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关键词:
排气歧管; 断裂; 流固耦合; 台架试验; 热辐射; 热强度; 塑性应变
中图分类号: U464.134;U467.494;TB115.1
文献标志码: B
Fluid-structure coupling simulation and experiment for engine exhaust manifold
YANG Huaigang1, LIU Chang2 , ZHANG Weizheng2,
HU Tiegang1, ZHAN Zhangsong1
(1. Powertrain Research Institute, Chongqing Chang’an Automobile Stock Co., Ltd., Chongqing 401120, China;
2. School of Mechanics and Vehicle, Beijing Institute of Technology, Beijing 100081, China)
Abstract: As to the fracture of engine exhaust manifold, the thermal load on an engine exhaust manifold is analyzed by fluid-structure coupling analysis, and the temperature filed and strain is measured by bench test. Considering thermal radiation and material nonlinearity, the internal flow field CFD model, heat transfer model and finite element model are built, and the temperature field, stress field, plastic strain contour and so on are obtained by the analysis. The simulation results are in good agreement with the test results. The simulation results indicate that the maximum temperature locates on the confluence of exhaust manifold, and the location of maximum plastic strain matches the fracture zone measured by the test.
Key words: exhaust manifold; fracture; fluid-structure coupling; bench test; thermal radiation; thermal strength; plastic strain
0 引 言
随着发动机性能的不断提高,其关键零部件的热负荷也不断增加.[1]排气歧管是发动机的主要受热件之一,其与高速、高温废气直接接触,工作环境恶劣,热负荷大,而且导致排气歧管开裂的故障失效越来越多,严重影响发动机的安全性和可靠性.[2-4]排气歧管断裂位置示意见图1.
图 1 排气歧管断裂位置示意
Fig.1 Exhaust manifold fracture location
本文采用流固耦合方法对发动机排气歧管的热负荷进行分析,计算中考虑热辐射以及材料非线性,并在台架试验中测量排气歧管的温度场和应变.排气歧管流固耦合分析流程见图2.
图 2 流固耦合分析流程
Fig.2 Process of fluid-structure coupling simulation
首先用三维CFD软件Fire计算排气歧管的瞬态内流场,计算出内壁面的瞬态对流传热系数和环境温度,用时间平均的方法得到排气歧管内壁面的稳态对流传热系数和环境温度;在得到排气歧管内壁面的稳态对流传热系数和环境温度后,利用热仿真软件Radtherm同时考虑导热、对流、辐射换热,得到排气歧管内壁面节点温度;最后将内壁面节点温度映射到有限元软件Abaqus中,计算排气歧管的温度场和热应力.与此同时,在实机台架上测量排气歧管的温度场和应变.
1 仿真模型的建立
1.1 排气歧管内流场CFD模型
模拟台架流场情况:排气歧管内流场瞬态控制方程采用可压缩N-S方程,湍流模型采用标准k-ε模型,壁面按标准壁面函数处理,催化器采用多孔介质模型处理.流动与传热控制方程的通用形式[5-6]为
式中:ρ为密度;φ为通用变量,如速度和温度等;t为时间;
U为流体的速度矢量;Γφ为广义扩散系数;Sφ为广义源项.
由发动机一维热力学软件GT-Power计算给出进出口边界条件(曲轴转角为0~1 440°),其余为壁面边界条件.排气歧管内流场CFD网格模型见图3.
图 3 排气歧管内流场CFD网格模型
Fig.3 CFD mesh model of flow field inside exhaust manifold
1.2 排气歧管复杂传热模型
排气歧管内有高速、高温废气流过,属于管内强迫对流传热;管外与大气接触,属于自然对流传热;管外与隔热罩之间存在辐射传热;歧管固体内部存在热传导.因此,排气歧管的传热属于复杂的传热过程.
杨万里等[2]和李红庆等[3]在对排气歧管进行热负荷分析时均未考虑热辐射,而事实上辐射换热对排气歧管温度场影响很大.本文在Radtherm中建立排气歧管传热模型,包括排气歧管、催化器和隔热罩等,可同时计算导热、对流和辐射等3种热传递方式.
将CFD计算分析得到的稳态传热系数和环境温度映射到排气歧管内壁面上作为边界条件,将外壁面设为大气环境,同时给定排气歧管的材料热导率以及内外壁面和隔热罩的辐射率.排气歧管传热有限元模型见图4.
图 4 排气歧管传热有限元模型
Fig.4 Heat transfer finite element model of exhaust manifold
1.3 有限元模型
在排气歧管强度计算中,内部气体压力造成的机械载荷与热载荷相比很小,可忽略不计,因此主要考虑热载荷.排气歧管有限元模型包括简化缸盖、入口法兰盘、排气歧管、催化器、尾管出口法兰盘和紧固螺栓等,见图5.
图 5 排气歧管有限元模型
Fig.5 Finite element model of exhaust manifold
提取Radtherm中计算得到的排气歧管内壁面温度,将其映射到对应的有限元网格上,作为第一类热边界条件.计算出排气歧管的温度场后,以单元温度作为单元载荷;在缸盖顶面与入口法兰盘底面设置接触对,在入口法兰盘顶面与螺栓头部底面设置接触对,允许它们之间产生相对位移;给定螺栓预紧力,计算其在热固耦合作用下的应力.模型考虑材料的非线性和塑性,不同温度下排气歧管所用材料的弹性模量和屈服强度见图6.
(a)弹性模量
(b)屈服强度
图 6 不同温度下排气歧管所用材料的弹性模量和屈服强度
Fig.6 Exhaust manifold material elastic modulus and yield
strength under different temperature
2 计算、测试和分析
2.1 内流场CFD计算结果
由内流场计算得到排气歧管内壁面传热系数和气体温度分布,见图7.
(a)换热系数分布
(b)气体温度分布
图 7 内壁面换热系数和气体温度分布
Fig.7 Distribution of heat transfer coefficient and gas
temperature of inner wall
2.2 传热计算结果
由于采用的流场仿真计算软件Fire与热仿真软件Radtherm之间接口良好,流场的计算结果可直接映射到计算模型上作为边界条件.考虑导热、对流以及热辐射的整个排气歧管组件的温度场计算结果见图8.
图 8 排气歧管组件的温度场计算结果,℃
Fig.8 Calculation result of temperature field of exhaust
manifold assembly, ℃
2.3 有限元计算结果
将Radtherm中计算得到的内壁面温度映射到Abaqus中作为第一类边界条件,通过计算得到排气歧管的温度场,见图9,可知,排气歧管整体温度很高,排气歧管汇合处温度最高,约为794℃;只在与缸盖连接的法兰盘处以及出口法兰盘处温度梯度比较大.为对计算模型进行验证与校核,在台架上对该排气歧管进行温度测量.选用试验室自制的K形镍铬镍硅热电偶作为温度传感器,在排气歧管上选取13个点布置热电偶,其布置见图10.
图 9 排气歧管的温度场,℃
Fig.9 Temperature field of exhaust manifold, ℃
图 10 热电偶布置
Fig.10 Thermocouple distribution
温度测量值与计算结果的对比见图11,除测量点11的误差较大外,其余各测量点的误差值均在5%以内,可认为温度场的计算模型准确,可作为后续应力场计算的边界条件.
图 11 温度测量值与计算结果的对比
Fig.11 Temperature comparison between calculation
results and measured value
由热强度计算结果可得排气歧管及其局部应力
分布,见图12和13.可知,入口法兰盘承受较大应力,最大应力约为150 MPa,但因其温度不高(约为300 ℃),所承受应力远未达到材料的屈服极限,因此此处并不危险;排气歧管汇合处所承受应力虽不大,但已超过材料在该温度下的屈服极限(该处温度为750~800 ℃,在相同温度下的材料屈服强度只有30 MPa左右).
排气歧管塑性应变云图见图14,可知,排气歧管汇合位置多处发生塑性变形,塑性应变最大值出现在第2和第3出管汇合处,与图1中发生断裂破坏的区域吻合,因此该区域需要重新设计.同时,在额定转速、100%负荷下对排气歧管进行应变测量.由于排气歧管温度高,普通应变片不能承受,必须采用高温应变片.贴有高温应变片的试验件见图15.将试验件安装在原厂发动机上,引出应变片的导线串联到电阻箱进行线阻补偿,再接入SDY2102型动静态应变仪.
对测量数据进行导线电阻修正、热输出修正和灵敏系数修正[7]处理后,得到发动机工况由转速4 000 r/min,70%负荷变为转速6 000 r/min,100%
负荷时测点应变的历程,见图16,可知,该测点位置
应变数值为正,说明此处受拉应力;工况变化后,应变逐渐增大,最后趋于稳定.
图 16 测点应变的变化历程
Fig.16 Strain change of measuring point
在标定工况下,试验测量的微应变值为1 440,计算得到的微应变值为1 160,测量值与计算值误差为19.4%,二者的变化趋势较吻合.
3 结 论
对某发动机排气歧管进行流固耦合仿真分析和试验研究,结论如下:(1)排气歧管汇合处温度最高,约为800℃;(2)在台架上对排气歧管进行温度场和应变测量,计算结果与试验测量值吻合较好;(3)排气歧管汇合处的应力已超过其屈服极限,并且该位置处的塑性应变最大,与曾发生断裂破坏的区域相吻合.
参考文献:
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YANG Wanli, XU Min, LIU Guoqing, et al. Numerical simulation of thermal loads for engine exhaust manifold[J]. J Huazhong Univ Sci & Technol: Nat Sci, 2006, 34(12): 98-100.
[3] 李红庆, 杨万里, 刘国庆, 等. 内燃机排气歧管热应力分析[J]. 内燃机工程, 2005, 26(5): 81-84.
LI Hongqing, YANG Wanli, LIU Guoqing, et al. Thermal stress analysis of ICE exhaust manifold[J]. Chin Intern Combustion Engine Eng, 2005, 26(5): 81-84.
[4] 王立新, 刘斐, 潘雪伟. 发动机排气歧管断裂分析及其设计改进[J]. 上海汽车, 2007(12): 15-18.
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关键词:校企合作;模式;职业教育
高等职业教育是高等教育的重要组成部分,肩负着培养适应社会需要的高素质、高技能、创新型人才的历史使命。积极发展高等职业教育是实施科教强国和人才强国的战略的必然要求,是推进经济转型、实现经济腾飞的迫切需要。教育部2006年16号文件《关于全面提高高等职业教育教学质量的若干意见》明确定位高职院校的办学宗旨是“以服务为宗旨,以就业为导向,走产学结合发展道路,为社会主义现代化建设培养千百万高素质高技能创新型专门人才”。这一办学宗旨就要求高等职业教育要以能力为本位为培养目标,理论与实践相结合,既传授理论知识以发展学生智力,又要注重技能训练,以增强学生的实践能力,教学过程要贴近生产实践,并要有效地将两者在实践环节中融合起来,培养学生的综合职业能力。因此,高职教育培养目标的实现必须要依赖同企业的合作,必须要走校企合作、工学结合之路,才能实现高职教育的办学宗旨。
一、国内高职院校校企合作模式的现状分析
我国的高职教育是上个世纪90年代初兴起的,相对欧美国家而言还很不成熟,校企合作经验相对缺乏。但是,在短短20多年的时间里,一些高职教育的先驱们勇于进取、探索出了一些有自己特色的校企合作模式。有:“引进智力”模式、“引进资金”模式、“建立实习基地”模式等,这些校企合作模式各具特点,在很大程度相互交叉,但多数以学校为主,少数以企业为主。虽然校企合作模式正在职业教育中轰轰烈烈地开展。但也存在了一些比较明显的问题:比如在一些学校精心设计的合作项目中,学校的热情很高,通过各种关系找到企业。但企业却往往是态度冷漠,有时只是碍于情面,敷衍地进行一些缺乏深度的合作。另外,学生在企业实习时,企业也只是根据自身的需要,向学校提供本企业急需用人或简单重复劳动的单一岗位,学校也只能被动地接受企业所提供的单一岗位。学生通过实习学习的技能也只是单一岗位的技能,完全忽视了人才的综合技能培养。所以这种校企合作只能以企业的利益为中心,忽视了学生的利益,这样是不利于学生的可持续发展。此外,在考核和保障机制上面也缺乏统一。学校有教学质量的考核和保障机制;企业有产品质量的考核和保障机制;而在校企合作中,学校和企业通过校企合作共同培养的人才质量,却没有统一的考核和保障机制。除了无法对校企合作绩效进行考核外,一旦在校企合作过程中发生了学生意外伤害、商业机密泄密等事件,就会因为缺少相关法律依据而束手无策。不断扯皮使得合作协议变成了一纸空文,严重挫伤各方的积极性,给校企合作蒙上了阴影。显然,这是与市场经济规律相违背的。所以这些问题的出现只会导致校企合作各方的合作流于形式、合作无法长期持续、校企合作各方更在乎获利而忽视人才培养等。
二、积极探索校企合作的新模式
在校企合作的教育研究中,我们校企双方需要更新观念,积极探索校企合作办学的新思路,新方式,新领域。除了传统的邀请企业专家参加专业研讨、建立专业建设指导委员会、建立校外实训基地和下派专业教师进入企业进行挂职锻炼为企业进行技术服务等传统模式,还可以积极探索应用以下新的合作模式:
1、校企共建实训基地,将学校办到企业里
实践教学是校企合作、工学结合人才培养模式的中心环节,因此,实训条件建设是高职教育的重要组成部分。目前,高职院校的实训条件建设主要是通过校内实验实训基地建设以及与校外企业合作构建校外生产性实训基地的形式来完成。然而,这样的实践训练,往往会使校内实训与校外实训相脱节,企业指导老师不能走进校内进行技术指导,学校专业教师也不能走进企业进行项目研究与学生实践指导。所以从根本上不能实现校内学习的理论知识与校外实践技能的无缝对接。基于此,通过与企业进行校企合作,学校按照企业的需求设置专业、制定专业培养方案,由企业提供场地、技术和管理,并由学校与企业共同提供设备、资金和师资,由校内教师和企业技术骨干共同开展实训教学。这样可以使高职院校的实验实训场所成为企业技术开发的核心,而企业的生产条件成为高职院校技术推广的“试验田”,这样也可以为专业教师直接参与技术研究、项目研究等提供了便利条件,也为在校学生直接在真实工作环境中进行技能训练、工艺设计、创新发明打下了坚实的基础。从而实现真正的“资源共享、优势互补”。
2、积极推行岗位化教学,将企业引进学校里
学校可以选择一些优秀的企业,将企业引进学校,由学校提供生产办公场地,由企业提供设备和技术指导,企业派遣技术人员协助学校专业教师为学生讲解生产工艺,工作流程和方法,学生按照企业的要求进行生产经营。另外教师可以模仿企业管理模式进行组织教学、生产,学生可以从事不同岗位的生产与工作,让学生充分了解不同岗位的工作流程和工作规范。同时在实践教学中让学生们轮流充当主管、组长、员工等不同的角色,让学生体会企业管理的意境。岗位化教学既能解决企业生产任务重、设备紧缺等矛盾,也实现了岗位化教学对学生的综合能力的培养。同时也提高学院设备的利用率,降低了实习成本,并能适当创收,校企双方可以实现共赢。
3、积极推行订单式培养
学校应该根据专业特点,有针对性地选择一些大型企业进行合作。学校与企业签订用人协议,双方共同制定人才培养计划和培养方案,充分利用双方的资源,共同参与人才培养过程,实现预定的人才培养目标,最后由企业按照协议约定安排学生实习和就业。因为这种培养模式,在培养之初就有明确的职业定位和就业岗位。所以整个培养方案都是根据企业的用人标准来确定的,而且培养过程也是由企业直接参与的,所以学生毕业后可以直接胜任企业的岗位工作,而且也解决了学生的就业问题。所以订单式培养模式是一种贯彻“按需施教”、“学以致用”等教学原则,增强学校教学针对性,落实企业用人标准,满足企业用人需求,实现学生优质就业,减少教育资源浪费,化解毕业生供需矛盾,培养适销对路人才的先进办学模式。
4、积极邀请企业专家来校指导教学
学校可以聘请企事业单位技术专家、技术能手来校授课,将企业的生产过程、工作流程、新技术、新设备、新工艺等信息实时传送到课堂,使职业素质教育真正体现在专业教学中,从而努力提升学生的职业素养,强化学生的职业技能,同时也满足学校实践型教学的需求。另外根据教学安排,选聘实践经验丰富的企业专家到校召开专题讲座,并指导学生进行实践训练和毕业设计,积极为社会提供高素质的应用型人才。
5、积极推行校企合作项目的研究与开发
校企合作是建立在互惠互利的基础上的,因此高职院校应该积极探寻双方利益的契合点,通过校企合作共同研发项目,来进一步增强合作的原动力。在项目研究合作中,学校专业教师可以主动参与企业的生产管理、产品开发和技术革新活动,与企业共同攻克技术难关,实现“产、学、研”无缝结合。另外教师在与企业技术人员合作项目时,可以让学生参与到项目的研究与开发中,教师可以组织学生进行项目式教学,让学生参与项目的研究与开发的全过程,改变了到企业实习岗位过于单一的情况,可以很好地锻炼学生的综合实践操作能力;对于企业来说,把项目交给学校的师生来做,不仅可以得到项目产品,而且可以节省费用。
校企合作作为高职教育的一种办学模式,是遵循职业教育发展规律、体现职业教育特色的技能型人才培养模式,也是构建和谐社会、促进社会公平、维护社会稳定的重要措施。因此高职教育需要校企合作的深度和广度,这样才能加快专业建设步伐,推进人才培养模式的创新。
参考文献:
[1]宋建军.商职教育校企合作机制与瞥理的创新.[期刊论文]-教育探索2008(8).
[2]徐海燕.校企合作培养技能人才的探索[期刊论文]-科技创新导刊.2010(20)
[3]李敏华.高等职业教育校企合作中存在的问题与对策探讨.[期刊论文]-当代职业教育.2011(1)
关键词:绩效考核 研究分析 创新
一、绩效的概述
1.绩效考核的概述
绩效考核是指管理者用来确保员工的工作过程和工作结果与企业目标保持一致的手段及过程,通过绩效考核将员工的工作活动与企业的战略目标联系在一起,使员工的行为符合企业的要求,不断改进员工的工作绩效以提高企业的整体绩效。完整的绩效考核体系包括绩效计划、绩效管理、绩效评价、绩效反馈。它是对企业组织与员工个体投入产出状况定性与定量的界定,目的在于检查工作进展、进行工作激励、改进工作表现,它是支撑企业绩效管理的一个骨架。
2.影响绩效考核设计方案的因素
第一,公司管理层对绩效考核重视程度,决定了绩效考核工作推进与落地。
第二,员工对绩效考核的认识程度,影响考核的效果。
第三,绩效考核体系本身缺陷性。
第四,考核指标设置的合理性。
第五,结果导向与过程导向、品质导向的结合性。
第六,绩效沟通的有效性。
3.研究的意义
第一,对企业的战略目标实现有重要的促进作用。绩效考核通过设定科学合理的组织目标、部门目标和员工个人目标,为企业员工在工作方面指明了努力的方向。管理者通过绩效考核结果可以及时发现下属在工作态度或工作方法等方面存在的问题和不足,进而针对这些不足之处给下属提供必要的工作指导和资源支持,下属通过工作态度以及工作方法的改进,保证其个人绩效目标的实现,进而推动了企业整体目标的实现。
第二,提高企业管理水平及整体绩效水平,对于企业的绩效管理有借鉴意义。
二、企业绩效考核现状与问题
1.绩效考核现状
企业在目标执行过程中,通常借助绩效考核对目标进行有效管理,促进绩效持续改善,保证目标达成,考核的主要方法有目标管理法、会议评价、定量计算分析等多种办法来进行绩效评价与考核。
2.绩效考核存在的问题
第一,对员工绩效考核,大部分是主管对员工的单向考核,带有主观性、片面性。
第二,考核周期的固定性。对于不同职位、不同的绩效指标,采用相同的考核周期,一方面增加人力资源的工作任务,另一方面不利于找出绩效中存在的各种问题。
第三,考绩结果未进行强制分布,考核等级分布不合理,致使得各等级员工比例模糊,既缺乏激励性,又缺乏压力和竞争意识,不利于员工工作绩效的提升。
第四,考核内容不够全面,侧重于经济指标,对管理工作的考核没有清晰的参考条文,只能进行模糊主观的评估。
第五,考核主观性比较强。各等级没有具体的考核标准,难免会受到个人主观偏见、近因效应等因素的影响,使得考核结果缺乏客观性、公平性和准确性,考核结果难以被员工接受且找不出绩效中存在的真实问题。
第六,员工缺乏对明确绩效目标的认识,更谈不上追求高的业绩水平,而即使有少数员工能够主动提高工作业绩,也是一种自发和无长期性的行为。员工对于公司战略目标的认识,始终停留在一种粗浅和感性的水平上。
三、绩效考核方案设计的几点建议
1.设计原则要明确
第一,以企业整体的战略目标为中心,强化绩效考核与公司战略规划和人力资源规划的关系,整合绩效考核的重要流程与机制,使绩效目标上下协调一致,拥有足够的资源实现绩效目标。
第二,按分层分类的设计思路进行绩效考核方案的设计。把企业绩效考核层级分为企业公司整体层级、部门层级和公司员工三个层级进行绩效考核体系设计。所谓分类,主要根据工作岗位的工作性质、工作内容的不同进行区分。
第三,实施定期回顾和周期考核相结合的方式。绩效考核不仅仅限于期末的考核和统计结果阶段,还包括期间的绩效沟通、绩效指导等环节,这样形成一个封闭的周期性循环往复的完整体系,真正体现出绩效考核体系的特点和对绩效改善的重要作用。
第四,考核内容要突出重点。
2.设计目的要清晰
第一,增进员工的公平感,提升员工工作业绩。
第二,实现合理的人岗匹配。通过对员工的考核,准确了解员工的真实工作能力、工作潜力和工作业绩,从而实现对现有人员进行科学合理的配置,并做好企业的人力资源规划。
第三,帮助员工改进工作。通过对各岗位员工绩效考核指标体系、考核标准和指标权重的科学合理的设计和与员工进行双向沟通,让员工更加明确自身的工作目标,科学的引导员工的工作,从而提升员工的工作业绩并带动公司整体业绩水平的提升。
第四,为企业员工培训计划的制定、企业薪酬管理和人员变动管理提供科学合理的依据。
3.绩效考核方法要科学
为保证考核结果的科学合理性,企业通常采用以下几种典型的绩效考核方法。
第一,平衡记分卡―BSC。与传统的绩效考核工具相比,平衡记分卡强调实现四个平衡:财务和非财务的平衡,短期与长期的平衡,前置与滞后的平衡,内部与外部的平衡。
第二,关键绩效指标―KPI。KPI是用于考核被评估者绩效的可量化的或可行为化的标准体系,体现对组织战略目标有增值作用的绩效指标,它是个人绩效和组织战略目标的连接桥梁,源自于对公司战略目标的分解,是对绩效构成中可控部分的衡量;重点衡量企业的经营活动。
第三,目标管理法―MBO。McConkie 认为它是一个管理过程,以制定目标为起点,以目标实施的最终考核为终结。目标管理注重“统一”,不仅强调工作和人的统一,也强调个人目标和组织目标的统一;注重成果第一的方针。主要特征是员工参与管理与自我控制相结合。
第四,360度绩效考核法(全方位绩效考核法)。360度绩效考核法是指从与被考核人员有工作关系的多方主体那里获得被考核者的信息,全方位、多维度地对被考核者进行绩效评估的过程。通过对这些信息的了解,能够对周围的实际情况获得客观清醒的认识。由于考核角度多元化,使得考核结果更加客观且能多角度反应被考核人的绩效情况。
4.注意事项
第一,增进员工的公平感,提升员工工作业绩。
第二,实现合理配置,将合适的人员匹配到最合适的岗位,并做好企业的人力资源规划。
第三,及时反馈,帮助员工改进工作,提升企业整体绩效。
第四,为企业员工培训计划的制定、企业薪酬管理和人员变动管理提供科学合理的依据。绩效考核结果应该得到充分有效的利用。
总之,企业绩效考核是一项复杂的工程系统,需要不断地进行创新、发展和实践。本文只是结合自身工作实际,对本行业的绩效考核体系现状进行研究与分析,找出存在问题及原因进行改进设计,论文中所提出的指标体系以及所采用评价方法还需要经过严格意义上的实践检验,来看其实用性、可推广性。也希望对施工企业的绩效考核起到一定的借鉴作用。
参考文献
[1]王宇.绩效考核量化管理全案手册[M].北京:企业管理出版社,2009:2
关键词:烟气湿法脱硫 石膏雨和烟气漂滴产生的原因 应对
措施
1 概述
某发电厂2×330MW机组自2008年投产运行以来,由于烟气没有加装净烟气的再加热措施,使脱硫后烟气排放温度较低,“烟气漂滴”现象非常严重,对电厂及周边地区环境和建筑物带来了一定的污染,虽说经过加强对除雾器的冲洗使烟气漂滴中含固量降低和得到遏制,但由于除雾器冲洗频繁加大了烟气中的水分且烟气温度较低,烟气中的水分不能处于过热状态,自烟囱排出后不能有效的抬升扩散到大气中,因此,目前“飘雨”仍非常严重。
2 石膏雨和烟气漂滴产生的原因分析
“石膏雨”就是烟气漂滴中含有石膏浆液的雨滴,严重时烟气带出的都是石膏浆液,俗称“飘浆”。
“飘浆”即烟气中的石膏浆液的飘落。净烟气中的石膏浆液主要来源于吸收塔喷淋层喷嘴雾化后的细小液滴,喷嘴雾化后的石膏浆液雾滴直径一般在920μm,经碰撞后还会产生少量在15μm 左右的液滴,99.99%的22μm 以上的雾滴以及50%的15-22μm 的雾滴能够被除雾器除去。所以,净烟气中会有一定的石膏浆液的存在。
“烟气漂滴”是指净烟气中的饱和水随烟气带出后凝结飘落的水滴,俗称“烟气漂滴”。在没有加装净烟气加热装置和提升烟囱高度的锅炉,产生漂滴是不可避免的,属正常凝结飘落。
“烟气漂滴”的形成,烟气中除了含有饱和水蒸汽外, 还携带有未被除雾器除去的液滴,饱和湿烟气在烟囱里的上升过程中,压力被降低了,绝热膨胀后的烟气温度被降低了,从而形成细小的液滴(直径
3 某电厂“烟气漂滴”现象
3.1 脱硫系统的概况
某电厂2×330MW 机组采用全烟气脱硫装置系统,两台机组各设计一套脱硫(FGD)系统,采用湿法石灰石-石膏就地强制氧化脱硫工艺。吸收塔采用单回路空塔喷淋设计,设有氧化空气喷枪的浆池直接布置在吸收塔下部,塔内吸收段设置三层喷淋,塔上部设置二级除雾器。烟气从除尘器引出后,经引风机送至吸收塔,与来自上部三层喷淋层的浆液逆流接触,进行脱硫吸收反应,脱硫后的净烟气经吸收塔顶部两级除雾器除去携带的液滴,通过210 米烟囱排放至大气。烟气系统取消了原有的旁路烟道,实现FGD系统与机组同步启动。在FGD系统中原设计有增压风机,2011年为了满足环保要求和节省厂用消耗,将烟气旁路烟道拆除并退出运行。系统没有烟气/烟气换热器(GGH),采用了湿烟囱技术,进入吸收塔的烟气温度为120-135℃,脱硫后的烟气出口温度为50℃左右。
3.2 “烟气漂滴和石膏雨”现象及当前状况
某电厂2×330MW 机组自2008 年投运以来,由于湿烟囱没有净烟气的再加热措施,脱硫后的烟气排放温度较低,“石膏雨”现象非常严重,对大唐辽源电厂及周边地区的环境产生了严重的污染,甚至腐蚀了设备等。由于除雾器的冲洗过于频繁,加大了烟气中的水分且烟气温度较低,烟气中的水分不能处于过热状态,自烟囱排出后不能有效的抬升扩散到大气中,因此,目前“飘雨”仍非常严重。
3.3 解决“烟气漂滴和石膏雨”的措施
解决“石膏雨”的措施主要从以下三个方面考虑:
3.3.1 改善烟气的流速
降低烟气流速可以改善“石膏雨”的现象,但是,由于脱硫塔的设计原因,通过改变脱硫塔的尺寸来达到降低烟气流速非常困难,实施起来几乎不可能。
3.3.2 提高除雾器的效率
通过安装屋脊型和防水滴型管式除雾器以及提高除雾器的有效面积等措施,可以改善“石膏雨”中的现象,但不能彻底解决“石膏雨”中的现象。
3.3.3 提高净烟气的温度
通过提高净烟气的温度,可以去除去烟气中携带的冷凝液滴,使烟气中的水分处于过热状态,能够有效的提高净烟气的抬升能力,使排烟迅速扩散。提高净烟气的排放温度,可以彻底解决“石膏雨”的现象。也就是说,提高除雾器的效率与提高净烟气的排放温度相结合,能够有效的解决“石膏雨”的现象。
3.4 改进除雾器,提高除雾器的效率
改进除雾器,提高除雾器的效率,最大程度上增大除雾器的流通面积,可以使除雾器后的烟气中的雾滴含量小于50mg/Nm3,在边角处增加除雾器异形模块,最大面积布置除雾器;增加防水滴型管式除雾器,阻挡大液滴进入粗滤层;均匀烟气分布,改善除雾器的烟气分布,降低压差;优化除雾器的冲洗方式;重新核算冲洗水量、改进冲洗水的喷嘴布置,调整冲洗水逻辑。
4 提高净烟气的温度可以有效消除“石膏雨”的现象
4.1 提高净烟气的温度的计算
①脱硫塔出口的烟气工况
烟气温度48℃,相对湿度100% (1)
②大气环境
年平均温度:10℃,相对湿度70% (2)
冬季温度:0℃,相对湿度70% (3)
夏季温度:30℃,相对湿度80%(4)
③加热10K后的烟囱出口的烟气状况
在夏季,烟气温度只要提升2K(50℃)后,出口烟气就没有液体的滴落和没有白烟了。在除夏季以外的季节,烟气加热10K(58℃)后,基本没有液体滴落,但仍然有白烟的存在。根据计算和运行的经验,净烟气的排放温度提高 10℃以上就能够基本解决“石膏雨”的现象。因此,提高净烟气的温度的解决方案应该是治理“石膏雨”现象的最佳方案。
4.2 提高净烟气温度的不同的方法
4.3 蒸汽加热系统(蒸汽/烟气换热)(图1)
采用蒸汽作为加热介质需要的蒸汽压力为4-10bar,蒸汽温度在200℃左右,占地面积小,系统比较简单投资较低但系统运行高(蒸汽),需要一定的抽汽,增加了汽机的热耗。
4.4 烟气/烟气换热系统(回转式GGH)(图2)
利用原烟气的热量加热净烟气的温度;原烟气与净烟气有一定的泄漏(2%~3%);微量元素、HF 和HCl等因烟气泄漏导致FGD 无法满足严格的脱除率的要求;占地面积大;低负荷温度无法满足要求;运行的灵活性较差且需要消耗一定的厂用电;容易堵塞,系统维护成本高且需要较高的投资。
4.5 烟气/烟气换热系统(管式GGH)(图3)
利用原烟气的热量加热净烟气的温度;占地面积小;原烟气与净烟气无泄漏的系统;不影响微量元素和HF以及HCl 的脱除率;运行成本低,中等的投资;目前在欧洲和日本等普遍使用,尤其是在改造项目普遍使用。
通过对以上3 个加热系统的分析以及综合各个因素的考虑,采用烟气/烟气换热系统或热量转换系统是合理的。
5 结论
综上所述:解决“烟气漂滴和脱硫石膏雨”的方案有很多种,各个电厂因根据自身的实际情况,采用不同的解决方案,最终目的是通过提高烟气出口温度,解决和降低烟气漂滴的问题,从而满足环境需求。
参考文献:
[1]丁磊.湿法脱硫在西夏热电厂的应用[J].中小企业管理与科技(上旬刊),2009(10).
关键词:传统图案;装饰;乐器
中图分类号:J05 文献标识码:A 文章编号:1005-5312(2014)05-0122-01
中国传统图案是中国几千年积淀下来的艺术形式与生活智慧,渗透于人们衣、食、住、行、用等各个领域,从形态到寓意传达着深厚的民族文化,具有独特的艺术魅力,其形式丰富,意蕴深厚。乐器是音乐艺术的表达工具,在我国古代装饰图案就存在于乐器的装饰,可见传统图案与乐器自古就结下不解之缘。然而,当下国内对于各种乐器的装饰图案研究一直处于一片空白,应用于乐器表面的图案大多为手工绘制和雕刻简单的花卉纹样,这些花卉图案也多为欧式风格,吉他、贝司等乐器的造型仅是简单图形的挤压,大多乐器生产企业在乐器图案的装饰上并没有形成自己独特风格。本文希望通过与企业的项目合作,运用实际案例总结出一套具有鲜明特色的图案设计方法、乐器造型装饰的方法,并为国内此项专题的研究提供参考和依据。
一、传统图案与乐器造型相结合
乐器本身是一种艺术,在保证乐器功能的基础上,经过对乐器造型的再设计,赋予乐器更深层次的艺术魅力,以达到了“以形传声”、“声形兼备”的艺术效果。
例如,电大提琴贝司由纯实木制造,体积较大,乐器生产企业考虑到耗材、重量等这些实际因素,当前生产的电大提琴贝司造型简单,只是对大提琴造型进行挤压变形,美观感相对较差,没有特色。在此类弦乐乐器产品中,可以尝试将中国传统的图案进行提炼设计或采用传统图案的局部进行再设计,乐器的造型既能符合功能的需求,又具有典型的中国特色。比如中国牡丹的花叶呈卷曲状,特点明确,对此图形进行再设计,应用于弦乐乐器,造型简单,线条流畅,节省材料,利于大规模生产,又摒弃了先前乐器造型的对称形式,赋予了美好的寓意。
二、传统图案应用于乐器的表面装饰
传统图案运用于乐器的表面装饰方法,是指通过对装饰图案的设计与变化,运用绘画或特殊的雕刻工艺对乐器表面进行装饰的一种艺术形式。绘画的表现方法比较常见,这里主要阐述雕刻图案的表现方法。雕刻图案的雕刻的方式有很多种,激光雕刻、电腐蚀、手工雕刻等等。对乐器表面进行雕刻主要是为了使乐器更加美观,并弥补管弦乐器在生产时表面出现的不平整现象。目前,乐器表面装饰主要采取手工雕刻为主,仅有一些小的标志使用机器雕刻,手工雕刻虽然精美细致,但是弊端较多,如效率低,造价较高,错误率较高,而且雕刻师只能针对某一两种花形熟练雕刻。如何对传统图案进行再设计以适应机器雕刻工艺,成为当下乐器雕刻图案待解决的问题。经过搜集相关资料、调研、设计、摸索,总结了如下设计方法。
针对需要的雕刻图案的乐器进行了全方面的了解,根据乐器造型,首先画出乐器平面展开图,除去焊点,确定需要雕刻图案的位置,然后选取合适的纹案素材,以这些素材为参考,设计构思,把那些可用的元素进行打散重新组合,最后在现实素材的基础上进行加工创作,根据合理构图,产生出实际可行的新图案。以传统牡丹花卉图案为例,进行图案的整理设计,设计出单线的牡丹花图案,但是单线的图案在表现的过程中,由于线条单一、雕刻方式单一,构成的图案缺乏层次感,视觉效果一般。经过研究尝试,必须将花朵从单一的线中凸显出来,形成面的效果,雕刻工艺不能直接完成面的操作,于是将图案中的花朵、用两层线条编织成网状的面进行雕刻,在乐器表面形成点、线、面的布局,疏密得当,层次明确,最后雕刻出满意实物效果。
三、传统图案应用于乐器的配件
乐器配件是乐器的重要组成部分,为了实现乐器自身的魅力,使乐器具有一种更为优雅的艺术气质,达到乐器完全呵护之美,对乐器配件进行装饰与设计是必不可少的。乐器配件包括很多,如乐器支架、乐谱架、箱包、弱音器、贝斯旋钮等,提琴支架进行造型设计。
例如,在对提琴支架进行设计时,不可单一的考虑它的美观性,最重要的还要把握它的功能性。首先需要对提琴的造型结构进行全方面了解,必须从力学的角度出发,使提琴与支架完美结合,固定在支架上,其次,图案本身不仅要美观,还要和提琴结合起来也美观。在图形的选择方面,可以采用中国传统图案进行设计,其中中国装饰图案中的祥云具有吉祥的美好寓意,运用祥云作为乐器支架的创作元素,角度掌握适合,线条流畅,有效利用图案结构发挥功能性作用,不失艺术感。