范文一:暖气开口费国家是怎样规定的 ?
暖气开口费国家是怎样规定的 2013-10-25 16:31 匿名 | 分类:家电 | 浏览1359次
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2013-10-26 20:24 热心网友 最快回答
暖气开口(户)费是指城市集中供热工程建设集资费;燃气开口费是指城市煤气建设集资费,2001年原国家计委、财政部《关于全面整顿住房建设收费取消部分收费项目的通知》(计价格[2001]585号文)中取消的收费项目就包括暖气集资费。山东省物价局、山东省财政厅于2001年9月20日以鲁价费发[2001]301号转发了上述文件,明确规定取消城市集中供热工程建设集资、城市煤气建设集资,将其统一归并为城市基础设施配套费中,不得再另行收取水、电、气、热、道路以及其他名目的专项配套费。2002年山东省物价局《关于明确鲁价费发(2001)301号文件有关问题的函》又重申在新的城市基础设施配套费政策出台前,文件(指鲁价费发[2001]301号)中明令取消的收费项目均一律停止执行。仍继续收取的,按乱收费进行查处。评论 | 给力10不给力1
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范文二:国家规定供暖温度标准是多少?
请你根据以下相关国际标准判断:国家对室温方面的有关规定
我国冬季室内卫生对温度要求包括以下几个部分。
室温 ?? ?? ??集中式采暖居室中央1.5米处气温的适宜范围为16~20℃,分散式采暖居室中央1.5米处气温的适宜范围为13~17℃,任何地区的冬季室内温度均不得低于13℃。
垂直温差 ?? ??指居室中央地面以上0.1米处的气温与距地面以上1.5米处的气温之差。垂直温差过大,会使足部温度下降,体温调节紧张,不利于健康,一般垂直温差应小于3℃。
水平温差 ?? ??指居室内1.5米处各点的气温之差。一般在门口、窗口、走廊等处气温偏低、房间内的水平温差过大容易使人受凉,水平温差以不超过2~3℃为宜。
2002年,国家制定了《室内空气质量标准》,即GB/T18883-2002。规定冬季采暖标准为16~24℃,符合这个标准的室内温度就是舒适的室内温度。
《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》规定,“冬季采暖室内热环境卧室、起居室设计温度取16~18℃”。
国家制定的“2002年小康型城乡住宅科技产业示范小区规划设计导则”中的室内环境质量标准项,规定冬季采暖地区室内温度为16~21℃。世界卫生组织确定的“健康住宅”的标准中对室温的规定,全年室内气温保持在16~28℃。
《公共建筑节能设计标准》GB ??50189—2005 ??中规定了办公、体育、商业、餐饮等不同建筑类型房屋的不同室内温度标准。
《公共场所空气温度测定方法》GB/T18204. ??13-2000中,对室温的测定方法也作了具体规定。室内面积不足16㎡测室中央一点;16㎡以上但不足30㎡测二点(居室对角线三等分,第二个等分点作为测点);30㎡以上但不足60㎡测三点(居室对角线四等分,其三个等分点作为测点);60㎡以上测五点(二对角线上梅花设点)。测点离地面高度0.8~1.6m,应离开墙壁和热源不小于0.5m。
国家标准是对全国经济技术发展有重大意义、需要在全国范围内统一的技术要求所制定的标准。国家标准在全国范围内适用,其他各级标准不得与之相抵触。我国的标准具有法规的性质,我国的强制性标准相当于我国的一些强制性法规。部分城市将室温标准提高到≥18℃,高于国家标准。
三、室温标准由≥16℃调高到≥18℃后增加煤耗测算
我国采暖区以热电联产和集中供热为主,部分地区采用分散供热方式。燃料以煤为主。全国集中供热面积平均每年以2亿m2的速度递增。
如果将2005年全国集中供热面积室内温度由≥16℃调高到≥18℃,按目前每一采暖期每平方米 ??(哈尔滨36.3kg、长春37.0kg、吉林32.1kg、沈阳27.8kg、大连22.7kg、包头40.9kg、北京40.7kg、天津32.4 ??kg、太原46.4kg、乌鲁木齐35.8kg)的平均耗煤水平35.2kg计算,当年增加耗煤 ??203万吨标煤。相当于8089万m2的采暖用煤。
我国正处于飞速城镇化进程中。按照世界银行预测,到2020年新增城镇民用建筑面积将为100~150亿m2。新建建筑中将有70亿m2以上需要采暖。热化率达到40%,集中供热面积将会达到60亿㎡,按照目前的能耗水平,温度由≥16℃调高到≥18℃,当年煤耗增量为483万吨标煤。相当于1.9亿m2供暖用煤。
以供热室温标准由≥16℃调至≥18℃的呼和浩特、银川、兰州三城市为例(煤耗6㎏/m2·月计算),其能耗增量和煤耗增量如下表:
2007年度冬季,三城市总供热面积14459万m2。能耗增量平均为3.21% ??,增加煤耗约12万吨标煤。请你根据以下相关国际标准判断:国家对室温方面的有关规定
我国冬季室内卫生对温度要求包括以下几个部分。
室温 ?? ?? ??集中式采暖居室中央1.5米处气温的适宜范围为16~20℃,分散式采暖居室中央1.5米处气温的适宜范围为13~17℃,任何地区的冬季室内温度均不得低于13℃。
垂直温差 ?? ??指居室中央地面以上0.1米处的气温与距地面以上1.5米处的气温之差。垂直温差过大,会使足部温度下降,体温调节紧张,不利于健康,一般垂直温差应小于3℃。
水平温差 ?? ??指居室内1.5米处各点的气温之差。一般在门口、窗口、走廊等处气温偏低、房间内的水平温差过大容易使人受凉,水平温差以不超过2~3℃为宜。
2002年,国家制定了《室内空气质量标准》,即GB/T18883-2002。规定冬季采暖标准为16~24℃,符合这个标准的室内温度就是舒适的室内温度。
《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》规定,“冬季采暖室内热环境卧室、起居室设计温度取16~18℃”。
国家制定的“2002年小康型城乡住宅科技产业示范小区规划设计导则”中的室内环境质量标准项,规定冬季采暖地区室内温度为16~21℃。世界卫生组织确定的“健康住宅”的标准中对室温的规定,全年室内气温保持在16~28℃。
《公共建筑节能设计标准》GB ??50189—2005 ??中规定了办公、体育、商业、餐饮等不同建筑类型房屋的不同室内温度标准。
《公共场所空气温度测定方法》GB/T18204. ??13-2000中,对室温的测定方法也作了具体规定。室内面积不足16㎡测室中央一点;16㎡以上但不足30㎡测二点(居室对角线三等分,第二个等分点作为测点);30㎡以上但不足60㎡测三点(居室对角线四等分,其三个等分点作为测点);60㎡以上测五点(二对角线上梅花设点)。测点离地面高度0.8~1.6m,应离开墙壁和热源不小于0.5m。
国家标准是对全国经济技术发展有重大意义、需要在全国范围内统一的技术要求所制定的标准。国家标准在全国范围内适用,其他各级标准不得与之相抵触。我国的标准具有法规的性质,我国的强制性标准相当于我国的一些强制性法规。部分城市将室温标准提高到≥18℃,高于国家标准。
三、室温标准由≥16℃调高到≥18℃后增加煤耗测算
我国采暖区以热电联产和集中供热为主,部分地区采用分散供热方式。燃料以煤为主。全国集中供热面积平均每年以2亿m2的速度递增。
如果将2005年全国集中供热面积室内温度由≥16℃调高到≥18℃,按目前每一采暖期每平方米 ??(哈尔滨36.3kg、长春37.0kg、吉林32.1kg、沈阳27.8kg、大连22.7kg、包头40.9kg、北京40.7kg、天津32.4 ??kg、太原46.4kg、乌鲁木齐35.8kg)的平均耗煤水平35.2kg计算,当年增加耗煤 ??203万吨标煤。相当于8089万m2的采暖用煤。
我国正处于飞速城镇化进程中。按照世界银行预测,到2020年新增城镇民用建筑面积将为100~150亿m2。新建建筑中将有70亿m2以上需要采暖。热化率达到40%,集中供热面积将会达到60亿㎡,按照目前的能耗水平,温度由≥16℃调高到≥18℃,当年煤耗增量为483万吨标煤。相当于1.9亿m2供暖用煤。
以供热室温标准由≥16℃调至≥18℃的呼和浩特、银川、兰州三城市为例(煤耗6㎏/m2·月计算),其能耗增量和煤耗增量如下表:
2007年度冬季,三城市总供热面积14459万m2。能耗增量平均为3.21% ??,增加煤耗约12万吨标煤。请你根据以下相关国际标准判断:国家对室温方面的有关规定
我国冬季室内卫生对温度要求包括以下几个部分。
室温 ?? ?? ??集中式采暖居室中央1.5米处气温的适宜范围为16~20℃,分散式采暖居室中央1.5米处气温的适宜范围为13~17℃,任何地区的冬季室内温度均不得低于13℃。
垂直温差 ?? ??指居室中央地面以上0.1米处的气温与距地面以上1.5米处的气温之差。垂直温差过大,会使足部温度下降,体温调节紧张,不利于健康,一般垂直温差应小于3℃。
水平温差 ?? ??指居室内1.5米处各点的气温之差。一般在门口、窗口、走廊等处气温偏低、房间内的水平温差过大容易使人受凉,水平温差以不超过2~3℃为宜。
2002年,国家制定了《室内空气质量标准》,即GB/T18883-2002。规定冬季采暖标准为16~24℃,符合这个标准的室内温度就是舒适的室内温度。
《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》规定,“冬季采暖室内热环境卧室、起居室设计温度取16~18℃”。
国家制定的“2002年小康型城乡住宅科技产业示范小区规划设计导则”中的室内环境质量标准项,规定冬季采暖地区室内温度为16~21℃。世界卫生组织确定的“健康住宅”的标准中对室温的规定,全年室内气温保持在16~28℃。
《公共建筑节能设计标准》GB ??50189—2005 ??中规定了办公、体育、商业、餐饮等不同建筑类型房屋的不同室内温度标准。
《公共场所空气温度测定方法》GB/T18204. ??13-2000中,对室温的测定方法也作了具体规定。室内面积不足16㎡测室中央一点;16㎡以上但不足30㎡测二点(居室对角线三等分,第二个等分点作为测点);30㎡以上但不足60㎡测三点(居室对角线四等分,其三个等分点作为测点);60㎡以上测五点(二对角线上梅花设点)。测点离地面高度0.8~1.6m,应离开墙壁和热源不小于0.5m。
国家标准是对全国经济技术发展有重大意义、需要在全国范围内统一的技术要求所制定的标准。国家标准在全国范围内适用,其他各级标准不得与之相抵触。我国的标准具有法规的性质,我国的强制性标准相当于我国的一些强制性法规。部分城市将室温标准提高到≥18℃,高于国家标准。
三、室温标准由≥16℃调高到≥18℃后增加煤耗测算
我国采暖区以热电联产和集中供热为主,部分地区采用分散供热方式。燃料以煤为主。全国集中供热面积平均每年以2亿m2的速度递增。
如果将2005年全国集中供热面积室内温度由≥16℃调高到≥18℃,按目前每一采暖期每平方米 ??(哈尔滨36.3kg、长春37.0kg、吉林32.1kg、沈阳27.8kg、大连22.7kg、包头40.9kg、北京40.7kg、天津32.4 ??kg、太原46.4kg、乌鲁木齐35.8kg)的平均耗煤水平35.2kg计算,当年增加耗煤 ??203万吨标煤。相当于8089万m2的采暖用煤。
我国正处于飞速城镇化进程中。按照世界银行预测,到2020年新增城镇民用建筑面积将为100~150亿m2。新建建筑中将有70亿m2以上需要采暖。热化率达到40%,集中供热面积将会达到60亿㎡,按照目前的能耗水平,温度由≥16℃调高到≥18℃,当年煤耗增量为483万吨标煤。相当于1.9亿m2供暖用煤。
以供热室温标准由≥16℃调至≥18℃的呼和浩特、银川、兰州三城市为例(煤耗6㎏/m2·月计算),其能耗增量和煤耗增量如下表:
2007年度冬季,三城市总供热面积14459万m2。能耗增量平均为3.21% ??,增加煤耗约12万吨标煤。请你根据以下相关国际标准判断:国家对室温方面的有关规定
我国冬季室内卫生对温度要求包括以下几个部分。
室温 ?? ?? ??集中式采暖居室中央1.5米处气温的适宜范围为16~20℃,分散式采暖居室中央1.5米处气温的适宜范围为13~17℃,任何地区的冬季室内温度均不得低于13℃。
垂直温差 ?? ??指居室中央地面以上0.1米处的气温与距地面以上1.5米处的气温之差。垂直温差过大,会使足部温度下降,体温调节紧张,不利于健康,一般垂直温差应小于3℃。
水平温差 ?? ??指居室内1.5米处各点的气温之差。一般在门口、窗口、走廊等处气温偏低、房间内的水平温差过大容易使人受凉,水平温差以不超过2~3℃为宜。
2002年,国家制定了《室内空气质量标准》,即GB/T18883-2002。规定冬季采暖标准为16~24℃,符合这个标准的室内温度就是舒适的室内温度。
《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》规定,“冬季采暖室内热环境卧室、起居室设计温度取16~18℃”。
国家制定的“2002年小康型城乡住宅科技产业示范小区规划设计导则”中的室内环境质量标准项,规定冬季采暖地区室内温度为16~21℃。世界卫生组织确定的“健康住宅”的标准中对室温的规定,全年室内气温保持在16~28℃。
《公共建筑节能设计标准》GB ??50189—2005 ??中规定了办公、体育、商业、餐饮等不同建筑类型房屋的不同室内温度标准。
《公共场所空气温度测定方法》GB/T18204. ??13-2000中,对室温的测定方法也作了具体规定。室内面积不足16㎡测室中央一点;16㎡以上但不足30㎡测二点(居室对角线三等分,第二个等分点作为测点);30㎡以上但不足60㎡测三点(居室对角线四等分,其三个等分点作为测点);60㎡以上测五点(二对角线上梅花设点)。测点离地面高度0.8~1.6m,应离开墙壁和热源不小于0.5m。
国家标准是对全国经济技术发展有重大意义、需要在全国范围内统一的技术要求所制定的标准。国家标准在全国范围内适用,其他各级标准不得与之相抵触。我国的标准具有法规的性质,我国的强制性标准相当于我国的一些强制性法规。部分城市将室温标准提高到≥18℃,高于国家标准。
三、室温标准由≥16℃调高到≥18℃后增加煤耗测算
我国采暖区以热电联产和集中供热为主,部分地区采用分散供热方式。燃料以煤为主。全国集中供热面积平均每年以2亿m2的速度递增。
如果将2005年全国集中供热面积室内温度由≥16℃调高到≥18℃,按目前每一采暖期每平方米 ??(哈尔滨36.3kg、长春37.0kg、吉林32.1kg、沈阳27.8kg、大连22.7kg、包头40.9kg、北京40.7kg、天津32.4 ??kg、太原46.4kg、乌鲁木齐35.8kg)的平均耗煤水平35.2kg计算,当年增加耗煤 ??203万吨标煤。相当于8089万m2的采暖用煤。
我国正处于飞速城镇化进程中。按照世界银行预测,到2020年新增城镇民用建筑面积将为100~150亿m2。新建建筑中将有70亿m2以上需要采暖。热化率达到40%,集中供热面积将会达到60亿㎡,按照目前的能耗水平,温度由≥16℃调高到≥18℃,当年煤耗增量为483万吨标煤。相当于1.9亿m2供暖用煤。
以供热室温标准由≥16℃调至≥18℃的呼和浩特、银川、兰州三城市为例(煤耗6㎏/m2·月计算),其能耗增量和煤耗增量如下表:
2007年度冬季,三城市总供热面积14459万m2。能耗增量平均为3.21% ??,增加煤耗约12万吨标煤。
范文三:暖气温度不足因素排查
一、热源:?(共28个?因素)
?1.1、补?水因素: ?
1.1.?1、定压点?低:补水泵?定压点低,?系统中高大?建筑不热。?
1.1?.2、补水?泵故障:补?水泵出问题?,无备用泵?,系统严重?亏水。 ?1.1.3?、变频器失?灵:补水泵?变频器出故?障,补水不?及时。
?1.1.4?、膨胀水箱?缺水:由于?补水信号失?灵等原因造?成膨胀水箱?亏水。
?1.1.5?、补水箱小?:系统亏水?严重,补水?箱容积满足?不了补水需?要。 1?.1.6、?停水:意外?事故引起,?另外一些缺?水城市可能?也会发生这?种情况,造?成无法补水?。
1?.2、循环?因素:
?1.2.1?、循环泵故?障:循环泵?出问题,无?备用泵,系?统不循环。? 1.2?.2、间歇?循环:为节?电,部分供?热管理单位?经常停泵,?系统工况不?稳定。 ?1.2.3?、循环泵流?量小:造成?用户大面积?不热。
?1.2.4?、循环泵扬?程低:造成?末端用户不?热。
?1.3、锅?炉因素: ?
1.3.?1、锅炉容?量小:现有?锅炉供热量?满足不了用?户实际需求?。
1.?3.2、锅?炉效率低:?锅炉容量似?乎满足需要?,但由于燃?料未充分燃?烧、锅炉排?烟温度高、?锅炉水路结?垢严重、锅?炉表面散热?量大等原因?造成锅炉效?率低,致使?严寒阶段暖?气不热。 ?
1.3.?3、停炉:?锅炉出故障?,无备用炉?,正在检修?中。
1?.3.4、?燃料不合格?:使用劣质?燃料,燃料?发热值低,?甚至难于启?炉或常常熄?火。 1?.3.5、?燃料用量少?:部分供热?管理单位只?顾自身经济?利益,不惜?牺牲热用户?利益,使用?燃料量不满?足用户起码?的要求,供?热水平不达?标。
?1.4、换?热因素: ?
1.4.?1、换热器?选型小:当?需要热力站?进行二次换?热时,现有?换热器换热?量满足不了?用户实际需?求。
1?.4.2、?换热器结垢?:由于锅炉?房或热力站?软化水不合?格或年久失?修,热力站?中的换热器?一次水或二?次水结垢严?重,大大影?响换热效果?。
1.?4.3、换?热器损坏:?热力站中的?换热器发生?诸如一、二?次水串水等?故障。 ?1.4.4?、旁通流量?过大:供回?水旁通管混?水比例大,?造成热源出?口水温过低?,导致供热?失误。
?1.4.5?、混水泵问?题:采用混?水泵换热时?,混水比例?不合理,同?样造成热源?出口水温过?低,导致供?热失误。 ?
1.5?、管理因素?:
1.?5.1、非?专业司炉工?:供热管理?单位的司炉?工无证上岗?,这在一些?地区具有普?遍性,甚至?这些单位也?是盲目接手?的外行。 ?
1.5.?2、无序管?理:部分供?热运行单位?缺少管理机?制,员工缺?乏责任心,?不懂锅炉和?换热器的习?性及规程。?
1.5?.3、未准?确按气象调?节:供暖期?中的不同阶?段及各个阶?段的每一天?里,室外气?温和气象不?断发生变化?,但供热管?理单位调控?不合时宜造?成供热失误?。 1.?5.4、间?歇供热:许?多供热管理?单位采用间?歇供暖方式?,当根据气?温状况计算?准确、时间?控制合理、?管理到位时?,可能会出?现室温正常?而暖气暂时?不热的现象?,这是合理?的。
1?.5.5、?间歇供热管?理差:一些?供热管理单?位采用间歇?供暖方式时?,技术及管?理不到位,?常会出现暖?气不热且室?温不正常的?现象,这是?不合理的。?
1.?6、其他因?素:
1?.6.1、?停电:补水?泵、循环泵?不能启动。?
1.6?.2、电压?不稳:当电?压低时,电?流易超过额?定值,此时?必须暂时停?泵,因此可?能造成系统?工况不稳定?。
1.?6.3、除?污器脏堵:?造成系统总?阻力加大,?致使末端用?户不热。 ?
二、?热网:(共?26个因素?)
2.?1、平衡因?素:
2?.1.1、?水力失调:?这是系统中?最常见的现?象,几乎所?有供热管理?单位都未解?决好,所以?常常造成末?端用户不热?而前端用户?过热。
?2.1.2?、一次管网?失衡:大市?政需要更认?真调网,当?供回水出现?平压差、甚?至倒压差时?,热力站会?出现不热现?象,殃及其?所供用户。?
2.1?.3、热源?交替:有些?热力站或热?用户可由多?个热源联网?供热,如大?市政倒工况?时会造成暂?时不热现象?发生。
?2.1.4?、分支阀门?开度小:为?调节整个管?网远近平衡?,就要限制?中近端用户?流量和压差?,有时控制?该分支或用?户阀门开度?过小,也会?致使近端不?热。 2?.1.5、?各分支阻力?差距大:相?邻的两路分?支或两栋楼?各自系统内?部阻力完全?不同,差距?越大越难以?调两者平衡?。
?
?
?
?2.1.6?、末端用户?阻力大:末?端用户阻力?大会使整个?系统阻力明?显加大,水?泵运行工况?随之发生重?大变化,流?量明显减小?,殃及其它?用户不热。?
2.1?.7、末端?用户不正常?:设计失误?、施工不当?、管理不力?、老旧建筑?等造成某些?用户供热不?正常,如果?发生在近端?还算可以克?服,但发生?在末端则性?质会有根本?改变。
?2.1.8?、用户私开?阀门:用户?为图私利自?行开大检查?井阀门,打?乱了原供热?平衡。2.?1.9、管?理人员捣乱?:本职或离?职的供热管?理人员与本?单位或某用?户有私人恩?怨、
吃拿卡?要未果,或?者与合作的?节能公司不?合或争功,?而偷偷调整?甚至关闭个?别检查井阀?门,都会打?乱原供热平?衡。
?2.2、新?楼因素: ?
2.2.?1、夹在老?楼中:新楼?夹在老楼中?,打乱了原?先的水力平?衡,不仅自?身不保,还?可能影响老?楼供暖。 ?
2.2.?2、原总管?径小:增容?后总管径或?支线管径未?扩管,造成?新楼或周边?不热。 ?2.2.3?、新楼阻力?大:新楼的?楼内系统阻?力大(诸如?面积大、采?用地暖、分?户计量等)?,常造成本?身供热效果?差。
2?.2.4、?位于末端:?新楼建在工?况不利的末?端,使自身?供热效果差?,若再加上?本身楼内系?统阻力大就?更甚。
?2.2.5?、节外生枝?:未与供热?管理单位接?洽,擅自私?接管网,偷?取供热能源?,打破该区?域供热平衡?。
2.?2.6、节?内生枝:为?节省管材,?从前端的楼?内系统中接?出一个分支?给后面的楼?宇,造成前?端过热,后?端阻力巨大?当然就不热?了。
?2.3、损?毁因素: ?
2.3.?1、支线阀?门失灵:支?线阀门出现?锈死、闸板?掉、大量跑?水等现象,?需要关闭、?报修而暂时?不能使用。?
2.3?.2、管道?损坏:由于?施工或材料?因素及年久?失修,可能?会出现突然?爆管现象,?造成大量跑?水,维修时?间较长,尤?其直埋管段?更难于查清?。
2.?3.3、补?偿器损坏:?热力管网中?常用大量热?补偿器,由?于该设备质?量原因、维?护管理不当?(如软化水?不达标)及?年久失修,?会出现突然?爆裂损坏现?象,造成大?量跑水,维?修时间也较?长,尤其直?埋管段中的?波纹管补偿?器更难于查?清。 2?.3.4、?管网人为破?坏:阀门甚?至管道等供?热设施被盗?或被破坏引?起停热,低?架空管道出?现这一现象?概率高。 ?
2.4?、其他因素?:
2.?4.1、初?调节:供热?运行初期管?网尚属于调?整阶段,系?统压力不稳?。 2.?4.2、管?径小:规划?、设计、施?工、管理等?原因造成管?网干线或支?线管径小,?不满足现状?、改造或发?展需要。 ?
2.4.?3、供回水?连通:管网?中供回水的?连通管阀门?打开或失灵?,造成系统?走短路。 ? 2.4.?4、高点窝?气:管网应?有坡度,沿?途的高点应?设排气阀并?在运行初期?放气。 ?2.4.5?、管网脏堵?:由于施工?遗留、年久?积存形成的?脏堵会影响?供热效果,?这些脏堵经?常汇集在压?力较小的末?端地区,使?这些地区影?响更大。 ?
2.4.?6、过滤器?脏堵:同样?由于施工遗?留、年久积?存形成的脏?物停留在管?网中的过滤?器中,未及?时清理,影?响供热效果?。
2.?4.7、保?温差:施工?缺陷及管理?不善等致使?管网保温性?能差,导致?热量损失严?重,供热温?度不达标。?
三?、楼内系统?:(共22?个因素) ?
3.1、?设计因素:?
3.1?.1、上供?下回垂直失?调:上供下?回系统形成?温度(差)?失调,楼上?有利,楼下?不利,最冷?时差别更大?,设计时应?考虑楼下多?设暖气片。?
3.1?.2、下供?下回垂直失?调:下供下?回系统形成?压力(差)?失调,楼下?有利,楼上?不利,且顶?部容易集气?。
3.?1.3、异?程系统水平?失调:楼内?系统水平干?管为异程时?,更易产生?水平失调,?造成小系统?末端不热。?
3.1?.4、阻力?差水平失调?:由于设计?或改造的原?因,各立管?环路阻力差?别很大时,?易形成水平?失调,如系?统中有些立?管每层只带?1组散热器?,而有些立?管每层却带?4组散热器?。
3.?1.5、立?管管径过小?:造成此立?管阻力大,?流量少而暖?气不热。当?整栋楼均如?此时,楼内?系统总阻力?加大,供热?不利。
?3.1.6?、立管管径?过大:造成?此立管流量?大,其他立?管流量小而?暖气不热。?当整栋楼均?如此时,楼?内系统总流?量加大,对?其他楼不利?,且不易调?节或调节时?易形成垂直?失调。
?3.1.7?、变径不合?理:由于水?平或垂直干?管变径太突?然,易形成?水平或垂直?失调。 ?
?
?
?
3.?2、阀门因?素:
3?.2.1、?顶层立管总?阀:由于顶?层立管总阀?关断、失灵?、损毁等原?因(如闸板?掉了),造?成环路不通?,致使立管?所经过的所?有暖气片形?成死水。 ? 3.2.?2、首层立?管总阀:由?于首层立管?总阀关断、?失灵、损毁?等原因,造?成环路不通?,致使立管?所经过的所?有暖气片形?成死水。 ?
3.2.?3、自动跑?风失灵:大?部分廉价的?国产自动排?气阀只能用?1—3年,?这是因为关?键部件——?内部弹簧常?会失灵,应?尽量用优质?的进口或合?资产品。 ? 3.2.?4、楼入户?阀门失灵:?造成整栋楼?暂时不热,?需要尽快维?修之后才可?恢复。 ?
3.3、?积堵因素:?
3.3?.1、垢堵?:由于该地?区水硬度高?、软化水指?标差、管材?不合格及年?久失修等原?因造成管道?内部结垢严?重而引起的?脏堵,影响?供热效果。?
3.3?.2、锈堵?:由于管材?、管理及年?久等原因造?成管道内部?氧化锈蚀严?重而引起的?沉渣脏堵,?影响供热效?果。
3?.3.3、?施工脏堵:?野蛮施工中?遗留的废物?堵在暖气或?管道中,导?致暖气不热?。 3.?3.4、过?滤器脏堵:?分户供热、?地暖等加过?滤器之处遇?到脏堵,也?会形成系统?内部局部不?热。
3?.3.5、?立管气堵:?在立管顶部?未加排气阀?、安装不正?确或不排气?,均造成气?堵而该立管?不热。
?3.3.6?、坡度不合?理:楼内系?统水平干管?坡度不合理?形成窝气,?导致系统不?热。
?3.4、其?他因素: ?
3.4.?1、调节方?法不一:楼?内系统调节?时有时调供?水阀门,有?时调回水阀?门,压力难?以平衡。 ?
3.4.?2、未保温?:在地沟、?楼道或个别?热用户家中?水平或垂直?干管不加保?温或保温差?,造成散热?损失大或该?用户过热,?致使其他用?户暖气供热?不足。 ?3.4.3?、未按图施?工:施工中?常出现供回?水接反等现?象发生,致?使暖气不热?。 3.?4.4、私?接管道:在?楼内系统中?私接管道给?平房、车库?、地下室、?底商等,造?成系统供热?问题发生。?
3.4?.5、PV?C管老化:?新型建筑常?用PVC管?等材料连接?散热器,但?其水温要求?尽量不超过?60?,而?实际往往并?非如此,长?此以往造成?老化严重,?隐患随时爆?发。
?
四、热用?户:(共2?4个因素)?
4.1?、私改因素?:
4.?1.1、新?暖气片超大?:用户私改?暖气时,选?用超长的暖?气片或过多?的暖气片数?,会造成供?热入户阻力?加大,在单?管串系统中?会使楼上和?楼下用户的?供热更不利?。 4.?1.2、新?暖气片过小?:用户私改?暖气时,为?美观起见选?用新型小巧?的暖气片,?致使暖气散?热量不足。?
4.1?.3、新暖?气片管径细?:用户私改?暖气时,选?用接管更细?的暖气片,?造成供热入?户阻力加大?,在单管串?系统中还会?影响楼上和?楼下用户的?供热效果。? 4.1?.4、私加?暖气:用户?追求更高温?度,在原有?暖气基础上?增加几组散?热器,如在?门厅散热器?上接一组给?阳台,致使?该环路总阻?力加大,原?有暖气也变?得不热了。? 4.1?.5、私移?暖气:用户?为自身美观?等需要,擅?自将散热器?移到其它地?方,由于非?专业施工造?成连接有误?,导致暖气?不热或跑水?。
4.?1.6、私?装地暖:地?暖阻力远远?大于原供热?方式,故造?成用户白花?钱还不热,?在单管串系?统中更会严?重影响楼上?和楼下用户?的供热效果?。
4.?1.7、自?装水泵:部?分曾经不热?的用户在自?家管路上擅?自安装水泵?,改变局部?系统循环,?致使自家循?环水量加剧?,周围用户?循环水量不?足而不热。? 4.1?.8、争相?换暖气:由?于楼上和楼?下用户出于?美观和更热?原因争相换?暖气,致使?每年暖气片?和管路均因?泄水而不能?保持湿保养?,造成这些?供热设备氧?化腐蚀严重?,并使局部?地区的立管?循环阻力加?大且恶性循?环加剧。 ?
4.2?、人为因素?:
4.?2.1、无?序放气:在?供热运行初?期或外网不?稳的阶段,?用户争相放?水放气,形?成恶性循环?,补冷水量?严重。
?4.2.2?、用户偷水?:个别用户?(如部分商?业场所)偷?水拖地、去?油、洗车等?,造成补冷?水量大,致?使暖气不热?。
4.?2.3、恶?性放水:个?别用户恶意?放水,如在?自家卫生间?暖气片上接?水龙头,并?加皮管子往?下水道冲,?使自家暖气?热起来,并?报复不热现?象发生。 ?
4.2.?4、首层用?户关门:首?层用户拒绝?开门或无人?在家,导致?立管阀门关?断或屋内供?热设备无法?正常检修,?殃及楼上用?户不热。 ?
4.2.?5、顶层用?户关门:顶?层用户拒绝?开门或无人?在家,导致?立管阀门关?断、顶层不?能放气或屋?内供热设备?无法正常检?修,殃及楼?下用户不热?。
4.?2.6、邻?里关系不好?:有意关断?自家中立管?总阀或拆毁?暖气设施,?影响楼上和?楼下用户。?
4.2?.7、不交?费停热:在?部分地区,?由于某些用?户未交供暖?费,供热管?理单位关闭?某一户、一?个单元甚至?一栋楼的阀?门,导致局?部用户不热?,甚至殃及?该区域已交?费的用户。?
4?.3、分户?因素:
?4.3.1?、不装排气?阀:分户供?暖时,自家?每个散热器?的高点都要?放气,无排?气阀造成气?堵自然不热?。
4.?3.2、自?家不放气:?分户供暖时?,有排气阀?却不会放气?,造成气堵?也自然不热?。 4.?3.3、暖?气片挂太高?:分户供暖?时,散热器?挂得太高,?影响供热循?环,形成气?堵问题最突?出。
?管道细:分?户供暖时,?总阻力就会?大于其他楼?,如果管径?再小,问题?就会更4?.3.4、
加突?出,造成分?户供暖用户?大量不热。?
4.?4、其他因?素:
4?.4.1、?暖气片损坏?:如散热器?腐蚀、密封?件老化等。?
4.4?.2、暖气?片冻坏:用?户在寒冷时?未关门窗,?冻坏了自家?暖气,不仅?造成自家不?热,还会殃?及立管环路?上的其他用?户。
4?.4.3、?用户阀门失?灵:由于各?种原因,造?成用户入户?阀门或单个?散热器上阀?门失灵,而?导致暖气不?热。
4?.4.4、?相连用户检?修:与自身?相连的用户?由于跑水等?原因正在维?修,已关断?相关阀门,?造成所有这?些用户暂时?都不热。 ?
4.4.?5、暖气片?坡度相反:?暖气片安装?位置的坡度?应利于放气?,否则易形?成气堵,当?暖气片上无?排气阀时更?加不利。 ?
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范文四:暖气温度控制器设计
摘 要
基于记忆材料的暖气片温度控制器的设计,是通过记忆材料具有记忆效应此特殊性能,从而实现本设计的要求。利用Ni-Ti合金记忆材料制成的控制器能够达到对外界温度在一定范围内的自动控制的目的。随着外界温度的变化Ni-Ti合金的形状也随之变化,从而使控制器对暖气片的水流量控制,这样导致了外界温度的变化,温度的变化又反馈于Ni-Ti合金,此种循环控制便实现了控制器对外界温度的自动控制。
关键词:形状记忆材料、温度控制器、记忆弹簧
Subject: Based on material heating films temperature controller memory design
Abstract
For heating films temperature controller memory materials design is a memory through memory material effect this special performance in order to achieve the design requirements. Ni-Ti memory alloys using materials controller to the outside world can be achieved within a certain temperature in the automatic control purposes. With the outside temperature changes Ni-Ti alloy shape also change accordingly. Thereby controls to control the flow of water heating panels, This led to changes in external temperature, Changes in temperature and feedback Ni-Ti alloys, Such control is achieved controller to cycle outside temperature automatic.
Keywords: Shape memory materials, Temperature controller, Spring-loaded memory
目 录
1 绪论 ............................................................... 1
2 形状记忆合金 ...................................................... 2
2.1形状记忆原理 ..................................................... 2
2.1.1热弹性马氏体相变 ............................................. 2
2.1.2 形状记忆原理 ................................................. 3
2.1.3形状记忆效应与伪弹性 ......................................... 3
2.2形状记忆合金 ..................................................... 4
2.2.1 TI-NI系合金 ................................................ 4
2.2.2 铜系形状记忆合金 ............................................. 6
2.2.3 铁系形状记忆合金 ............................................. 7
2.3 形状记忆材料的应用及发展 ......................................... 7
2.3.1 形状记忆合金的应用 ........................................... 7
2.3.2 形状记忆合金的发展方向 ....................................... 9
3供暖系统的设计 .................................................... 11
3.1 室内热水供暖系统 ................................................ 11
3.1.1 供暖系统的综合选择 ......................................... 12
3.2 热水锅炉供暖的智能调节 .......................................... 13
4 控制器整体结构设计 .............................................. 14
4.1暖气温度控制器的结构和工作原理 .................................. 14
4.2形状记忆弹簧的设计 .............................................. 15
4.2.1形状记忆弹簧设计原理 ........................................ 15
4.2.2 记忆弹簧的材料选择 .......................................... 17
4.2.3记忆合金弹簧的主要参数及设计公式 ............................ 17
4.2.4记忆合金弹簧的设计 .......................................... 18
4.2.5记忆合金弹簧形变动作的稳定 .................................. 20
4.2.6 记忆合金弹簧疲劳寿命问题 .................................... 20
4.3滑块及其滑杆的设计 .............................................. 21
4.3.1滑块及其滑杆的材料选择 ...................................... 21
4.3.2滑块及其滑杆的尺寸设计 ...................................... 21
4.4阀体及其阀盖的设计 .............................................. 22
4.4.1阀体及其阀盖的材料选择 ...................................... 22
4.4.2三通及其阀盖的尺寸设计 ...................................... 22
4.5控制器的密封和隔热 .............................................. 23
4.6控制器的装配 .................................................... 23
5 总结 ............................................................. 25
致 谢 .............................................................. 26
参考文献 ............................................................ 27
1 绪论
形状记忆材料是一种特殊的功能材料,它能够感知环境的变化(如温度、力、电磁、溶剂等)的刺激,并响应这种变化对其力学参数(如形状、位置、应变等)进行调整,从而回复到其预先设定状态。形状记忆材料具有的这种性能叫做形状记忆效应。
基于记忆材料的暖气片温度控制器的设计是为了解决在无人控制下控制器能实现自动控制温度的目的。设计的基于记忆材料的暖气片温度控制器,它是无源元件。主要采用形状记忆合金材料制成螺旋状弹簧,此螺旋状弹簧同时作为感温元件和动作执行部件。
一直以来在温度控制方面大多都采用电子控制的方法,实现比较方便并且控制精度比较高。但是却大量消耗能源和人力资源,用在高精度控制领域有其优越性。本文之所以采用记忆材料来实现温度的自动控制,主要是由于记忆材料其特异的功能足以实现室内温度的自动控制。
记忆材料是一种新型的功能材料,具有一定初始形状的材料经形变并固定成另一种形状后,通过热、光、电等物理刺激或化学刺激的处理又可恢复成初始形状的材料。正因为记忆材料有此特异功能,用来实现温度的控制就有其优越性和便易性。能很容易的实现范围性的温度控制,结构简单,控制器体积小,并能按控制要求实现温度的自动控制。
目前,形状记忆材料已在空间技术、机器人和自动控制系统、仪器仪表、汽车工业和医疗设备等领域有了大量地应用,并且展示出了广阔的前景。相信在不久的将来,形状记忆材料一定会成为功能材料中的佼佼者,并且在工业领域发挥巨大的作用。
2 形状记忆合金
在研究Ti-Ni合金时发现:原来弯曲的合金丝被拉直后,当温度升高到一定值时,它又恢复到原来弯曲的形状。人们把这种现象称为形状记忆效应。具有形状记忆效应的金属称为形状记忆合金。
形状记忆现象的发现可追溯到1932年,美国在研究Au-Cd合金时观察到马氏体随温度变化而消长;1938年美国哈佛大学和麻省理工学院发现Cu-Sn,Cu-Zn合金在马氏体相变中的形状记忆效应;同年前苏联对Cu-Al-Ni,Cu-Sn合金的形状记忆机理进行了研究;1951?1953年,美国分别在Au-Cd,In-TI合金中观察到形状记忆效应。30年代初,形状记忆效应只被看作一种现象,Ti-Ni合金形状记忆效应发现后,美国研制了最初实用的形状记忆合金”Nition”。
除了合金外,也发现在非金属材料如高聚物和陶瓷中有形状记忆现象。20世纪50年代初英国的Charlesby等人发现在辐射交联聚乙烯中有形状记忆现象。1957年Ray-Chem.公司申请了辐射交联聚乙烯热收缩管的专利,并开始了生产。1984年法国煤化学公司首先开发聚降冰片烯成功。其后日本的几家公司有生产了新的形状记忆高聚物。现在已生产的形状记忆高聚物已制备成热收缩管和膜等,用于电器、医疗、机械、和玩具等行业。形状记忆陶瓷和玻璃尚处于探索阶段。
2.1形状记忆原理
2.1.1热弹性马氏体相变
大部分形状记忆合金的形状记忆机理是热弹性马氏体相变。马氏体相变往往具有可逆性,即把马氏体以足够快的速度加热,可以不经分解直接转变为高温相。母相向马氏体相转变开始,终了温度称为Ms、Mf。马氏体向母相逆转变开始、终了温度称为As,Af。具有马氏体逆转变,且Ms与As相差很小的合金,将其冷却到Ms点以下,马氏体晶核随温度下降逐渐长大,温度回升时马氏体片又反过来同步地随温度上升而减小,这种马氏体叫热弹性马氏体。在Ms以上一温度对合金施加外力也可引起马氏体
转变,形成的马氏体叫应力诱发马氏体。有些应力诱发马氏体也属弹性马氏体,应力增加时马氏体长大,反之马氏体缩小,应力消除后马氏体消失,这种马氏体叫应力弹性马氏体。应力弹性马氏体行程时会使合金产生附加应变,当除去应力时,这种附加应变也会随之消失,这种现象叫超弹性(伪弹性)。
母相受力生成马氏体并发生形变,或先淬火得到马氏体,然后使马氏体发生塑性变形,变形后的合金受热时,马氏体发生逆转变,恢复母相原始状态;温度升高至Af时,马氏体消失,合金完全恢复到原来的形状。但是具有热弹性马氏体相变的材料并不都具有形状记忆效应。
2.1.2 形状记忆原理
形状记忆材料应具备如下条件:(1)马氏体相变是热弹性的;(2)马氏体点阵的不变切变为挛变,亚结构为卵晶或层错;(3)母相和马氏体均为有序点阵结构。 形状记忆效应和伪弹性的出现与温度和应力有直接关系。
不仅对母相施加应力诱发马氏体相变会产生伪弹性,而且在Mf温度下,应力能诱发具有其它结构的马氏体。这种应力诱发马氏体在热力学上是不稳定的,仅能在应力下存在,应力除去后,逆转变为原始结构马氏体而出现伪弹性。
2.1.3形状记忆效应与伪弹性
形状记忆效应有三种形式:
第一种称为单向形状记忆效应,即将母相冷却或加应力,使之发生马氏体相变,然后使马氏体发生塑性变形,改变其形状,再重新加热到以上,马氏体发生逆转变,温度升至点,马氏体完全消失,材料完全恢复母相形状。一般没有特殊说明,形状记忆效应都是指这种单向形状记忆效应,见图2-1(a)。
有些形状记忆合金在加热发生马氏体逆转变时,对母相有记忆相应;当从母相再次冷却为马氏体时,还恢复原马氏体的的形状,这种现象称为双向形状记忆效应,又称可逆形状记忆效应。如图2-1(b)。
第三种情况是在合金系中发现的,在冷热循环过程中,形状恢复到与母相完全相
反的形状,称为全方位形状记忆效应。见图2-1(c)。
应力弹性马氏体行程时会使合金产生附加应变,去除应力后,马氏体消失,应变也随之恢复,这种现象称为为弹性或超弹性。
2.2形状记忆合金
以发现的形状记忆合金种类很多,可以分为镍-钛系,铜系,铁系合金三大类。另外,近年发现一些聚合物和陶瓷材料也具有形状记忆功能,其形状记忆原理与合金不同,还有待于进一步研究。
目前已实用化的形状记忆材料只有Ti-Ni合金和铜系形状记忆合金。
2.2.1 Ti-Ni系合金
Ti-Ni合金中有三种金属化合物:Ti2Ni,N iTi和TiNi3。N iTi的高温相是CsCl结构的体心立方晶体,低温相是一种复杂的长周期堆垛结构B19,属单斜晶系。高温相与马氏体之间的转变温度随合金成分及其热处理状态在而改变。Ni成分变化0.1at%,Ms变化10K。为了得到良好的记忆效应,通常在1000℃左右固容后,在400℃时效,再淬火得到马氏体。时效处理一方面能提高滑移变形的临界应力,另一方面能引起R相变。通过时效处理、反复进行相变和逆转变及加入其他元素,当母相转变为
R相时,相变应小于1%,逆转变的温度滞后小于1.5K。
表2-2为Ti-Ni系合金有关性能指标
由于形状记忆合金在许多应用中,都是在热和应变循环过程中工作的,因此材料可以反复使用到什么程度是设计者关心的、也是形状记忆合金实用化最突出的问题。如合金在加热-冷循环中,伴随着相变温度的变动;反复形变过程中,相变温度和形变动作的变化也影响材料的疲劳寿命。因为相变温度的变动和形变动作的变化可使元件动作温度失常,形变动作的变化可以使调节器的作用力不稳定,而材料的疲劳寿命则
决定着元件的使用限度。NiTi合金从高温母相冷却到通常的马氏体相变之前,要发生菱形结构的R相变,是电阻率陡峭升高。在马氏体相变发生之后,电阻率又急剧降低,形成一个独特的电阻峰,在反复进行马氏体相变的热循环之后,合金相变温度将可能发生变化。
近年来在Ti-Ni合金基础上,加入Nb,Cu,Fe,Al,Si等元素,开发了Ti-Ni-Cu,Ti-Ni-Nb, Ti-Ni-Fe, Ti-Ni-Cr等新型的Ti-Ni合金。上述合金元素对Ti-Ni合金的Ms点有明显的影响,也使AS温度降低,即使伪弹性向低温发展。Ti-Ni系合金是最有实用前景的形状记忆材料,性能优良,可靠性好,并且与人体有生物相容性,但成本高,加工困难。
2.2.2 铜系形状记忆合金
与Ti-Ni合金相比,Cu-Zn-Al制造加工容易,价格便宜,并有良好的记忆性能,相变点可在一定范围内调节,不同成分的相变温度不同。同时,处理工艺对其相变点也有影响。且随热循环次数的增加,合金的Mf和Af点却随热循环次数的增加而缓慢降低,这些影响因素可以用热循环过程中位错的增值来说明。在Cu-Zn-Al合金中,位错使DO3型结构的母相的有序度下降。前者由于生成残留马氏体,在约103次热循环后,已能看到形状记忆效应衰退,而后者由于不生成残留马氏体可以期望得到更稳定的性能。
一般铜基合金在Af点以上经过最初几个应力循环后即出现应变残留,在Cu-Zn三元系合金中,对相变不利的方向晶粒滑移形变特别显著,残留有相当的应变。对于Cu-Zn-Al合金 ,由于母相强度高,滑移变形难以进行,单晶中,在 ?B1?B1相变伪循环中尽管应力很高,回线的形状却几乎不变。但在多晶中,由于难以引起滑移形变,残留应变小则应力集中未能缓和,因此变得非常翠。
Cu-Zn-Al合金由于调整应变不协调,滑移形变难以进行,故无论在哪一种形变方式下,多晶的疲劳寿命都比单晶低。可以通过晶粒细化和加工-时效处理来改善疲劳特性。研究表明,Cu-Zn-Al合金通过粉末压制的方法,可以使疲劳寿命大幅度改善。
范文五:暖气温度控制器设计
学 位 论 文 诚 信 声 明 书
本人郑重声明:所呈交的学位论文(设计说明书)是我个人在导师指导下进行
的研究(设计)工作及其取得的研究(设计)成果。尽我所知,除了文中加以标注和致谢的地方外,论文(设计说明书)中不包含其他人或集体已经公开发表或撰写过的研究(设计)成果,也不包含本人或其他人在其它单位已申请学位或为其它用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究(设计)所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了致谢。
申请学位论文与资料若有不实之处,本人愿承担一切相关责任。
学位论文作者签名: 日期:
学 位 论 文 知 识 产 权 声 明 书
本人完全了解学校有关保护知识产权的规定,即:在校期间所做论文(设计)工作的知识产权单位属于西安科技大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版。本人允许论文(设计说明书)被查阅和借阅;学校可以公布本学位论文(设计说明书)的全部或部分内容并将有关内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或其它复制手段保存和汇编本学位论文。
保密论文待解密后适用本声明。
学位论文作者签名: 指导教师签名:
年 月 日
题目:暖气温度控制器设计
专业:机械设计制造及其自动化
学生: (签名)
指导教师: (签名)
摘 要
基于记忆材料的暖气片温度控制器的设计,是通过记忆材料具有记忆效应此特殊性能,从而实现本设计的要求。利用Ni-Ti合金记忆材料制成的控制器能够达到对外界温度在一定范围内的自动控制的目的。随着外界温度的变化Ni-Ti合金的形状也随之变化,从而使控制器对暖气片的水流量控制,这样导致了外界温度的变化,温度的变化又反馈于Ni-Ti合金,此种循环控制便实现了控制器对外界温度的自动控制。
关键词:形状记忆材料、温度控制器、记忆弹簧
Subject: Based on material heating films temperature controller memory design
Abstract
For heating films temperature controller memory materials design is a memory through memory material effect this special performance in order to achieve the design requirements. Ni-Ti memory alloys using materials controller to the outside world can be achieved within a certain temperature in the automatic control purposes. With the outside temperature changes Ni-Ti alloy shape also change accordingly. Thereby controls to control the flow of water heating panels, This led to changes in external temperature, Changes in temperature and feedback Ni-Ti alloys, Such control is achieved controller to cycle outside temperature automatic.
Keywords: Shape memory materials, Temperature controller, Spring-loaded memory
目 录
1 绪论 ......................................................... 1
2 形状记忆合金................................................. 2
2.1形状记忆原理 ..................................................... 2
2.1.1热弹性马氏体相变 ............................................. 2
2.1.2 形状记忆原理 ................................................. 3
2.1.3形状记忆效应与伪弹性 ......................................... 3
2.2形状记忆合金 ..................................................... 4
2.2.1 TI-NI系合金 ................................................ 4
2.2.2 铜系形状记忆合金 ............................................. 6
2.2.3 铁系形状记忆合金 ............................................. 7
2.3 形状记忆材料的应用及发展 ......................................... 7
2.3.1 形状记忆合金的应用 ........................................... 7
2.3.2 形状记忆合金的发展方向 ....................................... 9
3供暖系统的设计................. 11
3.1 室内热水供暖系统 ................................................ 11
3.1.1 供暖系统的综合选择 ......................................... 12
3.2 热水锅炉供暖的智能调节 .......................................... 13
4 控制器整体结构设计 ......................................... 14
4.1暖气温度控制器的结构和工作原理 .................................. 14
4.2形状记忆弹簧的设计 .............................................. 15
4.2.1形状记忆弹簧设计原理 ........................................ 15
4.2.2 记忆弹簧的材料选择 .......................................... 17
4.2.3记忆合金弹簧的主要参数及设计公式 ............................ 17
4.2.4记忆合金弹簧的设计 .......................................... 18
4.2.5记忆合金弹簧形变动作的稳定 .................................. 20
4.2.6 记忆合金弹簧疲劳寿命问题 .................................... 20
4.3滑块及其滑杆的设计 .............................................. 21
4.3.1滑块及其滑杆的材料选择 ...................................... 21
4.3.2滑块及其滑杆的尺寸设计 ...................................... 21
4.4阀体及其阀盖的设计 .............................................. 22
4.4.1阀体及其阀盖的材料选择 ...................................... 22
4.4.2三通及其阀盖的尺寸设计 ...................................... 22
4.5控制器的密封和隔热 .............................................. 23
4.6控制器的装配 .................................................... 23
5 总结 ....................................................... 25
致 谢 ........................................................ 26
参考文献 ...................................................... 27
1 绪论
形状记忆材料是一种特殊的功能材料,它能够感知环境的变化(如温度、力、电磁、溶剂等)的刺激,并响应这种变化对其力学参数(如形状、位置、应变等)进行调整,从而回复到其预先设定状态。形状记忆材料具有的这种性能叫做形状记忆效应。
基于记忆材料的暖气片温度控制器的设计是为了解决在无人控制下控制器能实现自动控制温度的目的。设计的基于记忆材料的暖气片温度控制器,它是无源元件。主要采用形状记忆合金材料制成螺旋状弹簧,此螺旋状弹簧同时作为感温元件和动作执行部件。
一直以来在温度控制方面大多都采用电子控制的方法,实现比较方便并且控制精度比较高。但是却大量消耗能源和人力资源,用在高精度控制领域有其优越性。本文之所以采用记忆材料来实现温度的自动控制,主要是由于记忆材料其特异的功能足以实现室内温度的自动控制。
记忆材料是一种新型的功能材料,具有一定初始形状的材料经形变并固定成另一种形状后,通过热、光、电等物理刺激或化学刺激的处理又可恢复成初始形状的材料。正因为记忆材料有此特异功能,用来实现温度的控制就有其优越性和便易性。能很容易的实现范围性的温度控制,结构简单,控制器体积小,并能按控制要求实现温度的自动控制。
目前,形状记忆材料已在空间技术、机器人和自动控制系统、仪器仪表、汽车工业和医疗设备等领域有了大量地应用,并且展示出了广阔的前景。相信在不久的将来,形状记忆材料一定会成为功能材料中的佼佼者,并且在工业领域发挥巨大的作用。
2 形状记忆合金
在研究Ti-Ni合金时发现:原来弯曲的合金丝被拉直后,当温度升高到一定值时,它又恢复到原来弯曲的形状。人们把这种现象称为形状记忆效应。具有形状记忆效应的金属称为形状记忆合金。
形状记忆现象的发现可追溯到1932年,美国在研究Au-Cd合金时观察到马氏体随温度变化而消长;1938年美国哈佛大学和麻省理工学院发现Cu-Sn,Cu-Zn合金在马氏体相变中的形状记忆效应;同年前苏联对Cu-Al-Ni,Cu-Sn合金的形状记忆机理进行了研究;1951?1953年,美国分别在Au-Cd,In-TI合金中观察到形状记忆效应。30年代初,形状记忆效应只被看作一种现象,Ti-Ni合金形状记忆效应发现后,美国研制了最初实用的形状记忆合金”Nition”。
除了合金外,也发现在非金属材料如高聚物和陶瓷中有形状记忆现象。20世纪50年代初英国的Charlesby等人发现在辐射交联聚乙烯中有形状记忆现象。1957年Ray-Chem.公司申请了辐射交联聚乙烯热收缩管的专利,并开始了生产。1984年法国煤化学公司首先开发聚降冰片烯成功。其后日本的几家公司有生产了新的形状记忆高聚物。现在已生产的形状记忆高聚物已制备成热收缩管和膜等,用于电器、医疗、机械、和玩具等行业。形状记忆陶瓷和玻璃尚处于探索阶段。
2.1形状记忆原理
2.1.1热弹性马氏体相变
大部分形状记忆合金的形状记忆机理是热弹性马氏体相变。马氏体相变往往具有可逆性,即把马氏体以足够快的速度加热,可以不经分解直接转变为高温相。母相向马氏体相转变开始,终了温度称为Ms、Mf。马氏体向母相逆转变开始、终了温度称
为As,Af。具有马氏体逆转变,且Ms与As相差很小的合金,将其冷却到Ms点以下,
马氏体晶核随温度下降逐渐长大,温度回升时马氏体片又反过来同步地随温度上升而减小,这种马氏体叫热弹性马氏体。在Ms以上一温度对合金施加外力也可引起马氏体
转变,形成的马氏体叫应力诱发马氏体。有些应力诱发马氏体也属弹性马氏体,应力增加时马氏体长大,反之马氏体缩小,应力消除后马氏体消失,这种马氏体叫应力弹性马氏体。应力弹性马氏体行程时会使合金产生附加应变,当除去应力时,这种附加应变也会随之消失,这种现象叫超弹性(伪弹性)。
母相受力生成马氏体并发生形变,或先淬火得到马氏体,然后使马氏体发生塑性变形,变形后的合金受热时,马氏体发生逆转变,恢复母相原始状态;温度升高至Af时,马氏体消失,合金完全恢复到原来的形状。但是具有热弹性马氏体相变的材料并不都具有形状记忆效应。
2.1.2 形状记忆原理
形状记忆材料应具备如下条件:(1)马氏体相变是热弹性的;(2)马氏体点阵的不变切变为挛变,亚结构为卵晶或层错;(3)母相和马氏体均为有序点阵结构。 形状记忆效应和伪弹性的出现与温度和应力有直接关系。
不仅对母相施加应力诱发马氏体相变会产生伪弹性,而且在Mf温度下,应力能
诱发具有其它结构的马氏体。这种应力诱发马氏体在热力学上是不稳定的,仅能在应力下存在,应力除去后,逆转变为原始结构马氏体而出现伪弹性。
2.1.3形状记忆效应与伪弹性
形状记忆效应有三种形式:
第一种称为单向形状记忆效应,即将母相冷却或加应力,使之发生马氏体相变,然后使马氏体发生塑性变形,改变其形状,再重新加热到以上,马氏体发生逆转变,温度升至点,马氏体完全消失,材料完全恢复母相形状。一般没有特殊说明,形状记忆效应都是指这种单向形状记忆效应,见图2-1(a)。
有些形状记忆合金在加热发生马氏体逆转变时,对母相有记忆相应;当从母相再次冷却为马氏体时,还恢复原马氏体的的形状,这种现象称为双向形状记忆效应,又称可逆形状记忆效应。如图2-1(b)。
第三种情况是在合金系中发现的,在冷热循环过程中,形状恢复到与母相完全相
反的形状,称为全方位形状记忆效应。见图2-1(c)。
应力弹性马氏体行程时会使合金产生附加应变,去除应力后,马氏体消失,应变也随之恢复,这种现象称为为弹性或超弹性。
2.2形状记忆合金
以发现的形状记忆合金种类很多,可以分为镍-钛系,铜系,铁系合金三大类。另外,近年发现一些聚合物和陶瓷材料也具有形状记忆功能,其形状记忆原理与合金不同,还有待于进一步研究。
目前已实用化的形状记忆材料只有Ti-Ni合金和铜系形状记忆合金。
2.2.1 Ti-Ni系合金
Ti-Ni合金中有三种金属化合物:Ti2Ni,N iTi和TiNi3。N iTi的高温相是CsCl结构的体心立方晶体,低温相是一种复杂的长周期堆垛结构B19,属单斜晶系。高温相与马氏体之间的转变温度随合金成分及其热处理状态在而改变。Ni成分变化0.1at%,Ms变化10K。为了得到良好的记忆效应,通常在1000℃左右固容后,在400℃
时效,再淬火得到马氏体。时效处理一方面能提高滑移变形的临界应力,另一方面能引起R相变。通过时效处理、反复进行相变和逆转变及加入其他元素,当母相转变为
R相时,相变应小于1%,逆转变的温度滞后小于1.5K。
表2-2为Ti-Ni系合金有关性能指标
由于形状记忆合金在许多应用中,都是在热和应变循环过程中工作的,因此材料可以反复使用到什么程度是设计者关心的、也是形状记忆合金实用化最突出的问题。如合金在加热-冷循环中,伴随着相变温度的变动;反复形变过程中,相变温度和形变动作的变化也影响材料的疲劳寿命。因为相变温度的变动和形变动作的变化可使元件动作温度失常,形变动作的变化可以使调节器的作用力不稳定,而材料的疲劳寿命则
决定着元件的使用限度。NiTi合金从高温母相冷却到通常的马氏体相变之前,要发生
菱形结构的R相变,是电阻率陡峭升高。在马氏体相变发生之后,电阻率又急剧降低,形成一个独特的电阻峰,在反复进行马氏体相变的热循环之后,合金相变温度将可能
发生变化。
近年来在Ti-Ni合金基础上,加入Nb,Cu,Fe,Al,Si等元素,开发了
Ti-Ni-Cu,Ti-Ni-Nb, Ti-Ni-Fe, Ti-Ni-Cr等新型的Ti-Ni合金。上述合金元素对Ti-Ni
合金的Ms点有明显的影响,也使AS温度降低,即使伪弹性向低温发展。Ti-Ni系合
金是最有实用前景的形状记忆材料,性能优良,可靠性好,并且与人体有生物相容性,但成本高,加工困难。
2.2.2 铜系形状记忆合金
与Ti-Ni合金相比,Cu-Zn-Al制造加工容易,价格便宜,并有良好的记忆性能,
相变点可在一定范围内调节,不同成分的相变温度不同。同时,处理工艺对其相变点
也有影响。且随热循环次数的增加,合金的M和Af点却随热循环次数的增加而缓慢f
降低,这些影响因素可以用热循环过程中位错的增值来说明。在Cu-Zn-Al合金中,位
错使DO3型结构的母相的有序度下降。前者由于生成残留马氏体,在约103次热循环后,已能看到形状记忆效应衰退,而后者由于不生成残留马氏体可以期望得到更稳定的性
能。
一般铜基合金在Af点以上经过最初几个应力循环后即出现应变残留,在Cu-Zn
三元系合金中,对相变不利的方向晶粒滑移形变特别显著,残留有相当的应变。对于Cu-Zn-Al合金 ,由于母相强度高,滑移变形难以进行,单晶中,在 B1?B1
相变伪循环中尽管应力很高,回线的形状却几乎不变。但在多晶中,由于难以引起滑
移形变,残留应变小则应力集中未能缓和,因此变得非常翠。
Cu-Zn-Al合金由于调整应变不协调,滑移形变难以进行,故无论在哪一种形变方
式下,多晶的疲劳寿命都比单晶低。可以通过晶粒细化和加工-时效处理来改善疲劳
特性。研究表明,Cu-Zn-Al合金通过粉末压制的方法,可以使疲劳寿命大幅度改善。
总之,铜系形状记忆合金由于热稳定性差,晶界易断裂,及多晶合金疲劳特性差
等弱点,大大限制了其实用化。
2.2.3 铁系形状记忆合金
铁系形状记忆合金发展较晚,主要Fe-PtFe-Pd,Fe-Ni-Co-Ti,Fe-Mn-Si等合金,
另外,目前已有高锰钢和不锈钢也具有不完全性的形状记忆效应。
铁基形状记忆合金成本较Ti-Ni系和铜系合金低,易于加工,在应用方面具有明
显的竞争优势。目前的研究集中在Fe-Mn-Si合金上,近年来许多学者在这方面作了大
量研究,在铁基记忆合金中加入Ni,Co,Ti等合金元素,可改善形状记忆效应。
2.3 形状记忆材料的应用及发展
2.3.1 形状记忆合金的应用
1) 机械电气产品中的应用
①管接头
1970年美国用形状记忆合金制作F-14战斗机上的低温配合连接器,随后有数以
百万以上的连接件的应用。形状记忆合金作为低温配合联结件在飞机的液压系统中及
体积较小的石油、石化、电力工业产品中的应用。宽热滞NiTiNb合金的出现使形状记
忆合金连接件和联结装置更有吸引力。另一种连接件的形状是焊接的网状金属丝,可
用于制造导体的金属丝编织层的安全接头。这种连接件已经用于密封装置、电气连接
装置、电子工程和机械装置,并能在-65~300℃可靠的工作。已开发出的密封系统装
置可在严酷 的环境中用作电气件连接。体积小且可靠性高的低温接头的结构是由一个
形状记忆环紧贴着带内孔的铜合金的电气接头上的指针,当冷却到Mf点温度以下时,铂铜指针产生足够的力打开接头。计算机连接大电路板的互连电缆需要一个接头,该
接头在接触电阻降至最低时关闭会产生强力,可防止电缆损坏。
2 机械手 ○
形状记忆元件具有感温和驱动的双重功能,因此可以用形状记忆元件制作机器人、
机械手,通过温度变化使其动作。
2) 宇航工业中的应用
形状记忆合金已应用到航空和太空装置。如用在军用飞机的液压系统中的低温配
合连接件,欧洲和美国正在研制用于直升飞机的智能水平旋翼中的形状记忆合金材料。
由于直升飞机高振动和高噪声使其应用受到限制,其噪声和震动的来源主要时叶
片涡流干扰,以及叶片型线的微小偏差。这就需要一种平衡叶片螺距的装置,使各叶
片能精确的在同一平面旋转。目前已开发出一种叶片的轨迹控制器,它是用一个小的
双管记忆合金驱动器控制叶片边缘轨迹上的小翼片的位置,使其震动降到最低。这种
装置的定位准确性在±7。5°范围内为±0.25°。
在太空方面,俄罗斯制作的形状记忆合金装置已达到了实用水平,如用于空间计
划的大型天线和MIR空间站天线杆的连接与装配。在美国,太空计划应用形状记忆合
金的驱动插梢释放发射后的有效载荷,已证实是成功的。
脆性插梢用在预压气缸中,当形状恢复时引起有凹口的插梢断裂,它比常规的爆
炸释放装置要安全的多。另外,在卫星中使用一种可打开容器的形状记忆释放装置,
该容器用于保护灵敏的锗探测器免受装配和发射期间的污染。
3) 卫生医疗中的应用
用于医学领域的记忆合金,除了具备形状记忆或超弹性特性外,还应该满足化学
和生物学等方面可靠性的要求。一般植入生物体内的金属在生物体液的环境中会融解
形成金属离子,其中一些金属离子会引起癌病,染色体畸变等各种细胞毒性反应或导
致血栓等,称之为生物相容性差。在现有的实用记忆合金中,只有与生物体接触后会
形成稳定性很强的钝化膜的合金材可以植入生物体内,其中仅TiNi合金满足条件,是
目前医学上主要使用的记忆合金。在医学上TiNi合金应用较广的有口腔牙齿矫形丝,外科中用的各种矫形棒、骨连接器。血管夹、凝血滤器等。近年来在血管扩张元件中
也应用了TiNi形状记忆合金。
4)日常生活中的应用
1防烫伤阀 ○
在家庭生活中,已开发的形状记忆阀可用来防止洗涤槽中、浴盆和浴室的热水意
外烫伤;这些阀门也可用于旅馆和其他适宜的地方。如果水龙头流出的水温达到可能
烫伤人的温度时,形状记忆合金驱动阀门关闭,直到水温降到安全温度,阀门才重新
打开。
2眼睛框架 ○
在眼睛框架的鼻梁和耳部装配TiNi合金可使人感到舒适并抗磨损,由于TiNi合
金所具有的柔韧性已使他们广泛用于改变眼睛时尚界。用超弹性的恒定力夹牢镜片。
这些超弹性合金制造的眼睛框架的变形能力很大,而普通的眼睛框则不能做到。
3移动电话天线和火灾检查阀门 ○
使用超弹性TiNi金属丝作蜂窝状电话天线是形状记忆合金的另一个应用。过去
使用不锈钢天线,由于弯曲常常出现损坏问题。使用TiNi形状记忆合金丝移动电话天
线,具有高抗破坏性受到人们普遍欢迎。因此常用来制作蜂窝状电话天线和火灾阀门。火灾中当局部地方升温时阀门会自动关闭,防止了危险气进入。这种特殊结构设计的
优点是,它具有检查阀门的操作,然后又能恢复到安全状态;这种火灾检查阀门在半
导体制造业中得到使用,在半导体制造的扩散过程中使用了有毒的气体;这种火灾检
查阀也可在化学和石油工厂应用.
5)其它方面的应用
在工程和建筑领域用TiNi形状记忆合金作为隔音材料及探测地震损害控制的潜
力已显示出来。已试验了桥梁和建筑物中的应用,因此作为隔音材料及探测损害控制
的应用以成为一个新的应用领域。
2.3.2 形状记忆合金的发展方向
1) 高温形状记忆合金
TiNi和CuZnAl合金的Ms温度通常不超过100℃,而形状记忆合金的动作温度取
决于Ms,而这两种合金只能在100℃以下工作。但在相当多的情况下,如防火装置,
汽车发动机的记忆合金元件的工作温度都超过100℃,在核反应堆工程中,记忆合金
元件的动作温度要求达到600℃高温,因而研制高温的形状记忆合金就称为一个主要
的发展方向。目前国内外研究的高温形状记忆合金主要有三类:第一类是CuZnAl为基
础发展起来的CuZnAlMnX五元合金,他的Ms最高可到200℃左右;第二类是从NiAl
金属间化合物发展起来的NiAlZ合金,其最高Ms可在480℃以上;第三类是从TiNi
合金发展起来的TiNiY三元合金,他的随Y的含量增加而增高,最高可达1040℃。
2) 窄滞后形状记忆合金
通过热弹性马氏体相变实现记忆效应的TiNi,其相变滞后温度一般在20?30℃,
使其热灵敏度较低而应用受限。当利用R相变实现记忆效应时,其相变滞后温度小于
2℃,这样就可以制成窄滞后形状记忆合金。TiNi合金或TiNiFe、TiNiCo等合金经冷
加工后在低温退火或高温退火可实现R相变。
3) 宽滞后形状记忆合金
有的时候,TiNi合金的AS温度小于室温,这样它的马氏体加工后制品必须在低
温贮存,很不方便。而TiNiPb合金可以形成?-Pb软相,产生塑性变形使相变应变驰
豫,降低应变马氏体的弹性应变能从而减少逆相变驱动力,结果使AS显著升高,使滞
后最高可达144℃。
4) 形状记忆合金薄膜
形状记忆合金目前的主要缺点是其电阻对温度和应力的灵敏度不高,响应速度也
较慢。为此,近年来发展了形状记忆合金薄膜,由于其表面积大、散热能力高和电阻
率高,从而增加了灵敏度和响应速度,作为灵敏兼驱动元件,显示出潜力。
除上述几方面以外,仍有其它各种合金。目前,有人对形状记忆合金具有形状记
忆效应的必备条件进行了最新研究,认为热弹性马氏体相变并不是合金具有形状记忆
效应的必备条件,例如FeMnSi和FeNiC系都通过非热弹性马氏体相变而显示出形状记
忆效应。只要能形成单变体马氏体,排除其它阻力,通过马氏体相变和逆相变,材料
就会显示出形状记忆效应,按照这个原则,将会开发出更多系列的形状记忆合金。
3供暖系统的设计
由于现在所使用的供暖系统的情况,大多数采用的是热水供暖系统,所以暖气片
温度控制器也就基于此系统进行设计。温度控制器能实现室内温度的控制,只要是通
过自动改变供暖系统热水的流量来达到温度控制的目的。在供暖系统中如果改变局部
的热水流量就会改变主管道热水的压力和温度,所以要设计的温度控制器必需要选择
一种受流量影响比较小的供暖系统和必须实现对锅炉房的反馈控制,即管道的水流压
力过大时锅炉房主管道水流量就相应的减少。这就需要设计整个供暖系统的反馈响应
装置和赖以实现控制功能的供暖系统的管道设计。当前暖气供应的方式是多种多样的,要想实现气温度的控制,就需要选择一种适合的供暖系统进行设计,并设计其整合方
案,使其能发挥其最优越的控制目的。控制器所要实现的功能就是对室内温度的控制,使温度能自动调节到人们生活所要的最舒适的温度范围。在这一章就简单的对供暖系
统作一介绍并从中选择一种最优方案来实现设计的实用化。
3.1 室内热水供暖系统
以热水作为热煤的供暖系统,称为热水供暖系统。从卫生和节能等因素考虑居住
和公共建筑应采用热水作为热煤。热水供暖系统也用在生产厂房及辅助建筑物中。
热水供暖系统可按下述方法分类:
按热煤温度的不同可分为低温供水系统和高温供水系统。室内热水供暖系统,大多采用低温水作为热煤。设计供、回水温度多采用95℃/70℃。高温水供暖系统宜在生产厂房中应用。设计供、回水温度大多采用120-130℃/70-80℃。
按系统循环动力的不同,可分为重力循环系统和机械循环系统。靠水的密度差进
行循环的系统称为重力循环系统;靠机械力进行循环的系统,称为机械循环系统。
按散热器在供水与会输管道之间,室串联还是并联,分为单管系统和双管系统。
热水经供水立管或水平供水管,顺序流过多组散热器,并顺序的在各散热器中冷却的
系统,称为单管系统;热水经供水立管或水平供水管平行的分配给多组散热器,冷却
后的回水自每个散热器直接沿回水立管或水平回水管流回热源的系统,称为双管系统。
按系统的管道和各层散热器只见的关系,可分为垂直式系统和水平式系统。热水
通过立管分配到各层散热器,为垂直式系统;热水通过设在每层的水平管,分配到同
一层的散热器,为水平式系统。
在下面的描述中,就主要的供暖系统作一简单的分析。
3.1.1 供暖系统的综合选择
就目前使用的供暖系统从大的方面可分为重力循环热水供暖系统和机械循环热水
供暖系统两大类。
重力循环热水供暖系统在室内采暖中很少使用,它升温慢,系统作用压力小,管
径大和投资高,一般用于小型的单位建筑物供暖。
目前热水供暖主要采用机械循环系统。此温度控制器的设计也是基于此系统进行
设计的。机械循环系统由锅炉房设备、室外管网和室内供暖系统三部分组成。靠循环
水泵驱动水循环,所以水在管道内流速大,管径小、升温快,在系统中循环时的冷却
温降小。由于这些特性,在此系统上实现温度控制较容易。
供暖系统按散热器在供水管和回水管之间是串联还是并联,分为单管系统和双管
系统。双管热水供暖系统在目前使用在室内采暖是比较多的。双管热水供暖系统,按
供水管的位置不同,可分为上分、中分。下分三种系统。在实际使用中各有其优缺点,但在室内采暖中使用最为广泛的是下分式(下供下回式),其优缺点表现在:
? 调节灵活,例如在散热器供水支管上装调节阀就可以调节或关掉本房间供暖。
? 在地下室布置供水干管而不影响其他房间的供暖,管路直接
散热给地下室,无效热损失小。
? 在施工中,由下向上每安装好一层散热器即可开始供暖,给冬季施工带来很大
方便。
? 室内无供水干管,顶层房间美观。
? 缓和了上供下回式系统的垂直热力失调的现象。
根据以上综合考虑我选择机械循环双管热水供暖系统中的下供下回式系统进行
控制器的设计。并设计出整合的系统简图。见图纸所示:
从图中可以看出,如果整个系统中室内温度都偏高,那么所设计的温度控制器就
一直处在关闭状态,及主管道压力增大,回流管道压力减小,这样锅炉房总管道压力就可能过大和水温就可能过高,所以有必要设计该供暖系统的反馈控制装置。当主管道压力达到一定的高值时,就自动驱动反馈控制装置,实现自动减小锅炉供热和减小锅炉的供水量,这样就能有效地防止压力过大和水温过高所引起的种种问题。
3.2 热水锅炉供暖的智能调节
此设计主要是考虑到锅炉供水压力过高时应该自动调节供水压力和锅炉的燃烧。 应该在锅炉供水主管道安装一种反馈装置,可以选用压力传感器,当管道的压力超过管道设计安全值时,压力传感器发出压力过高的反馈信号,即室内温度过高 ,温度控制器处在临关闭状态,系统应减小供暖。该反馈信号通过控制电路反馈给锅炉加热系统,加热系统立即做出响应,减小加热量,从而减小了管道的水压。既保证了暖气温度的舒适度,又能实现自动调节水压。同时节省了大量的能源。保证了锅炉的高效燃烧。
锅炉加热系统的设计可以从以下两个方面考虑:
1)给煤量的控制
煤的燃烧随着热负荷的变化而调整,不同的煤种有不同的发热量,为了改善锅炉的燃烧状况,实现给煤量的控制,在锅炉给煤装之中增加了分层给煤设备,并根据热负荷的变化及煤种的不同,将煤层的厚度分成几个档次,根据热负荷的变化,选择不同的煤层厚度,实现最佳燃烧,最大限度的提高燃烧效率。
2)鼓风量的控制
锅炉的控制主要控制其燃烧。而燃烧的控制在于合理的匹配风煤比。锅炉的燃烧与煤的发热量、结焦性、炉排转速、鼓风量、引风量的变化等许多因素有关,要实现较好控制比较困难,可以结合给煤量自动控制鼓风量,从而达到控制加热量的目的。
该温度控制器的设计一定要和整个供暖系统结合起来,综合考虑相互的影响,实现最优化控制。
4 控制器整体结构设计
温度控制器的设计是结合前三章的有关内容,进行设计的。首先要明确的是,装有暖气片的房间温度是由暖气片内的热水流量的 大小决定的。当热水流量变大时,暖气片的散热速度变大,房间温度升高,当热水流量变小时,暖气片的散热速度变小,房间温度降低。因此,要想达到控制房间的温度的目的,就要想办法控制暖气片内的热水流量。
所要设计的控制器就要能有效的控制暖气片内 的热水流量,所以我采用活塞式滑块来实现热水流量的控制,可以调节滑块改变热水的流通面积的大小来控制其流量。
要使暖气温度控制器能够通过房间温度的变化来控制热水流量,那么控制器内必须有能够感应温度变化的感应元件(或者说是热敏元件),以及驱使滑块的动力元件。自然的,形状记忆材料可以恰如其分的充当这个及感应能力和驱动能力于一身的核心元件。在控制器中使用行装记忆弹簧作为感应室内温度的热敏元件和驱动滑阀的控制元件。
4.1暖气温度控制器的结构和工作原理
温度控制器设计参数的确定: 温度范围:16?23℃;口径:D=25mm;介质压力?0.1MPA; 控制精度:?3℃。
工作温度范围之所以选择16?23℃是适合人体的室内的温度。温度控制器的主要元件是记忆弹簧,记忆弹簧是用来直接感知室内温度的,记忆弹簧应该在这个范围内处于正常状态。据试验和调查的数据分析显示,室内温度对人体最舒适的范围在17?19.2℃,所以控温精度就应该在?3℃。
所设计的温度控制器主要由6部分组成,包括形状记忆弹簧、滑块、滑杆、阀体、阀盖和密封圈。其中形状记忆弹簧集有感温和驱动两种功能,是主要的组成元件。控制器整体结构见图纸。
Af=23℃。所设计的形状记忆弹簧的Ms=17℃,As=19℃,温度滞后是As-Ms=6℃。
当房间温度高于19℃时,形状记忆弹簧升温开始进入奥氏体相变,弹簧伸长并产生足
够大的作用力,压缩滑块下移,从而使暖气片中的热水流量减小,使的房间的温度降低。若房间的温度继续增加,相变过程进一步深入,压缩滑块继续下移,当记忆形状弹簧感知的房间温度达到Af时,记忆弹簧伸长量达到最大。由于暖气片中热水流量的
减小,房间的温度不可能再升高,趋向减小的方向。当房间的温度降低到17℃时,马氏体相变开始,记忆弹簧重新回到原始状态。又使得暖气片中的 热水流量增加,使得房间的温度上升。如此过程不停的循环就可以实现房间温度的自适应调节。由于记忆弹簧有其滞后性,假设在没有控制器调节的情况下,房间温度会降低为15℃。而实际上,由于控制器的调节,房间温度不会降到15℃,而是15℃以上如17℃;相反地,房间温度会高于25℃,而实际上,由于控制器的调节,房间温度不会升到25℃,而是25℃以下如23℃。那么经过控制器的调节,房间温度会保持在17℃?23℃之间。
4.2形状记忆弹簧的设计
形状记忆弹簧作为感应室内温度的热敏元件和驱动滑阀的控制元件,在整个控制器设计中占有核心的作用。
4.2.1形状记忆弹簧设计原理
形状记忆弹簧是形状记忆合金在工业上应用最广的一种形式,而且经常与普通弹簧组合成偏置弹簧组合件使用。
形状记忆弹簧与普通弹簧相比,有如下差异:
1)载荷与位移的关系不再服从胡克定律;
2)马氏体相变过程中弹簧的承载能力显著降低,逆相变过程中急剧升高;
3)马氏体相变及其逆相变之间有滞后现象。
因此,形状记忆弹簧的设计应考虑到应力-应变-温度三者之间的关系。即: ? =?(?,?) (4-1)
式中 ?-切应力;
?-切应变;
?-温度。
形状记忆弹簧的静力学平衡方程:
PD/2=?
式中 P——载荷;
D——螺管平均直径; A——线材断面直径;
r---线材径向变量。
由弹簧的几何关系得:
?=D?2?2
式中 ?——弹簧位移;
d----线材直径;
s----线材长度。
由于形状记忆弹簧的特性受工艺的影响很大,表达式(4-1)又尚未找到,因此通常是基于实测数据求出表达式(4-1)。实测数据又有两种:形状记忆弹簧的实测数据和线材的实测数据。由于前者包括了曲率、倾角等参数的影响,所以基于线材的实测数据是一种基本方法。但是,从设计精度上讲,基于弹簧的实测数据更好一些。
按照?=r?,表面应变?max=(d /2)?,把表达式(4-2)改写成下式:
PD/d?3A?rdA (4-2) ?d ds (4-3) ?
2rmax3?max0?(r,T)rdr (4?2)? 2
这里,等式右边只与?max和T有关。若把左边定义为:
?=PD/d3 (4-4)
则得到代替(4-1)式与材料特性有关的螺旋弹簧关系式,即: ?=F(?max,T) (4-5)
假设形状记忆弹簧的有效圈数为n,把(4-3)式改写成;
?=?nD2?max/d (4-6)
这样,(4-4)(4-5)(4-6)式就可以作为形状记忆弹簧设计时的计算公式。办法是,
先测定形状记忆弹簧各温度下的P——?曲线,从(4-4)和(4-6)计算?和?max,求出基于实测数据的关系式(4-5)。
根据形状记忆弹簧的特性,?是?max 和T两变量的函数,所以有必要考虑三种基
本状态:等温状态、等位移状态和等载荷状态。
4.2.2 记忆弹簧的材料选择
在本设计中,形状记忆弹簧的材料选择Ni-Ti合金。根据第二章的分析可以看出Ni-Ti合金具有优良的力学特性,超弹性和疲劳强度,形状记忆恢复率高,生物相容性好。而且Ni-Ti合金的应用比较广泛和成熟。但其相变滞后温度一般在20℃到30 ℃,使其热灵敏性较低而应用受限。当利用R相变实现记忆效应时,其相变之后温度小于2℃,这样就可以实现温度的感应和控制的目的。Ni-Ti合金经加工后在低温退火或高温退火可实现R相变。为了达到设计的要求,在设计中选择经过R相变的Ni-Ti合金作为形状记忆弹簧的设计材料。
4.2.3记忆合金弹簧的主要参数及设计公式
记忆合金弹簧,其主要几何参数有:弹簧丝材直径d、弹簧平均圈径D、有效圈数n、全间隙?、弹簧长度L、输出位移最大值?max=n ?1.当弹簧承受一轴向载荷P时,
其切应力?与载荷P的关系为:
?=8PD/?d3 (4-7)
在载荷P的作用下,弹簧要压缩,压缩位移?与压缩切应变?的关系为:
?=?d/?D2 (4-8) 设切变模量为G,则切应力? 与切应变?的关系为:
?=G×? (4-9)
记忆弹簧的弹性系数k为:
K=P/?=G
d428nD (4-10)
由于G为应变、温度的非线性函数,因此K也为应变、温度的非线性函数。
4.2.4记忆合金弹簧的设计
由(4-7)-(4-10)式可见,记忆弹簧设计所需的最基本数据是材料的切变模量G,但其不是常数,而是随应变及温度而非线性变化的,并且合金系不同,甚至同一合金系不同成分的 合金其G值变化规律均不同。因此在设计具体装置前,应尽可能 多的获取这方面的数据,一般记忆合金G数据随温度变化常以两种方式表达,即G-T曲线和P—?-温度曲线或?-?-T曲线。
本设计以G-T曲线来设计记忆弹簧。
在设计之前,我们应该先确定记忆弹簧所受的载荷和设计要求的输出行程。 记忆弹簧载荷的计算如下:
为了确保记忆弹簧的强度要求,设计使其受力面积为最大值,即滑块与水接触的面积,选用其最大值。因为水压大于等于0.1MPa,其最大值取为1 MPa。设其受力面积为S,水压为P,所受载荷为F。则
F=PS=1*104*[?(D\2)2??Dd]?1*104*[3.14*(30\2)2?3.14*30*25]*106
≈26N
因为水压和受力面积都不可能达到其最大值,在设计中形状记忆弹簧承受的载荷按20N计算。
输出行程的确定:
在设计中,暖气管道内径为25mm,为了能达到整个供暖系统的压力平衡,滑块的滑动范围控制在16mm,既能做到暖气管道的流通,又能实现其流量的有效控制,从而实现温度的控制。
通过以上可确定形状记忆弹簧承受的载荷是20N,输出行程是16mm ,由图4.6可见,Ni-Ti合金高温与低温切变模量分别为GH=22000 MPa, GL=7000 MPa.设计寿命5
万次的Ni-Ti合金记忆弹簧可按一下步骤设计:
1)确定最大切应变?max
Ni-Ti合金是目前性能最为优异的记忆合金,在寿命100万次的条件下,其最大切应变取值为?max≤0.8%;寿命5万次时,?max≤1.5%,取?max=1.5%,在低温
状态下,弹簧在载荷的作用下全部压紧,即低温切应变?=?=1.5%。
2)求解弹簧丝材直径和线圈直径
实际上,在本设计中,温度较低时的切应变?L??max。
?H?GL?LGH=7000*1.5%22000=0.477%
则 ?H=?HGH=0.477%*22000=105MPa
式中?H——高温切应变。
一般弹簧C=D/d取值范围为5-10之间,现设其值C=6,
(4-7)式可得:
?H=105MPa=
由此求得线径d=1.2mm
式中C—弹簧指数;
D—弹簧线圈直径;
d—弹簧丝材直径;
p—弹簧承受的载荷。
将d=1.2mm返带入(1)式得:
?H?105MPa?8*1.0*D11.238*1.0*6d?*d3 ?
求得圈径D=7.12mm,取7.0mm。
3) 求解弹簧总圈数
??=?L??H=1.5%-0.477%=1.03%。有关系式(2)?=?
=1.2*16
3.14*1.03%*72d?nD2,得: n=?d?rD2=12.096 (圈)
n通常取1/2圈的整数倍,故n=12圈。
式中?――弹簧行程;
n—-弹簧工作圈数。
那么弹簧总圈数 n1=n+(1.5-2.5)=12+2=14
弹簧绕制时处于自由状态,全部压紧,升温后,输出应变为?=1.5%,由式(4-8)可得输出行程为:
???nD
d2?15.8 (mm)
由此可求得圈间隙t=?/n=15.8/12=1.32mm,取为1.3mm。该弹簧绕制时几何参数为d=1.2mm,D=7mm,n=12圈,圈间隙为1.3mm.
4) 确定弹簧自由长度H
H=(t+d)n=(1.3+1.2)*12=30mm
4.2.5记忆合金弹簧形变动作的稳定
除上述热循环的影响外,反复的变形也会带来元件型变的稳定性问题。型变循环的影响因素包括应力大小和形变方式两个主要方面,必须根据实际工作条件评价。不过本设计中的形状记忆弹簧工作在较低的形变内,因而型变循环带来的动作稳定性问题完全可以忽略。
4.2.6 记忆合金弹簧疲劳寿命问题
镍钛合金是一种优良材料,其疲劳寿命问题几乎是不存在的。有实验表明,在480MPa的应力下,合金表现出2.5×107次的寿命。镍钛合金疲劳裂纹的扩展速率通常比一般材料预计值低一个数量级,这是马氏体相变缓和了裂纹尖端应力集中的缘故。因此,对本设计中的形状记忆弹簧的疲劳寿命的担心是完全没有必要的。
通过上面三个方面的简述,形状记忆弹簧完全可以在不断的热循环和形变循环的双重影响下正常的工作,控制器的温度调节作用也会非常的稳定。
4.3滑块及其滑杆的设计
滑块是间接控制元件,是直接实现热水流量的 控制元件,它的设计直接关系到整个控制系统的控制方式。
4.3.1滑块及其滑杆的材料选择
滑块要实现上下的运动来控制水的流量,其工作就必须和热水接触,所以在设计中我们必须严格的选用一种耐热耐腐蚀和抗压的材料,并且要具有相对高的疲劳强度,以适应其长时间的工作要求。滑块也要具有好的密封性,否则就不能使记忆弹簧一直好的处在室内的温度环境中,我们知道,阀盖内腔中的形状记忆弹簧是要时刻与房间温度保持一致的,时刻感应着房间的温度。然而控制器的阀体底座内腔中是有热水流动的,那么在设计中应当做到使阀体中的热水不进入阀盖内腔中,防止其与弹簧的接触,造成更改弹簧感应对象的严重后果。因此,我把滑块的制造材料选成氯醇橡胶。这种橡胶的主要性能如下:耐溶剂、耐水、耐碱、耐老化性能好,耐热性、耐臭氧性、气密性好,抗压缩变形良好,易加工,价格便宜,最重要的是绝热性能好。由此看来,这种橡胶是十分适合本设计要求的。
滑杆是实现滑块运动的辅助元件,起一种导向和承载水压对滑阀所产生的侧向压力的作用,在整个设计中是必不可少。由于滑杆是直接和热水接触的,又作为记忆弹簧和偏压弹簧的导杆,要使记忆弹簧能更好的感知室内的温度,就必须使滑杆具有绝热性能,而且要具有一定的刚度和强度,我们选用硅酸铝耐火纤维导杆,硅酸铝耐火纤维异性制品是由硅酸铝耐火纤维加入适量的特殊粘接剂在模具中加压成型而制得,具有足够的强度和硬度,绝热性能好,可作热面填料。完全能达到设计的要求。
4.3.2滑块及其滑杆的尺寸设计
为了能保证滑块节流的目的,滑块下地面与暖气管道的热水相接触,在节流工作时必须沿滑杆向下滑动,形成一个向下的位移。滑块上表面与室内空气相接触,最低下移不能低于阀体的上表面,以确保记忆弹簧在整个行程中都处在室温环境中。为了
减小滑块与内壁的摩擦。
滑杆是实现导向作用的,并且记忆弹簧和偏压弹簧都是套在滑杆上的,所以在设计中就考虑了弹簧的圈径。滑杆在设计中是不固定的,只起一个导向的作用,其长度的设计要以阀体的下底面和阀盖上底面的距离为依据,为了便于装卸作一些适当的调整。尺寸的设计见图纸。
4.4阀体及其阀盖的设计
阀体是直接与暖气管道相连的,它的设计是基于供暖系统的。在第三章就供暖系统作了简要的分析,并且确定了所设计的暖气温度控制器所使用的供暖系统。选择目前比较常用的机械循环双关热水供暖系统中的下供下回式系统进行控制器相关设计。
我选用阀盖和一个三通头来连接整个系统,实现整个控制器的封闭。并且阀盖起着对外空气流通的作用,在整个控制器的设计中是至关重要的。所以在设计中在阀盖上要适当的留一些通风孔。
4.4.1阀体及其阀盖的材料选择
首先三通头和阀盖的材料用相同的材料,阀盖上多了一些通风孔。三通头是直接和管道连接的,设计中用三通管件的结构设计阀体。材料选用暖气管道常用的可锻铸铁,因为所设计三通头和阀盖都是采用锻造制成的。可锻铸铁铸造性好,并且可以进行适当的机加工,是比较适合设计要求的。
4.4.2三通及其阀盖的尺寸设计
三通和阀盖的尺寸确定要依赖整个系统的工作机理,与滑块的工作行程有密切的关系。阀盖与供热管道的连接采用三通直接连接供暖管道,这样简便有经济,容易设计和装卸。参考现在室内管道的相关参数,结合机械手册上管道设计计算的尺寸标准。
基于设计的室内管道相关参数如下:
外径D=32mm,壁厚s=3.5mm。
考虑到整个设备的装卸问题,阀盖的总长度确定为95 mm。
阀盖与三通是需要密封连接的,为了便于连接和拆卸,我选用一个三通头直接连接开关和管道。
绝热密封圈:精密陶瓷密封环:内径d=20,外径D=27,厚度B=10
阀盖上通风口的设计,是要根据整个设备强度要求设计的。既要保证内外空气的流通,又要保证阀盖强度的要求。
4.5控制器的密封和隔热
控制器工作在热水环境中,首先要防治水的泄漏。整个控制器装置中涉及到的密封有四处,包括阀体与暖气管道的连接的密封,滑块与阀体内壁之间的密封,滑块与滑杆之间的密封,阀体与阀盖之间的绝热密封。
阀盖与暖气管道之间是通过三通来连接的,为了保证热水的不泄漏和螺纹连接的紧密性,设备在与管道连接时需要在螺纹配合面间加密封填料来提高其密封性,填料用油浸石棉填料。
滑块与阀体内壁之间需要紧密接触,为了减小摩擦,增大记忆弹簧工作行程,在滑块的设计上用了阶梯型设计,上端紧密接触下端留有一定的间隙,这样就有效的减小了滑块与阀体内壁的接触面积,从而减小了摩擦。滑块的浇铸材料选用氯醇橡胶,就可以达到密封和隔热的双重功效。
滑块和滑杆之间是需要相互运动的,考虑到摩擦的问题,在设计中滑块和滑杆之间有一大部分是采用间隙配合的,在滑块的两端加了两个密封圈来实现其相互的密封。密封圈材料用橡胶,与滑块之间是粘接连接。
阀盖与三通之间需要绝热连接,既要隔热又要密封性能好,这就需要选择一种能达到这种功能材料的涂层。PVDF类树脂预制金属涂层性能好,保温性好是相对较好的密封垫片材料。阀盖与三通之间的连接螺纹口涂上这种涂层就可以实现绝热密封的目的。
4.6控制器的装配
所设计的装置能否使用,最重要的一点是能否正确装配。在整个设计过程中我充
分考虑了各零部件之间的位置,所设计的控制器结构完全可以实现方便装卸。
首先把滑杆、记忆弹簧、滑块连接件固定在阀盖中,保证滑杆的一头固定在阀盖的顶部,再把精密陶瓷密封环套在滑块上,使其也与阀盖凹槽内壁相接触固定。最后的工作就是套入三通与拧紧螺母了。
在整个装配过程中需要特别注意的是滑块的安装要十分小心,要使滑块与阀体内壁紧密接触,而不发生偏移,以免导致滑杆的断裂。
控制器的装配是比较简单的。控制器与暖气管的连接可以直接旋入,但要保证其密封性。控制器的拆卸可以根据装配过程相应的进行。
5 总结
本论文通过对形状记忆材料和室内供暖系统的综合分析,最终确定了暖气片温度控制器的整体结构。并说明了控制器的工作原理,从而完成了整个控制器设计的目的。
第二章通过对形状记忆材料的详细分析,说明了记忆合金的记忆效应和控制机理。并且对目前开发的各种记忆合金进行了分析和说明,旨在选择一种合适的记忆合金作为控制器核心元件材料。并对记忆材料的应用和发展进行了简单的描述,使我们更加肯定了用记忆合金来实现暖气片温度控制是完全可以实现的。
第三章简单的就目前常用的室内供暖系统进行了分析,确定了该控制装置所基于的供暖系统的配置。并设计了控制器和供暖系统的整合方案。
第四章对控制器整体结构进行了设计,并对各零部件进行了设计和计算。由于本设计中核心元件记忆弹簧是集感温和控制为一体的,并且是要感知室内的温度,所以在设计中就需要特别考虑隔热和密封的问题。在这一部分在对控制器整体结构设计的同时,恰当的加入了隔热和密封装置。所设计的温度控制器完全可以实现设计所要求的控制室内温度的目的。
控制器整体结构以及各零部件结构见图纸。
最后,为了使大家对该控制器的工作过程更加清楚,我利用3ds max软件为其制作了一个动画。能简单的反映装置的工作过程。
致 谢
本论文是在经过一学期的忙碌,我的毕业设计《基于记忆材料的暖气片温度控制器的设计》终于完成了。在设计过程中,我得到了尚可超老师的耐心指导,虽然尚老师工作很忙,但是他仍然抽空来指导我们,同时,我还得到了许多同学的帮助,在这里,我要向他们表示深深的感谢。
与此同时,我还要感谢学校给我们提供这次机会,正是这次的毕业设计让我们学到了很多的知识,同时也培养了我们的实践动手能力,也要感谢各位教导我的老师,你们培育了我,在此,我向你们表达深深的谢意。
然而,由于时间紧迫,本设计中一定存在着错误与不足,希望得到各位老师和同学的批评与指正。并在此,对所有评阅我的论文的老师表示感谢,感谢你们在百忙之中抽空来评阅我的论文。
最后,再次感谢尚可超老师对我的指导和同学朋友们对我的帮助。
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