动平衡方法（精选12篇）
动平衡方法 篇1
一、概述
运行中的转子出现不平衡是必然的, 造成转动件不平衡的原因主要有:旋转件本身形状不对称;加工制造上的公差;工件组装不当;旋转件运转时变形;旋转件磨损;旋转件本体附着异物。
对于转子而言, 特别是高速回转体, 转子不平衡是主要激振力, 是产生振动、噪声的主要原因, 如风机、水泵电机、汽轮发电机组等。不平衡给设备其他部件, 如轴承、电机、齿轮等带来损坏, 因此转子平衡是消除旋转设备振动的一项重要措施。
转子平衡有动平衡和静平衡两种方式, 由于静平衡架的制作精度要求高, 静平衡操作费时, 结果准确度不高, 用动平衡方法代替静平衡方法进行平衡校验, 得到静平衡数据, 对于提高转子在平衡校验过程中的准确度和工作效率, 有着重要的现实意义。
二、回转体的平衡原理
在了解动平衡和静平衡前, 首先了解回转体的平衡原理。
任何一个回转体在旋转, 可以看作其体内的无数个微小质点在绕轴心作旋转运动, 并因此产生离心惯性力, 这些离心惯性力组成一个惯性力系, 作用在回转体上, 使之产生弯曲变形。弯曲变形改变了质点到旋转轴心的距离, 使离心惯性力大小发生变化, 又使回转体产生新的弯曲变形, 如此反复, 直到抵抗弯曲变形的弹性恢复力与离心惯性力平衡为止。在工程中, 若回转体在离心惯性力的作用下, 只产生微小的弯曲变形, 则称之为刚性回转体, 反之, 则称之为柔性回转体。在机械产品的平衡检测中, 绝大部分是针对刚性回转体。
假设一个任意形状的刚性回转体, 以等角速度ω绕一固定z轴旋转, 取z轴上任意一点为坐标原点, 记为点o, 按照理论力学原理可知, 刚性回转体上的无数个质点产生的离心惯性力向点o简化的结果, 将得到此惯性力系的主矢Ro及主矩Mo (见图1) , 用矢量表示为:
式中:
mi:第i个微小质点的质量 (kg)
ri:第i个微小质点到z轴的距离矢量 (m)
Fi:第i个微小质点产生的离心惯性力 (N)
M:刚性回转体的总质量 (kg)
rc:刚性回转体的质心C点到Z轴的距离矢量 (m)
ρi:第i个微小质点到原点o的距离矢量 (m)
Jyz:刚性回转体对x轴的离心惯性积 (Kg·m2)
Jzx:刚性回转体对y轴的离心惯性积 (Kg·m2)
主矢Ro的大小与原点o的位置选择无关, 而主矩Mo的大小却与原点o的位置选择有关。刚性回转体在旋转时, 主矢Ro和主矩Mo会随同发生旋转性变化, 因此对支承轴产生交变的动压力, 从而刚性回转体平衡的必要与充分条件是该惯性力系向任一点简化得到的主矢Ro和主矩Mo都为零, 根据式 (1-1) , 由Ro=o可以推出rc=o, 即z轴必须经过质心Co, 根据式 (1-2) , 由Mo=o或|Mo|=o可以推出Jyz=o和Jzx=o, 即z轴必须是刚性回转体的某一条惯性主轴。满足条件Ro=o和Mo=o的轴, 就称为中心惯性主轴。为了使一个不平衡的刚性回转体成为平衡的回转体, 就需要重新调整其质量分布, 使其新的中心惯性主轴与旋转轴重合, 这个过程就是回转体的平衡。
三、校正面和平衡精度的概念
(一) 校正面
校正面:超出平衡允差的转子往往需要校正, 这些不平衡的校正通常不能在所设定的平衡允差平面上进行, 而需要在转子可以增加、去除或重新配置材料的平面上进行, 这样的平面就称为校正面。
刚性回旋体的静平衡, 一般只需要一个校正面, 这个校正面应该是该回转体的质心所在的平面或其很近的位置, 对于刚性回转体的动平衡则必须选择两个校正面。这两个校正面应将刚性回转体的质心夹在两个面之间。
(二) 平衡精度
刚性回转体的惯性力系的主矢Ro=Mω2rc[见式 (1-1) ], 令U=M·rc, 称为不平衡量, U排除了转速ω的影响, 可以更好地表现惯性力的大小。工程中也常用|U|=m·r来确定校正质量m及校正半径r乘积的大小。一般来说, 回转体的总质量越大, 允许的剩余不平衡量也越大, 为了方便地比较两个不同质量的回转体的平衡精度, 采用不平衡量U来比较就很不适当, 因此在工程中采用了偏心距e=|U|/M, 当U的量纲单位为g·mm、回转体总质量M的量纲单位为Kg时, 偏心距e的量纲单位就为μm。偏心距e在工程上又可称为剩余不平衡率, 即每单位质量上的剩余不平衡量。
由国际标准化组织推荐, 以质心c点旋转时的线速度eω为平衡精度等级, 记为平衡精度等级G, 量纲单位为mm/s, 并以G的大小作为精度标号。平衡机精度等级之间的公比为2.5, 共分为G4000, G1600, G630, G250, G100, G40, G16, G6.3, G2.5, G1, G0.4共十一级。
在确定某一回转体的精度等级G时, 不仅要考虑技术上的先进性, 还应该注意经济上的合理性, 不应盲目地追求高精度等级。在工程中可以根据不同类型的工作要求进行选择。
四、动、静平衡的概念和进行动静平衡的条件
(一) 静平衡
在转子的一个校正面上进行的校正平衡, 校正后的剩余不平衡量, 以保证转子在静态时是在许用不平衡的规定范围内, 为静平衡又称单面平衡。
(二) 动平衡
在转子两个校正面上同时校正平衡, 校正后的剩余不平衡量, 以保证转子在动态时是在许用不平衡的规定范围内, 为动平衡又称双面平衡。
(三) 转子做静平衡的条件
对刚性转子做静平衡的条件定义为:“如果盘状转子的支撑间距足够大并且旋转时盘状部位的轴向跳动很小, 从而可忽略偶不平衡 (动平衡) , 这时可以用一个校正面校正平衡, 即单面 (静) 平衡。”从这个定义中不难看出转子只做单面 (静) 平衡的条件主要有三个方面:一个是转子的几何形状为盘状, 何谓盘状?主要由转子的直径 (D) 与转子两校正面间的距离 (b) 之间的比值来确定, D/b≥5, 可视为盘状转子。二是支撑间距要大, 支撑间距 (L) 与转子两校正面间的距离 (b) 之间的比值L/b≥5, 可视为支撑间距足够大。转子的轴向跳动小主要指转子旋转时, 校正面的端面跳动小。
满足上面三个方面的就做静平衡, 反之不能满足的就要做动平衡。
五、动、静平衡的检测方法
(一) 静平衡的检测方法
1. 首先要准备符合做静平衡试验的静平衡装置。静平衡装置由双条刃形支承组成。一般对刃形支承的要求为:工作表面平度面不大于0.02mm/m;水平方向不平行度不大于1mm/m;平面度不大于0.04mm/m;硬度为HRC56-60, 粗糙度最大允值为Ra0.4μm;长度为≥7d (d为平衡专用芯轴两端与刃形支承接触处轴径) 。
2. 根据该转子所选用的平衡品质级别G, 计算出许用剩余不平衡量 (Uper) 。
3. 将转子与平衡专用芯轴组装后, 放于符合上述要求的平衡装置上, 置芯轴轴线与刃形支承长度方向呈垂直位置。
4. 将转子在静平衡装置上向左右两个方向转动若干次, 以确定不平衡角 (方向) 。
5. 在转子上进行配重, 直至整个平衡系统在静平衡装置上出现随意平衡。
6. 将配重与配重距支承轴线距离的乘积 (即实际不平衡量) 与许用剩余不平衡量 (Uper) 进行比较, 实际不平衡量小于许用剩余不平衡量, 则该转子的平衡符合所选用的平衡品质级别G, 反之则不符合。
(二) 动平衡的检测方法
1. 将转子称重后, 确定转子在平衡机上的两个支撑点位置, 并确定转子在轴向上的质心位置所在平面与两支撑点位置的间距。
2. 根据该转子所选用的平衡品质级别G, 计算出许用剩余不平衡量 (Uper) , 再将许用剩余不平衡量 (Uper) 按质心位置所在平面与两支撑点位置的轴向间距, 成比例的分配到两个校正面上许用剩余不平衡量 (UperA和UperB) , 在这里Uper=UperA+U-perB。
3. 将转子在平衡机上固定, 测量好两支撑点间距, 选好两校正面, 注意:选择的两校正面必须夹着转子的质心所在的平面。测量好两校正面的间距及校正面上校正点距回转轴线的距离。
4. 定好一个能让平衡机正常工作的转速, 让转子进行旋转, 待转子转速稳定后, 平衡机上会分别显示出两校正面上的实际不平衡量。
5. 将两校正面上的实际不平衡量与分配到两个校正面上的许用剩余不平衡量 (UperA和UperB) 进行比较, 如果两个校正面上的实际不平衡量均小于两个校正面上的许用剩余不平衡量, 则该转子的平衡等级符合所选用的平衡品质级别G, 反之则不符合。
(三) 动平衡方法比静平衡方法的优势
动平衡采用两面校正, 在转子旋转运动时在平衡机上进行测量, 静平衡采用单面校正, 在平衡架上用人工方法进行测量。静平衡相对动平衡而言, 静平衡装置实现起来要求较高, 现许多厂家自行设计制造的静平衡装置往往达不到标准中规定要求, 使用起来准确度不高。还有就是静平衡测量过程中需要用人工反反复复增加配重, 测试需要的时间长, 精度也因操作者而异, 不好把握。而动平衡的测量就是将转子按规定的要求在动平衡机上进行安装, 由平衡机运转后自行生成测量数据, 数据重复性好, 效率高, 精度好, 操作者容易操作。
六、如何用动平衡方法得到静平衡数据
由上面的动平衡测量方法, 我们可以看到, 当两个校正面的间距不断缩小, 直至两个校正面重合时, 实现上就变成一个校正面, 动平衡的数据也就变成了静平衡的数据。由于在平衡机上两个校正面的间距设为零时, 平衡机会不正常显示, 我们可以把两个校正面的间距设为一个比较小的数 (相对两支撑间距而言) , 如10mm, 注意:此时选择的两校正面应该是与该回转体的质心所在的平面很近的位置, 然后按动平衡的检测方法进行测试, 这时, 在平衡机上显示的在两个校正面上的不平衡量会完成一致, 我们只需要选择其中任意一个数值, 这个数值就是这个转子的静不平衡量的数值。
用这种方法实质上与静平衡方法在平衡原理上其实质上是一致的, 只不过用动平衡方法是用平衡机为我们把不平衡量找出来, 而用静平衡方法是用人工方法把不平衡找出来。
在GB/T9239.1-2006《机械振动恒态 (刚性) 转子平衡品质要求第1部分:规范与平衡允差的检验》中4.5.2条中第三款明确指出:“对于单面平衡 (即静平衡) , 转子可以不必旋转, 不过由于灵敏度和准确度的原因, 在大多数情况下, 仍会使用旋转式平衡机合成不平衡能够被测定并校正到限值内”。这就是我们用动平衡方法得到静平衡数据的标准依据。
用动平衡方法代替静平衡方法, 在农业机械设计、研发的实践中将大大提高平衡校验的效率和精度, 对企业提高生产效率和保证转子的精度等级有重要意义。
摘要：运行中的转子出现不平衡是必然的, 不平衡会对如轴承、电机、齿轮零件等带来损坏;因此对转子进行平衡校验是消除旋转设备振动的一项重要措施。用动平衡方法代替静平衡方法进行平衡校验, 得到静平衡数据, 对于提高转子在平衡校验过程中的准确度和工作效率, 有着重要的现实意义。
关键词：动平衡方法,静平衡数据,理论分析
动平衡方法 篇2
矫正“O”形腿关键在于调整人体的力线，平衡下肢的肌力，恢复机体的正常结构。
下面介绍三种平衡下肢肌力的方法:有意识地锻炼大腿内侧肌肉，让腿部肌力平衡。
1.平躺在地上，两手放臀侧。双腿向上举起，大腿与上半身成九十度角，小腿与上半身平行。两腿内侧用力夹紧，必要的时候可以两腿之间夹一本书。保持这个姿势5~10秒，每组3~5次。
2.双腿呈站立姿势，右手扶墙，同时右腿向左腿方向的外侧尽量踢，保持姿势5~10秒，每组3~5次。然后，按上述办法，换边锻炼左腿。
3.双腿与上半身成90度角。然后用腹部的力量抬起上半身，手尽量接触脚踝的位置，稍微停留1~3秒钟，上半身落下。重复此动作2组，每组10~15次。
首先双脚打开，做屈伸运动。先柔软关节和肌肉后再盘坐，双脚紧贴臀部，将双膝朝内侧压合10分钟。洗完澡后就做这两个动作，持续做的话可确实有效地改善O型腿。
1.坐在椅子1/3处，腰杆打直身体向上伸展。2.双手置于坐椅两旁，左脚抬起向前，脚尖朝上。
3.还原换边重复8~12下，共3次
1.坐在椅子1/3处，双手手肘置于大腿内侧。2.双手手肘用力往外撑，大腿用力向内收。
3.形成抗力停留5~10秒。4.重复8~12下，共3次
“O”型腿的矫正方法具体如下：
（1）直立，两脚并拢，两手扶膝做两膝向正前方的下蹲
起立运动，做 20～3O次。
（2）弯腰，两手扶膝做向左的和向右的绕环运动，做20
～30次。
（3）两脚开立稍大，弯腰，两手扶膝做两膝向内相靠停
耗练习，每次停耗10秒钟，做5～10次。
（4）两脚平行站立。先以脚跟为轴，做脚尖外展和内旋
运动；再以脚尖为轴，做脚跟外展和内旋运动，各做20～30次。
（5）坐在椅子上，尽力用小腿夹住书，坚持一定时间。如果用橡皮带将两膝捆住做，效果更加显著。
（6）跪坐在腿上，塌腰，两脚慢慢向外向前移动，腰部随之也逐渐直起来。做 15～20次。
如何矫正O型腿
稍微改变一下站立姿态，便可运用腿部肌肉不同的部位，这是下蹲运动的最大特点。下蹲时膝盖和大腿靠拢，对于矫正 O型腿很有效。尽可能的下腰深蹲效果会更好。
方法：双手叉腰，上身保持直立，双腿张开 15— 20厘米，脚尖略微向外，吸气时两膝靠拢慢慢下蹲，尽可能深蹲并停留片刻，感到腿部肌肉紧绷。呼气时慢慢打开双膝，伸直站立，重复 10次。
简易运动矫正“O”型腿
作者：胡铭
1.弓步侧压腿，一腿压30次，交替各进行2次。
2.杠铃夹腿深蹲。肩负中等重量的杠铃，两腿分开约同肩宽，慢慢下蹲至全蹲（膝角小于90度），然后快速夹腿直立，1组做8~10次，共做4~6组。
3.并腿蹲起。两脚及两腿并拢，俯身站立，双手扶膝，做往里推夹的动作（两腿不要分开），接着做下蹲与起立动作1次，再做向左与向右转动膝盖的练习1次，如此反复，每15次为1组，共做3组。
4.两腿做外摆和内夹练习，每15次为1组，共做4组。
5.两腿夹书本，坐在椅子上，两腿伸直、夹紧，在踝关节上部（小腿下部）夹一本厚薄适宜的书，坚持在数分钟内不让书本落下。练习时可在膝关节下部扎一根绳子，效果更好。
6.两人对抗腿屈伸练习，8次为1组，共做4组。
热身：
快步走5分钟，然后顺时针环绕膝关节、逆时针环绕膝关节、徒手蹲起各3～4组，每组8次。目的是预热目标肌肉、降低膝关节滑膜液体的黏稠度，为下一步的运动做准备。
窄距内扣式哑铃深蹲：
双手持哑铃自然下垂，正直站立，双脚距离略窄于肩，脚尖稍微内扣。同时屈膝屈髋，使身体下蹲，大腿与地面平行时，维持3～5秒钟，然后起身，重复动作。注意认真体会肌肉以及大腿外侧以及膝盖外上肌肉的张力感。并腿腿举坐在腿举器(或倒蹬机)上，双脚并拢，蹬在踏板上。开始动作后，控制大腿慢慢回收到胸前位置，然后大腿发力蹬起，重复动作。
双手持哑铃自然下垂，正直站立，双脚距离约等于肩，左脚向前跨出一大步，保持上身正直，双膝同时弯曲使重心下降，当右腿贴近地面时停止，站 起，重复动作。一组完成后，换用右腿在前重复相同次数。这个动作能全面训练股四头肌下部，增强包裹在膝关节周围的韧带、肌腱的张力。
静力性半蹲
双脚比肩略窄，脚尖内扣，做半蹲的姿势，上身略前倾，大小腿约135度角，维持此姿势约1～2分钟。效果同上。
第一套
下肢腿围超过正常范围，要从少年时进行锻炼，每天用手沿着脚后跟到小腿肚子方向作圆周按摩，平常走路和进行锻炼时，都要在意，将脚抬高步行。
第一节提踵，两腿直立，一腿向后屈膝，触及臀部为止，两腿交替，每侧抬高20次。如站立不稳，手可扶物。
第二节双手抱头仰卧，将一腿抬起，屈膝，伸直；两腿交替进行，每次20次。
第三节靠墙而立，抬腿屈膝，脚尖触地，作圆周运动，每侧做10次。
第四节坐地，抬腿，双手握足，两腿交替进行，每侧10次。
第五节两脚站立，一腿屈骼91°；小腿下垂，膝弯90°，一脚尖立地，持续几秒钟，两腿交替，每侧10次。
第六节两脚尖着地，屈膝125°，两臂伸直。
上述六节，每天一次，半年测腿围，坚持长年练习。
本处方适合中青年人练习。为了更有效地增长小腿的长度，条件允许，可辅以游泳，以刺激骺软骨的增生，延长小腿骨。
第二套
第一节锻炼大腿前部肌群立正，双手抱头。脚尖着地，深吸气立起，10秒钟后，右腿向前迈出一步，同时下蹲10秒钟，左右腿交替进行，共3分钟。
第二节锻炼大腿后部肌群
屈膝屈肘俯卧，一腿屈膝跪地，另一腿伸直抬高与躯体呈直线，10秒钟后，向背屈膝与躯体呈直角，左右腿交替进行，共3分钟。
第三节锻炼臂部肌群
双手撑地，一腿屈膝撑地，一腿屈膝抬起，向胸部靠近，10秒钟后，伸直向背屈膝两腿交替进行，共3分钟。
第四节锻炼大腿内侧肌群
仰卧，一腿屈膝，脚着地，另一腿向背勾脚尖，伸直抬腿（10秒钟），而后外展10秒钟，两腿交替，共3分钟。
第五节锻炼腓肠肌（小腿肚）
首先备一块5cm高的30cm×20cm的木板或大砖头，两脚三分之一着木板，三分之二悬空，两手自由弯曲或伸直，尽力提踵，保持10秒钟，重复此动作3分钟，做此动作时，要量力而行、防止摔伤。在开始锻炼时，如有难度，可持一棍或扶物，习惯后按要求进行。
上述5节每天一次，3～6个月后可量下肢长度，与锻炼前对比，有小小进步，应长年坚持。
第三套
第一节立正，两臂伸平，一腿慢慢抬起，脚伸直，抬腿至最高点，一脚站立20秒。然后两腿交替10次。
第二节双腿站立与肩同宽，两臂伸平，足尖着地，站立保持10秒钟，反复10次。
第三节一脚站立，向前屈身与腿呈90°，一腿向后伸直，使身体呈丁字形，两腿反复交替进行10次．
1、踩站立姿势，双手自然下垂，双脚打开与肩膀同宽。
2、双脚同时慢慢抬起脚跟，以脚尖站立，然后慢慢放下脚跟
3、可重复做10次
功效：可以消除罗卜腿，还能使小腿线条修长。
可随时练习的瘦小腿运动
◆STEP1——小腿肚变瘦：踮腿运动
踮脚运动可以刺激小腿肌肉，并消除多余赘肉，让小腿肚变瘦，使线条柔美。
1、坐在椅子约1/3处，脚尖置于高起的平台上，脚跟尽量向下压。
2、接着踮脚，小腿用力，脚跟尽量提高，并快速重复这套动作。
◆STEP2——脚腕变纤细：脚掌画圈圈
脚掌画圈圈这个动作，具有让脚腕变细、双腿变美的效果
1、脚伸直坐着，脚跟及膝盖并拢。
2、以脚跟为轴，脚掌慢慢地用力向左手画圈。
◆STEP3——腿型更修长：双腿交叉下腰
用力伸展膝盖后侧的肌肉，强化此处的肌肉，可以使腿型更加修长。
1、双脚在膝盖处交叉。
2、上半身往下压，直到手指尖轻触地面。
有关平衡问题的处理方法 篇3
我们分两种情况处理这一问题：
一系统中有滑轮
我们都知道,通过动滑轮的轻绳的两端弹力大小相等,在平衡问题中如果直接应用这一结论能使问题简化.
例1、将一细绳的两端固定于两竖直墙的Ａ、Ｂ两点，通过一个光滑的挂钩将某重物挂在绳上，下面给出的四幅图中有可能使物体处于平衡状态的是
分析:本题中光滑的小挂钩相当于动滑轮,平衡时绳子两端的拉力应该大小相等,题中的四种情况只有C满足,所以正确答案是C.
例2（2010高考广东卷）13. 图2为节日里悬挂灯笼的一种方式，A、B点等高，O为结点，轻绳AO、BO长度相等，拉力分别为FA 、FB，灯笼受到的重力为 G．下列表述正确的是
A．FA一定小于G B．FA与FB大小相等
C．FA与FB是一对平衡力D．FA与FB大小之和等于G
解析：本题中O为节点，不是滑轮，与例1不同，但是由于A、B点等高且轻绳AO、BO长度相等，所以FA与FB大小相等 。三力平衡问题，用正交分解法，设∠AOB=2θ，O点受到FA、ＦＢ、F三力作用，其中F=G，建立坐标系，列平衡方程得：
解出：当θ=1200时： ；当θ<1200时： ；当θ>1200时： 故选B。
二系统中有轻杆
绳子被拉直时弹力方向沿绳的收缩方向,如果系统中有轻杆,杆所受弹力沿杆的方向吗
例3、 如图所示，水平横梁一端A插在墙壁内，另一端装有小滑轮B，一轻绳一端C固定于墙壁上，另一端跨过滑轮后悬挂一质量为m=10kg的重物， ，则滑轮受到绳子作用力为
A. 50N B.C. 100ND.
分析:由于B点处是滑轮，它只是改变绳中力的方向，并未改变力的大小，滑轮两侧绳上拉力大小均是100N，夹角为 ，故而滑轮受绳子作用力即是其合力，大小为100N，正确答案是C,方向斜向左下与AB杆成300,
例4、 如图所示，质量为m的物体用细绳OC悬挂在支架上的O点，轻杆OB可绕B点转动，求细绳OA中张力T大小和轻杆OB受力N大小。
分析:本题中轻杆的情况与上体不同,它与墙是通过铰链链接,只要杆所受弹力不沿杆的方向,就要发生转动,因而物体平衡时杆的弹力必沿杆的方向,由于悬挂物体质量为m，绳OC拉力大小是mg，将重力沿杆和OA方向分解，可求 .
通过例3和例4我们可以得出结论:轻杆的弹力方向不一定沿杆的方向，关键要看轻杆的固定端能不能自由转动。
例5一轻杆BO，其O端用光滑铰链固定在竖直轻杆AO上，B端挂一重物，且系一细绳，细绳跨过杆顶A处的光滑小滑轮，用力F拉住，如图1所示。现将细绳缓慢往左拉，使杆BO与杆AO间的夹角θ逐渐减少，则在此过程中，拉力F及杆BO所受压力FN的大小变化情况是( )
A．FN先减小，后增大 B.FN始终不变
C．F先减小，后增大 D.F始终不变
解析：取BO杆的B端为研究对象，受到绳子拉力(大小为F)、BO杆的支持力FN和悬挂重物的绳子的拉力(大小为G)的作用，将FN与G合成，其合力与F等值反向，如图2所示，将三个力矢量构成封闭的三角形(如图中画斜线部分)，力的三角形与几何三角形OBA相似，利用相似三角形对应边成比例可得：(如图2所示，设AO高为H，BO长为L，绳长l,) ，式中G、H、L均不变，l逐渐变小，所以可知FN不变，F逐渐变小。正确答案为选项B
三物体所受的分力不在同一平面上
物体平衡时，如果所受各个分力都在同一平面上，可以建立坐标系，用平行四边形定则或者正交分解法求解，如果不在同一个平面上怎么处理？
例6（2010高考江苏卷）3、如图所示，置于水平地面的三脚架上固定着一质量为m的照相机，三脚架的三根轻质支架等长，与竖直方向均成 角，则每根支架中承受的压力大小为
（A） （B） （C） （D）
分析：对照相机进行受力分析，受重力和三个支架的支持力，它们不在同一平面上，由于重力竖直向下，我们可以将支架的支持力沿竖直方向分解，这样就转化成我们能够处理的同一竖直面的问题了， 。选D
动平衡方法 篇4
转子不平衡是旋转机械产生振动的主要原因之一,也是影响其稳定高效运行的关键因素。自动平衡控制作为解决转子不平衡的重要技术已成为国内外研究热点,如何从控制策略上提高其平衡效率和平衡精度是其中的核心问题［１］。
目前,对于转子自动平衡［２－３］的理论研究已经比较成熟,然而在控制策略方面的研究却不多,文献[4-5]中提出的影响系数法及文献[6]中提出的改进影响系数法都具有较快的平衡速度,但是其计算过程可能产生较大误差,且容易使振动加剧。由于自动寻优方法的原理简单,无需建立数学模型,且易于实现自动化,故其在转子动平衡中得到广泛应用,但是其动平衡精度和动平衡效率相对较低,所以还需进一步改进。文献[7]在分析控制力作用相位等基础上设计了定幅值寻相位控制方法,该方法对振动相位的提取具有很高的要求,且控制算法较复杂,动平衡效率不高。文献[8]提出了基于双盘电磁型平衡头的移动控制方法,该方法着重讨论了配重块在不同初始位置下的移动原则,能够解决平衡过程中的振动加剧的问题,但是只在仿真实验上做了验证并未进行实际应用。
因此,研究出一种能够稳定、快速地减小振动的控制策略来完成转子自动平衡,具有重要的研究意义和应用价值。本文针对单平面双配重动平衡装置,提出一种基于模糊控制［９］的变步长寻优控制方法,将模糊控制原理与自动寻优方法相结合,实现转子自动平衡控制,最后在自行设计搭建的实验台上进行实验验证,结果表明该方法是可行的并具有较好的平衡效果。
1 系统架构
转子动平衡系统主要由控制单元、执行机构和转子组成,如图1所示。其中,控制单元包括模糊控制器和执行控制器;执行机构为平衡头,主要包括两个驱动电机和两个配重块［１０］,通过控制电机的转动可以改变平衡头中配重块的位置。
转子动平衡系统采用双闭环控制结构,其中外环为振幅反馈环节,主要由模糊控制器和振动传感器组成,模糊控制器作为副调节器,其输入量为振幅偏差及偏差变化量;输出量为自动寻优步长;内环为位置反馈环节,主要由执行控制器和位置传感器组成,执行控制器作为主调节器,其输入量分别是模糊控制器的输出量及位置传感器的反馈量,其输出量为电机转动控制量。
系统以振幅作为目标期望值,当其达到预先设定的精度要求时就停止运作。在未达到平衡精度时则进行相位平衡和幅值平衡操作。相位平衡操作即通过控制两电机均正转或均反转运行来改变两配重块在平衡头内近似同一平面上的周向分布,使合成的补偿离心力方向与转子系统的等效不平衡力方向相反。幅值平衡操作即通过控制某一电机正转另一电机反转,使合成的补偿离心力大小与转子系统的等效不平衡力相等。控制原理如图2所示,圆周上的白点表示不平衡量,两个黑点表示平衡头中的配重块,图2a为某一不平衡状态,当配重块移动到获得最小振幅的位置时完成平衡过程,此时如图2b所示。
采用这种控制方法时,配重块每次需转动的角度大小是关键问题。若转动角度过大即步长过大,虽可减少电机的启停次数,但容易造成转子不平衡的超调,尤其是当转子系统初始不平衡较大时可能导致系统故障;相反,若步长过小,虽可减少或避免不平衡量超调,但由于电机的频繁启停,增加了电机的负担,同时也增加了控制过程所需的总时间,影响了电机寿命和动平衡效率。所以需要变步长的控制策略来实现这种方案,同时转子动平衡系统从振动信号采集到执行装置动作的过程中,输入量及输出量易受外界干扰及其他因素影响,加之系统的执行装置本身就是一个比较复杂的系统,很难精确建立起数学模型。综合考虑以上问题,本研究采用模糊控制原理,其方法简单、精度较高且鲁棒性好［１１］,能够准确计算出电机驱动步长及两配重块移动方向,在这基础上采用自动寻优策略完成转子动平衡。
2 基于模糊控制原理的步长计算方法
2.1 模糊控制原理
模糊控制系统不需要建立基于系统动态特性的数学模型,但是需要确定判定规则的专家知识、经验或操作数据等,把这些作为判断依据来制定一系列判定规则从而实现自动控制过程。
模糊控制过程主要包括三大部分:量化、确定判定规则及模糊推理。利用模糊控制原理经模糊推理后最终可计算出精确输出量。模糊控制的输入量是精确量,它的输出控制量也是精确量,因此模糊控制器的控制并不模糊,它可以实现对被控对象的精确控制［１２］。
2.2 模糊控制器设计
本系统中幅值反馈环节采用模糊控制原理。反馈信号为转子不平衡引起的振幅,该值采用文献[13]所述的互相关算法进行提取,该方法能够在外界干扰较大的情况下准确提取振动幅值,以振幅偏差e及振幅偏差变化量 Δe作为模糊控制器的输入量,其中振幅偏差为所测振幅与平衡目标值之差,振幅偏差变化量由振幅偏差求导得出;以步长值λ１作为模糊控制器的输出量,该值决定平衡头中配重块转动的角度,由此产生转子不平衡量变化。由此设计了双输入单输出的模糊控制器,具体步骤如下。
(1)模糊语言的变量定义,即将模糊控制器的输入量和输出量进行标定,将其指定到某一区间范围内,采用对称方式将输入量和输出量进行分级。振幅偏差量化为7 级,即{-3,-2,-1,0,+1,+2,+3},其模糊子集取7档,即{NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB};振幅偏差变化量量化为5级,即{-2,-1,0,+1,+2},其模糊子集取5档,即{NB,NS,ZO,PS,PB};步长的模糊控制量化为7级,即{-3,-2,-1,0,+1,+2,+3},其模糊子集取7档,即{NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB}。上述NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB分别代表负大、负中、负小、零、正小、正中、正大。
(2)隶属度函数设定。为方便计算与编程,本研究都采用三角形隶属度函数。根据控制要求,设置输入量振幅偏差e和振幅偏差变化量 Δe的中间档位相对较窄,其他各个档位相似;输出量步长值λ１的全档位相似,如图3所示。
(3)模糊判定规则是模糊控制器的核心,本研究在仿真和实验的基础上,对实验数据进行分析,最终确定判定模糊控制器输出量的模糊规则。表1为该模糊控制器的判定规则表［１４］。
(4)去模糊操作。去模糊就是将输出的模糊集转换为精确值,目前采用较多的方法有最大隶属度最大值法、最大隶属度最小值法、质心法等。本文采用质心法进行去模糊操作,即将所得隶属度与其对应的论域值乘积之和除以隶属度之和,所得结果即为模糊控制器的精确输出。
3 变步长寻优算法
根据系统结构要求设计了执行控制器,其作为决策中心对模糊控制器及位置反馈环节做综合处理,即将模糊控制器输出的步长值λ１和偏差变化量的正负及配重块的位置反馈信号进行相应处理并最终确定电机移动步长与方向。
控制过程采用先进行相位平衡再进行幅值平衡的寻优算法,即如前所述通过移动两电机使振动减小,当进行相位平衡的移动使振动不再减小时则进行幅值平衡;当进行幅值平衡的移动使振动不再减小时则结束该平衡过程。执行控制器的详细控制算法用流程图来表示,如图4所示。
该算法首先设定两电机的初始转动方向,然后获取模糊控制器的数据,即步长值λ１和偏差正负,其中,偏差用来判定电机的转动方向,若偏差小于零则说明此次操作使振幅减小,电机不改变方向,若偏差大于零则相反。
此外,上述所计算的步长值λ１还需通过位置反馈环节进行调整从而确定驱动电机的步长。调整方法采用步长补偿法,即通过位置传感器测量并计算质量块两次移动后的角度变化量Δθ,由此得到实际驱动步长Δλ,该值由线性计算得出:
其中,k由配重块和电机参数决定。将其与此前的执行步长做差可得步长补偿量。
4 实验验证
为验证该控制方法的有效性和转子自动平衡效果,自行设计并搭建了实验台进行实验。转子系统实物如图5所示,实验中振动幅值测量点位于右侧轴承座上表面转子中心上方,调整平面为平衡头中心平面附近。
对于控制器,其核心为转子自动平衡测控系统,设计了相应的硬件系统和软件系统。其中,硬件系统的主控模块使用TMS320F2812 型DSP芯片,利用了其ADC、I/O、PWM等模块实现振动信号采集、输入输出及电机控制等功能［１５］。软件部分采用结构化设计,用C语言编程实现振动信号处理、模糊控制器功能及执行器控制等。
为验证该控制方法的平衡效果,本研究设计了无模糊控制器下的定步长自动寻优的控制方法以作实验对比,在该实验中电机的驱动步长取中间档位,其他条件均相同。 实验中转子转速为1200r/min,初始振动幅值为25.0μm,记录平衡过程的振动幅值变化,结果如图6所示。
图6为分别采用无模糊控制器的定步长寻优方法和本文设计的模糊控制器与变步长寻优相结合的方法进行自动平衡实验所得的转子振动幅值的变化情况,可以看出:
(1)在12.5s的平衡时间内,采用定步长寻优方法将转子不平衡引起的振动幅值由初始的25μm减小到15μm;而采用变步长寻优方法则可减小到8μm以下,相对前者,该方法的平衡精度有明显提高;
(2)根据平衡过程中转子振动幅值的整体变化率可知后者的平衡速度较前者也更快;
(3)此外,采用本研究提出的方法进行自动平衡的过程中,在配重块移动方向改变的位置没有产生振幅加剧,说明该方法具有更好的稳定性。
5 结束语
本文在实验的基础上针对单平面双配重动平衡装置提出了一种转子动平衡控制策略,利用模糊控制器获取步长,同时使用位置反馈环节来调整该步长,完成了变步长自动寻优动平衡控制过程,通过实验证明该方法具有较高的平衡精度和平衡效率,且该平衡过程没有振动加剧,较传统的自动寻优方法有较大的改善。
摘要：自动寻优控制是目前被广泛研究的转子自动平衡控制方法之一,但是该方法平衡精度有限且平衡时间较长,在实际应用中存在较大局限性。基于此,针对单平面双配重的转子自动平衡装置,提出了一种基于模糊控制原理的步长计算方法,并设计了变步长寻优控制算法,进而实现变步长寻优的转子自动平衡控制方法。通过自行设计并搭建的转子实验台及测控系统进行实验验证,实验结果表明该方法较传统的自动寻优控制方法在平衡精度和平衡效率上有明显改善。
动平衡方法 篇5
徐霜
上海安科瑞电气股份有限公司，上海 嘉定 201801
0 引言
根据《节约能源法》、《节约用电管理办法》等法律、法规的规定，以及加快建设资源节约型、环境友好型社会的要求，进一步加强企业用电需求侧管理，提高电能利用效率引起了各方的关注，国家质监总局和国家标准化管理委员会发布了GB/T8222-2008《用电设备电能平衡通则》，浙江、上海等地2009年已陆续开展企业电能平衡测试。上海市经信委在2009、2010年连续两年发布了重点用电企业电能平衡工作的通知。电能平衡是研究与分析一定数量的电能进入用电体系后的分布与利用情况，即用电体系的各个环节有效利用了多少电能，损失了多少电能。目的是通过普查、统计、测试、计算等手段，揭示企业在整个生产过程中各个用电环节的电能使用情况，研究分析哪些是合理使用，哪些是不合理使用，哪些损失是必要的，哪些损失是不必要的。在此基础上找出使用中的问题，制定节电措施和整改规划。通过改造旧设备，加强科学管理，采用新产品、新工艺、新技术、新材料等手段降低产品用电单耗，使企业电能利用率提高到一个新的水平。现实意义有：摸清用电设备家底，全面了解设备运行状况以及损耗所在；掌握用电水平；找出企业设备和管理中的薄弱环节，制定节电规划；使用电管理人员和具体测试人员的技术素质得到提高，培养一批技术管理人员。电能平衡的基本概念及原则
电能平衡是供电电量在用电系统内的输送、转换、利用进行考核、测量、分析和研究，并建立供给电量、有效电量和损失用电量之间平衡关系的全过程。
有功电能平衡测试的方法有两种：
正平衡法又称直接平衡法，即运用测试和计算方法直接求得用电体系的输入有功电量和有效利用电量，而体系损失的有功电量即为二者之差。
反平衡法又称间接平衡法，即运用测试和计算方法直接求得用电体系的输入有功电量和体系损失的各项有功电量，而体系有效利用电量即为二者之差。
电能平衡的原则是：电能平衡的理论基础是能量守恒定律，是电能“收入”与“支出”的平衡；电能平衡是能量平衡而不是功率平衡。所以电量应使用电能表测定，对于稳定负荷可利用输入功率与输出功率来求其电能利用率。企业电能平衡是在企业正常生产情况下进行的，它反映的不一定是企业用电设备的额定效率，而是实际运行状况时的使用效率。电能平衡可取用某一代表日、某正常生产月、某正常生产季度或某一年的用电量来进行平衡，一般企业电能平衡的时间取代表年。企业电能平衡的测算误差不得超过10%。电能平衡方法
通过对工业企业内部的主要电器设备，如变压器、电机（如泵、风机、空压机）、照明设备、电缆、电热设备、整流设备、空调制冷设备等电器及整个配电系统，采用智能电工仪器进行实时监测，采集设备与系统的电流、温度、功率、功率因素、有功电度、无功电度等用电信息，建立工业企业电能平衡信息管理系统。系统拓扑结构如下：
系统管理根据工业企业现场情况，采用现场总线、光纤环网或无线通讯（Zigbee物联网）中的一种或多种结合，优化组网方式；实现配电智能监控，用电设备信息集抄和管理。减轻专职人员工作量，提高工效。管理系统功能 3.1人机交互界面
系统具有友好的全中文人机交互界面。标准的变配电系统具有CAD一次单线图显示中、低压配电网络的接线情况；庞大的系统具有多画面切换及画面导航的功能；分散的配电系统具有空间地理平面的系统主画面。
系统主画面的一次接线图显示工程名称、开关柜编号、回路编号及回路名称等信息，其中回路的名称可由系统级管理员自定义更改；画面还可显示SOE事件实时记录窗口、系统功能快捷键、当前操作人员、系统当前时间及系统运行天数等信息；空间地理平面的主画面显示了该工程区域内各变电箱的地理位置等信息。
系统主画面可直观显示各回路的运行状态，并具有回路带电、非带电及故障着色的功能。主要电参量直接显示于人机交互界面并实时刷新，如变压器进线，重要出线的电压、电流、功率、频率等；一般出线的三相电流信息等；还可通过调用重要回路子画面查看该回路的详细电参量信息。
3.2用户管理
系统提供了多级管理权措施，对不同级别的用户赋予不同权限，从而保证系统在运行过程中的安全性和可靠性。如对某重要回路的合/分闸操作，需操作员级用户输入操作口令外，还需工程师级用户输入确认口令后方可完成该操作。
系统一般保留最高管理权限—系统管理员，系统级管理员可完成该系统所设计的所有操作动作，还具有添加新用户，分配用户权限，删除用户等功能。
3.3采集处理与控制
系统可实时和定时采集现场设备的各电参量及开关量状态（包括三相电压、电流、功率、功率因数、频率、电能、温度、开关位置、设备运行状态等），将采集到的数据或直接显示、或通过统计计算生成新的直观的数据信息再显示（总系统功率、负荷最大值、功率因数上下限等），并对重要信息量进行数据库存储。对现场设备的操作（如合/分闸控制、电容投切等）可进行本地手动操作和远程控制操作等，并具有权限保护，防误闭锁功能，可根据开关量和模拟量的组合实现闭锁。
3.4趋势曲线分析
系统对采集的电参量进行分类识别并将必要参量存储至数据库，对所有参量存储可达两年，电能参量的存储可达三年以上，并可根据用户需求及硬件配置更改存储时间。
系统提供了实时曲线和历史趋势两种曲线分析界面，通过调用相关回路实时曲线界面分析该回路当前的运行负荷状况。如通过调用某配出回路的实时曲线可分析该回路的电气设备所引起的信号波动情况。系统的历史趋势即系统对所有已存数据均可查看其历史趋势，方便工程人员对监测的配电网络进行质量分析。3.5用电设备能效管理
系统可以记录变压器负载率和损耗；电缆损耗和线损率；电动机效率和机组能效比；电动机和泵效率；电动机和风机效率；电动机效率和空压机负载率；电动机效率；照明容量、数量和年耗电量；电热设备负载率和损耗；整流设备损耗和用电量等用电设备信息。3.6电能管理与报表打印
系统具有标准的电能报表格式并可根据用户需求设计符合其需要的报表格式，系统可自动统计。可自动生成各种类型的实时运行运行报表、历史报表、事件故障及告警记录报表、操作记录报表等，可以查询和打印系统记录的所有数据值，自动生成电能的日、月、季、报表，根据复费率的时段及费率的设定值生成电能的费率报表，查询打印的起点、间隔等参数可自行设置；系统设计还可根据用户需求量身定制满足不同要求的报表输出功能。
3.7事件记录和故障报警
系统对所有用户操作、开关变位、参量越限及其它用户实际需求的事件均具有祥细的记录功能，包括事件发生的时间位置，当前值班人员事件是否确认等信息，对开关变位、参量越限等信息还具有声音报警功能，同时自动对运行设备发送控制指令或提示值班人员迅速排除故障。电能平衡步骤 4.1普查
从电网进户点开始，按供电路径查清电气设备、用电设备的家底。如变压器、线路、电动机、风机、水泵、空压机、制冷机等主要用电设备的容量、型号、主要性能参数、分布、工况等情况逐台登记，建立台账，画出全厂用电的线路图。4.2基础测试
根据《上海市工业企业电能平衡信息管理系统》所要求填写的项目进行基础测试，基础测试主要依靠企业现场配备的电力和热工仪表进行。其中，运行数据中的平均电流要能代表该设备的正常生产时的平均值，需根据现场电力仪表（电流表）结合设备运行特点通过统计方法进行确定。4.3锁定重点 根据普查台账和初步测试结果填写《上海市工业企业电能平衡信息管理系统》软件，锁定节能潜力重点。4.4系统测试评估
对锁定重点的系统运用专业测试仪器设备进行现场测试，在测试的基础上结合系统日常运行记录数据和运行特点，对系统节能潜力进行量化分析，提出解决方案，并进行经济性比较。4.5整改
针对普查中和测算分析中发现的问题，制定整改规划。做到边查边改，边测边改，堵塞浪费漏洞，并落实节电措施。测试内容和范围 5.1基础测试
基础测试主要利用现场仪表和便携式仪表进行，测试范围原则上要包括变压器、配电线路、电动机、电热设备、整流设备和照灯具等所有供配电系统和用电系统，以运行的电数据为主。电力变压器要求全部测试，电缆要求采集16mm2以上的电缆数据。填写软件时小于5.5kw的电动机设备和小于8kw的电热和整流设备可批量填写软件。5.2系统诊断
诊断测试以电机系统为主，通过测试结合企业历史记录，深入分析系统的节能潜力，提高节能改造方案并进行投资回报分析。根据本次电能平衡的工作要求，每个企业至少完成2个电机系统的节能诊断评估，对于年耗电量大于50万kwh的泵、风机和空压机系统、年耗电量大于100万kwh的制冷空调系统和年耗电量大于30万kwh的其他电机系统作为重点，根据基础测试的结果和对节能潜力初步分析确定节能潜力最大的两个系统进行诊断评估。电力监控仪表在电能平衡中的应用
型号
主要功能
LCD显示、全电参量测量（U、I、P、Q、PF、F、S）；高压回路及变压器的进、出线回路
ACR330ELH
四象限电能计量、复费率电能统计；THDu，THDi、2-31次各次谐波分量；电压波峰系数、电话波形因子、电流K系数、电压与电流不平衡度计算；电网电压电流正、负、零序分量（含负序电流）测量；4DI+3DO（DO3做过压、欠压、过流、不平衡报警）；RS485通讯接口、Modbus协议或DL/T64
5规约
LCD显示、全电参量测量（U、I、P、Q、PF、F）；四象
ACR220EL
电机平衡
限电能计量、复费率电能统计、最大需量统计；4DI+2DO；
RS485通讯接口、Modbus协议
测量三相电流、电压、功率、功率因数、电能、等电参数，定值查询、定值整定、过载、断相（不平衡）、堵转、欠载、ARD3
外部故障、阻塞、欠压等保护功能、8DI+4DO、电能管理、漏电保护、SOE记录、多种启动模式、RS485通讯接口、Modbus协议。
LCD显示、全电参量测量（U、I、P、Q、PF、F）；四象
ACR220EL
限电能计量、复费率电能统计、最大需量统计；2DI+2DO；
RS485通讯接口、Modbus协议
LCD显示、全电参量测量（U、I、P、Q、PF、F、S）；普通电气回路
DTSD1352(ADL3000)
四象限电能计量、复费率电能统计、最大需量统计；电流规格1.5(6)A、5(20)A、10(40)A、20(80)A可选、RS485通讯
接口、Modbus协议或DL/T 645规约可选
电流规格1.5(6)A、DTSF1352(ADL300)
5(20)A、10(40)A、20(80)A可选、复费率电能统计、电能脉冲输出、RS485通讯接口、Modbus协议或DL/T 64
5规约可选
电器设备温度巡检
ARTM
主要功能有1~16路温度巡检，热电阻信号输入，RS485
通讯接口，Modbus协议，2路继电器输出。
一种是传感器数字信号经采集后直接进入系统；
非电量信号的采集
ARTU-P32 ARTU-M32
一种是对应水、油、气等流量的脉冲信号经ARTU-P32采集后，通过RS485、Modbus协议进入系统，其它4~20mA、0~20mA信号经ARTU-M32采集后进入系统。
开启式低压电流互感器
AKH-0.66/K
对一些重要需要计量的电气回路，若原先未装互感器，可选开启式互感器，安装方便、安全、效率高。电能平衡工作成果
7.1促进企业供用电设备的管理，帮助进一步摸清了家底。量化了各类型用电设备的耗电情况，见下图。
3%3%30%0%31%12%5%16%制冷空调泵风机空压机其它电机照明电流整流
7.2提供节能技改项目的实施数据
以上海近2年工业企业电能平衡试点为例，共完成各类节能诊断项目21个（其中，泵系统5个，空压机系统6个，制冷机系统项目4个，照明系统1个，电加热项目4个，21个诊断项目的总节能潜力为1588万kwh/年，占总节能量的86.55%，诊断项目的节能潜力占企业总耗电量的6.27%。预计投入3581万元，年经济效益1076万元，平均投资回收期3.33年。
光明乳项目
品八厂
年总能耗(tce)年总电耗(万kWh)预见节电量(万kWh)预见节电量(tce)预见节能率(%)新增节能量(万kWh)新增节能量(tce)新增节能率(%)11381 1715 166 670 9.67 166 670 9.67
锻造 14135 2585 358 1445 13.84 358 1445 13.84 356.23
PVA厂 87151 4047 260 1050 6.42 260 1050 6.42 222.62
炉厂 21631 2860 282 1141 9.87 186 751 6.50 262.15
15073 1145 62 249 5.39 62 249 5.39 54.00
16202 3933 305 1231 7.74 95 382 2.40 274.96
爱知
石化
上海锅
东海轮胎
海立铸造
机厂 26499 3871 315 1271 8.13 310 1250 8.00 211.11
料 24558 5187 89 359 1.71 89 359 1.71 64.00
216630 25342 1836 7416 7.24 1524 6157 6.01 1588
上海电
申美饮
总计
诊断项目节能潜力(万kWh)143.17 诊断项目年经济效益(万元)诊断项目投资额(万元)诊断项目平均回收期(年)诊断项目节能率(%)92.98 199.51 2.15 8.35
230.97 641.93 2.78 13.78
135.60 1051.20 7.752.43 5.50
217.63 529.28 1.80 9.17
34.40 61.82 3.27 4.72
181.00 592.00 3.10 6.99
143.94 446.50 1.50 3.10
39.00 58.50 3.33 1.23
1076 3581 6.27 8 报价方案
单位：元（RMB）
名称
型号
IPC610H/PIV2.8G/1G/120G/166x DVD/KB+MS/D-Link530+外监控主机
设
三星19寸液晶显示器
显示器
三星22寸液晶显示器 HP LaserJet 1020 A4 打印机
EPSON-LQ1600KIIIH A3
山特C1KS UPS电源
山特C2KS 五类线
通讯线缆 屏蔽双绞线RVVP 2×1.0
光纤（多模）1200×600×600 通讯机柜
2200×600×600 HTB-1000 终端盒
光电转换
尾纤 耦合器 熔接点
扩展卡ACRNET-PCI/4 串口服务器ACRNET-PORT(2口)通讯转换 串口服务器ACRNET-PORT(4口)通讯前置机ACRNET-UC02(2口)通讯前置机ACRNET-UC04(4口)
面 只 只 面 面 个 块 只 只 只 只
5000 750 60 50 50 50 3000 3000
串口服务器
5500 4000
通讯前置机
6000
扩展卡 远距离传输
台 米 米 米 面
6500 4.6 5.6 6.6 3000
仅供参考
台 台
4000 5000
均可用户自备，以当时市场价格为准，该报价
台 台
3800 2500
台
3000
台
8500
单位
面价
备注 通讯前置机ACRNET-UC08(8口)通讯管理机ACRHMI 网络交换机EDS-208 组网设备
网络交换机EDS-408
只 台 台 台
11500 30000 3000
局域组网
8500 3万
设备数量1～10 设备数量11～20 设备数量21～40 设备数量41～80 设备数量80以上 单机价格×1.5
根据不同额定电流
根据不同控制路数
根据不同规格 人机界面
系统组态软件
4万
Acrel监控组态软件V6.0 监控软件
图形组态软件
套
电能管理软件
8万
数据库软件
10万元以上
双机版 数据转发 Web发布
每+1用户
每+1用户（总用户数≤5）ACR330ELH 电力仪表
ACR220EL 保护器 导轨式 电能表 温度巡检仪
ARD3 DTSD1352 DDSF1352 ARTM-8 ARTU-P32 四遥单元
ARTU-M32 互感器
AKH-0.66/K
台 台
3800
台 台 台 台 台 台
3880 2050 600 1620 3200
套 套 套 台
3000 5000 4860 6万
注：电力仪表和导轨式安装电表可按上述报价的70%优惠供应。结束语
化学平衡中“图像问题”方法解读 篇6
一、有关v-t图像解读
v-t图像中，横坐标表示时间，纵坐标表示反应速率。常常考查在某时间点或时间段内，根据速率的变化来推导其他因素的变化。
1.案例展示
例1在一定条件下的密闭容器中，发生如下反应：
mA（g）+nB（g）pC（g）+qD（g）
改变某一条件后，发生了如图1变化，并重新达到平衡，则该条件下叙述正确的是（ ）。
A.若该条件为减小压强，则有m+n>p+q
B.若该条件为增大压强，则有m+n<p+q
C.若升高温度，则该反应为吸热反应
D.该条件可能使用了正催化剂
图1分析根据图像可知，改变条件后：v（逆）>v（正），则平衡向逆反应方向移动，排除选项D;新平衡时的反应速率比旧平衡时的反应速率大，故减小压强是不对的，排除选项A;增大压强该平衡逆向移动，反应向着气体体积减小的方向移动，则有m+n<p+q，故B正确;升高温度该平衡逆向移动，反应向着吸热方向进行，故正向为放热反应，排除选项C。
2.方法解读
（1）根据改变条件后的v（正）、v（逆）的大小判断反应方向：v（正）>v（逆），平衡正向移动;
v（正）<v（逆），平衡逆向移动;v（正）=v（逆），平衡不移动。
（2）根据新平衡时的v′与旧平衡时的v比较，如果v′>v，则说明所改变的条件是增加，反之亦然。
（3）根据改变条件瞬间速率的连接点是“断开”还是“渐变”，来判断影响平衡的因素，“断开”
一般改变的是温度或压强，“渐变”一般改变的是浓度。
二、有关y-t折线图像解读
y-t折线图像中，横坐标表示时间，纵坐标往往不确定，可以是百分含量、转化率或者体积分数等物理量，常常用来同时考察温度和压强对反应的影响。
1.案例展示
例2密闭容器中，发生如下反应：
aA（g）+bB（g）cC（g）+dD（g）
如图2所示在不同的温度和压图2
强下的关系图，横坐标表示时间，纵坐标表示混合气体中B的质量分数，则下列判断正确的是（ ）。
A.T1>T2，p1<p2，a+b>c，该反应为放热反应
B.T1>T2，p1<p2，a+b<c，该反应为吸热反应
C.T1<T2，p1>p2，a+b<c，该反应为放热反应
D.T1>T2，p1>p2，a+b>c，该反应为吸热反应
分析图像中给出了三条线段，根据控制变量法，如果比较温度，则需要压强相等，故比较T1p2和T2p2这两条折线，其中温度较高的反应速率快，达到平衡所需要的时间就短，则“先拐”，故有T1>T2，在判断反应吸放热的时候，可以假设有这样一个过程，从T1→T2，温度降低，对照纵坐标可知B的质量分数升高，则有降温平衡逆向移动，逆向为放热，正向为吸热反应;同理，比较T1p1和T1p2这两条折线，可以得到p1<p2，a+b<c，故正确选项为B。
2.方法解读
（1）根据控制变量法，找到两条等温线或等压线，确定两条研究对象;再根据“先拐先平值最大”原则，判断出温度或压强的大小。
（2）模拟过程进行“定一议二”，模拟一个从T1→T2或者p1→p2的过程，通过纵坐标的变化来判断化学平衡移动的方向，根据其中的逻辑关系得出反应的吸放热或者前后气体总体积的大小。
三、有关y-T/p曲线图像解读
在y-T/p的曲线图像中，横坐标表示温度或压强，纵坐标不确定，可以是百分含量、转化率或者体积分数等物理量，也常常用来同时考查温度和压强对反应的影响。
1.案例展示
例3在密闭容器中发生反应：
A（s）+B（g）2C（g） ΔH>0，
随着外界条件的改变发生如图3图3变化，那么y轴可以表示为（ ）。
A.反应在该条件下平衡时C的体积分数
B.反应在该条件下平衡时B体积分数
C.B的转化率
D.反应在该条件下平衡时混合气体的质量
分析根据题意，y轴的确定既要符合温度的变化，又要符合压强的变化。在讨论温度时，需要找一条等压线，三条线段中任意一个就可以，结合化学方程式和图像可知，升温，平衡正向移动，y轴所表示的量逐渐减小，故B符合;在讨论压强时，则需要找一条等温线，即在x轴上一点做x轴的垂线，与三条曲线相交于三点，根据这三点中任意两点来确定y轴的变化，结合化学方程式和图像可知，减小压强平衡正向移动，y轴减小，故B符合。据此，可以看出B既符合温度的变化又符合压强的变化，即为正确答案。
2.方法解读
（1）分析方程式，判断出温度或压强的改变对化学平衡的影响，记录化学平衡移动的方向。
（2）根据“定一议二”的方法分析图像，判断出温度或压强的改变对相关物理量造成的影响，记录y轴变化的趋向。
（3）将（1）（2）两项结合，移动的方向与y轴的变化相一致，则可以用y轴表示;反之亦然。
总之，以上所阐述的三种图像较为典型，体现了一定的方法和技巧，其他图像的变化与创新，总是以这三类图像为基础。只要在解题时，充分利用化学平衡原理，按照读图的步骤和方法技巧进行分析，就一定可以得出正确答案。
（收稿日期：2015-09-10）
平衡三相负荷的简便方法 篇7
中性线截面积是相线截面积1/2的情况下,三相负荷分配不平衡时,线损要增加3—9倍。以上只是考虑了线路的功率损耗,同样道理,变压器的功率损耗也会随着三相负荷分配的不平衡程度的增加而成倍地增长。以下推荐一种平衡三相负荷的方法,供参考。
根据各用户的电能表日供电能量,计算出各用户的平均负荷,以此为参考,均衡三相负荷,定出方案,然后进行负荷调整。调整时要从末端向首端调整,从分支线向主干线调整;调整时切记只调相线,严禁调整中性线,以防将220 V用户调到380 V线上。
调整结束后,在高峰和低谷时段再用钳形电流表实测三相电流,如果不平衡,可再做进一步调整,直到三相负荷电流不平衡度达到《架空配电线路及设备运行规程》的要求:负荷管理不大于15%,配电变压器中性线上的电流不超过额定电流的25%。
企业电能平衡测试方法研讨 篇8
电能平衡是对电能效率在电力系统内的输送、转换、利用进行考核、测量、分析和研究, 从而建立供给电量、有效电量和损失用电量之间平衡关系的全过程。电能平衡采用测试计算与统计计算相结合的综合分析法。测试计算是对主要能耗设备、系统利用必要的仪器仪表进行能量平衡测试, 获得测试期能量利用与损失的各种数据以及其分布与流向的各种情况, 然后进行计算, 以求得测试期的有关技术指标。统计计算是依据能量守恒与转换定律统计以取得统计期内的各种数据, 运用概率统计的方法计算出统计期内有关技术指标, 从而掌握企业耗电状况, 了解企业用电水平, 查清企业节电潜力, 核算企业节电效果及明确企业节电方向。
1 电能平衡测试的准备
电能平衡测试首先要查清企业电气系统设备, 如供电网进户变压器、高低压线路、电动机、电加热设备、整流设备、电焊机等电气设备以及风机、水泵、金属切割各类机械设备的容量、数量, 并按系统、部门、车间建立台帐。其次对企业用电系统设备, 按配电单元、车间、工艺流程分别配齐电度计量表计, 达到三级计量要求, 现场测试记录的配电盘指示表计应保持完整无损, 指示准确, 残缺者应补装新表, 填平补齐, 配置的计量电度表, 为保证测试计量的准确度, 在测试前应统一普校一次, 测试仪表、测试条件、测试和计算方法应符合GB/T3485—1998《评价企业合理用电技术导则》的有关规定, 现场设备测试使用携带型常用检测仪表、仪器, 应在校验合格期内, 选用合适量程, 精度要求在1级左右 (一般为2级) , 专用综合参数测试仪器应符合产品规定精度, 并在测试报告中列出测试仪表的种类和精度指标。再次绘制企业用电系统阻抗、计量配置图, 即一次接线图, 汇总企业测试期间当月的电量分配结构和电量使用状况。最后制定具体测试方案如潮流测试点确定与典型测试项目选定, 各类设备的测试量及确定现场测试设备与进度安排和安全技术措施等。
2 测试的方法和内容
2.1 企业用电体系功率因素
用电体系有功功率与视在功率之比, 即功率因数cosφ, 又称企业用电体系加权平均功率因数。
测试期的企业用电体系功率因数cosφ按公式 (1) 计算:
式中, Wrp为有功电量;Wrq为无功电量。
也可按照公式 (2) 计算:
式中, P为瞬时有功功率;Q为瞬时无功功率;S为瞬时视在功率。
注:按照瞬时功率或者平均功率计算亦可。当备有功率因数表时, 可直接读取功率因数cosφ的值。
2.2 企业日负荷率
电网负荷率是一个总的概念:电网负荷率=电网平均负荷/电网的最大负荷。用电体系平均负荷与日最大负荷的数值之比的百分数, 即日负荷率Kf (%) 。
2.2.1 日平均负荷
用电体系在测试期内实际用电平均有功负荷Pp (k W) , 其数值等于实际用电量除以用电小时数。
2.2.2 日最大负荷
日最大负荷即用电体系在测试期出现的最大小时平均有功负荷Pmax (k W) 。
用电体系在测试期的日负荷率Kf按公式 (3) 计算:
2.3 线损率
供给用电体系的电量由体系受电端经变电站 (所) 至低压供配电线路末端所损耗的电量之和占体系总供给电量的百分数, 即线损率α%, 按照GB/T16664—1996《企业供配电系统节能监测方法》附录B进行测试计算。
2.4 电动机经济运行状态
电动机额定功率应满足负载的功率要求, 同时要考虑负载特性与运行方式, 应依据反映负载变化规律的负荷曲线, 确定经济负载率。根据负载的类型和重要性确定适当的备用系数。具有长期连续运行或稳定负载的电动机, 应使电动机的负载率接近综合经济负载率。
测试和计算电动机经济运行状态的技术指标有负载系数β、运行效率η和电动机损耗ΔP。
负载系数β (%) 按公式 (4) 计算:
运行效率η (%) 按公式 (5) 计算:
电动机损耗功率ΔP (k W) 按公式 (6) 计算:
式中, P为输入有功功率;cosφ为功率因数;Pn为额定功率。
2.5 电力变压器经济运行状态
变压器经济运行是指在传输电量相同的条件下, 通过择优选取最佳运行方式和调整负载, 使变压器电能损失最低。换言之, 经济运行就是充分发挥变压器效能, 合理地选择运行方式, 从而降低用电单耗。变压器实际负载总是在一定范围内变动, 不能用某一个量值来评价其运行工况优劣, 需要用运行区来评价, 按照GB/T13462—2008《电力变压器经济运行》选择确定。
测试和计算电力变压器经济运行状态的技术指标有负载系数β、经济负载系数βjz、运行效率η和日损耗电量ΔP。
负载系数β (%) 按公式 (7) 计算:
式中, S为视在功率;Sn为额定容量。
经济负载系数βjz (%) 按公式 (8) 计算:
式中, Poz为综合功率空载损耗;Pkz为额定功率额定负载损耗。
日运行效率η (%) 按公式 (9) 计算:
式中, Wrp为有功电量;ΔW为日损耗电量。
日损耗电量ΔP (k W) 按公式 (10) 计算:
式中, Pd为短路损耗;T为运行时间;Poz为综合功率空载损耗。
3 评定的标准
按照GB/T16664—1996《企业供配电系统节能监测方法》的要求: (1) 企业用电体系功率因数cosφ≥0.90。 (2) 企业日负荷率负荷连续性生产的企业Kf≥90%;三班制生产的企业Kf≥80%;二班制生产的企业Kf≥55%;一班制生产的企业, Kf≥30%。 (3) 线损率应符合一次变压α<3.5%、二次变压α<5.5%、三次变压α<7%。
按照GB/T12497—2006《三相异步电动机经济运行》7.4.3的要求, 电动机综合效率大于或等于额定综合效率表明电动机对电能利用是经济的;电动机综合效率小于额定综合效率但大于额定综合效率的61.2%, 则电动机对电能利用是基本合理的;电动机综合效率小于额定综合效率的61.2%, 表明电动机对电能利用是不经济的。在现场计算电动机综合效率有困难的情况下, 也可用电机输入功率 (电流) 与额定输入功率 (电流) 之比来判断电动机的工作状态:输入电流下降在14.25%以内属于经济使用范围;输入电流下降在33.25%以内属于允许使用范围;输入电流下降超过33.25%属于非经济使用范围。在考察输入电流变化的同时应检查测量电动机功率因数的变化, 并按附录A给出的数值估计其影响。
按照GB/T13462—2008《电力变压器经济运行》6.1.2的要求, 电力变压器综合功率运行区间划分为:经济运行区为βjz2≤β≤1, 最佳经济运行区为1.33βjz2≤β≤0.75, 非经济运行区0≤β≤βjz2。
4 报告的编写
电能平衡报告主要包括:法律、法规、规章、文件、技术规范、标准、术语、企业用电概况、电力系统一次接线图、电能计量配置结构图、电能计量原理结构图、电力系统监视测量设备分类明细表、电量分配结构表、电量使用情况说明、电能平衡测试的原理和方法、电能平衡测试内容和程序、电能平衡测试仪器仪表的要求、电能平衡测试基本方法与步骤、电能平衡测试的范围及边界划分等, 根据上述内容, 分别对各配电室进线、馈线、电动机、电力变压器等进行测试和计算, 按照相关标准或者自行设计统计表进行数理统计分析。根据GB/T3485—1998《评价企业合理用电技术导则》分别对企业供电合理性、电能转换为机械能的合理化、电能转换为热能的合理化、电能转换为化学能的合理化、企业照明的合理化等进行判定并形成对比报告。
5 结语
电能平衡测试是企业能源管理的一项重要工作, 是企业节能降耗的重要管理手段。我们应根据科学的数理统计, 判定企业用电的合理性, 挖掘企业的节能空间, 为节能降耗奠定良好的技术基础。
参考文献
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[5]黄义友.电动机的节能降耗浅析[J].川威科技, 2008 (3)
[6]陈浩洋.中信广场配电变压器的经济运行[J].中华民居, 2011 (6)
用图象方法求解化学平衡问题 篇9
一、化学平衡图象问题分类探讨
1.结果—时间类图象
包括“速率—时间”曲线、“转化率 (或物质百分含量) —时间”曲线.
速率图象定性地揭示了v正、v逆随时间及条件改变而变化的规律, 体现了平衡的“动、等、定、变”的基本特征及平衡移动的方向.其思路是: (1) 看起点:首先要看清起始时反应物或生成物的加入情况; (2) 看变化趋势:正、逆速率是逐渐增大或减小, 曲线是连续还是跳跃的.转化率图象特点是有“拐点” , 但“拐点”出现先后不同.分析方法是:“先拐先平、数值大”——先出现拐点的曲线先达到平衡.
例1 在一密闭体系中发生反应:2NH3N2+3H2 (正反应放热) , 图1是某一时间段中反应速率与进程的曲线关系图, 回答下列问题:
(1) 处于平衡状态的时间段是 .
(2) t1、t3、t4时刻, 体系中分别发生了怎样的条件变化?
(3) 氨的体积分数最高的是哪个时间段?
分析: (1) 平衡时, 正逆反应速率相等, 故处于平衡的时间段是t0～t1、t2～t4 、t5～t6; (2) t1时v正 、v逆均增大且v正
积分数最高.
例2 反应mA (g) +nB (g) pC (g) +qD (g) 的图象如图2, 请据此填空: (放热、吸热;﹤、﹥、=)
分析:由 (A) 图的拐点出现的先后知:500 ℃下先达到平衡, 同时500 ℃达到平衡时反应物的转化率a1比200 ℃时反应物转化率a2小, 说明升高温度平衡逆向移动, 正反应为放热反应; (B) (C) 的分析类似, 分别为 > 、= .
2.条件—结果类图象
这类图象包括“转化率—压强—温度”曲线、“物质的百分含量—压强—温度”曲线.揭示了某一组成物浓度或转化率在反应过程中的变化情况, 此类图象往往可反映出化学反应速率与化学计量数的关系或平衡移动方向.分析时要注意曲线的起点、终点及变化趋势, 原则是“定一 (一个不变) 议二 (讨论另两个) ”.
例3 对于反应mA (g) +nB (g) pC (g) +qD (g) , 根据图3填空:
分析:在图3 (1) 上添加一等温辅助线如图4:a、b、c三点对应温度相同压强不同, a点压强最大, 转化率也最大, 说明加压平衡正移, m+n>p+q;当压强均为107 Pa时, 随着温度的升高, 转化率逐渐减小, 说明升温平衡逆移, 正反应为放热反应.同样可知图3 (2) 的答案:>、吸热.
二、分析化学平衡图象问题的基本思路总结
浅析对化学平衡的解决方法 篇10
1. 温度和压强的变化引起平衡正向移动时,反应物的转化率增大,百分含量减小。反之,平衡向逆向移动时,反应物转化率减小,百分含量增加。
2. 对于只有一种反应物的可逆反应,如a A( g) = b B( g) + c C( g) ,达到平衡后,增加A的用量,平衡向正反应方向移动。反应物的转化率变化要看前后气体物质的计量数如何变化。若a = b + c,则A的转化率不变; 若a > b + c,则A的转化率增大; 若a < b + c,则A的转化率减小。分析这个问题时,可考虑加A的用量时,对压强来说也发生了变化,可理解为压强也使平衡发生相应的移动。
3. 对于反应物不止一种时,如a A( g) + b B( g) = c C ( g) + d D( g) ,达到平衡后,增加A的浓度,平衡向正反应方向移动,则B的转化率增大,A的转化率减小; 若按比例同倍数增加A和B的量,反应物的转化率变化要看前后气体物质的计量数如何变化。若a + b = c + d,则A的转化率不变; 若a + b > c + d,则A的转化率增大; 若a + b < c + d,则A的转化率减小。同样分析这个问题时,可考虑加A和B的用量时,对压强来说也发生了变化,可理解为压强也使平衡发生相应的移动。
二、勒夏特列原理的理解
勒夏特列原理用来判断化学平衡移动的方向。其内容是: 改变影响平衡的一个条件,平衡就向能“减弱”这种改变的方向移动。
1. 平衡移动的实质。当条件改变时,V正和V逆发生了变化,导致V正和V逆不再相等,平衡的移动将使V正和V逆再次相等。当V正 > V逆时,平衡正向移动,V正 < V逆时,平衡逆向移动,即谁大向谁移。
2. 平衡移动的结果。只能减弱“这种改变”,不能抵消“这种改变”。平衡移动只能把这种变化的程度变小。即改变变大的,平衡移动将会使它变小一点; 变小的,平衡移动将会使它变大一点。
3. 适用范围。勒夏特列原理适用于一切具有动态平衡特点的平衡体系,比如溶解平衡、电离平衡、水解平衡等。下面仍以N2( g) + 3H2( g) = 2NH3( g) 为例来理解勒夏特列原理。
三、等效平衡
在相同条件下,对同一可逆反应,不管是从正反应方向开始或从逆反应方向开始还是从中间某状态开始,只要达到平衡时,各成分含量保持不变,即为等效平衡。等效平衡的题其实很简单,只要抓住题目的关键词,认清是等效还是比等效,利用口诀就可轻松解答。
口诀: 定容变数等效,定容定数比等效,定压全部比等效。
解说: 在容积固定时,对于反应前后气体体积不等的可逆反应,只要投料相等就是等效平衡; 在容积固定时,对于反应前后气体体积相等的可逆反应,只要投料成比例就是等效平衡; 在压强固定时,只要投料成比例就是等效平衡。
解题方法: 抓住关键词,分清是定容还是定压,看准题目研究的方程式是定数还是变数,然后利用“一边倒法”或假设完全转化得出数据,最后按照口诀相等或者成比例列出等式即可求解。
四、化学平衡状态的判断
(一)正、逆反应速率相等(V正=V逆)
只要既叙述了正反应又叙述了逆反应,而且所叙述的情况转化为同一物质时V正 = V逆,就说明反应达到平衡。
(二)各组分的量保持不变
这里的不变指自身保持不变,不是相等,也不是成比例。各组分的量可以为: 质量、质量分数、物质的量、物质的量分数、气体体积、体积分数和浓度等。例如,氮气、氢气、氨气的浓度相等或者浓度比为1 ︰ 3 ︰ 2时,反应不一定达平衡,但它们各自的浓度不再变化时反应就达到平衡了。
(三)提炼出口诀:动而不变真标志,定而不变非标志
解说: 如果所叙述的这个量在反应过程中是随反应变化的,即为“动”, 当这个量不变时,说明反应达到平衡; 如果所叙述的这个量在反应过程中是不随反应变化,即为“定”,当这个量不变时,反应不一定达到平衡,因为无论化学反应平衡还是不平衡,这个量始终没有变化,故不是标志。
如果我们判断化学反应是否达到平衡采用这种分析来判断,就不会感觉繁杂了,只要能判断出是动还是定,就能准确判断了。
五、利用过程假设法解题
过程假设法是把较为复杂或是难以理解的变化过程,假设为若干个简单或好理解的理想过程,从而使问题变得简单明了。
例题: 体积相同的甲、乙两个容器中,分别加入等物质的量的SO2和O2,在相同的温度下发生反应: 2SO2( g) + O2( g) = 2SO3( g) ,并达到平衡。 在这个变化过程中,甲容器体积维持不变,乙容器压强维持不变,若甲容器中SO2的转化率为w% ,则乙容器中SO2的转化率为() 。
A. 等于w%B. 大于w%C. 小于w%D. 无法判断
解析: 以甲容器作为参照,需要对乙容器作过程假设。该反应是一个气体物质的量减小的反应,则随反应进行压强在减小。而乙容器维持压强不变,故可以将乙看做是在达到甲的平衡时再增大压强或压缩体积,则平衡在甲的状态时将向体积减小的方向移动,从而使SO2的转化率增大,故选择A。
核电厂总参数平衡计算方法研究 篇11
关键词：核电厂；安全性；经济性；总参数；平衡计算
中图分类号：TM623 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）17-0116-03
新建核电厂需要将对核电厂安全性、经济性等产生重要影响的参数确定下来，同样核电厂研发设计也需要确定这些具有重大影响的参数，这就需要开展总参数设计与平衡计算工作。核电厂总参数是表征核电厂在安全可靠性、经济实用性、运行合理性、技术先进性的设计指标，是指导整个设计工作的纲要和完成的目标。因此，总参数选取是否合适直接决定运行核电厂的安全、经济、稳定。
本文结合三代核电厂EPR总参数平衡计算经验，确定通常情况下核电厂总参数的设计范围，给出了核电厂总参数平衡计算原理与方法，并给出了典型核电厂一、二回路传热计算及总参数平衡计算算例。
1 核电厂总参数平衡计算简介
核电厂总参数按照工 艺系统范围可以划分为：全厂性设计参数、核蒸汽供应系统（NSSS）主要参数、汽轮发电机系统主要参数。核电厂总参数设计范围广、种类多、涉及专业面比较综合，是一个需要多专业配合、反复迭代才能完成的工作。
对于核电厂翻版设计，一般情况下新设计核电厂与参考电厂相比，核蒸汽供应系统的主要参数是相同的，汽轮发电机系统主要参数（如：循环冷却水温度）由于TG供应商的差异及厂址条件的变化可能会发生改变，相应的全厂性设计参数也会发生变化。对于研发性设计过程，就需要重新对核蒸汽供应系统的主要参数进行平衡计算，在假定某些参数（即独立参数）或确定某些设计目标的基础上，逐步计算其他参数。例如：在核电厂电功率水平已知的情况下，借鉴以往设计经验，可以初步确定NSSS热功率范围，进而平衡计算一回路主要参数以及二回路（蒸汽做功回路）、三回路（循环冷却水回路）主要参数，通过反复迭代最终确定设计总参数。
2 核电厂总参数确定原理与方法
2.1 核电厂总参数范围
核电厂主工艺系统包括：核蒸汽供应系统（NSSS）、汽轮发电机系统（TG）和电厂配套设施（BOP）。按照工艺系统范围，一般来说核电厂总参数包括：全厂性设计参数、核蒸汽供应系统（NSSS）主要参数、汽轮发电机系统主要参数，详见表1。
除以上参数外，核电厂总参数还包括全厂性设计目标，如：电厂可用率、电厂设计寿期、换料周期、堆芯损坏频率（CDF）、大量放射性早期释放频率（LERF）、堆芯热工裕量、建造周期、比投资等。这些参数，有些是业主对建设电厂的要求，有些是安全衡量指标，还有一些是经济性指标。由于总参数平衡计算主要研究方向是与热工水力计算相关的参数，因此，这类参数不作为平衡计算的参数范围。
2.2 核电厂总参数确定原理与方法
2.2.1 全厂性设计参数的确定。业主方对建设核电厂的要求，在开展总参数设计工作时，投资方往往在建设周期、建成价、比投资、换料周期、电厂设计寿命、电厂效率、电厂可用率以及涉及到业主以后在运行、经济方面可能遇到的问题会提出要求，在进行总参数设计时需要进行综合考虑，选取合适的全厂性设计参数及设计目标。
堆型选型方面，目前核电厂所选择的堆型主要有：压水型核电厂、沸水型核电厂、重水型核电厂、高温气冷型核电厂、快中子增值型核电厂等。核电厂反应堆的堆型将确定电厂工艺流程、系统和设备、控制方式、运行方式、核燃料利用和燃料管理方式以及厂房布置等各方面的特性，国内核电厂以压水堆为主，也包括重水堆。
电功率，根据电厂的总电功率输出要求，可以初步推算核蒸汽供应系统（NSSS）的热输出、反应堆堆芯的核热功率输出、汽轮机与发电机转换效率、电厂的厂用电消耗等。进行全厂能量转换和能量平衡的初算，进而通过各阶段设计得出电厂有关的性能参数。
2.2.2 核电厂一、二、三回路主要参数确定原理与方法。核电厂一、二、三回路主要参数确定包括核蒸汽供应系统、汽轮发电机系统以及循环冷却水系统主要参数确定的基本原理与计算方法。在满足各方面设计准则要求的前提下，通过热力计算可以确定核电厂的主要设计参数，通过不断的反复迭代计算和优化，最终确定一套最佳值。
（1）核电厂稳态运行方案选择：核电厂稳态运行方案主要有以下几种类型：二回路蒸汽压力Psg恒定方案；冷却剂平均温度Tav恒定方案；冷却剂出口温度Th恒定方案；冷却剂平均温度Tav程序方案。目前，压水堆核电厂运用较为广泛的是冷却剂平均温度Tav程序方案，该方案中冷却剂平均温度随出力成线性变化的程序运行方式是一种热和机械制约之间的折衷方案。例如CPR1000核电厂兼顾一、二回路承受的负担选用Tav程序方案；EPR核电厂采用在不同的出力范围分别固定Tav、Psg的程序方案。
（2）压水堆核电厂一、二、三回路主要参数确定的基本原理。压水堆核电厂一、二、三回路参数是相互制约的，例如：压水堆核电厂可以通过提高二回路蒸汽初参数来提高电厂效率或者可以提高一次侧冷却剂温度，但这受到反应堆设计的限制；另一种方法是减小蒸汽发生器中一、二次侧之间的对数平均温差，总的传热量正比于传热面积与对数平均温差的乘积，即需要增加蒸汽发生器传热面积，从而提高电厂投资。恰当地平衡一、二回路参数可使发电成本最低。
冷却剂工作压力：压水堆核电厂提高一回路系统的压力可以使二回路得到较高的蒸汽初参数（压力及温度），从而提高整个压水堆核电厂的效率。但是，目前压水堆一般都是采用锆合金作包壳，考虑到锆合金的耐腐蚀性及强度，则温度不能太高。同时，如果反应堆出口温度或平均温度不变，则提高冷却剂工作压力就增加了欠热度，使热工裕量增大。但是在一回路管道破裂所引起的冷却剂丧失事故中，冷却剂工作压力越高，则造成的事故就越严重。因此，一回路系统压力的确定需要全面综合考虑。目前压水堆核电厂的冷却剂的工作压力一般选取15.5MPa（abs）。
冷却剂流量：在一定的热功率下，加大流量可以减小反应堆的进出口温差。因此，若反应堆进出口平均温度一定，则出口温度下降，增大了反应堆的热工安全性，若出口温度一定，则冷却剂的平均温度提高，这样在蒸汽发生器传热面积一定的条件下，使二回路蒸汽初参数提高，从而提高整个压水堆核电厂的效率。但是，随着冷却剂流量的增大，泵功率与流量的立方成正比，使泵功耗急剧增加。决定冷却剂流量最关键因素是选取的主泵特性与一回路管路特性，还包括管路内部冷却剂温度分布以及管路布置情况与高度差。反应堆冷却剂流量是由一回路压力损失和特定的主泵特性（主要指压头流量曲线）确定，即在考虑一回路冷却剂温度及压力工况下，反应堆冷却剂泵压头及重力驱动压头（自然循环效果）与一回路摩擦压力损失及局部压力损失平衡的计算结果。压水堆核电厂反应堆冷却剂流量工况包括：最佳估算流量（BE）、热工水力流量（TH）、机械流量（ME）。图1为流量压力曲线确定三种工况的示意图。
图1 流量压力曲线确定三种工况的示意图
冷却剂温度：冷却剂压力、流量、温度等热工参数的关系是相互关联的，选择时需综合考虑，若反应堆热功率一定，则冷却剂压力及流量一经选定，反应堆的进出口温度也就随之而定。EPR核电厂堆芯出口温度限制在330℃，主要考虑保证足够的DNBR裕量。对于一回路压力为15.5MPa时，对应的饱和水温度为345℃，只有保证一回路冷却剂足够的过冷度，才能确保堆芯安全。
汽轮机入口汽压：压水堆核电厂汽轮机高压缸入口蒸汽为饱和蒸汽，其压力提高，蒸汽饱和温度相应提高，从而提高了整个吸热过程的平均温度，在背压不变的情况下，使得循环热效率得到了提高。但是，汽轮机入口汽压的提高，即蒸汽发生器内二回路饱和压力的提高，主要依靠一回路冷却剂平均温度的提高以及蒸汽发生器传热面积的增加和传热效果的提高，这些都是受制于工程实际条件。
凝汽器背压：从热力学上讲，在汽轮机进口蒸汽焓值不变的情况下，降低排汽压力会加大汽轮机的焓降值，蒸汽可以充分膨胀做功，汽轮机的效率越高，机组出力也大。但是，背压也不是越低越好，越低的背压消耗抽气功越大，汽轮机背压的选取，应该结合汽轮机的效率、综合投资成本等多种因素来确定。
设计循环冷却水温度：循环水的温度是蒸汽循环中排汽温度的理论极限，实际排汽温度tc的技术极限计算公式为：
tc=t2+?t+δt
式中：
t2——循环水温度
?t——循环水进出口温升
δt——传热端差
3 核电厂总参数平衡计算案例分析
本节将以稳态工况下一、二回路换热计算为例给出核电厂总参数平衡计算案例。总参数平衡计算根据不同需求运用热工、流体理论以及计算机数值计算技术可以得到各种表现形式的实际应用案例。本文以核蒸汽供应系统稳态参数计算为例阐述一、二回路稳态工况下换热计算公式及计算案例。
一回路反应堆产生的热量通过蒸汽发生器传递给二回路，生成饱和蒸汽，进而推动汽轮机做功。其热量传递关系见图2。
首先，选定堆型与电功率，反应堆功率就可以初步推算得到。其次，假定蒸汽发生器和主泵已经进行了初步选型，则计算方程式（3）中的传热面积与传热系数可以初步确定，即通过计算方程式（3）可以得到Thot、Tcold、Tsat之间的对应关系式，也就是建立了一回路冷却剂进出口温度与二回路生成饱和蒸汽的饱和温度之间的关系式。结合方程式（1）、（4），可以得出Tav与Tsat之间的关系。在假定给水温度已知的情况下，通过计算方程式（2）可以得到Msteam。
对于一、二回路给出以下已知参数：
一回路参数：（1）SG热功率：1000MWth；（2）一回路体积流量：20000m3/h（每个SG）；（3）Tcold：280℃；（4）一回路压力：15.5MPa。
二回路参数：（1）二回路给水温度：220℃；（2）SG传热系数：8000w/（m2×℃）；（3）SG传；（4）热面积：6000m2。
以上已知参数计算可以得到：（1）热管段温度为322℃；（2）饱和蒸汽温度为274℃；（3）蒸汽流量为542kg/s。
4 结语
核电厂总参数设计工作在整个核电厂设计中是至关重要的，核电厂的安全性、经济性在一定程度上取决于选取合适的总参数。本文给出了核电厂总参数范围以及核电厂全厂性参数与一、二、三回路参数确定的原理与方法。核电厂总参数平衡计算运用热工、流体力学基本理论以及数值分析技术建立实际计算模型，本文给出了稳态工况下一、二回路换热计算案例，根据实际需求，建立合适的计算模型及工具可以解决纷繁复杂的实际工程问题，并得到期望的计算结果。
参考文献
[1] 徐大懋，储品昌，傅小生.蒸汽循环电站主设备间的容量匹配[J].中国电机工程学报，2009，（20）：1-5.
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[3] 康松，杨建明，胥建群.汽轮机原理[M].北京：中国电力出版社，2000.
暖通空调水力平衡调节方法探讨 篇12
1 水力失调和水力平衡的概念
在热水供热系统以及空调冷冻水系统中各热(冷)用户的实际流量与设计要求流量之间的不一致性称为该用户的水力失调。水力失调的程度可以用实际流量与设计要求流量的比值X来衡量,X称水力失调度。
X=QS/QJ(QS:用户的实际流量,QJ:用户的设计要求流量)
水力平衡是指网路中各个热用户在其它热用户流量改变时保持本身流量不变的能力,通常用热用户的水力稳定性系数r来表示。
(QJ:用户的设计要求流量,QMAX:用户出现的最大流量)
2 定流量系统水力平衡分析
定流量水力平衡系统是暖通空调设计中常见的水力系统,在运行过程中系统各处的流量基本保持不变。常用的主要有以下三种形式:
2.1 完全定流量系统
完全定流量系统是指系统中不含任何动态阀门,系统在初调试完成后阀门开度无须作任何变动,系统各处流量始终保持恒定。完全定流量系统主要适用于末端设备无须通过流量来进行调节的系统,如末端风机盘管采用三速开关调节风速和采用变风量空气处理机组的空调系统以及系统要求较低、只需气候补偿器调节供暖水温即可满足基本需要的供暖系统等。
2.2 单管串联(带旁通管)供暖系统
单管串联供暖系统包括垂直双管水平单管串联系统以及垂直单管系统等。这种系统主管的流量基本不变,因此是定流量系统。这种系统主要存在静态水力失调,在水平分支管上由于三通或二通温控阀的调节作用而存在一定的动态水力失调。因此只需在相关部位增设相关的水力平衡设备即可使系统保持水力平衡。具体如下:
a.在系统机房集水器上安装水力平衡阀;
b.在立管回水管上设水力平衡阀;
c.在水平分支管上安装流量调节器保证各分支环路流量恒定。
2.3 末端设备带三通调节阀的空调系统
该系统各分支环路的流量基本不变,是定流量系统。这种系统主要存在静态水力失调,在末端管路上也存在一定的动态水力失调。因此只需在相应部位增加相应的水力平衡设备即可使系统保持水力平衡。具体措施同系统2.2,只需将措施c的流量调节器安装在末端设备(风机盘管或空气处理机组)水管道即可。
3 变流量水力平衡分析
变流量系统一般既存在静态水力失调,也存在动态水力失调,因此必须采取相应的水力平衡措施来实现系统的水力平衡。
3.1 静态水力平衡的实现
通过在相应的部位安装静态水力平衡设备,使系统达到静态水力平衡。实现静态水力平衡的判断依据是:当系统所有动态水力平衡设备均设定到设计参数位置(设计流量或压差),所有末端设备的温度控制阀门(温控阀、电动二通阀和电动调节阀等)均处于全开位置时(这时系统是完全定流量系统,各处流量均不变),系统所有末端设备的流量均达到设计流量。
3.2 动态水力平衡的实现
通过在相应部位安装动态水力平衡设备,使系统达到动态水力平衡。它包含两方面内容:a.当系统其它环路发生变化时,自身环路关键点压差并不随之发生变化,当自身的动态阀门(如温控阀、电动调节阀)开度不变时,流量保持不变;b.当外界环境负荷变化导致系统自身环路变化时,通过动态水力平衡设备的作用,使关键点压差并不发生变化,此时自身其它并联支路的流量也不发生变化。
4 系统水力平衡调节
水系统水力平衡调节的实质就是将系统中所有水力平衡阀的测量流量同时调至设计流量。
4.1 单个水力平衡阀调节:
单个水力平衡阀的调节是简单的,只需连接专用的流量测量仪表,将阀门口径及设计流量输入仪表,根据仪表显示的开度值,旋转水力平衡阀手轮,直至测量流量等于设计流量即可。
4.2 已有精确计算的水力平衡阀的调节:
对于某些水系统,在设计时已对系统进行了精确的水力平衡计算,系统中每个水力平衡阀的流量和所分担的设计压降是已知的。
4.3 一般系统水力平衡阀的联调:
对于目前绝大部分的暖通空调水系统,对系统进行调节,应使所有的水力平衡阀同时达到设计流量:4.3.1系统水力平衡调节的分析:a.并联水系统流量分配的特点:并联系统各个水力平衡阀的流量与其流量系数KV值成正比,如图1所示,
调节阀V1、V2、V3组成的并联系统,则
QV1:QV2:QV3=KV1:KV2:KV3(Q为流量,KV为流量系数)。当调节阀V1、V2、V3调定后,KV1、KV2、KV3保持不变,则调节阀V1、V2、V3的流量QV1、QV2、QV3的比值保持不变。b.串联水系统流量分配的特点:串联系统中各个平衡阀的流量是相同的,如图1所示,调节阀G1和调节阀V1、V2、V3组成一串联系统,则
c.串并联组合系统流量分配的特点:如图1所示,实际上是一个串并联组合系统。其中平衡阀V1、V2、V3组成一并联系统,平衡阀V1、V2、V3又与平衡阀G1组成一串联系统。
4.3.2水力平衡联调的步骤
该系统水力平衡联调的具体步骤如下:a.将系统中的断流阀和水力平衡阀全部调至全开位置,对于其它的动态阀门也将其调至最大位置,例如,对于散热器温控阀必须将温控头卸下或将其设定为最大开度位置;b.对水力平衡阀进行分组及编号:按一级并联阀组1~6、二级并联阀组I、系统主阀G顺序进行,见图2;c.测量水力平衡阀V1~V18的实际流量Q实,并计算出流量比q=Q实/Q设计;d.对每一个并联阀组内的水力平衡阀的流量比进行分析,例如,对一级并联阀组1的水力平衡阀V1~V3的流量比进行分析,假设q1