故障仿真装置论文

故障仿真装置论文（精选9篇）

故障仿真装置论文 第1篇

1 准确认识到电网事故的发生性质

经济的发展使得电力系统规模迅速扩大, 区域经济和能源分布的不平衡使电网互联成为可能, 电网的数据量和复杂性也同样在增加, 这就要加强电网故障的抵抗能力。目前我国的电网抵御停电事故的能力还不够强, 同时解决电网事故的能力得不到提升, 提高电网的继电保护能力就显得十分重要。区域电网之间的关系越发紧密, 电网的稳定运行成为了管理的关键项目, 所以合理的利用动态仿真程序对电力系统运行状态进行分析有着十分重要的意义。随着计算机技术的应用, 电网故障模拟成为了分析电网故障和保护电网安全运行的有效手段, 故障时继电保护装置的动态数字仿真用以检查故障时保护装置的程序执行情况及各元件的配合情况。

2 数字仿真的原理

电力系统仿真软件利用电力元件数学模型和数值计算方法对电网的运行特性进行研究。通常可以选择EMTPE电力系统电磁暂态及电力电子数字仿真软件包。与EMTP相比, EMTPE增加了一些新功能。尤其是在电力电子仿真的方面, 不仅增加了新的元件模型, 同时采用了新的计算方法, 以解决现有EMTP仿真中出现的问题。程序模块首先实现继电保护装置的功能元件, 常用的元件如:电压元件、功率方向元件、电流元件、阻抗元件等, 各种相关元件按照保护的程序进行逻辑组合。仿真过程中将故障数据通过数字模拟到各保护元件之中, 再通过观察保护各元件之间的配合情况来完成整体的动态特性模拟。这样就可以动态分析保护装置动作情况。动态仿真有三种形式, 分别为连续仿真、单步仿真和断点仿真。

3 系统的组成

动态仿真系统的组成应包括数据录入模块、滤波模块、动作方程模块、动作特性模块、以及图形显示模块。在仿真应用之前, 可以通过软件应用功能对保护程序进行流程图的绘制, 并且对电流、电压等基本数据进行统计。当统计完成后就会按照流程图对整个系统的保护程序进行计算。仿真的过程其实是对所有元件检测的过程, 根据不同元件的属性, 使每个仿真时钟进行时间调控, 在调控前要保证所有元件种类的数据都被记录后才能开始, 调控过程不受元件数量影响, 而是受元件种类来左右程序运行进程。

4 元件的结构仿真

元件的主要结构分为测量、逻辑、时间、其他四部分, 逻辑中就只有自定义一种, 时间元件则由延时展宽和定长输出两种, 其他则分为启动、电压互感器断线、电流互感器断线和振荡闭锁, 每一个元件都可以执行移动、复制、删除等操作, 各个测量元件所测量到的测量值都可以归纳到数学公式中来进行计算。

5 接口和其他功能

在数据接口上需要解决如何无失真地反映故障时保护装置的采样数据仿真, 需要解决数据接口的采样率同步问题, 可以通过软件算法同归计算形式来解决这一问题。

其他功能包括对不同原理的保护可以选用不同的滤波算法。可以直接在框图上对继电保护的定值进行检查和修改, 这使得保护定值的校验变得容易, 可以方便地改变元件的特性和编号。实现阻抗元件的自定义特性。自定义特性的逻辑元件最大限度地满足用户的需求。

6 结束语

继电保护装置是对电力系统在故障时进行良好保护最高效的一种措施, 如何提高保护装置动作正确率显得尤为重要。目前动态数字仿真软件已经被广泛的应用, 它的使用在很大的程度上能够深入分析保护装置的动态过程, 在电力系统故障分析中起到更加重要的作用。

摘要：随着社会经济的迅速发展, 电网规模日益庞大, 保证电力系统的安全稳定运行就显得十分重要。我国的电力系统中所应用电力保护装置都是按阶梯原则进行系统保护, 这种保护的时间较长, 对电力系统的安全和稳定造成很大的影响。电力系统仿真作为一种重要的研究手段, 对分析复杂电力系统特性, 检验新技术和新设备的性能及其对电网的影响, 正发挥着重要的作用。本文通过提出使用保护装置动态特性的数字仿真软件对电力系统进行故障分析及保护装置测试, 望广大同行给予指导。

关键词：保护装置,动态特性,原理,系统组成

参考文献

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[2]孙元章, 杨军, 张晓东, 彭晓涛, 刘焱.电力系统动态仿真中的继电保护模型[J].电力系统自动化, 2009 (20) .

故障仿真装置论文 第2篇

姓名

（兰州石化职业技术学院石油化学工程系甘肃兰州730060）

摘要：化工装置仿真操作完成后成绩下降的原因，是主窗口中的操作成绩下实时显示操作步骤及质量的分数，操作步骤总分指的是操作步骤的满分减去进入智能操作指导软件时已操作完毕的过程分数,此分应小于等于100分.。而操作质量是指工艺生产指标的调整，包括质量调节，压力调节，液位调节，流量调节等诸多方面。往往工艺流程过程中随着原料的加入和产物的输出，会发生很多的条件变化，各种因素参与其中，就需要调节阀以及回流调节和串级控制等来调节使他们达到一定的稳定，能够在安全的情况下正常生产。关键词：化工仿真生产指标调节温度调节压力调节

Analytical the chemical engineering device imitate a true operation

completion to descend after the result of reason（姓名的拼音）

（The orchid state petrochemical occupation technical college

Gansu lanzhou 730060）

Abstract: The chemical plant simulation results after the operation is complete reasons for the decline is the main window in the operating performance of real-time display steps and quality scores, the steps Total refers to the steps of the full score less access to intelligent software operational guidance has been operation is completed the process of score, this sub should be less than equal to 100 points..The operational quality refers to the process of adjustment of production targets, including quality adjustment, pressure adjustment, level adjustment, flow regulation and other aspects.Process is often the process of accession with the raw materials and products output, will be a lot of changes in conditions, a variety of factors involved, it needs to adjust valves, and back regulation and cascade control to adjust so that they reach a certain stability, can be in a safe under normal production conditions.Keywords: The chemical engineering imitates reallyProduce the index sign regulateThe temperature regulateThe pressure regulate

一．关于化工装置仿真的简介.仿真实习技术

是以仿真机器为工具，用实时运行的动态数学模型代替真实工厂进行教学实习的一门技术。仿真机是基于电子计算机、网络或多媒体部件，由人工建造的模拟工厂操作与控制或工业过程的设备，同时也是动态数学模型实时运行的环境。

仿真教学的重要用途首先是解决生产实习问题，解决下厂实习只许看不许动的难题，使学生不进工厂就能得到开车、停车及事故处理的操作机会，另外还可进行认识实习、课堂演示、课程设计、过程控制、安全教育等内容的学习及应用。对操作过程进行实时评定，并给出整个操作过程的综合平分，还可根据需要生成平分文件。

仿真是对代替真实物体或系统的模型进行实验和研究的一门应用技术科学，按所用模型分为物理仿真和数字仿真两类。物理仿真是以真实物体或系统，按一定比例或规律进行微缩或放大后的物理模型为实验对象，如飞机研制过程中的风洞实验。数字仿真是以真实物体或系统规律为依据，建立数学模型后，在仿真机上进行的研究。与物理仿真相比，数字仿真具有更大的灵活性，能对截然不同的动态特性模型做实验研究，为真实物体或系统的分析和设计提供了十分有效而且经济的手段。

过程系统仿真是指过程系统的数字仿真，它要求描述过程系统动态特性的数学模型，能在仿真机上再实现该过程系统的实时特性，以达到在该仿真系统上进行实验研究的目的。过程系统仿真由三个主要部分组成，即过程系统、数学模型和仿真机。这三部分由建模和仿真两个关系联系在一起。

2．化工仿真DCS操作培训系统简介

化工仿真DCS操作培训系统是以计算机为手段，通过建立石化工业过程的动态数学模型，并在以计算机为基础的专用硬件环境下，再现真实装置系统特性的软、硬件产品。它是建立在石化工艺、控制技术、计算机技术等基础上的多学科的综合性技术，其主要用途是提供各类型人员(装置工程师、技术员、操作工、学生)模拟操作石油化工生产装置的运行环境和设备，完成开车、停车、故障处理等操作过程，以提高他们的理论水平和实践经验的教学培训系统。

二．影响仿真成绩的主要因素

利用定性定量仿真结合的方法进行计算机自动评价，为促进仿真学术水平的提高和推动仿真事业的发展做出了贡献。在科研上的成果，又直接对教学产生了有力的促进作用。在实习软件中，充分突出了石化流程安全问题的特点，有意识地训练学生安全开车、故障识别、危险排除等能力，有利于将学生培养成合格的石化工程人员。

化工装置仿真操作完成后，有一些工艺生产指标的调节不合理是导致成绩下降的主要原因，比如质量调节，流量调节，液位调节，压力调节，温度控制等。

1.质量调节：

DCS系统常采用灵敏板以及产物的含量和原料的回流利用作为参数，通过蒸汽流量调节系统，改变温度或者流量的大小来控制。当质量超标或者引发安全问题⑩ 时，系统就会发生警报，随着警报时间的延长，扣除的分数也会增加。重新控制至合理范围时，系统会停止减分，会随着合理的调节度和合理时间的延长而逐渐增加分数。

2.压力控制：

在正常的压力情况下，有冷凝器或者蒸汽流量来调节压力，再以温度调节辅之。当压力升高时，应增大冷却水或者减少蒸汽流量使之降低；当压力过低时，则操作与过高时相反，减少冷却水或者增大蒸汽流量已=以升高装置压力。有时候为了保持进出料的压力相对平衡，常采用压力分程控制调节。

3.液位调节：

塔釜或者储液罐的液位由调节塔釜的产品采出量或者进入其中的液体量来控制以维持其恒定，保证生产的操作的安全。液位的高低需要通过观察或者液位计来衡量，操作系统会以标准的液位来判断是否液位超标或者过低，如若超标则需尽快使其回复至正常否则会造成安全事故，仿真中则是报警不断，成绩也不断下降。

4.流量调节：

进料量或者回流量大多采用单回路的流量控制，或者使用调节阀的开度一调节控制。加热介质的流量由灵敏板温度调节控制，温度和流量串级调节，按照装置所需温度来加大或者减少流量。

除此之外，仿真操作对质量的要求中，还有含量的多少，防空，泄夜是否完全也是其中因素。往往最不好操作控制的是温度方面，如果温度控制不好，那么，成绩下降就是肯定的，因为温度的调节与压力，液位，流量等的调节息息相关。升温的快慢也是相当有讲究的。升温过快则会因引起反应失控，慢了则使副反应和逆反应的速度大于正反应速度的时间过长，因而引起反应的产率低，所以，需要我们找到合适的温度升降的速度，以保证产率。有时候超压时可以微开防空阀，使压力降低，以达到安全生产的目的。调节过程中，必须是温度与压力互相辅助调节。在适当温度下，有时候需要改变条件是正反应速度大于逆反应和副反应的速度，使其在安全的前提下快速升温，保证高的产率。

在操作步骤或操作质量栏时，将弹出对这一操作步骤（质量指标）的操作诊断和本步（质量质量）得分情况，操作诊断中将对操作步骤（质量指标）的起始条件和终止条件进行评价，并将错误的列出。如果所诊断的步骤还有子步骤，则在诊断窗口中将其所有子过程全部列出，并且将子过程的起始条件和终止条件的错误也全部列出。主窗口中的操作成绩下实时显示操作步骤及质量的分数，操作步骤总分指的是操作步骤的满分减去进入智能操作指导软件时已操作完毕的过程分数。此分应小于等于100分。

总结：综合以上条件，我们发现，必须在化工仿真操作的过程中多注意，多观察，多请教，互相学习各个装置的调节控制条件和方法，并且对化工生产操作的基本程序，操作要求，操作规范，安全知识等有一定的熟悉和了解，掌握基本技能，才能在计算机仿真操作和化工单元操作过程中的成绩提高，也就能达到操作培训的目的了。

参考文献：

1.李薇 王宏主编.化工单元仿真与单元操作实训，北京：中国石化出版社，2007。

2.肖爱民著，安全系统工程学，北京，科学技术文献出版社，1999。

3.王金波 陈宝志 徐竹云编著，系统安全工程，沈阳：东北大学出版社，1997。

4.周淑霞 刘景良编著，试论石油企业安全文化建设的难点和对策，天津职业大学学报，2001。

5.王自其，赵金恒主编化工事故与应急救援，北京：化学工业出版社，1997。

6.魏少征主编，安全管理基础，北京：中国化工出版社，1998。

7.刘铁民主编，职业安全卫生法规手册，北京：中国经济出版社，2001。

8.谈文化，万载扬等编著，实用电气安全技术，北京：机械工业出版社，1998。

分析化工装置仿真操作完成后成绩下降的原因

系别：石油化学工程系专业：石油化工生产技术班级：

姓名：

学号：

指导老师：

船舶电力系统3相短路故障仿真 第3篇

(上海海事大学物流工程学院，上海 201306)

0 引言

随着船舶向超大型方向发展，其电力系统的复杂程度越来越高，尤其是全电力推进船舶的出现，使船舶电力系统容量和发电机单机容量不断提高.［1-3］船舶电力系统的数字仿真成为其设计、调试和各种故障试验所依赖的一种有效且经济的手段，而船舶电力系统的建模是其系统仿真的基础.

针对船舶电力系统的建模与仿真，国内外均有相当多的研究.王淼等［4］研究全电力推进船舶电力系统的数学模型并进行系统仿真，但没有研究船舶电力系统故障状态下的特性;DIAMANTIS等［5］研究船舶电力推进电机的DTC特性;ARENDT［6］建立的船舶电力系统仿真模型考虑柴油发电机的特性、轴模型、变螺距模型;陆金铭［7］对船舶推进装置进行仿真研究;夏永明［8］介绍的分布式船舶电站多种发电方式联合运行仿真系统构成嵌入式物理-数学仿真;谢卫等［9］对船用多相无刷直流推进电动机进行分析建模与仿真;沈爱弟等［10］根据电力推进系统的特性，对推进电机运动控制、推进系统运行状态控制和船舶电网谐波治理进行研究，设计出内河船舶电力推进系统;刘崇等［11］设计的船舶电力推进试验平台由发电机组、推进变频器、推进电机、负载变频器和负载电机组成，能够模拟船舶电力推进试验，是实物结合软件的模拟仿真;刘昭等［12］设计异步电动机模拟负载能量回馈方式的交流传动试验平台，为港航领域大功率交流传动系统的研制开发提供试验环境，这是硬件实物方式的仿真.本文基于发电机及负载的动态特性，搭建船舶电力系统动态数字仿真平台，并在此基础上对船舶主推进电机3相短路故障进行仿真和分析.

1 船舶电力系统动态数字仿真平台

本文建立的船舶电力系统动态数字仿真平台，其模型中包含同步发电机及其励磁系统子模型、柴油发电机组控制系统子模型、感应电动机子模型和静态负荷子模型等.

1.1 同步发电机建模

船舶电力系统的特性很大程度上取决于同步发电机子系统的特性，船舶大功率发电机组具有频率与电压相互作用的特性及非线性特性.本文的船用同步发电机模型采用凸极发电机，由柴油机驱动.在船舶电力系统动态仿真中，依赖于频率的同步电机模型是基于标准IEEE 2.1同步发电机模型发展起来的，文献［13］给出其数学模型.

1.2 船舶柴油发电机组控制系统建模

建模考虑发电机电压与频率间的相互作用.系统负载变化时，发电机的电枢反应会导致发电机端电压的变化.这一关系用隐极发电机的电压平衡方程式描述为

式中:f为发电机频率;N为发电机绕组匝数;Φm为发电机磁通.由式(1)和(2)可见，发电机频率与端电压之间存在相互关系，在控制中须予以考虑.

船舶柴油发电机组由柴油原动机、发电机、调速器和相复励调压装置组成.船用柴油发电机控制系统结构框图见图1.转速反馈子系统检测发电机的转速，励磁反馈子系统的相复励调压装置检测发电机的端电压和输出电流两个信号.转速控制器控制油门执行器，油门执行器控制柴油机输出相应的机械功驱动发电机旋转，调节有功分量.励磁机接收励磁控制器的信号以控制发电机输出符合要求的电压，调节无功分量.

图1 船用柴油发电机控制系统框图

建模还考虑发电机与柴油机之间的轴转矩模型.所建立的同步发电机组轴转矩模型见图2.

图2 同步发电机组轴转矩模型示意图

柴油原动机转动方程为

联轴器转动方程为

发电机转动方程为

式(3)～(5)中:ωT为原动机转速;ωC为联轴器转速;ωG为发电机转速;ωRef为发电机参考转速;θ1为原动机角位移;θ2为联轴器角位移;θ3为负荷角位移;HT为原动机转动惯量;HC为联轴器转动惯量;HG为发电机转动惯量;D为发电机阻尼系数;D1为原动机与联轴器间的阻尼系数;D2为联轴器与发电机间的阻尼系数;K1为原动机的联轴器间的弹性系数;K2为联轴器与发电机间的弹性系数;TT为原动机转矩;TG为发电机转矩.

1.3 负载模型

船舶电力系统负载包含各种设备，如照明灯、制冷空调、电热器、压缩机、变压器、感应电动机和同步电动机等，因此负荷模型的建立相当复杂.一般将负荷模型分为两大类:静态负荷模型和动态负荷模型.

对于静态负荷模型，任意瞬时的负荷特性是该瞬时母线电压幅值和频率的代数函数.分别考虑静态负荷模型的有功和无功功率分量.对于动态负荷模型，电动机消耗的能量占电力系统总能量的70%～80%，电动机的动态特性常常是系统负荷动态特性的最重要方面.因此，在船舶电力系统建模研究中单独考虑电动机负载.［14-15］

1.4 感应电动机负载模型

感应电动机驱动的负载是船舶电力系统中的主要负载之一，这类负载所占比例很大，其动态特性严重影响电力系统的暂态过程.感应电动机的数学模型也有多种形式，本文仿真建模所用模型是依赖于频率的动态模型，文献［1］给出其数学模型.

1.5 船舶电力系统总体模型

综合以上建模分析，针对某大型全电远洋运输船舶建立船舶电力系统模型结构，见图3.该模型由发电机组、电网与配电屏、动态感应电动机负载及静态负载构成.发电机的输出转速反馈至柴油原动机的调速器.

图3 船舶电力系统模型结构

依据图3在MATLAB/SIMULINK SimpowerSystems环境下建立船舶电力系统仿真平台.该平台考虑船舶电力系统各子系统的特性，特别是发电机和推进器的动态负载特性，还考虑发电机与柴油机轴传动之间的动态特性.此仿真平台中有3台主船舶柴油发电机组和1台应急柴油发电机组，每台发电机组由同步发电机模块、柴油机和控制系统模块构成.船用同步发电机电气参数及标准参数:Pn=3.125×106W，Vn=2400 V，fn=60 Hz;Rs=0.0036(pu)，p=4;Xd=1.56(pu)，Xd'=0.296(pu)，Xd″=0.177(pu)，Xq=1.06(pu)，Xq'=0，Xq″=0.177(pu);Xl=0.052(pu)，Td'=3.7 s，Td″=0.05 s，Tq″=0.05 s.船舶侧推器由感应电机通过蜗轮蜗杆机构驱动，感应电动机电气参数及标准参数:Pn=2200 kW，Vn=3000 V，fn=60 Hz;Rs=0.029 Ω，LIs=0.6 × 10－3H;Rr'=0.022 Ω，LIr=0.6 ×10－3H，Lm=34.6 ×10－3H.船用主推进器由感应电机驱动，电动机电气参数及标准参数:Pn=4 MW，Vn=2400 V，fn=60 Hz;Rs=0.00859 Ω，LIs=0.5178 × 10－3H;Rr'=0.00709 Ω，LIr=0.3753 ×10－3H，Lm=10.822 ×10－3H.

2 主推进器输入电缆3相短路故障仿真

大功率主推进器输入电缆3相短路故障仿真如下:3台发电机组并网稳定运行10.1 s，主推进器在10.1 s时启动，主推进器在10.2 ～10.5 s发生输入电缆3相短路故障，10.4 s时因短路电流过大，3台发电机组的主开关跳闸，停止对电网供电.

主推进器输入电缆3相短路故障时主推进器转速、定子电流变化曲线见图4.

图4 主推进器输入电缆3相短路故障时主推进器转速、定子电流变化曲线

由图4可见，主推进器在10.1 s时启动加速，10.2 s时发生3相短路故障，启动电流大幅减少，转速开始下降;3台发电机组10.4 s时全部跳闸;此后主推进器定子电流变为0，转速在10.6 s时下降至10 r/min，随着时间的推移转速继续下降，最终在11.2 s时变为0.

主推进器输入电缆3相短路故障时，3台发电机组端电压及母线电压变化曲线见图5.

图5 主推进器输入电缆3相短路故障时3台发电机组端电压及母线电压变化曲线

由图5可以看出:10.1 s时大功率主推进器的启动使得3台发电机组端电压及母线电压减小到额定电压的58%，这是由该电力系统仿真平台中4 MW的静态负载所致;10.1～10.2 s因主推进器启动，电压一开始下降较为厉害，随后有小幅增加;10.2 s时因主推进器输入电缆发生3相短路故障，3台发电机组端电压及母线电压进一步减小;因短路电流太大，10.4 s时3台发电机组全部跳闸，此后3台发电机组端电压开始逐步恢复到额定值，而母线电压则变为0.

主推进器输入电缆3相短路故障时，3台发电机组及母线的a相电流变化曲线见图6.

图6 主推进器输入电缆3相短路故障时3台发电机组及母线的a相电流变化曲线

从图6可以发现:10.1 s时因主推进器启动，3台发电机组及母线的a相电流都增加;10.2 s时因主推进器发生3相短路故障，3台发电机组及母线的a相电流进一步增加;因短路电流太大，10.4 s时3台发电机组的主开关跳闸，此后3台发电机组及母线的a相电流全部变为0.

主推进器输入电缆3相短路故障时，3台发电机组转矩功率、励磁电压、端电压、转速和励磁电流曲线见图7.仿真记录的1，2，3号发电机组的柴油机输出功率Pmec，转速、励磁系统反馈电压Vf，端电压Vt，励磁电流ifd都使用标幺值 (pu).

从图7可以看出:10.1 s时因主推进器的启动，3台发电机组输入的Pmec开始增加，Vf上升到饱和值，转速有少量跌落，ifd有所增加;10.2～10.5 s因主推进器输入电缆3相短路故障，3台发电机组输入的Pmec进一步增加至1后波动衰减，Vf保持在饱和值6，转速跌落至98%，ifd增加到饱和值6;10.4 s因短路电流过大，3台发电机组的主开关跳闸，3台发电机组输入的Pmec继续波动并减小为0，Vf保持在饱和值6，转速开始逐步回升到额定值1，ifd开始逐步减小到额定值1.可以看出，3台参数相同的发电机组在主推进器输入电缆3相短路故障发生的整个过程中动态变化趋势基本一样.

3 结束语

根据全电力推进船舶电力系统的数学模型，利用MATLAB/SIMULINK SimpowerSystems建立其动态数字仿真平台，依托此仿真平台对船舶电力系统进行主推进器输入电缆3相短路故障仿真.该数字仿真平台可以对船舶电力系统故障进行有效动态及稳态仿真模拟，为船舶电力系统的设计、测试和故障试验提供一种有效且经济的手段.

［1］施伟锋，许晓彦.船舶电力系统建模与控制［M］.北京:电子工业出版社，2012:23－25.

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［5］DIAMANTIS G，PROUSALIDIS J M.Simulation of a ship propulsion system with DTC driving scheme［C］//Power Electronics，Machines and Drives.Second Int Conf，2004，2:562－567.

［6］ARENDT R.Simulation investigations of ship power systems［C］//Environment and Electrical Engineering.201110th Int Conf，2011:1－4.

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故障仿真装置论文 第4篇

关键词：交直流混合线路,MMC,故障

0 引言

随着大城市负荷密度的不断增加,电网的规模不断扩大,受制于短路容量、电磁环网等问题,城市配电网通常按照高压分区、中压开环的方式运行,导致系统设备利用率降低,可靠性下降。同时,在北京、上海等发达城市中,由于敏感负荷较多,即使短时的供电中断也会带来较大的经济损失,甚至产生严重的社会影响。因此提高城市电网设备的利用率,满足用户高供电可靠性要求是城市电网发展需要解决的问题。

与交流电网相比,柔性直流技术具有灵活、快速和高效的控制能力,既能实现电网互联互供,也能解决短路电流超标等问题。采用柔性直流技术升级现有交流配电网,实现城市配电网分区互联,提高电网可控性和设备利用率,是解决目前城市电网问题的一套崭新方案。

在城市高压电网分区互联的交流联络线上加装背靠背模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC),是本方案的典型应用。与传统交流联络线相比,含柔性直流装置的交直流混合线路在故障时因直流互联装置的快速调节特性,线路两侧测量点的故障特征将发生变化,从而将对现有交流线路的继电保护动作行为产生影响。

现有研究[1,2,3,4,5,6,7,8]集中在交直流混联系统中相对独立的交流系统和直流系统的故障分析,直流系统与交流系统之间有交互,但二者的测量是独立的,而本文研究含有直流装置的交直流混合线路的故障分析,其中直流装置是交直流混合线路不可分割的一部分,线路测量点不能区分是交流侧故障还是直流装置故障。

本文通过采用PSCAD/EMTDC仿真软件建立含背靠背直流装置的交直流混合线路模型,考虑直流装置快速调节作用对线路故障的影响,分析线路上交流侧故障和直流故障时测量点的故障特征,为现有交流线路保护的升级改造奠定理论基础。

1 含背靠背直流装置的交直流混合线路

本文所指含背靠背直流装置的交直流混合线路是指在纯交流线路中间增加了无直流线路的直流装置,并且直流装置两侧无换流变压器的线路,见图1。

本文中的直流装置采用MMC型[1,6,8],其控制由内环电流控制器、外环功率/直流电压调节器两环节组成。内环电流控制器实现MMC交流侧电流波形和相位的直接控制,以快速跟踪参考电流;外环控制器根据有功功率、无功功率以及直流电压等指令值,计算内环电流控制器的d轴和q轴电流分量的指令值。

2 仿真研究

2.1 仿真系统

仿真系统见图1。其中,交流线路总长度为120km,两侧交流系统的电压等级为220k V、频率为50Hz,具体参数见表1;直流系统基准有功功率为200MW,直流系统基准无功功率为0Mvar,直流电压为200k V,其他参数见表2;直流控制系统参数见表3[6,8]。

为对故障特征进行分析,论文通过PSCAD仿真软件搭建了上述含有背靠背MMC直流装置的220k V交直流线路仿真模型。

2.2 交流侧故障仿真

图1中M侧的交流线路接直流装置整流侧,N侧接直流装置逆变侧。正常运行时,直流电压维持在400k V;M侧往N侧输送的有功功率为200MW,考虑传输损耗,N侧从M侧吸收的有功功率维持在194MW;M侧和N侧测量点的交流电压基本稳定,相电压幅值为175.6k V。

若交流线路距M侧12km的k2点在0.04s发生A相接地故障,故障发生后M侧故障相电压下降,电流急剧增大;非故障相电压基本不变,电流变化不明显,见图2和图3。故障发生后N侧三相电压保持不变,但是三相电流都明显减小且基本相等,见图4和图5。从图4和图5中可看出,接直流装置整流侧的交流线路发生故障时,逆变侧交流线路感受到的故障特征和纯交流线路故障时存在明细差异。

同单相接地故障仿真研究相同,论文分别对两相故障和三相故障以及接直流装置逆变侧的交流线路上不同类型的短路故障进行了仿真研究,线路两侧测量点MN处的仿真结果见表4。其中,表中所示的有效值为故障发生两个周波后的电压和电流值;k4点距离母线N侧48km。由表4可见,当k4处故障发生后,M侧测得的三相电压、电流和正常运行时基本相同,无明显差别。而N侧测得的故障相电压下降,电流急剧增大。综上可看出:含背靠背直流装置的交直流混合线路交流侧发生故障时,一侧测量点的故障特征和纯交流线路时相同,另一侧测量点的故障特征与系统正常运行时基本一致。

2.3 直流装置故障仿真

若直流装置k3处在0.04s发生单极故障,M侧测量点的电压和电流的波形见图6和图7。故障后,M侧测量点测得的电压减小;电流增大且呈平顶波形。单极故障时,由于直流装置中IGBT元件关断导致MMC换流器子模块闭锁,此时只能通过二极管形成回路,因此,M侧测量点电流波形呈平顶正弦波,具有单边特性。

若直流装置k3处在0.04s发生双极故障,测量点M和N处测得的电压和电流的有效值见表5。当双极故障发生后,M侧测量点的三相相电压有效值下降到92.4k V,电流有效值上升到1.48k A;N侧测量点三相相电压有效值下降到92.5k V,电流下降到1.47k A。其特征与纯交流线路对称故障时相同。

2.4 故障特征分析

对含背靠背直流装置的交直流混合线路上不同位置发生不同类型短路故障进行仿真研究,可得图8和图9所示的M侧测量点处测得的基波电压和电流的有效值。随着故障点到测量点M处距离的增大,M侧测量点测得的故障相基波电流逐渐减小,电压逐渐增大,故障特征和纯交流线路时类似;直流装置故障时,双极故障时M侧测量点测得的基波电流比单极故障时大,电压比单极故障时小;当接入直流装置逆变侧的交流线路发生故障时,由于直流装置的故障隔离能力,M侧测量点的故障相电压和电流基本不变。

3 结语

本文对含背靠背直流装置的交流线路故障进行了仿真研究,得到如下结论:

1)当交直流混合线路交流侧故障时,线路一端电压电流保持不变,而另一端电气量与纯交流线路故障时特征相同。当整流侧交流线路发生故障时,整流侧交流线路的故障相故障特征与纯交流线路时基本一致,但非故障相为满足设定的功率传输要求,在直流装置的调节作用下,电流将增大;而当逆变侧交流线路发生故障时,因直流装置的故障隔离能力,整流侧的电压和电流基本保持不变。

2)当交直流混合线路直流装置发生单极故障时,受直流装置控制策略的影响,直流装置将闭锁,交流侧电气量将呈现单边特性。

3)当交直流混合线路直流装置发生双极故障时,线路两端测量点感受到的故障特征与纯交流线路发生对称故障时特征相同。

4)受背靠背直流装置控制系统调节快速性的影响,交直流混联线路的故障特征将发生变化,并且故障类型增多,将会影响现有交流线路保护动作。

参考文献

[1]马世强,余利霞,郑连清.MMC-HVDC交流侧不对称故障特性分析与保护策略[J].华北电力大学学报,2015,42(6):35-42,63.MA Shiqiang,YU Lixia,ZHENG Lianqing.Characteristics analysis of MMC-HVDC AC asymmetric fault and protection strategy[J].Journal of North China Electric Power University,2015,42(6):35-42,63.

[2]朱韬析,武诚,王超.交流系统故障对直流输电系统的影响及改进建议[J].电力系统自动化,2009,33(1):93-98.ZHU Taoxi,WU Cheng,WANG Chao.Influence of AC system fault on HVDC and system improvement suggestions[J].Automation of Electric Power Systems,2009,33(1):93-98.

[3]贠飞龙,刘崇茹,李越,等.含直流馈入的交流系统故障分析模型[J].电力系统自动化,2015,39(22):124-130.YUN Feilong,LIU Chongru,LI Yue,et al.Model of AC system fault analysis with DC infeed[J].Automation of Electric Power Systems,2015,39(22):124-130.

[4]马玉龙,肖湘宁,姜旭.交流系统接地故障对HVDC的影响分析[J].中国电机工程学报,2006,26(11):144-149.MA Yulong,XIAO Xiangning,JIANG Xu.Analysis of the impact of AC system single-phase earth fault on HVDC[J].Proceedings of the CSEE,2006,26(11):144-149.

[5]索南加乐,张健康,焦在滨,等.交直流混联电网交流系统故障特征分析[J].高电压技术,2010,36(6):1461-1467.SUONAN Jiale,ZHANG Jiankang,JIAO Zaibin,et al.AC Fault Characteristic Analysis of AC-DC Hybrid Transmission Grid[J].High Voltage Engineering,2010,36(6):1461-1467.

[6]赵成勇,李探,俞露杰,等.MMC-HVDC直流单极接地故障分析与换流站故障恢复策略[J].中国电机工程学报,2014,34(21):3518-3526.ZHAO Chengyong,LI Tan,YU Lujie,et al.DC poleto-ground fault characteristic analysis and converter fault recovery strategy of MMC-HVDC[J].Proceedings of the CSEE,2014,34(21):3518-3526.

[7]王姗姗,周孝信,汤广福,等.模块化多电平换流器HVDC直流双极短路子模块过电流分析[J].中国电机工程学报,2011,31(1):1-7.WANG Shanshan,ZHOU Xiaoxin,TANG Guangfu,et.al.Analysis of submodule overcurrent caused by DC pole fault in modular multilevel converter HVDC system[J].Proceedings of the CSEE,2011,31(1):1-7

故障仿真装置论文 第5篇

在激烈的市场竞争年代, 缩短产品的开发设计周期, 增加产品设计的弹性, 成为每个公司努力追求的目标, 这其中, 计算机辅助设计扮演者很重要的角色, Solidworks就是目前非常受欢迎的三维设计软件[1]。

1 驱动装置的三维建模

Solidworks软件建立机械三维装配体模型方法有两种: (1) 先建立零件, 然后使用配合技术对各构成零件进行组装建立装配体, 即自底向上的装配体建模技术; (2) 直接在装配体模型中根据零件特征和尺寸关联建立起各个构成零件, 即自顶向下的建模技术。这里采用前一种方法, 利用S o l i d w o r k s提供的智能配合技术 (Smartmate) 快速建立系统的装配体模型。

驱动装置的初步设计方案确定后, 利用利用Solidworks进行产品零件建模设计。打开设计软件, 新建零件图, 单击基准面插入草图, 利用草图绘制零件的主要特征, 利用特征工具栏, 通过拉伸、旋转、切除等操作生成三维零件实体。新建装配体文件, 将三维零件实体组装成各级部件, 再新建驱动装置的整机装配文件, 装入底座、减速机、联轴器、电动机、制动器、中间架体、上架体、驱动轮、轴及轴承等, 选用合理的配合关系, 生成整机三维实体模型。某型号架空成人装置的驱动装置的三维实体模型如图1时。

对组装后的驱动装置进行静态干涉检查。点干涉检查按钮, Solidworks软件能分析出干涉部分, 并标记干涉区域, 显示干涉区域的长、宽、高数值, 方便设计者更改零件尺寸消除静态干涉。出现干涉后, 右击打开需要更改设计的零件即可进行修改, 更改完毕后, 点击保存, Solidworks软件能自动更新驱动装置中插入的零件实体, 完成自动更新三维实体。

2 驱动装置的运动仿真

驱动装置的三维建模完成以后, 利用模拟工具条为装配体添加相应的驱动单元, 因为动力远见为电机, 所以选择选转马达, 设定电机的旋转转速, 单击模拟按钮进行计算模拟。计算模拟后即可出现驱动装置的运动仿真模型。通过运动仿真可以使用户在设计初期更好的了解驱动装置, 以便提出相应的要求。

运动仿真的一个重要内容就是进行零件之间的干涉检查, 通过运动仿真发现零件存在干涉后, 可以直接在装配体环境下修改发生干涉的零件, 而且装配体零件中的修改可以直接反映在零件模型上, 实现模型动态交互更新。

3 结语

运用Solidworks软件对驱动装置的三维建模及运动仿真, 能在设计阶段直观的对驱动装置进行干涉检查、配合关系检查调整, 这样能较少样机试制阶段的图纸废品, 可以大大缩短设计开发周期, 降低产品成本。而且为今后新产品的开发创新建立了基础模型。

参考文献

[1]吴权威.Solid Works2003中文版务实[M].北京:科学出版社, 2004.

逆螺旋装置的运动仿真分析 第6篇

在机械设计中经常需要将直线运动转换为摆动运动,其典型的转换装置有齿轮齿条机构和曲柄滑块机构等。逆螺旋装置是一种具有广泛应用前景的新型传动机构,它不但能将直线运动转化为摆动运动,而且具有体积小,重量轻,效率高,单位重量下输出扭矩大等优点。分析逆螺旋传动装置中有关部件的运动关系,并绘制出其运动曲线对于逆螺旋装置的理论分析和设计都有着极其重要的意义。

1 逆螺旋装置工作原理及传动要求

逆螺旋装置工作原理如图1所示,丝杆轴在结构内腔进行直线运动时,由于受到滚珠花键副的作用,不会有绕轴线的旋转运动,但螺旋套在滚珠直线副的作用下,将发生绕轴线的旋转运动。由于受到止推副的止推作用,丝杆轴的推力和直线运动将不会直接传递到螺旋套,从而实现将轴的直线运动转化为螺旋套的旋转运动,将丝杆轴推力转化为螺旋套的输出扭矩,完成该机构的功能。

设计参数要求:

1)螺旋套摆动频率为:5-20Hz;

2)螺旋套振幅:±20°;

3)最大转矩(平动+变动)30KNM;

4)螺旋套摆动应是匀速或匀加速运动,逆螺旋在传动过程中,钢球应能正常滚动。

2 逆螺旋装置的三维建模

在常用的逆螺旋装置中丝杆上的滚道都采用了直线和螺旋线滚道,但在此高频率、高压力情况下极易造成钢球之间的相互挤压而引起机构的破坏,在此采用在轴上设置与钢球匹配的球形凹坑避免钢球之间的挤压。

根据设计要求确定螺旋线导程508.94mm,分度圆直径162mm。

三维软件SolidWorks是一款基于特征造型的CAD软件,通过它可以很容易地建立各个零部件的实体。

3 逆螺旋装置模型的虚拟装配

虚拟装配是一种零件模型按约束关系进行重新定位的过程,是有效分析产品设计合理性的一种手段,是根据产品设计的形状特性、精度特性,真实地模拟产品三维装配过程,并允许用户以交互方式控制产品的三维真实模拟装配过程,以检验产品的可装配性。

通过Solid Works的装配功能将各个零部件装配在一起,同时添加必要扣件,如图2所示。

4 运动仿真

在SOLIDWorks中打开轴向逆螺旋装置的装配图,在SOLIDWorks主菜单“工具”中选择“插件”,选中“COSMOSMotion”选项,激活COSMOSMotion插件,就可应用它进行运动分析。

4.1 添加约束和材料属性

COSMOSMotion共有旋转副、平面副、圆柱副、万向节、球副、固定约束和移动副。首先应根据逆螺旋装置的实际情况添加适当的约束副。一般来说,在进入COSMOSMotion界面时,系统会自动地将SOLIDWorks中的装配关系转化成约束关系,根据需要进行适当修改就可,而不必重新进行定义约束。如果在装配体中定义的装配关系比较切合实际,甚至不需要进行任何修改,直接根据实际情况定义主运动副。然后屏蔽对运动仿真有影响的约束。有的约束条件在添加时是为了得到各零部件的初始位置,会约束机构的运行,影响仿真。因此,在执行仿真前,要对这些约束进行压缩,使其在执行仿真时暂时不起作用。

设定轴、钢球、螺旋套、直套材料为合金钢,其余材料为普通碳钢。

4.2 添加碰撞

螺旋套的摆动是轴的直线运动,通过轴与钢球、钢球与螺旋套的碰撞,使螺旋套产生摆动的,故要设置轴与钢球、钢球与螺旋套之间3D碰撞。

刚度指每单位穿透深度所产生的力,此处为钢对钢,取100000N/mm;

指数e是非线性刚度力指数,是接触力原理方程F接触=KXe中的因子,一般可以取1.2~2.2,在此取2.2;

最大阻尼是指接触边界的最大阻尼系数F阻尼=CVn,C为阻尼系数,此处取10newtonsec/mm;

惩罚深度是指碰撞时接触边界的穿透深度,此处取0.1mm。

4.3 添加负荷

螺旋套在摆动时将受到强阻力,设定螺旋套上的阻力矩30KNm。

4.4 设定初始运动

因螺旋套需要的是一个摆动,故轴应该做直线往复运动,考虑到运行频率高(按最高20Hz考虑),确定初始运动件轴的直线往复运动行程100mm。根据螺旋套要求摆动的频率和螺旋线的导程及行程计算出轴的直线运动速度应达到2000mm/sec,在此,我们只做一个螺旋套摆动周期0.05秒,轴将在0.025秒时反向,将轴运动的时间和速度按格式编辑成一个txt文件(文档分两列,左边一列为时间,右边一列为轴的速度),再导入COSMOSMotion作为轴的运动规律。

5 仿真分析

执行仿真,仿真时间100mm/(2000mm/sec)=0.05sec。经仿真后,得到各部件的运动图谱。

5.1 轴运动分析

通过仿真图谱(如图3所示)可看出,轴在一个周期中的往复直线运动,速度2000mm/sec,同时有轻微的摆动,在0.025秒时和轴在换向时摆动速度较大。

5.2 螺旋套运动分析

螺旋套摆动的理论角速度为:

通过仿真可看出螺旋套输出匀速的摆动(如图4.a所示),角速度约1440°/sec。

螺旋套理论摆动幅度为:

通过仿真图谱(如图4.b所示)看出螺旋套的摆动角度为-6°到-41°,摆动幅度为35°。

可以看出仿真得到角速度和摆动幅度与理论计算值存在误差,是因钢球和滚道的变形造成的;通过仿真还可看到在0.025秒时角加速度有一个急剧的变化(如图4.c所示),是因为螺旋套在0.025秒时摆动方向的改变,与实际情况相符。这些为以后的结构设计提供了重要参考依据。

5.3 钢球运动分析

在传动过程中,如果钢球不转动,极易造成钢球及滚道的破坏。通过仿真图谱可以看到在传动过程中钢球在三个坐标方向都有滚动(如图5所示),能达到运动的要求。

6 结束语

本文根据逆螺旋装置的设计要求,应用SOLID-works软件制作了逆螺旋装置主要零件的实体模型,并完成虚拟装配,最后利用COSMOSMotion软件进行了运动仿真。该方法不仅直观、形象地再现了逆螺旋装置的工作过程,而且运动仿真分析能有效验证该逆螺旋装置的设计是否达到传动要求,为后续设计工作提供了技术保障,对进一步优化这一新型逆螺旋装置的结构设计提供了方便有效的途径。

摘要：本文以逆螺旋装置为研究对象,根据其传动设计要求,应用SOLIDworks软件进行实体建模,并完成虚拟装配,最后利用COSMOSMotion软件进行了运动仿真。该方法不仅直观、形象地再现了逆螺旋装置的工作过程,而且运动仿真分析能有效验证该逆螺旋装置的设计是否达到传动要求,为后续设计工作提供了技术保障,对进一步优化这一新型逆螺旋装置的结构设计提供了方便有效的途径。

关键词：逆螺旋装置,运动仿真,SOLIDWorks,COSMOSMotion

参考文献

[1]张晋西.SOLIDWorks及COSMOSMotion机械仿真设计[M].北京:清华大学出版社,2007.

[2]SOLIDWorks机械设计院.Solidworks 2007高级设计[M].北京:人民邮电出版社,2008.

[3]周阳,李润方,林腾蛟,粱锡昌.机器人关节逆螺旋装置虚拟装配及运动学仿真[J].重庆:重庆大学学报,2003,(11):16-19

故障仿真装置论文 第7篇

关键词：有限元分析,磁场,仿真

1 引言

电磁场数值计算主要采用有限元法、边界元法和有限差分法。其中, 有限元法是最有效的, 也是目前应用最广泛的。随着电子计算机的迅猛发展, 目前正逐步形成以电磁场数值计算方法为基础的计算机仿真计算方法。计算机仿真就是借助计算机, 用系统模型对真实系统或者设想的系统进行实验的一门综合性技术。计算机仿真不能完全代替实验, 却可以逼近实验结果, 指导科研过程。

Ansoft是近年来进入国内的基于有限元法的场分析计算仿真软件。它以电磁技术为核心, 基于麦克斯韦微分方程, 采用有限元离散形式, 将工程中的电磁场计算转换为庞大的矩阵求解。使用该软件不仅可以进行静态场分析, 还可以进行瞬态场分析, 具有简单、易用、直观等优点。

2 电磁装置仿真分析

本文以试验器设备中的电磁装置为研究对象, 采用Ansoft软件进行仿真建模, 对电磁装置进行磁场分析。

2.1 Ansoft仿真分析

Ansoft是一种专门用于电磁场仿真计算与分析的软件, 为电磁场研究人员提供了功能强大的电磁场仿真分析的工具。使用Ansoft软件进行仿真分析的具体步骤如下:

(1) 创建项目

建立新的项目文件后, 定义分析类型, 选择相对应的场求解器。

(2) 创建几何模型

根据结构尺寸, 采用相应的绘图指令, 建立结构的几何模型, 并对各组件进行定义。

(3) 材料定义及分配

根据需要, 进行材料定义, 并对几何模型中的各部分组件指定相对应的材料属性。

(4) 激励源与边界条件定义及加载。

(5) 其他参数求解设置

若需要计算除磁场参数之外其他的物理参数或工程参数, 如电磁力、转矩、电感、电容、电磁场能量、损耗等, 需事先设置计算这些参数。

(6) 求解方式参数设置

求解方式参数设置包括网格剖分设置和求解器残差设置。

(7) 后处理。

查看所需场图分布, 对相关参数进行计算与分析。

2.2 电磁装置仿真计算

试验设备中电磁装置采用永磁体为试验器提供恒定的磁场。其中永磁体材料选用被称为“磁能王”的稀土永磁材料——钕铁硼, 它是目前已发现的磁性能最强的永磁材料。

电磁装置由两块结构相同的钕铁硼永磁体及其固定支架组成, 两固定支架之间是试验所需的20mm工作气隙。

为了使计算结果更贴合实际, 本文使用Ansoft软件的Maxwell3D模块对电磁装置进行建模仿真, 电磁装置的三维模型图如图1所示。

建立模型后, 对所建立模型设置材料属性。模型中固定支架材料为玻璃, 永磁体材料为钕铁硼N42SH, 其他求解区域材料属性设定为空气。

所建模型的磁场边界条件自动满足无限远边界条件。由于模型结构相对简单, 网格剖分方式可设定为自适应网格剖分。之后, 将求解器的相关参数设定完成后即可进行仿真计算。

2.3后处理与结果分析

仿真计算完成后, 根据需要绘制所需要的场分布图。使用软件的后处理功能, 给出整个工作气隙内磁感应强度的磁感应强度矢量分布图, 如图2所示。

从图2中可以看出, 由于存在端部效应, 在永磁体边界部位, 磁感应强度的矢量方向有些发散, 但在工作气隙内的磁场分布比较均匀, 满足试验要求。

结语

本文采用Ansoft软件的Maxwell 3D模块建立了试验设备中电磁装置的三维仿真模型, 完成了对电磁装置的磁场仿真计算与分析。仿真结果准确反映了电磁装置的磁场分布。

将Ansoft软件应用于电磁装置的磁场计算, 不仅可以将抽象复杂的电磁场数值计算变得简单、直观、方便、灵活, 还可以将仿真计算结果用于指导电磁装置的设计, 以缩短其开发周期, 减少开发成本。

参考文献

[1]刘国强.Ansoft工程电磁场有限元分析[M].北京:电子工业出版社, 2005.

[2]赵博.Ansoft12在工程电磁场中的应用[M].北京:中国水利水电出版社, 2010.

故障仿真装置论文 第8篇

小麦和玉米是华北一年两熟区的主要粮食作物, 6月份小麦收获后播种玉米,10月份玉米收获后播种小麦,作物产量高、秸秆量大,耕地休闲期短。进行免耕作业时,由于大量秸秆的存在,必须采用合适的防堵装置［1 － 5］对秸秆进行处理,才能保证开沟器顺利通过而避免堵塞。目前,免耕防堵装置主要有被动式防堵装置和动力驱动式防堵装置两种。被动式防堵装置主要用于处理秸秆量比较小的地块,典型的有免耕播种机弹齿式防堵装置［6］、少耕覆盖播种机［7］、多梁式高地隙小麦免耕播种机［8］及齿轮拨草型免耕覆盖精播机［9］; 动力驱动式防堵装置主要用于处理秸秆量较大的地块,如动力甩刀式免耕播种机［10］、免耕播种机组合型锯切防堵装置［11］、带状粉碎免耕播种机［12］及斜置驱动圆盘免耕防堵装置［13］等。被动式防堵装置结构简单,但防堵能力有限; 动力驱动式防堵装置防堵能力强,但刀轴转速高,机器振动噪音大,安全性能差。

滑板压秆旋切式防堵装置［14 － 15］是结合被动式防堵装置和动力驱动式防堵装置的优点开发的一种新型的防堵装置。该装置采用支撑切割方式切断秸秆,刀具切割速度小、功耗低。为探讨该装置各组成部件运动规律,采用Creo Parametric软件对滑板压秆旋切式防堵装置关键部件进行三维建模,并采用Creo Par- ametric软件的机构模块进行运动仿真分析; 在检测装置是否干涉的同时,可以直观、形象地观测和分析各部件运动,为进一步优化装置参数提供理论参考。

1结构及工作原理

滑板压秆旋切式防堵装置主要由机架、齿轮箱、 三点悬挂、旋转轴、旋切平面刀、滑板、刀辊、固定座、 转动块和弹簧限位杆等组成,如图1所示。

1 ． 三点悬挂装置 2 ． 机架 3 ． 旋转轴 4 ． 滑板5 ． 旋切平面刀 6 ． 秸秆 7 ． 刀辊 8 ． 土壤表面9 ． 弹簧限位杆 10 ． 转动块 11 ． 固定座 12 ． 齿轮箱

工作原理是: 旋切平面刀高速旋转至秸秆处时切割秸秆,此时滑板压住秸秆,形成有支撑切割。切割完成后,旋切平面刀继续旋转,此时由于滑板有向下压的作用,秸秆无法随旋切平面刀向后上方飞溅,但存在向后上方运动的趋势; 在秸秆重力作用下,秸秆慢慢回落至地面,然后沿滑板与土壤之间的空隙流向后方。该装置的关键部件是旋切平面刀和滑板。

2运动仿真及结果分析

采用Creo Parametric对滑板压秆旋切式防堵装置进行三维实体模型,然后导入机构模块中进行运动仿真,能够检测出各部件之间是否存在干涉,并可通过模拟关键部件的运动,研究关键部件上作用点的运动轨迹及在不同时刻的位置、速度、加速度等参数。在Creo Parametric中进行运动仿真流程如图2所示。

2. 1几何建模

根据滑板压秆旋切式防堵装置各部分具体结构尺寸,按照1: 1的比例分别用Creo Parametric建立三维实体部件图,然后根据各部件之间连接关系进行装配,如图3所示。

保护性耕作要求尽量减少耕作,因此选择旋切平面刀作为秸秆切割部件。旋切平面刀切削面结构采用阿基米德螺旋线。旋切平面刀侧切刃曲线的极坐标方程为

式中Rn—旋切平面刀任意点回转半径( mm) ;

R0—侧切刃起点的回转半径( mm) ;

k—极角每增加1rad回转半径的增量(mm);

θ—侧切刃上任意点的极角(rad);

θmax—最大回转半径对应的极角(rad);

θmin—最小回转半径对应的极角(rad)。

正切刃曲线方程为

式中R1—侧切刃最大回转半径( mm) ;

φ —正切刃上任意点的极角( rad) ;

φmax—正切刃上最大回转半径对应的极角( rad) ;

β —弯折角( rad) 。

根据田间试验条件,选择旋切平面刀的回转半径为225mm,由公式( 1) 和公式( 2 ) 建立旋切平面刀模型。

滑板由弧形板和平面板两部分组成。其中,滑板几何参数包括弧形板与水平面夹角、平板长度、滑板厚度和宽度等,根据小麦播种行距及与旋切平面刀相对位置等条件确定。

2. 2运动建模

将滑板压秆旋切式防堵装置三维实体模型导入Creo Parametric机构模块中。 在Creo Parametric机构模块中对旋切平面刀的运动仿真主要通过以下几个步骤进行: 1单击齿轮,分别建立齿轮箱输入轴与输出轴、齿轮箱输出轴与刀轴之间的啮合关系,为使运动结构简单,此处设置各齿轮齿数相同。2单击伺服电动机,选取齿轮箱输入轴为运动轴,定义电动机转速为320r /min,即旋切平面刀的旋转速度。3单击机构分析,对旋切平面刀进行运动分析,类型选择运动学,设定好运行时间点击运行即可看到旋切平面刀的运动过程,并保存运行结果。4单击回放,选择碰撞检测设置的全局碰撞检测,并选择碰撞时铃声警告和碰撞时停止动画回放,点击确定并运行即可检测部件之间是否存在干涉。若存在干涉,可根据提示对装置结构进行改善,直至干涉完全消除。5在保证装置各部件之间无干涉的基础上,单击生成分析的测量结果,选择装置任意点可对该点进行位置、速度、加速度等信息的测量并输出分析结果。

2. 3结果分析

1) 干涉检测过程中,没有发出铃声警告,且没有停止动画回放,表明该装置各部件之间不存在干涉, 结构设置合理。

2) 对旋切平面刀的端点进行测量得到其3s内的速度- 时间、速度x方向- 时间、速度y方向- 时间、 加速度- 时间、加速度x方向- 时间和加速度y方向- 时间的特性曲线,如图4 ~ 图9所示。

由图4 ~ 图6可以看出: 旋切平面刀端点速度在方向、y方向的分量与时间呈正弦分布,而总速度为恒定值。由图7 ~ 图9可以看出: 旋切平面刀端点加速度在x方向、y方向的分量也与时间呈正弦分布,其加速度为恒定值。对旋转部件的理论分析可知,以上结果是合理的。通过Creo Parametric进行运动分析,可以检测出研究对象之间是否存在干涉,而且能够直观形象地获得研究对象的运动参数和变化趋势,为研究对象的设计提供理论依据。

3结论

1) 对滑板压秆旋切式防堵装置进行设计,并根据旋切平面刀和滑板的几何参数,利用Creo Paramet- ric软件建立了滑板压秆旋切式防堵装置三维几何模型。

2) 应用Creo Parametric软件的机构模块对滑板压秆旋切式防堵装置进行运动仿真,干涉分析结果表明: 各部件之间不存在干涉,结构设置合理。

论油田密闭空间仿真演练装置的应用 第9篇

关键词：密闭空间,演练,救援

1 仿真演练装置设计目的

根据国家安全生产监督管理总局统计, 密闭空间作业事故中死亡人员有50%是救援人员。作业、监护人员由于缺乏密闭空间基本应急常识, 没有较强的自救互救能力, 从而导致事故状态下不能实施科学有效的救援, 盲目进行施救, 使伤亡进一步扩大。

利用油田现有场地, 废旧水罐、油 (气) 罐、营房等开展技术改造。通过密闭空间演练装置对救援人员进行技能培训和实战演练, 使救援人员在密闭空间自救以及施救过程中进行科学化规范化的操作, 用最科学最安全有效的方法完成自救、施救, 从而减少人员伤亡。

2 仿真演练装置功能及分类

本文从废弃水罐、废弃营房、废弃油 (气) 储罐、窨井、输油管道刺漏5个方面入手, 设计出水罐仿真演练装置、营房仿真演练装置、罐车仿真演练装置、窨井演练装置、输油管道刺漏5个仿真演练装置, 统一设置在训练场, 集中演练, 贴近实战。下面以水罐仿真演练装置和营房仿真演练装置为例介绍。

2.1 水罐仿真演练装置

对废弃水罐进行设计改造, 罐体外左边设计供作业 (训练) 人员上下的爬梯一个;对罐体上方周围加装护栏, 设计人孔1个, 以避免作业 (训练) 人员伤害;在罐体外右侧设计一个应急门 (日常供设计演练场景出入使用、应急状态下保持全封闭状态) ;罐体内部设计倒计时报警系统和声光报警系统、视频监控系统、遥控式毒气模拟系统。使其具备密闭空间救援演练和人员中毒搜救功能。

2.2 营房仿真演练装置

对废旧营房进行改造, 营房内高架床1张、倒计时报警系统和声光报警系统、视频监控系统、遥控式毒气模拟系统和发烟装置1套。营房内设置诸如屏风模式的格挡6个, 以此增加进入现场和搜救人员的难度。最终具备密闭空间着火 (窒息) 、有毒有害气体逸散、人员中毒演练功能。

3 仿真演练装置信息化配置

3.1 视频监控系统

仿真演练装置内安装的视频监控系统, 其构成包括计算机系统、wifi无线传输系统、音响系统和专业的机柜操控系统几部分。装置的前部、尾部、顶部分别安装了一台百万高清的红外网络摄像机, 内置云台, 全方位涵盖装置内所有可视部位, 相关人员操控计算机可看清楚装置内的每一寸空间。

3.2 倒计时声光报警系统

数控倒计时开关和声光报警器构成了倒计时声光报警系统, 一旦触控启动按钮, 声光报警器便自动开启。

3.3 遥控式毒气环境模拟系统

遥控式毒气环境模拟系统, 由造雾系统和遥控系统构成。

4 仿真演练装置应用效果

(1) 通过仿真模拟装置把地下的密闭空间环境移植到地上, 使救援人员更直观地体验密闭空间环境, 采用先进技术进行实战化训练。

(2) 利用软件服务和相关硬件设备配套使用, 实现综合性的、多功能的密闭空间作业安全演练培训。

(3) 在非可视环境的密闭空间内应用先进的无线视频监控系统, 极大增强了培训演练的直观性, 通过实时在线指导, 一方面纠正了救援人员的不规范操作, 另外还为考核训练效果提供了方法和手段。

(4) 在不同的密闭空间模拟环境中应用遥控式毒气环境模拟系统, 设置各种类型的异常状况, 达到逼真、以可视代替非可视的效果。

(5) 在不同的密闭空间模拟环境中应用声光报警系统, 声光报警采用倒计时的方式, 可以督促救援人员加快救援时间。

(6) 制作真人操作视频教程, 通过真人实际操作的方式对密闭空间内作业、逃生救援等环节逐一呈现, 教会密闭空间作业人员和救援规范操作, 为密闭空间作业人员培训演练提供了科学、有效、直观、易懂的手段和方法。

参考文献

[1]黄郑华, 李建华, 周杰, 边成.密闭空间作业事故预防与应急救援措施研究[J].石油化工安全环保技术, 2010年05期.