高压平台（精选5篇）
高压平台 篇1
0 引言
液相介质中发生高压脉冲放电时, 在液体内部放电区域产生极高的压力, 前苏联专家把这种电能转化为机械能的新方法称为“液电效应”[1]。目前国内外对高压脉冲放电技术的应用越来越广泛, 已应用于液电成型、矿藏勘探、建筑、农业、医疗、生物技术、化学、环境保护等领域[2,3,4]。高压脉冲放电钻进实验平台是将高压脉冲放电技术用于地下岩土钻进的实验教学与研究平台。实验平台实物如图1所示, 主要由充电电路、放电电路、接地电路、操纵和信号电路等组成。充电电路包括高压变压器、电容和脉冲电流发生器;放电电路包括电容、间隙开关、导电电缆和负载;接地电路包括外部接地的负荷元件、低势能放电总线端头用接地螺栓接地;操纵和信号电路包括配电柜、操纵面板和远程操纵平台。
1 高压脉冲放电扩孔钻进机理
高压脉冲放电装置工作原理如图2所示。该装置主要由高压变压器、高压硅堆、电容器、保护电阻和间隙开关、电势电极、放电间隙、接地电极组成。从高压变压器输出电压通过高压硅堆整流器获得高压直流电, 流经保护电阻向电容器充电, 此时间隙开关是断开的, 当电容器电压上升到足够大时, 间隙开关会在空气中被击穿, 放电电路迅速被接通, 并将电容器储存的能量在两电极间瞬间释放, 并产生压力高达103MPa的强烈冲击波压力。
这个过程如同气泡脉动。该装置首先将电能转化为热能, 通道液体快速升温, 温度高达 (10~40) ×103K, 使周围液体蒸发变为高温高压的气体, 并迅速膨胀。膨胀的气体使周围液体产生具大的冲击波;由于液流的惯性作用, 气泡膨胀的后期, 气泡内的压力要远小于液相介质的静压力。在此静压作用下气泡周围产生反向的液相介质运动, 结果又使气泡内部压力又大于周围流体压力, 因此再次膨胀, 如此反复膨胀收缩, 造成气泡脉动。每脉动一次, 气泡内部高压向外部辐射一次压力波, 这个压力波以几十个连续的衰减形式脉冲循环。在这种高频的冲击波作用下, 岩石被击碎或被疲劳破坏, 粘土被压缩扩径。
1.高压变压器;2.高压硅堆;3.电容器;4.保护电阻;5.间隙开关;6.电势电极;7.放电间隙 (充满液体) ;8.接地电极
2 实验平台主要部件的功能描述
高压脉冲放电装置主要由充电电路、放电电路、接地电路、操纵和信号电路组成。充电电路包括高压变压器、电容和脉冲电流发生器;放电电路包括电容、间隙开关、导电电缆和放电头;接地电路包括外部接地的负荷元件, 低势能放电总线端头用接地螺栓接地;操纵和信号电路包括配电柜、操纵面板和远程操纵平台。下面介绍主要部件的作用。
1) 充电设备 (图3) :将电网动力交流电压转化为指定大小的直流高压电, 完成脉冲电流发生器内电容器充电。为了保证电须具有一定功率;
2) 脉冲电流发生器 (图4) :脉冲电流发生器是高压脉冲放电装置的重要组成部分, 它的功能是在电压值为9k V时储蓄脉冲能量到50KJ。高压脉冲电流发生器由电容量75µF、额定电压为16kV的电容器组成。发生器由八组电容器并联连接, 且每组电容器由两个电容并联组成, 每组电容器都有高电压保险装置;
3) 间隙开关 (见图5) :采用三电极放电开关, 其主要功用是起动脉冲电流发生器;
4) 接地保护装置 (如图6) :主要功能是在切断电流时保证从脉冲电流发生器的电容中移走剩余电荷, 确保装置断电。这是脉冲放电一个非常重要的一个问题, 处理不当就会导致设备不能正常工作, 甚至导致人身伤亡的发生。接地装置需要满足在有效断开电流或者应急断开电流后迅速将剩余电荷从脉冲电流发生器的电容器中排除, 保证设备和人身安全;
5) 操纵面板:操纵面板为远程操纵装置。在操纵台中布置变压器、整流器、检测-测量仪器, 它是远程调度台;
6) 放电头 (图7) :工作时, 放电头须放在液体中, 可将电能转化为机械能, 产生冲击波压力。它是具有正负电极的放电系统。放电头的两电极之间的间隙长度值非常重要, 它对放电钻进效率具有重要的影响。
3 结论
该实验教学研究平台研制成功后, 进行了岩石层的钻进及粘土层的扩孔钻进, 钻进效果良好。通过该实验平台, 学生可完成如下4个方面的实验教学和科学研究:
1) 不同岩土层中高压脉冲放电钻进碎岩机理的研究;
2) 高压脉冲放电参数对粘土层扩孔钻进效率影响规律的实验与研究;
3) 高压脉冲放电参数对岩石层钻进效率影响规律的实验与研究;
4) 高压脉冲放电钻进技术在锚杆施工中的应用研究。
摘要：本文介绍了一种利用在液相介质中高压脉冲放电产生的冲击波压力来钻进的实验教学与研究平台。该实验平台通过高压脉冲放电装置, 将电能转换成机械能, 产生冲击波压力, 实现岩土层的钻进。实验平台由脉冲电流发生器和放电设备组成。利用该实验装置, 可得到高压脉冲放电在不同脉冲参数、不同土层条件下的钻进效率及扩孔效率。该实验平台的创建既满足了高压脉冲放电钻进技术的实验教学要求, 同时也为高压脉冲放电钻进技术研究提供了实验条件。
关键词：高压脉冲放电,钻进,教学实验平台
参考文献
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高压平台 篇2
10kV 成套开关柜技术协议
鞍钢集团工程技术有限公司（以下简称买方）与中标公司（以下简称卖方）就西昌钢钒炼铁厂焦炉煤气精脱硫工程10kV 成套开关柜设计、制造有关技术问题进行广泛讨论，充分协商并达成如下技术协议： 总则
本技术协议是基于西昌钢钒炼铁厂焦炉煤气精脱硫工程10kV 成套开关柜招投标技术规格书（图号Z666电3）的基础上签订的。本协议和技术规格书作为商务合同的附件，与商务合同具有同等法律效力，本协议涉及的内容，任何一方不得随意更改。如需更改，须与买方协商同意后方可进行。本协议和技术规格书的使用范围仅限于本工程所订西昌钢钒炼铁厂焦炉煤气精脱硫工程10kV 成套开关柜及附属设备的功能设计、结构、性能、安装和试验等方面的技术要求，以及供货和现场技术服务。
本项目的工作内容包括10kV 成套开关柜及附属设备的设计、制造、工厂验收（FAT）、包装、运输到达目的地、指导现场安装调试，对买方专业人员的培训和保修期内的维修服务，还包括提供技术资料、图纸，与工程设计单位及其他设备承包商的协调和配合工作。1.1 一般规定
1.1.1乙方必须有权威机关颁发的ISO–9000 系列的认证书或等同的质量保证体系认证证书。乙方（包括分包厂）应已设计、制造和提供过同类设备，且使用条件应与本工程相类似，或较规定的条件更严格的商业运行经验。如发现有失实情况，买方有权终止合同。
1.1.2 技术规格书提出了对10kV 成套开关柜及其附属设备的技术参数、性能、结构、试验等方面的技术要求。
1.1.3 技术规格书提出的是最低限度的技术要求，并未对一切技术细节作出规定，也未充分引述有关标准和规范的条文，乙方应提供符合有关GB、DL、和IEC 最新版本的标准和本规范书的优质产品。
1.1.4 如果乙方没有以书面形式对技术规格书的条文提出异议，则意味着投标人提供的设备完全符合技术规格书的要求。如有异议，应以书面形式于签订本协议前提出“对技术规格书的意见和同技术规格书的差异”，并加以详细描述。1.1.5 技术规格书所使用的标准如遇与投标人所执行的标准不一致时，应按较高标准执行。
1.1.6 技术规格书经买卖双方确认后，作为合同的附件，与合同正文具有同 1
等的法律效力。
1.1.7 技术规格书未尽事宜，由买方和卖方在技术谈判时双方协商确定。
2、使用条件 2.1 环境条件
2.1.1 环境温度：-6℃～+35℃ 2.1.2 最热月平均最高温度为35℃ 2.1.3 海拔高度：≤2000 米 2.1.4 相对湿度：年平均61% 2.1.5 地震强度： 8 度。2.1.6 安装地点：户内。2.1.7 污秽等级：Ⅲ级 2.2 电网条件
2.2.1 电网额定电压10kV 2.2.2 电网最高电压12kV 2.2.3 电网额定频率50HZ 2.2.4 电网接地方式小电流接地系统
3、引用技术标准
本中压开关柜的技术规范和标准应遵照：
DL403-2000 《12-40.5kV 高压真空断路器订货技术条件》
DL/T404－2007 《3.6kV-40.5kV 交流金属封闭开关设备和控制设备》DL/T593－2015 《高压开关设备和控制设备的共用技术要求》 DL/T615-2013 《交流高压断路器参数选用导则》 GB/T311.2-2013 《高压输变电设备的绝缘配合使用导则》 GB1984-2014 《交流高压断路器》
GB1985-2014 《交流高压隔离开关和接地开关》
GB3906-2006 《3.6-40.5kV 交流金属封闭开关设备和控制设备》 GB2421-2008 《电工电子产品环境试验规程》 GB3309 《高压开关设备常温下的机械试验》
GB11022-2011 《高压开关设备和控制设备的共用技术要求》 GB156-2007 《标准电压》
GB311.1-2013 《高压输变电设备的绝缘配合》
GB8905-2012 《六氟化硫电气设备中气体管理和检测导则》 GB11023-1989 《高压开关设备六氟化硫气体密封试验导则》 GB12022-2014 《工业六氟化硫》
GB/T763-1990 《交流高压电器在长期工作时的发热》
DL/T555-2004 《气体绝缘金属封闭开关设备现场耐压及绝缘试验导则》 DL/T620-1997 《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》 DL/T617-2010 《气体绝缘金属封闭开关设备技术条件》
DL/T618-2011 《气体绝缘金属封闭开关设备现场交接试验规程》 DL/T402-2007 《交流高压断路器订货技术条件》 DL/T725-2013 《电力用电流互感器使用技术规范》 DL/T728-2013 《气体绝缘金属封闭开关设备选用导则》 DL/T621-1997 《交流电气装置的接地》 GB4208-2008 《外壳防护等级》 GB191-2008 《包装贮运标志》
GB/2706-1989 《交流高压电器动热稳定试验方法》 GB/T11021-2014 《电气绝缘耐热性和表示方法》
GB/T16927.1-2011《高电压试验技术》第一部分：一般定义及试验要求 GB/T16927.1-2011《高电压试验技术》第二部分：测量系统 GB50150-2016 《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》 GB50260-2013 《电力设施抗震设计规范》
国家电网公司电力生产设备评估管理办法（生产输电[2003]95 号）国家电网公司关于加强电力生产技术监督工作意见（生产输电[2003]29 号）国家电网公司预防交流高压断路器事故措施（国家电网生[2004]641 号）国家电网公司国家电网生技[2005]400 号文关于印发《国家电网公司十八项电网重大事故措施》（试行）的通知。
以上并未列举所有标准，以上标准按最新版本执行。国家标准(GB)、电力行业标准(DL)、企业标准、国际电工委员会(IEC)标准以及国际单位制(SI)标准是对设备的最低要求，如果卖方有自己的标准或协议，须经买方同意后方可采用，但原则上均不能低于国家标准(GB)的有关规定，特别是这些规定或规程中与国家标准(GB)有互相矛盾的地方，应先征得买方同意后，才能制造。
4、设备规范：
西昌钢钒炼铁厂焦炉煤气精脱硫工程10kV 配电室内开关柜KYN28A-12（中置式）10kV 开关柜外型尺寸见图Z666电3，新增10kV 开关柜须与现有开关柜组列，设备制造前请到现场实测柜体相关尺寸，以保证顺利安装。； 4.1 开关柜技术规格和参数 4.1.1 额定电压：12kV 4.1.2 主母线额定电流,分支母线额定电流：见单线系统图图号Z666电3（电6）
4.1.4 母线3s 热稳定电流（有效值）：40kA 4.1.5 防护等级：外壳IP4X ；断路器室门打开为IP2X。4.1.6 操作回路电压：DC220V 4.1.7 1min 工频耐受电压： 42kV（对地），48kV(隔离断口)4.1.8 雷电冲击电压（全波）： 75kV(对地)，85kV（隔离断口）
4.1.9 10kV 开关柜形式：KYN28A-12 金属封闭、金属铠装，具有“五防”连锁功能中置移开式开关装置。
4.1.10 柜体颜色：与西昌钢钒炼铁厂一焦化变电所电气室现有10kV 开关柜颜色一致。
4.2 柜内主要元件技术规格参数 4.2.1 断路器规格参数： ZN73A-12/D1250-31.5 额定电压：12KV 额定频率：50Hz 额定电流： 1250A 每相导电回路电阻：≤40μΩ 温升试验：1.1Ir 额定工频1min 耐压：48KV（隔离断口），42KV（对地）额定雷电冲击耐压： 85KV（隔离断口），75KV（对地）
额定短路开断电流：交流分量有效值40KA，时间常数45ms，开断次数≥30 次，首相开断系数1.5 额定短路关合电流：100KA 额定短时耐受电流及持续时间：40kA，4S 额定峰值耐受电流：100KA 开断时间（ms）：制造厂提供 分合时间（ms）：制造厂提供 分闸时间（ms）： 45ms≤t＜65ms 合闸时间（ms）： t≤75ms 燃弧时间（ms）： t≤15ms 重合闸无电流间歇时间：300ms 分闸不同期性：≤2 ms 合闸不同期性：≤2 ms 机械稳定性：≥10000 次
额定操作顺序：0－0.3s－CO－180 s－CO 辅助和控制回路短时工频耐受电压：2KV 异相接地故障开断试验：√3/2 倍额定短路开断电流
容性电流开合能力（实验室）：试验电流25A(电缆)，电容器组≥400A；操作顺序C1 级：24×0（C1）、24×C0(C2)、24×0(BC2)；操作顺序C2 级：48×0(CC1)、24×0(CC2)、24×0(BC1)、80×C0(BC2)操作机构型式：直流电磁操动 电动机电压：DC220V 合闸操作电源：额定操作电压DC220V，操作电压允许范围85％－110％额定电源电压内可靠动作，30％额定电源电压不得动作；每相线圈数量为1 只；每只线圈涌流，制造厂提供；每只线圈最大稳定电流不大于，DC220V，2.5A分闸操作电源：额定操作电压DC220V，操作电压允许范围65％－110％额定电源电压内可靠动作，30％额定电源电压不得动作；每相线圈数量为1 只；每只线圈涌流，制造厂提供；每只线圈最大稳定电流不大于，DC220V，2.5A 备用辅助触点：数量10 对，开断能力：DC220V,2.5A 储能时间：≤20S 4.2.2 接地开关规格参数 1）额定电压： 12kV 2)额定工频绝缘水平： 42kV（对地），48kV（断口）3）4S 额定热稳定电流： 40kA 4）额定动稳定电流： 100kA 4.2.3 电流规格参数(设备厂家为大一互或天津纽泰克或大连北方等鞍钢合格供方)电流互感器：AS12-12 准确级要求： 10P/150.5。
二次线圈额定容量不小于：变比100/5 及以下15/20VA； 额定热稳定性： 变比100/5 40kA 1S 额定动稳定性： 100kA 4.2.4 按柜内出线电缆规格数量，配有零序电流互感器。
4.2.5 设有智能操控装置实现断路器分合、实时显示一次模拟图，并对相应的分合位动作状态、弹簧储能显示、接地开关位置显示、高压带电显示、须具备自动加热除湿控制等功能，附件按需配置。
4.2.6 柜内配置限制过电压吸收保护装置，以限制大气过电压及真空断路器引起的操作过电压。
4.2.7 本系统出线方式均为电缆下出。4.2.8 柜内设电度表配RS485 通讯接口。
4.2.9 柜内配电动机保护综合自动化测控装置型号TDR934。4.3 柜体及其它要求
4.3.1 开关柜外壳和隔板均选用进口敷铝锌薄钢板。经数控设备加工折弯成型，通过螺栓连接而成，易于组装和互换。
4.3.2 主母线采用铜母线。母线全部采用具有防潮和阻燃性能以及足够介电强度的热缩绝缘护套，柜与柜之间、母线室与母线室之间装设有绝缘套管。4.3.3 电缆室在柜体下部的后方，电缆室内支持绝缘子要求装设带电监视装置，电缆固定在支架上，出口应满足实际电缆接引条.件，配有电缆防火隔板。4.3.4 仪表室室内安装板安装继电器，并有端子排支架，微机保护装置（柜厂负责供货及柜内安装、接线）、指示仪表、指示灯(LED 发光二极管)、转换开关，按钮、转换开关位置安装高度要考虑值班人员身高条件，二次回路中的低压熔丝、端子和其他辅助元件，应有可靠的防护措施。
4.3.5 电气（机械）联锁，开关柜应设置电气（机械）联锁，防止误分、误合断路器，防止误入带电间隔，防止带接地车合闸。开关柜应具备以下连锁： 1）只有断路器在分闸状态时，手车才能抽出或推进；而断路器处于合闸状态时，手车不能在试验与工作位置间移动。
2）手车只有处于试验和工作位置时，断路器才能合闸操作。3）当手车抽出时，自动活门遮盖住静触头罩，起动安全隔离作用。4）当手车抽出时，才可以操作接地开关；只有断开接地开关时才可以将手车推入。
5）通过二次回路实现柜体之间的电气连锁。
4.3.6 开关辅助接点要求全部引入端子排上，便于使用。
4.3.7 电流、电压互感器二次输出端子要求在上面，便于试验维修，柜内二次回路导线一律使用2.5mm2 铜导线（电流线4mm2 铜导线），要求接头接触良好。线头要求挂锡后上接手。
4.3.8 柜内上下要有控缆敷设线槽，柜内所有端子排使用阻燃型端子排。4.3.9 主母线（包括分支母线）含铜量为99.95％。4.3.10 柜内真空断路器，柜厂负责安装、接线、调试。4.3.11 所有高压开关柜整个长度延伸方向设专用接地导体。
4.3.12 各单元的保护相互独立，中央信号退出后，保护装置能独立工作。4.3.13 线号管的打印要清晰明了，不褪色，线号要求采用国标线号，不采用安装线号。
4.3.14 柜中各组件支持绝缘子爬距不小于2.5cm/kV。
4.3.15 开关柜内手车的推进、拉出应灵活方便，相同型的开关柜手车应有互换性。
4.3.16 柜体前后设置观察孔，距地面的距离及孔的大小要满足值班人员的观察视线和高度。
4.3.17 开关柜的结构应有足够的机械强度，以保证在操作一次设备时，二次设备不全产生误动作或损坏，在正常情况下不会发生永久变形和影响性能变形。4.3.18 柜头名称（前后两侧）与所有元器件名称的标牌详见设计图纸。4.3.19 开关柜为两面维护式，柜后面电缆小室设有单独的小门，断路器在合闸位置时该小门应在机械锁定，不能开启。
4.3.20 微机综合保护器型号TDR934，由卖方负责供货及柜内接线。4.3.21 柜内元件型号规格参数按设计图纸Z666电3(Z666电6)要求，根据业主要求，为便于备件采购，柜内元件必须与现场使用元件一致。4.3.22 开关柜设计及柜内元件选用需充分考虑当地气候条件。
5、供货范围：
5.1 10kV 开关柜KYN28A-12 800W×1500D×2300H 4台 5.2 脱硫液循环泵机旁操作箱4台
柜内元件及附件详见图纸Z666电3，供方要保证所供设备的完整性、可靠性、先进性。
6、供货合同签订后图纸资料的交付：
6.1 合同签订的同时，买方向卖方提供图纸：（1）10kV 单线系统图（2）10kV 开关柜二次原理图(参考）。
6.2 合同签订后一周内，卖方将二次原理接线图和端子接线图详细设备表等成套图纸及电子版文件（AUTO CAD 或WORDEXCEL 格式）各两份交给设计部门。6.3 合同签订后，甲乙双方应在适当时间进行技术联络，以解决设计中遇到的问题，卖方在完成设备设计时，应通知买方进行设计审查，审查通过后，卖方方可进行生产。
6.4 交货时：交图纸、资料2 份，刻2 张光盘。6.5 卖方提供下列设备质量证明书 6.5.1 产品合格证 6.5.2 电气试验报告(1)开关柜出厂试验报告。（2）断路器出厂试验报告。
7.售后服务及其它
合同产品在制造过程中，卖方负责接待需方派遣的有经验、健康、能胜任工作的专业人员并提供必要的工作条件。应确保专业人员能自由出入制造厂的车间及设计室，专业人员有权了解设计，制造的进度。
7.1 现场安装、空负荷试车、负荷试车、验收考核期间，卖方应派技术人员参加现场服务。现场服务人员必须具备能及时处理技术、质量问题的能力，高压开关柜现场安装过程中，制造厂应提供安装指导全过程，确保安装调试顺利完成，直至投产送电。
7.2 质量保证期内合同产品出现质量问题，卖方应及时派遣技术人员给予无偿服务，买方为其提供工作方便。
7.3 设备到货后，买方通知卖方3 天内到设备安装现场共同进行开箱验收，若在规定时间内供方未能到达现场，买方在开箱验收中发现的问题，卖方应无条件地认可并及时给以处理，所发生的相关费用由供方承担。7.4 工厂的检验、监造和设备出厂验收
7.4.1 买方有权派遣其检验人员到卖方及其分包商的车间场所, 对合同设备的加工制造进行检验和监造。买方将为此目的而派遣的代表的身份以书面形式通知卖方。
7.4.2 如有合同设备经检验和试验不符合技术规范的要求, 买方可以拒收, 卖方更换被拒收的货物,或进行必要的改造使之符合技术规范的要求, 买方不承担上述的费用。
7.4.3 买方对货物运到买方所在地以后进行检验、试验和拒收(如果必要时)的权利,不得因该货物在原产地发运以前已经由买方或其代表进行过监造和检验并已通过作为理由而受到限制。买方人员参加工厂试验,包括会签任何试验结果,既不免除卖方按合同规定应负的责任,也不能代替合同设备到达现场后买方对其进行的检验。
7.4.4 卖方在开始进行工厂试验前15 天,通知买方其日程安排。根据这个日程安排, 买方将确定对合同设备的那些试验项目和阶段要进行现场验证,并将在接到卖方关于安装、试验和检验的日程安排通知后10 天内通知卖方。然后买方将派出技术人员前往卖方和(或)其分包商生产现场,以观察和了解该合同设备工厂试验的情况及其运输包装的情况。若发现任一货物的质量不符合合同规定的标准,或包装不满足要求, 买方代表有权发表意见, 卖方认真考虑其意见,并采取必要措施以确保待运合同设备的质量, 现场验证检验程序由双方代表共同协商决定。
7.4.5 若买方不派代表参加上述试验, 卖方在接到买方关于不派员到卖方和 8
(或)其分包商工厂的通知后,或买方未按时派遣人员参加的情况下,自行组织检验。
7.4.6 监造者有权到生产合同设备的车间和部门了解生产信息，并提出监造中发现的问题(如有)。7.5 出厂验收
卖方在制造完成后，应及时通知买方进行出厂检验，合格后方可出厂。7.6 设备质保期（投入使用后）为一年，在质保期内，由于卖方设备质量原因不能运行，卖方应免费给予修理或更换。8.交货地点：项目工地。
9.本协议未尽事宜，甲、乙双方本着互助互利、友好合作的态度，协商解决。
10.本协议一式六份，买方五份，卖方一份。
高压共轨系统喷雾试验平台设计 篇3
近些年来, 城市大气污染日趋严重, 其主要原因是随着汽车数量的猛增, 内燃机排出废气增多。降低废气排放的主要途径是改善内燃机的燃烧过程。对于直喷式柴油机, 燃油喷雾特性能够直接影响其燃烧过程, 提高燃油雾化质量能够改善其燃烧[1]。
由于柴油机燃油喷射是一个非常复杂的瞬态过程, 在柴油机喷雾实验中对喷油器的精确控制显得格外重要。我们利用Lab VIEW软件编写了一个上位机界面, 该上位机界面通过CAN总线与STM32 微处理器进行通信, 微处理器将从上位机界面接收到的数据转化为脉冲信号发送给驱动电路和闪光灯控制其正常工作, 进而精确控制柴油机喷雾实验的进行。
1 实验平台
喷雾摄影系统由高压容器、喷油系统、拍摄系统、控制系统等组成, 试验设备清单见表1。
1.1 高压容器
高压容器用来模拟燃烧室中真实的被压情况的, 测试时通过空气压缩机和高压气瓶为高压容器加压, 其实物图和结构图见图1。除顶面需要安装喷油器外, 高压容器四周和底部均涉及并安装了视窗, 以便测试过程中拍摄和光源能够充分进入定容室内, 外形尺寸为400 mm×400 mm, 总质量为50kg, 设计最大承受压力为5 MPa, 内部可以放置共轨柴油机的活塞顶。
1.2 喷油系统
本实验中使用的高压共轨喷油系统主要由高压油泵、共轨油腔、高压油管、喷油器、共轨管压力传感器、调压阀、限压阀等组成, 其实物图见图2。其中喷油器通过固定夹具固定, 使其保持与发动机上一样的安装角度。共轨管压力传感器与示波器相连接, 共轨管压力传感器传递给示波器的电压信号与轨压压力值呈线性关系, 通过观察示波器上的电压值能够得出轨压压力值。
1.3 拍摄系统
拍摄系统由闪光灯Yinyan CY-28ZL和数码相机Canon Power Shot A630组成。实验拍摄时要求处于暗室中进行, 闪光灯布置在喷嘴的侧面。模拟气缸内侧, 喷油嘴背面用油漆刷黑。由STM32微处理器控制喷油及闪光的时序, 从而可以对喷油过程中不同时刻的油束进行拍照。照相机可以通过控制闪光灯的闪光来控制拍照时刻。
1.4 控制系统
由于燃油喷射过程极其短暂, 所以控制系统设计的关键在于使燃油喷射和闪光灯触发能够同步, 其脉冲波形图见图3。本实验控制系统由硬件部分和软件部分组成, 其中硬件部分由STM32F103 微处理器、驱动电路、光耦开关等组成, 软件部分由上位机界面和CAN通信网络等组成。其控制系统原理图见图4。
1.4.1 驱动电路
国内外众多学者对高速电磁阀的驱动进行了大量的研究, 研究表明, 在电磁阀通电初期应尽快注入能量, 以提高电磁阀的开阀响应速度。当电磁阀完全吸合后, 保持电流使其稳定并且尽可能地小, 以提高电磁阀的关闭的响应速度, 并减少发热量, 延长其使用寿命[2]。本实验中采用了自行设计的高低压分时驱动电路。图5 为高低压分时驱动电路原理图, 图6 为产生峰值-维持电流的示意图[3]。
为了实现电磁阀高低压分时驱动, 首先需要为驱动电路提供高压电源。变换器可实现BOOST直流升压变换, 并且输出稳定, 响应快速, 节能效果明显。我们设计的升压电路时选用[4]BOOSTUC3842 BOOST UC3842, 芯片, 基于拓扑结构和设计了可控的直流升压电路, 其原理见图。其7中, , Q1, D2和C6组成了拓扑结构。L1 BOOST基于的升压电路采用两个闭环回路输出保UC3842证输出的稳定性和响应速度。[3]
图为升压电路的测试图。其中, 分别表8 1, 2示两个测量通道, CH2的触发电平。显CH1 CH1示的是驱动回路中采样电阻上的电压变化, 100 mv代表的驱动电流;显示的是升压电路的电1A CH2压变化。测试结果表明, 升压电路将直流电24 V压变换为直流高电压。86 V
1.4.2 4N35 光耦开关模块
本实验选用光耦4N35作为闪光灯开关模块的重要组成部分。如图9 所示为4N35光耦的原理图。光耦一般由三部分组成:光的发射、光的接受及信号放大。输入的电信号驱动发光管 (LED) , 使之发出一定波长的光, 被光探测器接受而产生光电流, 再经过进一步放大后输出, 就完成了“电-光-电”的转换, 从而起到输入、输出隔离的作用[6]。
由于STM32的GPIO引脚能够提供10 m A左右的电流, 所以将其GPIO引脚直接连接光耦输入电流。开关模块的电路原理图见图1 0。其中光耦的ANODE引脚接单片机的GPIO引脚, 光耦的CATHODE引脚接单片机的GND, 光耦的COLLECTOR引脚接闪光灯开关的正极, 光耦的EMITTER引脚接闪光灯开关的负极。其中光耦的NC引脚与BASE引脚悬空, R1, R2为限流电阻。
当单片机GPIO端口被置高电平时, 光耦的ANODE引脚与CATHODE引脚之间导通, 驱动发光管发光。被光探测器接受而产生光电流, 从而光耦的COLLECTOR引脚与EMITTER引脚导通。闪关灯开关正负极接通, 闪光灯闪光。当单片机GPIO引脚被置低电平时, 光耦不工作, 闪光灯开关正负极断开, 闪光灯不闪光。因此我们可以通过控制单片机的GPIO引脚发出脉冲信号来控制闪关灯的工作。
1.4.3上位机界面、CAN总线
为了对喷雾试验进行精确控制, 我们编写了上位机界面, 搭建了CAN总线通信网络, 见图11。我们通过上位机界面与STM32开发板进行CAN总线通信。试验过程中调整上位机界面上的时间参数, 就可以相应改变STM32开发板GPIO端口发出的PWM脉冲的占空比和周期。STM32开发板发出两路PWM脉冲, 一路脉冲通过驱动电路控制电磁阀电流波形的成型 (驱动电路只起到功率放大的作用) [4]。另外一路通过控制4N35光电耦合器的通断来控制闪光灯的工作, 从而达到喷油闪光触发同步。
参考文献
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高压平台 篇4
胜利十号平台是中国石油化工集团公司投资的一条自升式钻井平台,于2010年6月份建成并投产使用。在大连船舶重工集团海洋工程有限公司建造期间,笔者针对泥浆泵高压系统原设计中的弊端进行了分析并提出了改造建议,经过近一年的实践证明,此次改造效果良好。平台高压泥浆管汇是平台的配套系统之一。泥浆泵排出的泥浆,通过泥浆泵舱高压阀门组分为3路,一路为通往钻台的双路高压泥浆管汇,通过钻台上的立管/压井阀门组和双立管,将高压泥浆液输入钻杆内腔,从钻头喷出,产生高压泥浆激流,实现高压喷射钻井;一路为通往泥浆舱和主甲板上净化系统的泥浆枪管汇,用于喷冲泥浆罐中的沉砂;一路为通往平台升降系统的3条桩腿的高压喷冲管汇,用于平台拔桩时喷冲桩靴上部的沉积沙土,减少平台钢桩的拔桩阻力。
高压泥浆管汇自泥浆泵出口开始、主要由泥浆泵舱阀门组、钻台立管阀门组、泥浆泵舱高压泥浆管线、主甲板高压泥浆管线、钻台高压泥浆管线和管线连接用的弯头、三通、由壬、高压水龙带、井架高压双立管、管线安装用的固定支座、吊装支架、水龙头和顶部驱动装置用的水龙带、压力表等组成。各阀门组中的闸阀组用于控制泥浆泵排出的液流。高压双球面由壬、弯头、三通均采用高强度钢锻造后热处理,结构上可实现快速装卸。所有阀门和管线都满足防H2S的要求。
二、原设计缺陷及改进方案
原设计中,该系统阀门组采用三进五出结构,三进分别连接三台泥浆泵,五出分别为连接立管的双管线、连接艏桩和艉桩的两条管线、通过安全阀连接泥浆舱的两条放喷管线、连接低压循环的一条管线。主通道为8套4"×5000psi焊接式泥浆闸阀,次通道为1套2"×5000psi焊接式泥浆闸阀及1套3"×5000psi安全阀。如图1所示。
该阀门组中采用的泥浆闸阀全部为明杆结构,使用时阀门开关位置明了,但存在以下缺点:
1、若2#或3#泥浆泵损坏需要跑低压修理时则无法保证其他两台泵同时工作,建议在每台泵上分别加高压闸门对每台泵进行控制,这样可以解决原闸门组的这一缺陷,原理参考图2改进新方案。
2、原设计中布置管线较多,占用较大的成本。经改进后,从1#泥浆泵引出的两条通钻台高压管线,采取就近的原则,2#、3#泥浆泵高压管线分别并入,这样就节省了大量高压管线(约70米)。
3、原方案中从泥浆泵出来的高压管线沿地面走,布满了大半个泵房空间,占用空间不合理,改进方案中该处管线沿泵方向然后往上走,如图2所示。泥浆泵高压出口平行地面接出管线后,分别有三条管线往上走,这三条管线依次为两条通钻台高压管线和一条回泥浆舱低压管线,而且这三条管线所接闸门的位置应便于操作。
4、原先闸门组方案由于管线位置较低,放水不彻底,冬天作业时还存在管线水结冰冻坏管线或堵塞管线的安全隐患。经改进后,冬天放水方便彻底,可完全解决冻坏管线的隐患。如图2所示。
5、原设计中1#泥浆泵空气包的位置与2#、3#泥浆泵空气包的位置不一致,工作时不便于观察和操作。改进方案中调整了1#泥浆泵空气包的位置,调到与2#、3#泥浆泵空气包的位置一致,规范了设备排列。
除了针对以上设计缺陷进行的改进之外,改进方案中还对泥浆泵固定方式进行了改进,采用在泵两侧6块长条形方铁、前后4块弧形挡板的方式,对泥浆泵进行加固,防止因泥浆泵长期震动造成的结构疲劳损坏。改进方案中对于冲桩管线系统功能并无影响,只是在冲桩系统管线与低压管线连接中间加了阀门。所加弯头和三通等均为外加厚弯头和三通,所有附件均符合API标准和相关规范要求。
三、结论
1、海洋钻井流程要求必须保证至少两台泥浆泵能够同时工作,其中任一台泥浆泵维修时应保证其他另两台泥浆泵正常工作。显然原阀门组设计方案不能满足这一要求,改进方案则可以实现。
2、在满足系统功能要求的前提下,应尽可能简化设计,以便于操作,节省空间,减少成本。此次改造采取就近原则,节省了管线的使用,规范了空气包的布置,实现了冬季放水要求。
3、在固定方式上加强防范,采用其他兄弟平台的有效做法,避免因震动引起的各种意外,
4、此改进方案实施后,该平台生产施工已近一年,事实证明此次改造非常成功,既解决了海洋钻井工艺流程问题,使钻井工艺流程更加合理,又解决了高压泥浆管线走向不合理的问题,节省了大量成本,对于冬季作业也有很好的实践指导意义,此次改造对于海洋钻井平台类似问题有较高的参考意义。
参考文献
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[2]我国国内最大功率钻井泥浆泵研制成功[J].地质装备,2007,(06).
高压平台 篇5
迄今为止,超高压直流输电工程成套设计技术历经技术引进、消化吸收、自主创新3个阶段,形成了一批成套设计专用的设计工具和软件。这些软件在直流工程设计中发挥了重要作用,但同时也暴露出诸多问题。如缺乏总体规划设计,信息孤岛众多,信息集成度低等[1,2,3,4,5]。给直流设计单位的管理和发展带来了困难,为此研发了直流成套设计专用软件集成平台。
设计软件集成运行于成套设计平台,各软件之间数据交互方便快捷,大大提高了成套设计的准确性和工作效率。但是随着技术的不断发展,会有更多的专业设计软件应用到直流工程建设中,为了扩展集成新软件,开发了集成平台扩展接口,通过接口将新软件扩展到平台中,实现集成平台数据库和软件自带数据库的双向访问[6,7],同时也确保了直流系统成套设计集成平台的高开放性和扩展性。
1 集成平台总体架构
超高压直流系统成套设计集成平台的整体结构,包括硬件环境、数据库结构以及软件功能架构。由于平台面向的用户为使用小范围专用网络的专业人员,系统结构采用了C/S结构,并设计了专门的机房放置服务器、交换机、防火墙、UPS电源等设备。主/备服务数据库采用SQL Server 2008,用于在线设计和管理。客户端采用Access数据库,以满足离线设计的需求。
平台以良好的硬件条件与数据库结构为依托,以Power Builder9.0为开发软件,设计了通用客户端软件与管理员客户端软件,实现了成套设计集成平台预期目标。总体架构如图1所示。
1)通用客户端:主要功能有设计软件的运行管理、开放式的数据查询、文档通告管理、系统数据维护和软件扩展等。
2)管理员客户端:主要完成登录管理、用户权限设置、新项目建立、设计方案报批和交付、数据库备份、通告发布和其他数据维护工作。
2 集成平台扩展方案论证
成套设计集成平台的可扩展性是信息系统能够适应企业需求变化而快速变化的关键问题。构建可扩展性系统的关键是系统架构具有灵活性、开放性、可配置性,但现有的软件集成平台的体系结构,无论在软件结构上,还是在数据库结构上,都是固定不变的。若要扩展集成新的设计软件,一般的企业用户难以实现,需要专业人员对集成平台进行二次开发,重新设定软件和数据库结构,并通过传统的编程方式对集成平台进行扩展。
以编程的方式扩展集成新的软件,不仅花费大量的人力和物力,而且新软件不能及时扩充到平台,大批工程设计数据将处于孤岛状态,给设计人员的工作带来了极大的不便。鉴于此扩展方式的不足,文章提出了扩展接口的思想,设计人员可以依据需求,通过接口源源不断地扩展新软件。
3 集成平台扩展接口设计与实现
3.1 扩展接口功能需求分析
集成扩展一个新的直流设计软件,需要解决以下3个问题。
1)软件输入、输出数据的存储。直流设计软件自带各种格式的输入、输出数据表(简称数表),需要在集成平台数据库中建立对应的输入、输出数据库库表(简称库表)。
2)软件输入、输出数据的读取和输出。为了读取和输出存储于直流软件计算库的数据,需要指出直流设计软件的数表与库表字段对应关系,便于数据准确读取和输出。
3)软件之间输入、输出数据的更新。各直流系统设计软件之间输入、输出数据有先后衔接更新问题,需确定具体衔接数据的对应关系。
3.2 关键数据库表结构设计
1)库表结构。库表存储与其相对应的计算软件的输入或输出参数信息,以及某一条数据记录的更新时间、上传用户、相关说明等。库表结构如表1所示。
2)链接表结构。链接表存储了软件输入、输出数据文件的参数变量与计算库表字段之间的对应关系,以及读写参数值时所需要的信息,如参数是否为数组、数组大小、数组间的分隔符等。
3)更新表结构。更新表存储上、下游软件库表之间的关系,以及具体的库表字段更新关系。更新表结构字段包括上游库表编号、下游库表编号、更新字段数量、上游软件输出字段和下游软件输入字段。
3.3 扩展接口功能设计与实现
3.3.1 库表建立模块
软件库表建立模块可以为新增加的软件建立存储输入、输出数据的库表。用户依据软件名称和库表编号,确定库表名,依据软件自带的输入、输出数据,填写库表字段的属性信息(包括字段名、数据类型、数据长度、是否为空以及是否为主键),即可完成库表的新建工作。
3.3.2 链接表建立模块
直流设计软件的数据多存储于text文档,不同的软件格式差异巨大,给数据的读取带来了困难。为此,需借助链接表建立模块部分,为软件数据库表建立与其相对应的链接表,然后根据链接表的需求录入链接信息。数据读写模块调用此表,就可以将存储于Text文档的数据读取出来或将数据从数据库中写出到Text文件。
数据读写模块的具体读写方法如下。
1)读取数据。在软件数据文件中寻找关键字(如“a”),找到后读取关键字后的第一个字符作为首个开始分隔符(关键字与数据间可能会有几个分隔符,如“=”),与下一个字符对比,若相同,则仍作为第1个开始分隔符,否则将其视为第2个开始分隔符,以此类推,直到分隔符种类数与链接表中start_separator_acount(开始分隔符种类数)字段的值相同。若下一个字符与最后一个开始分隔符不同,则开始读取数据,直到遇到结束分隔符。若为数组,则其方法类似,读取数组第1个数据至数组首个分隔符,随后按照数组分隔符种类数,读数组第2个数据,以此类推。最终通过数据上传接口将读取出的数据存入相对应的软件计算库表中。
2)写出数据。方法较特殊,为了保持数据文件的原格式,写出数据时需要借助模板文件。输入、输出数据文件模板简化了各软件输入、输出数据文件与对应数据库表的转换,该模板与各设计软件输入、输出数据文件格式一致,便于设计人员查看与分析数据。只有数据部分为统一的标识字符(如“xx”)。每次写出时,应先读取模板,依据链接表记录的关系,将数据库表中的数据写到模板中相对应的字符“xx”处,然后将此模板另存为新的数据文件。
3.3.3 更新表建立模块
在直流工程设计中,各设计软件间需要交互大量的数据,但是由于各软件数据格式存在很大的差异,上下游软件间无法直接进行交互。这些数据的差异不仅体现在单位与格式上,并且一些特殊的地方需要人为干预,如在多项数据中选择和摘取用户所需的几组数据。为了应对不同专业软件的数据转换和共享的需求,需要针对不同软件的输入、输出数据进行拆分和整理。为此开发了软件数据更新接口,接口的开发需借助更新表。
更新表建立模块为软件建立新的更新表,专业设计人员依据软件之间的数据共享需求,对更新表内容进行设置,平台的数据更新接口调用此表,即可完成软件间繁琐、复杂的数据交互工作。
3.4 软件扩展方法
假设待集成的软件为软件A和软件B。软件A、B各带有自己的输入、输出数据,软件A的某些输出数据经处理后是软件B的原始输入数据。软件输入、输出模板是软件A、B数据的典型格式。集成成功后,2个软件在系统数据库中有对应的输入、输出数据库表。数据库表与软件自带输入、输出数据对应关系由链接表表示;数据库表中软件A输出到软件B输入的关系由更新表表示,成套设计集成平台的运行管理可调用该软件进行直流工程的计算和设计。软件扩展流程如图2所示。
4 集成平台扩展接口实例验证
在实际的软件扩展应用中,将各个软件的数据扩展到集成平台数据库,不仅利于数据的整体管理,而且提高了数据的共享率,避免了数据信息的孤岛化和冗长浪费。文章以主回路参数计算设计软件的扩展为例,以此来验证接口的功能性。
主回路参数计算软件的输入数表为Text文本文件,输出数表为Excel文件,按照图2所示数据库扩展流程,首先为主回路参数计算软件建立对应于输入、输出数表的库表;其次为每一个库表建立与之相对应的链接表,并填入完整的链接关系;最后为主回路参数计算软件建立更新表,并填入该软件与其他软件间的相互更新关系。设计人员即可在集成平台中运行使用此软件,进行直流工程的设计。
该成套设计专用软件支持系统不仅建立了公司级电子信息库,保证了设计资料的全面和权威性,而且实现了工作流程和管理流程的标准化,提升了设计单位的专业化水平和管理水平。系统界面友好,易于操作,并有许多附加功能,如客户端离线和在线、方案可追溯功能、数据定制等功能。总之,系统的建成,是直流工程技术进步的标志性成果。
5 结语
文章通过分析当前直流系统成套设计在集成平台应用中遇到扩展新软件的瓶颈,开发了软件扩展接口。该接口包含3个子功能模块,分别为库表、链接表和更新表的建立。电力设计人员通过该接口可将各类直流系统设计软件扩展到集成平台,给出了数据库和软件数据的对应关系,便于将软件输入、输出数据与集成平台数据库自动链接。通过实际的软件扩展应用,此接口功能的研发能够满足集成平台软件扩展的需求,简单易行。
设计开发的直流系统成套设计集成平台在2011年5月通过了国家发改委和国家电网公司的验收,现已实际应用于国家电网公司直流建设分公司,效果显著。
参考文献
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