, 以使水泥混凝土内部的水化热得到有效的散失, 减少外应力和温度应力, 降低混凝土内部温度, 对于各块之间可以采用后浇带的方式进行连接[4]。在分层浇筑的时候尽可能缩短间歇的时间, 这样可以避免由于间隙时间不当造成裂缝问题的发生, 同时分层浇筑以适应桥梁大体积混凝土结构体积大、结构复杂的特点, 要求斜面的坡度不大于1/3。通常在水泥混凝土的振捣时, 采用“快插慢拔, 逐点移动, 顺序进行”的方法, 并确保与侧模保持5 cm~10 cm的距离, 直到混凝土无气泡冒出、表面平整不泛浆、完全密实为止。
3.5 大体积混凝土的养护
大体积混凝土的养护, 既要满足混凝土本身强度增长的需要, 也要采取人工温度控制, 避免引起混凝土温度裂缝的出现。对于大体积混凝土的养护, 一般分为保温和保湿两道程序。
1) 保温:把大体积混凝土露在大气中的部分覆盖上保温材料, 一般材料有锯木、湿砂、麻袋等。对大体积混凝土进行保温可减小混凝土表面热量散失速率, 使混凝土获得必要的强度。
2) 保湿:在保证混凝土强度的前提下在大体积混凝土表面按时喷洒自来水, 保持混凝土表面的湿润, 防范发生干缩裂缝, 同时确保水泥水化反应以及混凝土强度的提升。
4 结语
在桥梁施工过程中, 控制大体积混凝土水化热对于避免大体积混凝土的开裂具有非常重要的作用。因此我们应当对大体积混凝土的水化热进行研究控制, 了解水化热规律, 根据水化规律可以在施工各个阶段采取相应有效措施, 例如:水泥混凝土配比阶段、预埋冷却水管阶段、混凝土浇筑阶段以及混凝土养护阶段。进行有效的大体积混凝土水化热控制技术研究对提高大体积混凝土结构的施工质量有重要作用。
摘要：分析总结了大体积混凝土的概念及其结构特点, 列举出大体积混凝土一般的温度计算方法, 并概括了大体积混凝土水化热的施工控制技术, 经过对大体积水化热的控制技术研究可为大体积混凝土的施工提供技术参考。
关键词：桥梁工程,大体积混凝土,水化热,控制技术
参考文献
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[4]刘琳莉.桥梁大体积混凝土水化热施工控制研究[D].成都:西南交通大学硕士论文, 2012.
热控制技术 篇4
讨论了富氧预燃室液氧发汗冷却的分析计算方法.发汗流对燃气热流的阻隔分析采用Bartle-Leadon修正方法来完成,室壁温度分布和热穿透深度应用结构层板与发汗流存在温差的传热模型获得.讨论了发汗流压降和控制流道长度对预燃室壁温的控制作用.
作 者：刘伟强 陈启智 吴宝元 Liu Weiqiang Chen Qizhi Wu Baoyuan 作者单位：刘伟强,陈启智,Liu Weiqiang,Chen Qizhi(国防科技大学航天技术系,长沙,410073)
吴宝元,Wu Baoyuan(陕西动力机械设计研究所,西安,710100)
热控制技术 篇5
造纸网热定型机是专门给编织好的聚酯网进行加热定型, 消除内应力的设备。现在国内聚酯网生产厂家中使用的热定型机多为西安航空动力股份有限公司研发的, 但是随着科技的进步出现了自动化水平低, 维修困难等问题;也有一些生产厂家与国外的设备制造商, 如挪威的PRO公司和AG公司等进行合作研发热定型机, 但造价昂贵, 维修不便。本文设计了一种特宽幅热定型机的电气控制系统并对其中的关键技术进行了研究, 旨在提高热定型后聚酯网的质量和精度, 提高生产的自动化、智能化程度。
1 特宽幅热定型机的结构特点及其工艺
图1所示为特宽幅热定型机的结构示意图, 由于需要进行热定型的聚酯网尺寸较大, 因此特宽幅热定型机的结构尺寸也较大 (整个定型机宽为15米) , 且活动范围很广 (拉伸架极限位置时定型机总长可达50米) , 这也就使得控制系统中的被控对象极多并且分布零散。
在研究其他现有设备的基础上结合特宽幅热定型机的结构特点可以得出主要的控制难点如下:
1) 被控对象相距较远, 过于分散, 种类繁多 (包括直流电机、交流电机、液压缸、加热棒等) , 配线复杂;
1.前拉伸电机;2.减速器;3.丝杠;4.前拉伸架;5.前拉幅器;6.上热风箱;7.主动辊;8.后拉幅器;9.后拉伸架;10.后拉伸电机
2) 张力的变动不仅是受到拉伸和拉幅速度的影响, 还同时受拉伸架位移差的影响;
3) 如何保证15米宽的热风箱内温度恒定;
从而得出影响热定型效果的因素即需要控制的参数:
1) 拉伸速度。要求整个拉伸过程中的速度是恒定可调的, 由于有两个拉伸架带动从动辊进行拉伸运动, 为避免出现纹路拉斜的现象, 还要要保证两个拉伸架的位移差在工艺范围之内, 不能出现较大偏差;
2) 聚酯网内部张力。热定型中要对聚酯网进行拉伸和拉幅, 但在拉伸和拉幅中要保证聚酯网内部的张力为预设值, 不能出现大幅度的波动;
3) 定型温度。在整个定型过程中, 要保证风箱中的温度恒定, 并且定型温度要与定型时间、拉伸速度相配合, 以达到最佳定型效果;
2 离散控制系统
根据特宽幅热定型机的技术难点和工艺要求, 本文在整体上设计了一种基于PROFIBUS现场总线的离散控制系统, 对现场中的各个部分进行离散控制。
如图2所示, 将整个控制系统分成以下几个部分:
1) 现场监控层:主要进行人机交互, 包括对加工中的参数进行设置, 现场状况的实时监控, 报警处理等。
2) 集中控制层:采用西门子S7-300系列PLC做主站即控制中心, 对各个从站反馈的数据进行运算处理, 再将控制信号经过PROFIBUS现场总线传输到各个分站, 完成对现场的远程集中控制。
3) 现场控制层:在各个主要被控元件处设置分站, 进行反馈信号的采集和上传, 接收PLC发送来的控制信号, 并对执行元件进行控制。
4) 执行元件层:主要包括各个直流电机、循环风机以及加热棒等。
在现场控制层中, 根据被控变量的不同又可分成下三部分:
1) 同步控制:在前后拉伸架分别设置分站, 每个分站由西门子6RA70系列直流调速器、直流电机、编码器以及其他电器元件组成。主要调整两台拉伸电机的转速, 对聚酯网进行拉伸, 同时保证两台电机转速同步, 减少位移差;
2) 张力控制:张力主要是由拉伸架移动、拉幅器运动产生的, 因此在前后拉伸和前后拉幅的相对位置分别设置分站 (拉伸分站与同步控制中的合并) 并安装张力传感器, 进行张力反馈, 以保证在进行拉伸、拉幅工作时聚酯网内的张力保持恒定。
3) 温度控制:在热风机处设置分站, 通过热电偶进行温度检测反馈给PLC, PLC控制可控硅的通断来控制加热功率, 以及是否从外界吸入冷空气降温, 保持热风箱内的热空气温度恒定。
在现场中还有其他一些零散的需要控制的变量, 如主动辊的转速等, 由于并不需要进行精密的控制, 只需要进行简单的通断或设置即可, 所以不作为本文中的主要内容, 不再赘述。
3 同步控制
如图3拉伸示意图中 (a) 、 (b) 所示, 在拉伸过程中, 若两个拉伸架在运动过程中出现了较大的相对位移差, 使得聚酯网纹路被拉斜, 内应力发生变化, 张力也一起变化, 从而降低了定型后聚酯网的使用性能和使用寿命, 在实际生产中是要避免的。
针对这一难点本文中采用了一种位置跟随控制系统, 对前后两台拉伸电机进行转速的同步控制, 控制流程如图5所示。
电机;2. 减速器;3. 丝杠;4. 前拉伸架;5. 聚酯网;6. 后拉伸架;7. 后拉伸电机
1) 将前拉伸电机作为主命令电机, 后拉伸电机作为位置跟随电机;
2) PLC发送速度信号给主命令电机的直流调速器, 主命令电机开始转动;
3) 将两台直流电机各自编码器的位置信号反馈给PLC, 计算出位移差;
4) 由位移差查询PLC中预先存好的数据表, 从表中得出位置跟随电机的速度信号;
5) 将对应的速度信号发送给位置跟随电机的直流调速器;
6) 重新计算位移差, 查表, 调速, 直到拉伸架位移差在工艺要求范围内。
在控制系统中需要预先在PLC内部建立位移差和速度信号对应的数据表, 根据位移差的大小划分区间, 划分的越详细, 则控制精度越高, 实现变增益控制。
4 张力控制
在聚酯网的热定型过程中, 需要对加热的聚酯网进行拉伸和拉幅成型, 要求在这一过程中聚酯网内部的张力能够保持为设定值。
张力的控制实质上是对拉伸拉幅电机进行速度控制, 本文中采用一种以张力检测器为反馈元件的闭环控制系统来进行速度控制, 流程如图6所示。
在实际生产中, 张力的变动不仅是由于拉伸拉幅运动, 如果在拉伸的同时出现了纹路拉斜的现象, 聚酯网内部的张力也会发生变动, 因此前后拉伸电机的转速是否同步也是张力控制中的一部分, 即张力控制中耦合了同步控制。
张力的调整过程如图7所示。
1) 整个热定型中张力实时监测;
2) 张力出现波动时先进行对前后拉伸电机的转速进行同步, 消除拉斜的现象;
3) 在转速同步的前提下, 若张力仍不等于预设值, 则对拉伸和拉幅电机进行调速;
4) 循环进行直到张力等于预设值且恒定。
5 温度控制
特宽幅热定型机采用了循环热空气对流的加热方式, 将热空气通入上热风箱, 穿过聚酯网进入下风箱, 经回风管道回到加热炉经过加热后循环利用。 因此检测抽吸回来的空气温度, 对加热的温度进行调节, 即可保证整个热风箱中的温度是恒定的, 得到最佳定型效果。
图7所示为温度控制流程, 将整个回风管道分成若干区域, 用热电偶检测每个区域中抽吸回来空气的温度, 作为反馈信号传输给PLC, PLC中进行运算处理, 控制各个可控硅的通断, 调整工作的加热棒数量, 以及是否需要吸入外界冷空气进行降温, 从而使整个风箱中温度恒定可调。
6 结束语
本文针对特宽幅热定型机的结构特点及技术难点, 设计了一种基于PROFIBUS现场总线的主从站式离散控制系统, 解决了工业现场中配线复杂, 长距离数据传输等问题。对同步控制采用了变增益的位置跟随控制系统进行转速同步, 在张力的调整过程中耦合了对转速的同步控制, 更好的进行张力控制, 对于温度控制采用了以热电偶为反馈元件的闭环控制系统, 保证整个热定型过程中的温度是恒定的, 提高了生产出的聚酯网的精度和质量, 同时也提高了生产的自动化和智能化水平。
摘要：对15米特宽幅热定型机设计了一种基于PROFIBUS现场总线的离散控制系统, 介绍了该系统的整体控制结构, 并对其中的关键技术进行了深入研究, 提出了解决相应技术难点的方法。系统以西门子S7-300PLC作为控制中心, 采用了一个主站五个从站的结构, 用PROFIBUS现场总线在主从站间进行数据通讯, 对影响热定型效果的主要变量进行离散控制。
关键词：特宽幅热定型机,PROFIBUS现场总线,离散控制系统
参考文献
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热控制技术 篇6
在确保热控设备和系统安全、顺利运行的过程中, 日常的维修和保养是最基本的条件, 也是技术管理最有效的保障, 而可靠的设备和完善的控制逻辑是最重要的保障。要对热控制系统的维修、检查和实际运行过程进行管理, 对任何与热控制系统相关的安全设备及其所处的环境进行全面的检测和监督, 还要保证热控制系统有合理的故障处理方式。就目前我国热控制系统所处的环境而言, 还有以下问题需要解决。
1.1 热控制系统故障的离散性大
由于我国热控制系统的监控能力在不断进步, 监控范围也越来越广, 导致热控制系统故障的离散性也越来越大。如果热控制系统的控制逻辑、执行设备、外部运行环境, 或是热控制系统的安装、调配、运行、维修等环节中出现故障, 都有可能引保护系统跳闸, 进而影响热控制系统的顺利运行。所以, 在热控制系统的设计、安装、调配、运行、维修、检测过程中, 完善控制逻辑、提高热控制系统的可靠性是非常有必要的。
1.2 设备的性能较差、安全性较低
热控制系统设计的科学性和可靠性、控制逻辑的条件、保护信号的发生和分配、系统的安装和调控、系统维护的质量, 都是影响热控制系统监督强度和管理水平的因素, 由这些原因引起的热控制系统误动会经常发生。随着电力建设的不断发展和发电成本的不断增加, 电力产业的安全风险也逐步增加, 电力企业所面临的市场竞争也越来越剧烈, 所以, 在电厂经营、管理的过程中, 提高机组设备的性能和设备的安全运行都是非常重要的。
1.3 缺乏有效的设备管理模式
目前, 热控制系统的设备管理模式还没有明确提出, 设备的维修大部分都是运用定期检查和维修的方式进行的, 这样一来, 不但对于企业自身是一种浪费, 还会使热控制系统的设备发生异常。比如, 仪表调前的合格率一般为97%, 有的可能还会更高, 还要定期对设备进行检验。有一些营业单位在采购企业所需的设备时, 由于对所需设备并没有充分的了解, 常采购一些质量不过关的产品, 也不懂得如何对设备进行分类。如果用户没有发现故障并且不能正常使用系统时, 其生命安全就很可能受到威胁。所以说, 怎样对设备进行合理的分类是非常重要的问题, 企业需要对在线运行设备进行分类, 并且要在短时间内制订一份比较合理、有利于实施的校验周期表。
1.4 企业内部结构不够完善
由于我国的企业管理逐渐步入集约化经营模式, 企业管理结构也更加扁平化。想要提高企业利益, 电厂就应该多发电, 并且提高机组的时效、减少生产人员, 以提高企业的效益。电厂应多与企业的相关负责人联系, 把本厂的检测、维修队换成比较专业的检查、维修队伍, 这也是新建的电厂发展的第一步。目前, 热控制系统的运行缺少比较完善的控制逻辑, 可以根据日常工作经验总结出一定的标准, 以完善控制逻辑。
经上述说明, 热控设备的所处环境和日常维修都是非常重要的, 应坚持以“安全第一, 预防为主”的方针进行管理, 进一步完善控制逻辑, 提高热控制系统的可靠性。
2 提高热控制系统可靠性的主要内容
想要提高热控制系统的可靠性, 就应该从其设计思路上开始, 并且在整个设备的安装、运行和管理等全部过程中加以运用。
2.1 热控制系统的主要研究课题
在我国, 较大的机组基本都采用辅机控制的逻辑, 这与协调控制的方法基本相同, 各个机组的控制分散系统大多数都是国外引进的先进技术。热控制系统的保护和辅机控制逻辑是较大机组安全运作的重中之重。热控制系统误动的原因大部分都来自于辅机控制的逻辑发生错误或不完善, 特别是在新建的机组当中。在企业准备投资的过程中, 应该对热控制系统的辅机控制逻辑进行进一步改进, 但多数时候只解决了已经发生故障的辅机, 所以, 这类解决事故的方法有很大的局限性。
热控制逻辑的改善需要对系统整体进行优化, 并运用容错逻辑。当系统运行中出现设备故障时, 应该在控制逻辑上进行改进, 也要经过提前设置的逻辑来充分判断全部的控制逻辑, 将事故发生的概率降到最低。近年来, 我国提出了热控制设计的原则和逻辑优化的方法, 使系统控制资源能够更加有效地运用在火电厂热控制系统当中。在整个自动控制系统中, 也需要全面提高热控制系统的可靠性。
2.2 热控制系统的优化
在整个热控制系统当中, 认真实行《防止电力生产重大事故的二十五项重点要求》和《热控制系统检修运行维修规程》有利于提高热控制系统的可靠性, 并能在机械设备的安全运行中起到非常大的作用。近年来, 机组容量与控制系统变得更加具有复杂性, 所以, 热控制系统的机组发生跳闸的事故时有发生, 这也反映了在预防故障发生的很多环节还需要改进。
2.2.1 提高汽轮机监视仪表系统的可靠性
由汽轮机监视仪表系统引发的机组故障很常见, 经过多次调查和研究, 提出了优化汽轮机监视仪表的方案, 降低了其引发机组误动的概率。
2.2.2 提高接地可靠性和抗干扰能力
目前, 火电厂的热控制系统会受到外界环境中诸多因素的干扰, 这可能导致测量的不准确和系统无法稳定运行, 更严重时还可能造成设备故障和控制系统发出错误信号, 导致机组跳闸, 进而影响整个热控制系统的运行。所以说, 提高热控制系统的接地可靠性和抗干扰能力是提高热控制系统接地可靠性的关键一步。
2.2.3 热控制系统逻辑的优化
如果连锁保护的测量信号发生错误, 系统误动的频率也会随之增加。保护连锁系统中信号的传递主要采用单点测量信号的方式。因为控制设备和热控制系统都是在电磁强度较大的环境下运行的, 所以其自身也很可能发生异常或干扰外部环境, 这些都会导致信号和回路发生错误。
现如今的电力行业在设备安全评价、设备监督和评估等工作中还存在很多缺陷, 而且开展评估工作的频次较低, 参与评价的人员的专业水平也参差不齐, 导致评价结果也有很大不同。所以, 需要通过不断地完善控制逻辑来提高热控制系统的可靠性。
3 结束语
提高热控制系统的可靠性可以有效避免因热控制系统发生故障而影响工作效率。从客观上看, 主要是通过完善热控测量、改善信号的发出和提取、优化热控制系统的逻辑来提高热控制系统的可靠性。
参考文献
[1]王春丽, 贾美俊, 董遇恒, 等.提高热工控制系统可靠性的措施[G]//2010年全国发电厂热工自动化专业会议论文集, 2010.
建筑楼面辐射热设计及施工控制 篇7
1 热媒参数的确定
1.1 供、回水温度
对于地板辐射供暖热媒参数的确定首先应符合GB50019《采暖通风与空气调节设计规范》中的规定。该规范采暖部分第4.4.3条规定:“低温热水地板辐射采暖的供、回水温度应计算确定。民用建筑的供水温度不超过60℃, 供、回水温差宜小于或等于10℃。”该条内容的确定是从目前地板辐射供暖技术应用场所的安全性、使用寿命、舒适性等方面进行考虑。首先热媒过高会对楼板的结构强度产生影响, 且使用塑料管材作为加热管时, 温度提高会减少管材的使用寿命。而且热媒温度过高会使地面表面温度朝贡规范中规定的人体舒适温度。基于以上原因, 规范中对热媒的温度做了规定。但是, 在目前的工程中, 有的设计出于减少热设备投资等原因, 其热媒温度直接选用锅炉的运行温度, 这样在系统的运行中将会同时出现上述的不利情况。对于供回水温差的确定, 是基于地面温度均匀和保证一定流速的原因考虑的。有的设计人员认为:加大供回水温度差会减少流量, 从而节约水泵的运行费用。该想法有一定的道理, 但是却带来了系统使用中的地面温度不均匀和可能出现加热管气塞的问题。因此应严格按规定的参数进行设计。
1.2 系统的压力及管内的流速
对于低温地板热水辐射采暖系统的压力和管内流速, 在GB50019《采暖通风与空气调节设计规范》中也做了规范, 在第4.4.8条中规定:“加热管内水的流速不应小于0.25%/s, 同一集配装置的每个环路加热管长度应尽量接近, 每个环路的阻力不宜超过30k Pa。”
该规定是为了利用管内空气的排除, 当管内流速小于该值时, 管内的气泡会滞留或聚堆在加热管内, 不利用热媒流动和放热。这一点与推荐的供、回水温差的作用具有一致性。对于系统阻力的限制, 是为了利用集中供暖系统的水力平衡, 并且也与分户独立热源设备相匹配。因此应严格遵守规定, 否则将会使系统达不到理想的运行效果。
1.3 地面平均温度的确定
地面平均温度直接影响对室内的散热, 同时又与人体的舒适度有直接的关系。地板辐射采暖负荷人体卫生的习惯, 但是, 如果地面过热, 仍会使人感到不舒适, 甚至发燥。根据国内的研究资料表明:对于人员经常停留的地面, 表面平均温度最高限值为28℃, 并以此来校核室内地面加热管的间距和热媒参数的选择正确性。由于有些工程设计时不进行该项校核, 使得系统运行时, 地面表面平均温度高于限值, 使人感到不舒适。同时也一定程度的形成了室内过热。
2 热负荷与散热量的计算
低温地板辐射供暖方式较散热器供暖据有较大的不同, 因此在热负荷计算中也有所不同, 除在GB50019《采暖通风与空气调节设计规范》中确定的计算方法外, 还应考虑以下几个方面的问题。
2.1 室内计算温度
由于辐射供暖和散热器供暖使室内空间的温度场有所不同, 根据人体舒适感的评价, 辐射供暖的室内温度可比散热器供暖的室内温度低2~3℃。由于目前执行的规范中规定的室内计算温度主要是针对散热器供暖的方式确定, 因此在进行辐射供暖热负荷计算时, 可将室内计算温度降低2℃。但是, 目前暖通设计人员在进行辐射供暖计算热负荷时却很少考虑到这一点。
2.2 户间传热问题
近几年国家推行采暖分户计量技术, 在实施该项技术过程中药考虑户间的传热问题。由于低温地板辐射供暖技术较适合于分户计量, 这样在进行地板辐射供暖热负荷计算时, 很多设计人员也充分的考虑了该部分的传热量。在具体的工程设计中, 有些地区编制了地方技术规程。在各地的技术规程中, 对此问题的规定有一个共同的倾向, 即偏于保守。事实上该种供暖方式由于楼板结构的原因, 楼板的热阻较散热器供暖的楼板热阻增加了几倍。因此楼板间引起的户间传热则大大的减弱。事实上, 目前住宅在使用过程中很少达到设计中考虑的户间传热程度。因此, 应减小考虑户间传热量的百分比。
2.3 层高附加值
在散热器供暖系统计算热负荷时, 当房间高度大于4m时, 每高出1m应附加2%, 但总附加率不应大于15%。对于民用住宅由于高度均小于4m。此项不必考虑。但是对于公共建筑, 房间高度大于4m的情况较多, 因此, 低温地板辐射供暖方式是否需要进行高度附加。对于考虑高度附加的原因是:室内高度增加会使室内温度在垂直方向上具有较大的差别, 而设计时应使人员活动区满足要求。一般在距地面1.5m处的温度应达到室内设计温度。这样, 由于处于较高位置的围护结构的室内温度高于室内设计温度增加了耗热量。因此确定了该项修正。对于以往采用散热器供暖, 这种修正时有必要的。但是对于地面辐射供暖, 由于换热方式主要以辐射换热为主。有测试资料表明:该供暖方式在高度相差6~8m时, 温度差仅为1~2℃。而对流采暖式温差近10℃。
2.4 地面向下的传热量
目前设计中所采用散热量计算的数据, 基本上没有考虑由地面向下的传热量。从地面辐射供暖的结构分析, 肯定存在向下的传热。目前, 有资料表明, 该热量已达到计算向上传热量的10%~30%。因此, 在计算地面散热量时应减去此部分的得热量, 避免房间由此出现的过热。
3 应用中需注意的问题
尽管该种供暖方式具有许多优点, 但是如果在设计施工和运行中不能正确地处理好一些问题, 则会严重影响该种供暖方式的应用效果。从目前的使用情况看, 应注意以下几个问题, 否则将会出现像有的专家预测的“在今后的一些年份里地面辐射供暖会出现较大的问题。
3.1 选择该供暖方式应注意到建筑面积的因素
由于该种供暖方式是靠地面散热保持室内环境温度, 即地面是散放热体。因此从有利用散热考虑不能对地面进行遮挡。但是, 从房间居住和使用功能考虑, 遮挡是必然存在的, 可是应保证最基本的散热面积。从遮挡对散热影响的研究资料表明:对于面积较小的卧室和书房等房间, 其单位面积散热量的修正系数已达1.5左右, 这将使得有效散热面积内加大散热量, 这热必导致地面平均温度超过最高限值。因此在房间面积较小的户型中, 不宜采用该种供暖方式。
3.2 施工质量问题
对于该项技术的施工, 目前虽然有技术规程, 但是并不具体。由于该项技术近几年在国内发展较快, 对于一些问题的要求措施和方法不一致, 有的做法甚至极不合理。
4 结语
地面辐射供暖技术在设计、施工、运行管理各环节都应按有关规定进行。不能随意变动, 否则将达不到该技术的供暖效果, 甚至会出现使用耐久性问题。
摘要：由于地面辐射供暖技术的优点, 近年来被广泛的应用于建筑物的供暖, 一些开发商已将该供暖方式作为一个商品房的卖点。但是该项技术在使用中仍有些问题需要明确和认真的考虑。
数控机床热误差的控制措施 篇8
随着机床制造精度的提高, 机床的热误差在机床的总体误差中所占比重越来越大[1]。据日本京都大学垣野义昭教授[2]的统计表明:在精密加工中, 由机床热变形所引起的制造误差占总制造误差的40%~70%。
国外对机床热变形较系统的理论研究始于20世纪60年代, 研究者们就机床热性能进行了大量的分析。从定性分析阶段到定量分析阶段, 提出了多种与热误差相关的理论。如用解析法和有限元法来进行机床热变形计算和机床优化设计[3], 日本学者提出了“热刚度”的概念[4], 密西根大学吴贤铭制造研究中心开发出可用于几何误差和热误差的综合补偿系统[5]。现在各种建模思想也被广泛应用到数控机床热误差建模研究中。
国内从20世纪50年代开始对机床热变形进行研究, 很多高校和研究院所都展开了有关机床热变形误差的研究工作, 也取得了不错的成绩。如浙江大学提出了热敏感点理论[6], 机床误差Fuzzy前馈补偿策略[7]和精密机械热模态理论[8]。北京机床研究所提出了数控机床误差的综合动态补偿法[9]等。
热误差是影响高精密加工的一个十分重要的因素, 从国内外的研究情况可以看出, 这方面一直是研究的热点, 为了满足高精度工件的加工需求, 就必须解决这一问题。本文总结分析了当前国内外的一些研究方法, 并对今后的发展方向做了展望。
1 热误差产生的原因
数控机床在进行加工时, 不可避免地要产生热, 根据热源所在的部位可以分为两大类, 一类是机床内部产生的热, 另一类是来自机床外部的热。机床内部的热源通常有电机、电主轴、轴承、导轨和丝杠副的摩擦、冷却系统及电器设备产生的热及切削加工时产生的切削热等, 其中发热最严重的是电机和轴承产生的热;目前, 电主轴的广泛应用也使其成为一个核心发热源;其次就是导轨和丝杠副的摩擦热和冷却系统及电器设备产生的热。机床外部的热主要是车间环境温度的波动, 太阳或室内光源的辐射, 工人人体的辐射等。机床加工产生的热主要来自于机床内部部件运转产生的热, 当然外界环境的热也不容忽视。由于内、外热源的影响, 机床床身形成不均匀的温度场, 温度场使得各部件产生了不同的热应力, 促使机床通过结构变形来抵消这些热应力。这种由于机床的结构发生的微小位移变化, 引起的相应加工误差就称为热误差。
2 热变形及温度的测量
目前, 测量机床各部件热变形量的方法有多种, 根据测试元件与被测试件之间关系的不同, 分为接触式和非接触式。由于接触式测量会影响加工过程, 同时也易受到热的影响, 所以测量热变形位移一般采用非接触式测量。常用的仪器有电涡流位移传感器、电容位移传感器和激光干涉仪等。现在也可用激光全息技术来测量位移误差。对机床温度的准确测量有助于了解机床热变形的程度以及由此产生的加工误差, 通常认为机床的热变形量是温度的函数, 研究的目标就是在机床的关键部件上布置最少的温度传感器并能满足所需的补偿精度。温度传感器优化布置常用的方法有:神经网络法、热误差模态分析法、模糊聚类分析法、逐步线性回归法和相关性分析法等。如何选择最佳的温度测点, 温度传感器的优化布置策略, 热敏感点的建模等都是研究的热点。通常用热电阻温度计和热电偶温度计来测量机床各部件的温度, 可用热红外摄像机来测量机床表面的温度场。目前, 一般都是测量机床表面的温度, 对机床内部温度的测量还需进一步研究。
3 热误差控制的方法
围绕如何控制热误差这一问题, 国内外学者进行了大量的研究, 提出了很多种方法。通常是通过温度控制、热态特性优化设计、热误差补偿这3种方法来减小热误差[10]。其中热误差补偿是研究的重点。
3.1 温度控制
近年来温度控制技术和冷却方法都有所发展, 针对机床温度的控制, 已经出现了很多种方法, 如控制机床的冷却系统, 对机床车间的环境温度控制。通过这些措施来保持整机的热稳定性。
调查研究[13]表明, 传统的冷却措施可以减小热误差。同时大量的研究表明, 对机床进行整机水淋或风冷都能极大地提高机床的热稳定性[14]。然而要达到高精度的稳定性用传统的强迫空气对流方法, 风机需要很高的速度, 这就提高了成本。现在有些高精密机床专门配有温度控制罩, 有的甚至用几层温度控制罩来进行精密的温度控制。一些机床温度控制可以达到±0.001℃[15]。
另一方面, 现在更多的考虑到能源的效率问题, 从一台普通机床的实际加工情况来看, 用于控制温度的能源消耗是不容忽视的[16]。如果对加工精度的要求更高, 用于温度控制的能源消耗还要更多。而对于高精密制造, 温度控制仍然是一个关键需求。所以如何在进行温度控制的同时尽可能地减小能量消耗就成了研究的重点。
为了最优利用冷却液, 有的研究是对冷却措施进行控制, 在不影响加工精度的情况下使用最少的冷却液。文献[17]提出了一种基于传递函数的冷却系统控制方法, 极大地提高了冷却的效率。
虽然控制温度能将变形降到很低, 但是需要浪费大量的能源, 在这方面的成本太高, 没有太大的经济效益。
3.2 热态特性优化设计
热态特性优化设计, 就是从形状优化和参数优化出发, 寻求合理的温度分布和刚度分布, 控制机床结构的热位移, 保证加工精度。根据发热源的情况对机床采用“热对称面”设计[18], 当其受热变形后中心线对称位置的变形最小, 减小热误差对加工精度的影响。同时可以改进机床的结构, 使热变形的方向不在影响加工精度的方向上。基于机床各部件热容量不同, 对机床进行热容量平衡设计, 也可减小热误差对加工精度的影响。在机床的设计阶段用有限元仿真的方法对结构复杂的机床进行分析。通过计算机对机床实际情况的模拟, 进行结构优化设计, 也是一种提高加工精度的有效途径。
3.3 热误差补偿
热态特性优化设计虽然提高了机床的加工精度, 但机床的热变形却不能够被充分消除, 如果采取温度控制来减小热误差, 虽然可以得到很高的精度, 但是成本太高。相比较而言, 热误差补偿具有很高的经济性和易于实现, 这也是热误差补偿被重点研究的原因。
热误差补偿分为直接补偿和间接补偿, 直接补偿是误差位移被间接测量和补偿, 例如通过固定在工件上的传感器来测量刀具的相对位移。其缺点是需要打断工作进程去测量所需补偿的位移量。间接补偿是通过基于数学模型的机床控制系统根据输入条件 (如温度, 主轴转速等) 的变化来调整刀具和工件的相对位置。现在的研究主要集中在间接补偿上。其中常见的补偿模型有:多元线性回归、人工神经网络、模糊逻辑、传递函数模型等。各模型都有相应的优缺点, 目前还没有一个特别适用的模型, 针对不同的机床还要做相应的改变。
3.4 其他方法
在机床制造中使用热不敏感材料如混凝土和纤维强化塑料、大理石等可以减小热误差。目前虽有应用但其成本和技术要求都很高, 所以不能广泛应用[19,20]。
吉林省机电研究设计院利用自准直原理设计新型导轨磨床, 这种方法可基本消除由于环境温度变化引起的基础件的热变形[21]。改善热源发热的问题, 如提高滚动轴承的精度, 采用陶瓷轴承和磁力轴承, 改善导轨的摩擦润滑条件 (如采用低摩擦系数的导轨材料或采用静压导轨等) 及改善丝杠, 螺母的运动条件 (如滚动丝杠及液压螺母) , 均是减少机床发热量的重要措施。
对机床加工过程和工件之间的相互作用进行研究, 这尤其适用于大容量部件的处理, 温度影响是个非常大的影响, 为此提出两种减小热变形的方法:一是优化加工的顺序, 二是优化切削参数[22]。文献[23]应用记忆合金与滚珠丝杠副进行整合来控制机床的热变形, 取得了较好的热稳定性结果。
4 结论与展望
随着机床加工精度的不断提高, 减少热误差对加工精度的影响变得越来越重要, 同时对能源效率的重视将使工业生产发生一个根本性的改变, 这两个问题需要统一起来考虑, 市场需要的就是热稳定和能效高的机床。
过去几十年的研究取得了极大的进展, 现在无论是理论分析还是实际应用都有了新的突破。测量仪器的改进及测量方法的提高, 计算机处理能力的提升和一些新的建模方法的出现都会促进热误差分析的进一步发展。
现在的研究方向主要集中在热误差的测量、仿真和补偿方面。对机床加工时机床和工件的相互作用尚没有深入的研究, 这方面的研究还需进一步加强。用新型材料对机床结构进行改进, 已达到减小热误差的目的。机床各部件材料的热膨胀系数、热传导特性与部件间结合面的特性等也应相应地加以研究, 为更精确的模型计算提供支持。
热再生施工过程中的质量控制 篇9
本文以丹大高速公路现场热再生为基础,通过现场检测分析,并结合以往高速公路热再生的经验,对影响现场热再生质量控制的几个关健因素进行探讨,提出相关质量参数的控制值。
施工前要对原路面的施工资料、养护记录和路面状况等资料进行仔细研究再进行取样,特别是沥青含量和路面车辙(影响新料填加量)、材料类型等进行分段,不同段落采用不同的设计和施工。
1 加热温度
路面加热是热再生的关键因素之一,影响加热温度的因素有:加热方式、路面温度、混合料含水量、环境温度、风速、风向等。温度过高促使沥青二次老化,浪费能源;温度低,达不到再生要求。
丹大高速公路采用森远SY4500型热再生机组,三台加热机,一台铣刨机,一台复拌机,均采用热风加热,摊铺温度在130℃,通过工作实验,一般情况下,加热板离地面的高度为100mm,路面表层极端温度控制在230℃以下,施工过程中机组出、回炉温度设置为:加热机出炉温度控制在500℃,回炉温度控制在200℃。
第一台加热机加热后,路面温度控制为120℃左右,第二台加热机过后,路面温度控制在140℃,第三台加热机过后,路面温度控制在160℃,此时摊铺温度能达到120℃以上,满足施工要求,施工过程中用这三组数据做为加热机的温度控制参数。
通过控制加热温度来控制机组的行走速度和出炉温度,如果温度达不到要求,可以降低行走速度和出炉温度。
摊铺机熨平板加热温度设成130℃。
施工的起始和结尾处,受到摊铺机接料和尾料处理的影响,加热机要多停留5～10min,给处理接头留出有效的时间,避免温度不足。
2 铣刨厚度
路面铣刨厚度影响再生料温度、新料添加量、再生剂添加量、路面平整度和路面标高。通常情况下,铣刨的浅,RAP料温度就高,新料添加量大,路面易泛油,平整度越差,路面标高会轻微上升;铣刨的深,RAP料温度就低,新料添加量变小,路面级配性能得不到改善,路面油少,再生效果不明显,平整度受温度影响,路面标高会轻微下降。
施工中采用专人对路面铣刨深度进行测量,发现偏离设计值立即进行调整。同时检查导向轮上是否粘料,保持导向轮光洁。
3 再生剂及新沥青混合料的添加
再生剂及新沥青混合料的添加量是依据旧料量添加的,路面能再生利用的旧料量与以下三个因素有关:
(1)路面车辙、坑槽、裂纹等;
(2)路面旧料的孔隙率;
(3)路面施工中的铣刨深度。
施工前对路面的再生剂及新料要根据路面前期调查情况分段进行添加,并结合施工经验进行调整。
3.1 再生剂
再生剂添加量的标定:在工作之前,对再生剂添加量进行标定,先把再生剂加热到正常工作时的温度,一般选择120℃,打开再生剂开关,把流量设置在500ml/min,每隔500ml/min设一档,一直设到5000 ml/min,一共10档,分别测算各档再生剂的流量,然后对数据进行拟合,绘制流量与显示流量曲线,根据路面情况及运行速度确定再生剂用量,并在曲线上找出相应的显示流量。铣刨机还可以采用手动添加控制,标定方法是按手柄角度来确定,从20°开始,每隔20°设一档,共设18档,打开再生剂开关,计量流量,然后对数据进行拟合,绘制流量与角度曲线,再根据再生剂用量确定手柄角度。同时根据再生剂的油箱高度与相应温度下的再生剂的密度换算高度与重量的关系,随时对再生剂使用量进行核对。
通过计算,准确添加,并对路面进行检查,根据需要及时进行调整,路面暗淡的是油少,特别光亮的是油多,路面油少,导致再生效果不理想,油多导致路面泛油。
3.2 新沥青混合料
新沥青混合料的标定原理同再生剂,也分自动和手动两种,不同的是采用控制出料阀门的高度和输料带板的运转速度进行标定的。
通过计算,准确添加,新料添加量要准确、均匀,摊铺时不会出现断料和再生混合料堆积的情况,
4 起、终点的摊铺
热再生的摊铺难点在于起点和终点的控制,开头部位,摊铺机直接起步,正常添加新料时再生混合料供应略显不足,影响摊铺厚度,如果多加新料,又会影响再生混合料的集配,导致接头渗水严重,满足不了技术要求。结尾处由于废料的堆集,无法及时清理,导致再生混合料温度下降,影响碾压。
通过近几年的施工经验,采用摊铺机跟进接料,接15m左右的料后退回起点位置开始摊铺,效果较好,结尾采用铲车及时清理废料,不影响接头处理,进行及时碾压。
5 碾压
路面摊铺温度一般控制在120℃以上,符合规范要求,压路机要及时跟进碾压,各压路机间距控制在20m左右。
初压采用YZC13C型钢轮压路机碾压2遍,速度控制在2.5km/h,温度不低于130℃;复压采用XP262型轮胎压路机碾压4遍,速度控制在4.0km/h;终压采用YZC13C型钢轮压路机碾压2遍,速度控制在4.0～5.0km/h,终压温度不低于90℃。碾压时钢轮轮迹重叠20cm,胶轮轮迹重叠宽度为轮宽的1/2。碾压遵循“高温紧跟,匀速慢压,高频低幅,先边后中”的原则。
碾压过程中,纵横缝的碾压是最难的,碾压过程中受到旧路面的影响,接缝碾压往往达不到设计要求,通常在施工过程中适当提高松铺系数,碾压时先碾压纵缝。
6 结束语
热再生施工是个复杂的过程,施工过程中控制好加热温度、铣刨厚度、再生剂及新沥青混合料的添加、起终点的摊铺和碾压等方面,对于热再生工艺的成功施工,具有重要意义。
摘要：热再生施工在国内还处于起步阶段,有许多问题急待解决,以丹大高速公路现场热再生施工为基础,对影响现场热再生施工质量的几个关健因素(加热温度、铣刨厚度、再生剂及新沥青混合料的添加、起终点的摊铺和碾压等)进行探讨,提出相关质量参数的控制值。
关键词：加热温度,铣刨厚度,再生剂,新沥青混合料
参考文献