控制流道系统论文

控制流道系统论文（精选5篇）

控制流道系统论文 篇1

1 引言

物料转载系统是大型散料设备的关键装置之一, 通常位于两条或多条皮带输送机之间以实现对散状物料输送方向的控制与衔接。在物料转载过程中, 伴随着物料下落, 其势能、速度和方向都会发生改变, 物料的料流曲线、物料对挡料板的冲击力、物料在其支撑皮带上的位置及其质量等也会随之发生改变。以往都是采用手工或经验公式的方法定性分析与研究上述变化, 既不准确也费工费时。离散元法 (DEM) 是一种研究非连续性颗粒物质结构和运行规律的数值方法, 现已广泛应用于岩体工程、采矿工程及散料搬运等领域。传统转运站设计一般不结合带速和胶带倾角计算物料抛出轨迹, 套用标准图册设计漏斗, 配置很多不必要的衬板以及缓冲板, 造成头部容易积料堵塞、冲击大、易扬尘;落料管的设计基本都是转角设计和垂直落料, 没有充分考虑到物料的冲击带来的粉尘、堵料以及设备的冲击破坏。

2 传统转运槽

传统转运槽在皮带机卸载点扔出不可控制的物料流并任由其以散开状落下是产生灰尘的原因。当物料流动散开时这些移动的物料挤出空气。空气穿过物料流时会分散并夹带细小的粉尘颗粒。基本上, 传统的转运槽中挤出的空气和流动的空气夹带粉尘能产生“烟囱效应”。

此外, 接收区通常较小、没有支撑密封且会溢出灰尘。当物料流“碰撞并降落”在接收皮带上时, 物料流外形被压缩, 混入的空气被压出。这些空气夹杂着作为浮尘的更小颗粒的物料。内部间隙较大的物料流可携带更多的混入空气, 因此可压出更多灰尘。如果允许物料以紊流的形式穿过转运槽———可称作“台球流”, 那么其中的物料块会互相碰撞或撞击转运槽壁———物料块会产生粉末, 从而产生更多会溢出的灰尘, 如图1、2所示。

3 控制流道系统的设计

控制流道系统 (Controlled Flow Material Transfer Systems———简称CFMTS) 是指在基本不需要外加的动力除尘设备, 通过控制物料的流动最大程度地减少浮尘的产生和减慢空气流动速度, 同时配合落料点处的粉尘沉降处理来达到除尘的目的。

控制物料流动的技术主要通过4个方面的改变来控制物料在落煤管流动过程中粉尘的产生。

(1) 将散开的物料流集中, 将物料流主体的扩散降到最低, 最大程度地减少物料流所携带的混入空气;

(2) 尽量减小物料流对落煤管壁冲击的角度和力量, 减少冲击产生的粉尘, 同时尽可能保持尽可能多动量。理论上, 冲击角度不能超过15°~20°;

(3) 控制物料流沿落煤管壁以可控制的速度向下移动, 以避免带入过快速度的空气。落煤管提供弯曲的下降平滑线路, 这个过程同时还可以解决堵料问题;

(4) 特殊的由落煤管到皮带机最后一段的设计是为了将物料逐渐卸载到皮带机上, 以便物料的移动方向与皮带运行方向相同, 而且其速度接近皮带的速度。它可以以适当的速度、从适当的角度将聚集的物料流引至接收皮带的中心, 从而减少皮带冲击、皮带磨损、粉尘产生、偏心加载、耐磨衬板的磨损以及其它问题 (图3) 。控制流道系统经过三步设计过程。

第一阶段是测试输送物料的特性和皮带及构造材料有关的界面摩擦值, 以确定物料特征及其在物料输送系统中的表现。在定义好各种皮带机和物料参数之后, 根据经验确定物料卸载的轨道。

第二阶段包括当前现场尺寸和初步设计的验证。一套两维设计图和利用3D软件创建的转运槽的三维图形再现, 同时物料流动特性使用离散元模型 (DEM) 方法进行验证。

第三即最后阶段是最终设计的形成, 即详细的设计, 然后依次是系统的制造和安装。

物料测试和工程经验是这项技术的关键, 只有最终模拟的结果符合我们认为的理想状况, 才能根据模拟出的落煤管形状进行工程设计。

整个应用控制流道系统的转运站, 环境方面状况可以大为改善, 粉尘得到控制, 噪声降低, 堵煤现象也不容易发生, 同时在维护和改造等方面的需求也会大大地降低。

4 控制流道系统的应用

中电投上海上电漕泾发电有限公司 (2×1000MW) , T2转运站, 现场安装如图4, 具体工况如下。

带宽:B=1800mm;落料点:1个;落料高度:18m;带速:3.5m/s。

额定出力:3000t/h;最大出力:3600t/h。

煤块:最大250mm。

煤种:

(1) 煤种采用神府东胜煤, 校核煤种采用伊泰4号煤;

(2) 印尼褐煤。

改造前现场状况:撒料严重, 锰钢板内衬冲击磨损明显, 粉尘严重超标, 粉尘含量>96mg/m3。

改造后现场使用情况:2012年安装完成, 除尘器停用, 运行到现在, 设备运行情况良好, 除尘效果达到要求。粉尘含量自测数值为:<6mg/m3。运行过程中噪声大为减少 (<80dB (A) ) , 上煤前后没有明显区别;

内衬采用厚度为25mm的陶瓷, 能适应集中冲刷产生的磨损问题, 使得整套系统使用寿命大大提高。

5 结语

虽然控制流道系统的初始投资可能高于传统溜槽的费用, 但通过减少运行费用和维修费用, 可快速获得投资回报。通过对穿过输送转运槽的物料流的控制, 其中存在的问题, 如皮带损坏、皮带和转运槽的末端磨损、转运槽堵塞、溢出、灰尘、燃烧以及物料块状保持率下降等已大大减少。在输煤系统中控制流道系统已越来越被业主认可和肯定。

摘要：对传统转运槽实际应用问题进行了分析, 通过离散元模型 (DEM) 方法对输煤系统转运溜槽实现了控制物料集中流动输送, 以减少粉尘的产生和物料的堵塞, 达到防堵抑尘的效果。

关键词：控制流道系统,CFMTS,DEM,输煤系统,传统转运槽

参考文献

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控制流道系统论文 篇2

关键词：泵站,肘形进水流道,外观质量,控制措施

1概述

某闸站工程位于徐州市贾汪区境内的不牢河输水线上, 是南水北调东线多级提水系统的第八个梯级, 为大 (1) 型工程。它由泵站、节制闸、跨出水引河公路桥等主体工程和导流河、跨灌溉河公路桥等导流工程组成。泵站与节制闸合建一处, 其中站身采用堤身式布置, 进水流道采用肘形结构, 断面由进口处的矩形逐渐变至叶轮处的圆形, 混凝土最厚处达2.5 m。站内布置5台2900ZLQ32-6型立式轴流泵, 配TL2800-40/3250型同步电动机5台套, 水泵叶轮直径2 900 mm, 单机设计流量31.5 m3/s, 单机功率2 800 kW。

2进水流道外观质量缺陷成因分析

混凝土工程常见的外观质量缺陷有气泡、蜂窝、麻面、表面不平整和裂缝等。由于肘形进水流道结构的特殊性, 形状很不规则, 每个断面的大小形状都不一样, 施工操作很不方便, 常常会造成表面平滑度超过规范标准较多;局部断面积较大, 混凝土结构在硬化期间水泥放出大量水化热, 结构内部温度不断上升, 使混凝土表面和内部存在较大温差, 混凝土内部膨胀高于外部, 混凝土表面将受到很大的拉应力, 而混凝土的早期抗拉强度低, 很容易产生裂缝。因此, 控制好混凝土表面的平滑度以及控制裂缝的产生是泵站肘形进水流道外观质量的关键。

3控制肘形进水流道外观质量的措施

3.1 施工人员的安排

工程开工后, 项目部针对进水流道施工难度大、质量要求高的特点, 设立了由具有丰富水利工程施工经验的现场、质量、安全负责人和各工种施工负责人组成的施工管理机构, 技术工人均培训合格后持证上岗, 特别是木工放样师由具有类似工程放样经验的高级木工放样技师担当。

3.2 确保材料的质量

1) 木模采用三等以上的优质木材加工成型, 墩墙、圆头侧面及平台板底模采用定制的定型钢模。每批钢筋进场后报请监理工程师对其数量及外观质量进行共同验收, 并查验相应的出厂质保书, 合格后卸料。2) 钢筋到工地后, 根据不同规格、数量, 按规范要求分批抽样进行机械性能试验, 试验合格后方可使用。3) 水泥:本工程泵站底板混凝土所用水泥为徐州水泥厂生产的“巨龙牌”P.O32.5水泥。每批水泥进场后, 会同监理工程师按规范要求进行抽样试验, 检验合格后使用。4) 黄砂:本工程进水流道混凝土所用砂料, 为沂沭河内天然中粗砂, 进入场内的砂料质量必须良好, 通过取样试验, 细度模数、含泥量等指标均应符合规范要求。5) 石子:项目部材料、技术部门会同监理工程师对徐州周围的石矿进行踏勘、调查、比较, 最终选择质地坚硬、粒形、级配良好的石子, 其最大粒径不得大于4 cm, 作为本工程石子的主要货源。到工地的石子经材料部门验收合格后卸料, 技术部门会同监理工程师按规范要求取样试验, 合格后才能使用。6) 外加剂:为了确保混凝土的和易性及强度满足泵送混凝土施工工艺及设计强度要求, 选择不同品种和类型的泵送外加剂, 在试验室进行性能对比试验, 最终选择高效、性能稳定、信誉好的外加剂。本工程外加剂选用由南京水利科学研究院研制的HLC-NAF3型泵送剂, 使用前报监理工程师批准。7) 为增加站身混凝土的抗裂性能, 根据设计图纸要求, 在混凝土中掺入PF-1型聚丙烯抗裂纤维, 掺入量为0.9 kg/m3。8) 为了满足泵送混凝土施工工艺的要求, 同时尽量减少混凝土中单位水泥用量, 在混凝土中掺入Ⅰ级粉煤灰。

3.3 优化施工方案

1) 模板工程。

根据设计图纸, 制作28个特征断面的板墙筋及三个纵向样架, 将28个板墙筋固定在样架上。会同监理对进水流道骨架尺寸进行抽样检查, 对检查不符合要求的点进行局部修整, 直到达到规范要求。因不规则结构无法采用大板封面, 实际操作将优质木材加工成1.5 mm×20 mm的板条钉在骨架上 (在适当的位置板条还需要再细加工) , 板条钉好后的外轮廓线与流道的轮廓线基本一致。为了确保进水流道混凝土表面光滑平顺, 对肘形进水流道异形模板表面进行喷塑处理, 提高模板表面质量。

2) 钢筋工程。

根据施工规范、设计图纸及施工工艺要求进行钢筋施工放样, 钢筋放样图经项目部技术部门审核, 报请监理工程师审核批准后施工。对加工成型的钢筋进行挂牌标识, 不同规格品种的钢筋分别堆放。焊接接头按规范规定取样, 试验合格后才能进行现场施工。钢筋的现场安装按批准后的钢筋施工放样图进行。垂直插筋除用铁丝绑扎外, 再用点焊焊接牢固, 以确保其在混凝土浇筑过程中不变形。混凝土保护层在施工中采用混凝土垫块加以控制。

3) 混凝土工程。

混凝土浇筑采用分层浇筑的方法, 每坯混凝土的厚度控制在50 cm左右。由于泵站进水流道墩墙中间低两侧高, 分层浇筑时, 由低到高逐步分层上升, 应合理布置串筒个数及位置。混凝土浇筑应先平仓后振捣, 严禁以振捣代替平仓。混凝土振捣采用1.5 kW ϕ50型插入式振捣器分层振捣, 插入点按混凝土浇筑流向依次布置, 每次插入点之间的间距不大于1.5R (R为振捣器影响半径, 取30 cm～40 cm) , 不得漏振。混凝土振捣时斜向插入, 快插慢拔, 振捣时间以混凝土中气泡充分排出, 混凝土不再明显下沉, 混凝土表面泛浆为准。振捣时应将振捣器插入下层混凝土5 cm左右, 不得直接碰撞模板、钢筋、止水铜片及预埋件等。优化混凝土配合比。为了减少泵送混凝土中的水泥用量, 降低混凝土中水化热的绝对温升, 在混凝土中掺入一定量的Ⅰ级粉煤灰替代水泥;在混凝土中掺入由南科院生产的HLC-NAF3型高效减水剂, 在满足混凝土设计强度及泵送混凝土对坍落度的施工要求时, 可有效降低水泥用量和水灰比, 从而提高混凝土的密实度, 减小水化热的绝对值。在混凝土中掺入PF-1型聚丙烯纤维, 用以提高混凝土的抗拉强度, 增加混凝土的抗裂性能。在混凝土变截面部位, 通过砌筑浆砌石芯墙, 将混凝土截面变成均匀结构, 以达到混凝土内部发生温度变化时能均匀变形受力;再者, 由于采用浆砌石代替混凝土, 减少了混凝土内部水化热的产生。设置冷却水管。混凝土浇筑前, 在流道的肘部和底部分别布置了11支和10支冷却水管及2支测量管, 管径均为50, 管间距为50 cm～60 cm。混凝土拌制采用热水拌和, 水温控制在30 ℃～40 ℃之间, 确保混凝土入仓温度高于10 ℃。仓面上搭设大棚, 减少仓面热量的散失, 控制仓面温度在7 ℃以上。观测混凝土表面温度和测温管内的温度, 当两者温差达到20 ℃以上时, 即开始通过冷却管注入水温为13 ℃的井水, 每隔4 h观测测温管内和混凝土表面的温度, 根据温差调整进水速度。进水太快, 混凝土内部的温度过低, 强度上升较慢;进水太慢, 混凝土内外温差降不下来。水流速度以0.6 m/s为宜, 且水流方向每24 h变换一次, 每天降温不超过1 ℃。及时做好混凝土的养护和保温工作。混凝土浇筑结束收面后, 立即在混凝土表面覆盖薄膜和草包保湿保温。特别是注意对洞口的防护, 将洞口用复合土工膜堵严实, 做到减少流道内的热量散失, 降低混凝土内外温差。同时流道内浇水保湿, 确保混凝土早期养护质量。

4结语

通过采取上述措施, 有效地控制了混凝土的内外温差, 进而控制了裂缝的产生, 经外观检查未发现任何裂缝, 外观质量得到了很好的控制;肘形进水流道表面光滑, 对改善水流条件, 减少气蚀, 提高水泵的效率起到了很大的作用。但是由于掺入了PF-1型聚丙烯纤维, 致使混凝土成本增加;掺入一定量的粉煤灰, 也增加了混凝土的碳化深度, 从而降低了混凝土的耐久性。如何能经济无副作用地提高混凝土的外观质量, 还有待进一步研究。

参考文献

控制流道系统论文 篇3

叶轮类零件广泛应用于航空、航天等军工领域, 其工作转速高、形状复杂、加工精度高, 尤其是叶轮流道型面的制造精度对提高整机性能具有决定性影响。而自由曲面叶轮往往叶片稠度大、流道狭窄、空间形状复杂, 其加工难度较高。目前国内外自由曲面叶轮的加工大多采用五轴联动加工[1-2], 但五轴机床价格昂贵, 而且我国许多叶轮生产厂家存在着大量的四轴数控设备, 从加工成本和生产实际情况考虑, 研究四轴数控加工理论对于开发现有设备的加工潜力、降低叶轮加工成本有着重要现实意义。

刀轴控制是自由曲面叶轮四轴数控加工中最为核心的内容, 直接决定了叶轮加工的可能性、质量和效率。国内外许多学者针对自由曲面[3-5]及自由曲面叶轮流道加工[6-9]中的刀轴控制方法开展了大量研究。文献[6]在侧铣叶型的两条刀具轨迹之间采用圆周线性插值的方法求解流道加工的刀轴矢量。文献[7]通过对与流道两侧的压力面和吸力面相应的精加工刀轴矢量进行线性插值得到流道的刀轴矢量。文献[8]利用直纹面逼近叶型曲面, 确定通道粗加工区域的边界轮廓, 通过连接刀心轨迹线和刀轴驱动线上的对应点, 规划叶盘通道加工刀轴矢量。文献[9]提出了一种新的端面铣削五轴加工叶轮流道刀轨生成算法。该算法首先提取原加工刀轨面的上下边界边, 接着采用5次NURBS曲线拟合此上下边界边, 然后顺序地连接上下NURBS曲线的型值点, 最终生成了全程C2连续的刀位曲线和空间平滑变化的刀轴矢量。文献[10]提出了一种在满足刀轴约束条件下的单位圆锥面上旋转插值的叶轮流道非正交四轴刀轴控制方法。上述刀轴控制方法均通过对刀位数据进行后置处理得到数控加工NC代码, 计算量较大, 且仅限于五轴数控加工, 并不适用于带短叶片的自由曲面叶轮非正交机床四轴加工。

本文从四轴非正交机床特性出发, 通过插值机床转角实现长短叶片叶轮流道加工的刀轴控制。首先建立机床转角与机床平动坐标的映射关系;然后对流道两侧清根刀位数据后置处理得到的机床转角进行线性插值, 计算整个流道加工的机床转角, 并对其进行干涉修正, 从而得到无干涉的机床转角, 实现刀轴控制;在此基础上, 根据映射关系求解流道加工机床平动坐标。

1非正交四轴机床加工工艺的实现

一般四轴数控机床回转工作台是作为机床的附件提供给用户的, 可以按工艺要求安装在工作台上 (就像安装分度头一样安装在铣床的工作台上) , 这样回转工作台的转轴可以按用户的要求实现需要的运动形式。因此, 在许多情况下, 为了满足实际生产的需要, 常常需要将工作台倾斜一个角度以增加工件的可加工范围。比如在三元叶轮的加工中, 为了增大刀具深入叶轮流道的长度, 降低碰撞干涉发生的可能, 通常将工作台绕XM轴旋转一个角度α, 以提高四轴加工整体叶轮的能力, 如图1所示。

当工作台绕XM轴旋转角度α后, 其回转轴变为R。在工作台旋转的过程中, 刀轴矢量的相对运动被约束在以回转轴R为轴、半顶角为π/2-α的圆锥面上。因此, 在规划刀具轨迹的时候, 刀轴矢量必须满足这一要求, 否则计算出来的刀轴矢量机床将无法实现。

2机床转角与平动坐标数学映射关系

在常规的四轴或五轴的后置处理过程中, 机床转动坐标的轴线同平动坐标轴线重合, 因此其运动的求解通常按照矢量绕坐标轴的旋转计算。 而在图1所示的带倾斜工作台的四轴机床中, 由于工作台的旋转轴线与机床的平动坐标轴不重合, 因此现有的后置处理算法不再适用。这种情况下, 必须按照矢量绕任意轴线的旋转来确定机床的旋转坐标B以及平动坐标XM、YM、ZM。如图1所示, 机床的运动坐标分别为XM、YM、ZM、B, 工作台绕XM轴旋转角度α, 此时工作台的回转轴线变为R轴, 回转轴线R与机床的平动坐标轴不再重合。文献[11]成功实现了在机床坐标系与工件坐标系原点重合的情况下四轴非正交机床数控加工后置处理, 本文根据此后置处理算法推导四轴非正交机床加工中机床转角与平动坐标XM、YM、 ZM的数学映射关系。

在图1中, 假定工件坐标系OWXWYWZW和机床坐标OMXMYMZM都满足右手定则且原点重合, 则有如下关系式:

因此, 工作台绕机床坐标系的XM轴旋转相当于绕工件坐标系的YW轴旋转, 回转轴R旋转α角后在工件坐标系中的表达式为

对于该四轴非正交机床, 工作台绕回转轴R旋转B角以后, 原有的刀心坐标CW随之变化, 变化后的刀心坐标为

令

可得工作台绕回转轴R旋转∠B以后刀心在工件坐标系中的坐标为

由式 (1) 可得此时刀心在机床坐标系下的坐标为

由此可知, 在工件坐标系下的刀心轨迹CW和工作台旋转角B已知的情况下, 根据式 (3) 可确定机床坐标系下机床各轴的平动坐标CMx、CMy、 CMz。

3叶轮流道加工机床转角的计算

3.1基于线性插值的机床转角计算

假定整个流道加工的刀心轨迹已知, 在插值计算流道加工的机床转角时要保证其与刀心轨迹一一对应。将机床转角的计算分为两部分:第一部分先计算流道进口到短叶片进口处每个刀心轨迹线对应的机床转角, 第二部分计算短叶片进口处到流道出口每条轨迹线上的机床转角。具体步骤如下:

(1) 计算流道进口处切削行轨迹上的机床转角B0。流道两侧清根轨迹刀位数据经过后置处理得到两组机床转角为B1 (j) 和B2 (j) , 如图2所示, 流道进口切削行轨迹对应的机床转角为

式中, i∈[1, 2n];j∈ [1, m];2n为整个流道刀心轨迹数目;m为清根轨迹上所有切触点对应的机床转角数目。

(2) 计算短叶片进口处机床转角B5和B6。短叶片进口处指流道曲面上距离回转轴R长度为Rc (流道曲面上的点相对于叶轮回转轴的回转半径) 的位置, 短叶片清根刀位数据经过后置处理可得两组机床转角B3 (q) 和B4 (q) , 如图2所示。 假设在短叶片进口处长短叶片清根轨迹对应的机床转角分别为B1 (k) 、B2 (k) 、B3 (k) 和B4 (k) , 那么

其中, i1∈[1, n], i2∈[n+1, 2n], 且k∈ [1, m] q∈[k, m]。

(3) 计算流道进口到短叶片进口处切削行上机床转角。如图2所示, 流道进口到短叶片进口的部分, 存在轨迹重合的现象, 为了计算方便, 将重合的轨迹作为两条轨迹进行处理。那么由式 (4) ~式 (6) 中对应点的机床转角进行线性插值, 可得到流道进口到短叶片进口处各条切触轨迹上的机床转角, 每条轨迹线上的机床转角数目为m1, 且m1=k。

(4) 计算短叶片进口到流道出口切削行上机床转角。通过在流道曲面上进行周向线性插值长短叶片清根轨迹上对应切触点的机床转角, 可得到流道在该区域所有切触点对应的机床转角, 如图2所示。短叶片进口处到流道出口各切触轨迹对应的机床转角数目为m2, m2= m-m1。

3.2机床转角的干涉修正

四轴非正交机床加工时, 工作台倾斜了一个角度, 这样可以增加加工的开敞性、减小刀具深入流道的长度, 在一定程度上降低了刀具与叶片曲面发生干涉的可能, 但是仍无法完全避免加工中存在的干涉。

采用上述方法确定的机床转角并不能保证加工中不与流道两侧叶片发生干涉碰撞, 因此, 需要对其进行修正。假设机床转角B在工件坐标系下对应刀轴矢量为lW, 初始刀轴为lW0 (1, 0, 0) 。根据运动学相对性原理, 工作台的旋转角度B即是由初始刀轴矢量lW0绕回转轴R旋转至lW的角度θ 的相反数, B =-θ, 那么

如图3所示, 当刀轴矢量lW发生干涉时, 刀轴的旋转应该使得刀具远离存在干涉的区域。图3中:C为切触点, O为刀具中心点, Rf为刀具半径, Cs为叶片曲面上任意一点, C′s为Cs沿刀轴垂直方向, 在刀轴线上的投影点。刀杆与曲面发生碰撞干涉时满足关系:

式 (8) 为基于距离监视的碰撞干涉判别式。实际上, 在叶轮的流道加工中, 若存在碰撞干涉, 只能是刀杆与构成流道的叶片曲面发生干涉。所以刀轴矢量只有一个正确的旋转修正方向, 朝向另外一个方向的旋转将导致刀具穿透叶片。当曲面上一点Cs满足式 (8) 时, 如果Cs∈SP (SP为叶片压力面) , 那么

式中, B′为修正后转角。

如图4a所示, 采用式 (9) 修正机床转角。如果Cs∈Ss (Ss为叶片吸力面) 时, 那么

如图4b所示, 采用式 (10) 修正机床转角。

通过上述步骤可以计算出流道曲面上各切削行轨迹对应的机床转角, 同时对机床转角进行干涉修正计算, 修正后的机床转角可通过插值处理来避免较大的变化, 从而得到整个流道加工无干涉的机床转角。在流道刀心轨迹已知的情况下, 根据式 (3) 机床转角与机床平动坐标的数学映射关系, 可以计算流道加工机床平动坐标。

4算例及分析

为验证本文提出方法的正确性与有效性, 本文使用图5所示长短叶片形式叶轮为研究对象, 在MATLAB7.6编程软件中进行算法开发验证。

采用半径为12.5mm、长度为450mm的球头刀, 精加工行距为5mm, 在回转台倾斜40°的四轴机床上对叶轮左右流道所规划的精加工刀轨如图6所示。

对于非正交四轴加工来说, 每个切触点处的刀轴矢量唯一对应一个绕单位圆锥回转轴旋转的角度。如果切削行轨迹上, 刀轴矢量是平滑变化的, 那么其绕回转轴的旋转角度应该是连续变化的。

在叶轮流道加工中, 长叶片叶根部位与短叶片进口处刀具最容易发生干涉, 图7为采用该算法生成的长短叶片压力面、吸力面清根轨迹对应的机床转角对比图。由图7可以看出, 长叶片和短叶片清根轨迹上机床转角的变化都较为均匀, 因而在实际加工中机床运行状态更趋平稳。

1.长叶片吸力面清根2.长叶片压力面清根3.短叶片吸力面清根4.短叶片压力面清根

图8为流道短叶片清根轨迹上干涉区域及周边18个样例切触点在干涉修正机床转角之后的刀轴示意图。由图8可以看出在短叶片进口处刀具与短叶片未发生干涉且过渡平滑。

为验证本文方法的正确性与有效性, 以一个长短叶片形式叶轮流道 (叶轮共有22个叶片, 其中长短叶片各11个, 叶轮高度为100mm, 内径为320mm, 外径为890mm, 具有22个等长叶片, 流道最窄处宽度为44.5mm, 叶片型面为空间扭曲自由曲面且最高高度为157mm。) 为验证对象, 将本文方法生成的数控加工NC代码在VERICUT加工仿真软件下进行了仿真实验, 如图9所示, 仿真结果验证了本文方法的正确性和有效性。

5结论

(1) 通过机床转角线性插值来控制流道加工的刀轴矢量, 算法简单, 根据机床转角与平动坐标的映射关系可直接生成数控加工NC代码, 省去了刀轴计算及刀位数据后置处理, 提高了数控编程效率。

(2) 计算结果表明, 在流道加工的切削行上机床转角的变化量较小, 说明在实际加工中机床的运行比较平稳, 在一定程度上可以确保加工的精度。

(3) 采用本文方法对一个长短叶片形式的自由曲面叶轮流道加工进行刀轴控制计算, 仿真结果表明, 对NC代码进行操作能够保证刀位数据的几何信息, 具有一定工程实用价值。

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控制流道系统论文 篇4

进水流道在改善大型水泵的吸水条件方面具有重要的作用, 所以工程质量更为关键。在大体积混凝土施工中, 由于受到设计水平、施工工艺以及其他因素的影响, 会产生混凝土裂缝, 对于工程的正常运行存在一定的安全隐患。所以在不断的实践经验中, 要总结分析原因, 然后提出改进的建议, 为进水流道的安全稳定运行创造有利的条件。

1 流道常见裂缝产生的原因分析

对于泵站的进水流道来讲, 良好的抗渗性是其保证其质量的关键, 尤其是顶板部位, 在正常的运行下, 需要承受的水压力为5m, 如果在行洪期, 则要达到9m多, 所以对抗渗性的要求较高。出现混凝土裂缝的原因有很多种, 可能是设计时的结构不合理, 或者是所使用的施工材料质量不合格以及施工工艺不规范等原因造成的。但是根据泵站的工程特点来讲, 主要是因为温度应力变化引起的, 主要表现在如下方面。

1.1 水化热引起的温度应力和温度变形

由于水泥在水化过程中会产生大量的热量, 这就会造成混凝土内部的温度升高, 当混凝土内部温度与表面温度的温差过大时, 就会出现温度应力和温度变形。温差大小与温度应力大小成正相关, 温差越大, 温度应力就越大, 当温度应力大到超过混凝土内外的约束力的时候, 就会出现裂缝情况。另外, 混凝土的厚度及水泥用量越大, 由于水泥的水化热, 其内部中心温度越高, 热膨胀越大, 就会在其中心产生较大的拉应力。

1.2 内外约束条件的影响

在施工中的地基一般以静压预制钢筋混凝土方桩加强处理, 而底板混凝土与桩基浇筑在一起, 当温度发生变化时, 受到下部地基的限制, 就会产生外部约束应力。混凝土在早期升温时, 产生的膨胀由于受到外部条件约束而形成压应力。而当温度下降, 则产生较大的拉应力, 如果超过混凝土的抗拉强度, 则混凝土会产生垂直裂缝。

1.3 气温变化的影响

混凝土内部温度是指水泥水化热的绝热温度、浇筑温度和散热温度的叠加。大体积混凝土在施工阶段, 当气温下降, 特别是气温骤降, 会大大增加外层混凝土与混凝土内部的温度梯度, 从而产生温差和温度应力, 使混凝土产生裂缝。

1.4 混凝土的收缩变形

随着混凝土逐渐干燥和不断蒸发水分, 就会出现干燥收缩的现象, 但表面干燥收缩得快, 而中心干燥收缩得慢。由于混凝土表面的干燥收缩受到中心部位的约束, 会在表面产生拉应力, 从而出现裂缝。

2 防止大体积混凝土裂缝的具体措施

2.1 后浇带改为加强带

在以往的施工中, 为了控制混凝土因为水化热而产生的温度应力最终引起温度变形, 基本都采用后浇带的施工方式, 这种方法虽然取得了一定的效果, 但是在施工工艺方面具有一定的难度, 并且对施工进度产生影响, 所以在经过了实践论证以及仿真计算之后, 决定采取加强带的方式更为稳妥。在大体积混凝土施工中, 在混凝土浇筑的初期阶段, 温度与温度应力随着时间的推移会产生巨大的变化, 并且在相关的参数方面有很大的改变, 在对这些数据分析之后, 加强带具有非常强的可行性。施工的过程中, 适当的提高混凝土的标号, 并且在其中加入微膨胀剂, 会取得良好的效果。

2.2 顶板增加温度钢筋

进水流道的顶板部位是承受应力最为集中的地方, 所以应该对这一部位进行加强处理, 可以根据行洪期的水压力, 来适当的增加温度钢筋, 以提高抗压力和承载强度, 还可以在混凝土中掺入聚丙烯腈抗裂纤维, 提高顶板的承载力, 减少裂缝的发生。

2.3 确定合理的施工顺序

在进水流道施工中, 合理的施工顺序是保证工程质量的基础, 根据每道工序的特点以及工程的现场状况, 制定合理的施工顺序。并且要做好现场的质量监理工作, 提高质量监督力度, 协调各个工序间的关系, 在保证工程进度的基础上, 提高施工质量。

2.4 优化混凝土配合比

尽量采用低中水化热水泥, 以降低水化热, 从而控制大体积混凝土的温度升高;采用高强度水泥以减少水泥用量;优化混凝土配合比, 在满足混凝土强度、耐久性和和易性的前提下, 掺人I级粉煤灰和外加剂, 延缓水化热峰值时间;改善混凝土骨料级配, 坍落度控制在120mm以内。

2.5 严格控制骨料质量

严格控制粗、细骨料的质量, 采用细度模数为2.3—2.7的黄沙, 级配良好的石子。严格控制粗骨料的含泥量, 石子控制在1%以下, 黄沙控制在2%以下。含泥量如果比较大, 就会增加混凝土的收缩, 同时还会引起混凝土抗拉强度的降低, 对混凝土抗裂不利。

2.6 混凝土分层浇筑

混凝土分层浇筑, 分层厚度控制在30 cm左右, 利用浇筑面散热, 采用插入式振动器振捣, 待最上一层混凝土浇筑完毕20 min~30min后进行二次复振, 增加密实度, 从而提高混凝土抗裂性。

2.7 加强混凝土养护

混凝土养护是浇筑完成后的关键程序, 对于混凝土的质量有重要的影响, 所以要严格重视养护工作。对于大体积混凝土养护来讲, 一般分为降温法和保温法两种。降温法主要是在混凝土浇筑成型以后, 利用洒水或者喷水的方式来降低混凝土的温度, 以此来达到养护的目的。保温法是在混凝土成型后, 为了防止表面由于温度变化而开裂, 可以使用塑料薄膜或者草袋等保温材料覆盖其上, 保持温度。

做好混凝土的早期养护对于混凝土的浇筑质量也非常关键, 应该尽量的减少混凝土的运输时间, 并且在运输和浇筑的过程中, 尽量避免日照时间过长。对于混凝土的入仓温度要严格控制, 做好粗骨料的冷却措施。用草将输送管道包裹, 并且用水冷却。做好混凝土的前期养护, 是保证施工质量的重要基础。

3 结束语

泵站进水流道的施工质量对于工程的正常运转具有重要的作用, 在大体积混凝土施工中, 出现裂缝是比较常见的病害, 为工程的安全运行留下隐患。为了提高工程质量, 控制大体积混凝土裂缝的出现, 要严格控制混凝土原料的质量, 加强对施工工艺的管理, 制定严格的质量管理制度, 提高质量监督力度。在不断的工程实践中, 施工工艺水平会逐渐提升, 为水利工程的安全运行创造有利的环境。

摘要：水利工程是我国的基础性设施工程, 水利工程的修建在我国的经济发展中发挥了重要的作用, 所以保证工程质量尤为重要。在泵站进水流道施工中, 基本为大体积混凝土结构, 而混凝土裂缝是工程质量的常见缺陷, 对泵站进水流道的正常运行存在安全隐患。本文对于泵站进水流道大体积混凝土裂缝的产生原因以及防止措施进行了分析, 对于泵站进水流道的正常运行具有重要的意义。

关键词：泵站,进水流道,大体积混凝土,裂缝,预防和控制

参考文献

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[2]张广盛.水利工程大体积混凝土施工技术研究[J].科协论坛:下半月, 2013-05-25.

控制流道系统论文 篇5

大龙港枢纽工程是为了适应苏州市城市中心区防洪、排涝及改善水环境的需要而建，由一座12m节制闸和一座20m 3/s双向泵站组成。泵站内配4台平面S型轴伸泵，双向运行。水泵叶轮直径1.45m，单机流量5m3/s，配套250KW高压异步电机，电动机与水泵通过齿轮箱联接。泵站为堤身式布置。

泵站总装机容量1000KW，采用10KV电源直供电动机。枢纽设中央控制室，建立泵站计算机监控系统，集中监控泵站与节制闸主要设备的运行。

2.“S”型双向轴伸泵及异形流道施工

2.1 异形流道施工

2.1.1 模板的选用。

根据建筑物部位，选择不同类型的模板，确保结构物混凝土的外表光洁、美观。泵站进出水流道异型模板采用定型钢模板;钢模板面板厚度不小于3mm，在施工中选用光滑、干净的模板，所有模板的制作尺寸、表面光洁度、平整度经检测满足规范要求后再用于工程施工。模板的刚度、强度满足规范要求，使之能承受混凝土浇筑和振捣的侧向压力和振动力，防止产生移位、变形。

2.1.2 模板的制作。

首先利用3ds max三维建模技术，在电脑上根据流道的线性数据，根据坐标分块建模，然后分块组合(按1:1相对尺寸)已建好的三维模型，组配成型后，观看立体效果，达到设计的线性流畅要求后，转换成二维CAD图形，再根据二维坐标放大样，建立模板骨架，再整体焊接成型，打磨光滑。然后拆分成易拆卸的几块，最后安装异形流道模板成型。

2.1.3 模板安装。

模板安装前，将模板表面清洗干净，为防锈和拆模方便，钢模板表面涂刷防锈隔离剂。钢模板二次使用时用砂轮磨光机清除表面浮锈和水泥砂浆后再涂防锈隔离剂，模板安装时，按施工图纸进行模板安装的测量放样，重要部位设置控制点，以便检验校正。模板安装的顺序是：弹立模平面控制线和高程控制点→拼模板→模板初步固定→模板整体微调→钢管围囹加固→对销螺栓拉紧→模板局部补洞加固。为确保模板接缝严密，在所有模板接缝处粘贴6mm海棉条。特别注意模板的加固措施，根据混凝土浇筑速度设计对销螺栓的数量，同时加密锚固对销螺丝和焊锚筋，加固钢筋、钢管围囹，模板安装结束后，全面检查模板的尺寸、平整度、垂直度、接缝支撑、预留孔、洞位置，使允许偏差控制在规范内。

2.1.4 模板拆除。

模板拆除时间按规范和设计要求施工，模板拆除遵循先上后下，先易后难的原则，承重结构底模拆除，要经过同期混凝土试块强度，与施工规范和施工图纸对照，确定混凝土强度已满足规范和设计要求后，拆除。对于特种模板的拆除比如异形模板，则根据监理要求时限拆除。模板拆除后及时清理和保养。

2.1.5 钢筋制作和安装。

钢筋主要在钢筋场制作，现场绑扎安装。本工程钢筋的下料，均采用机械切断机作业，其加工偏差、钢筋安装位置、间距、保护层及各部位钢筋尺寸的大小均严格按设计图纸和规范要求施工。

2.1.6 流道层混凝土施工。

混凝土浇筑前，仓面用水冲洗，铺一层2～3cm同标号水泥砂浆，随后进行混凝土浇筑。混凝土熟料采用商品混凝土通过搅拌车运输到施工现场，混凝土泵输送入仓，漏斗串管进料，人工辅助平仓。流道层混凝土浇筑采用水平分层的方法浇筑，每坯30cm，保持均匀上升平衡浇筑，以防底板受力和模板受力不均匀产生不均匀变形，每个隔墙用4台插入式振捣器振捣密实。在浇筑过程中，控制好仓面的进料速度，防止进料过快侧向压力较大而破坏模板，同时加强值班，观察在浇筑过程中模板的变形情况，发现问题及时加固处理，确保万无一失。

2.2 主泵组的主要结构特征

主泵采用卧式布置的“S”型双向轴伸泵，主轴水平安装，泵组由叶轮、叶轮室、导叶体、潜水电机及其外壳、基础支座等组成，包括轴、轴承和密封，以及联接用的键、销等。泵段由双层圆筒组成，内层圆筒(灯泡体)为潜水电动机的电机壳，外层圆筒为贯流泵的外壳体，内外圆筒之间为过水流道。

水泵进出水两端通过伸缩接头与圆变方(方变圆)金属管段连接，其中圆变方(方变圆)金属管段埋设在混凝土中，与进出水流道相接。

2.3 主泵组的安装与调试

2.3.1 根据设备结构，将前锥管与泵体分离，在泵房内就位后组装。

2.3.2 将组装件吊入放在基础支墩上就位，垫好调整块，穿好地脚螺栓，调整高程水平，临时固定。

2.3.3 找正水泵中心线和预埋流道的中心线。

2.3.4 根据制造厂产品说明书和施工图纸要求，确定水泵基础安装尺寸、设备上定位基准的面、线或点，对安装基准线的平面位置，其允许偏差不得超过±2mm，标高允许偏差不超过±1mm。

2.3.5水泵叶轮的安装。利用自制卡环控制主机泵叶轮安装间隙, 保证了水泵运行的低噪声要求。

2.3.6 浇注地脚螺栓二期混凝土，待达到强度要求后，拧紧地脚螺栓，复查，直至达到要求。

2.3.7 测量管路进行清洗与耐压试验，各接头处不得渗漏。

2.3.8 操作、控制、保护和指示装置应进行模拟试验，动作应准确可靠。

2.4 主泵组与流道接头二期混凝土

施工方法为：将前期施工混凝土凿毛并清理干净→弹线水平定位→测定高程→固定预埋件→复核符合要求→监理工程师验收同意浇筑→浇筑→养护。埋件二期或三期混凝土采用高标号微膨胀混凝土，并加强养护。在混凝土达设计强度后方可使用。

采用不锈钢环型止水薄板中置技术，主泵组与异形流道接触处无渗漏。

2.5 联合试运行

2.5.1 试运行方案。

每两台机组为单位试运行, 1#、3#为一组, 2#、4#为二组, 第一天二组排涝、引水各开3小时后, 一组排涝、引水各开3小时;第二天一组、二组同时排涝开5小时后, 再引水5小时, 最后排涝5小时;第三天两组引水开2小时后再排涝开1小时, 在此期间先关节制闸闸门, 当内河水位降到2.8m时, 开节制闸闸门, 闸门不全开, 根据水位调节闸门, 保持内河水位不再升高为标准。其他按苏州城市防洪大龙港枢纽工程泵站部分试运行技术要求执行。

2.5.2 试运行结果。

根据已经完成的大龙港枢纽工程联合试运转情况来看：四台机组经过连续24小时运行，机组启动、停止、运行平稳，电机、齿轮箱、水泵温度和振动均符合规范要求，进出水水流流态稳定，机组运行良好;泵房水下部位特别是主泵组与异形流道接头部位无任何渗漏现象。

2.5.3 效益分析。

由于该成果的成功运用，工程工期比计划工期提前了20天，工程成本节约了20万元，同时苏州城市中心区防洪工程大龙港枢纽工程，经苏州市水利质量监督站核定，单位工程得分高达90分。2008年7月18日被苏州市水利局组织的苏州城市中心区防洪工程大龙港枢纽工程验收委员会评为优良工程。取得了良好的经济及社会效果。

3. 结语

随着工业化进程的加快，二氧化碳排量逐年增加，全球气候变暖，汛期雨量日增。城市防洪压力越来越大，加之城市内河水源的日渐污染，防洪排污换水需求大增，城市防洪泵站的建设显得越来越重要。因此对泵站建设中的“S”型双向轴伸泵安装技术及异形流道施工技术研究总结有着重要的意义。