高原性能范文（精选7篇）
高原性能 第1篇
电气设备内绝缘随着高原地区气压的降低以及海拔的升高, 其绝缘特性并不会随着这两项指标的变化而发生改变, 不需要对其提出有针对性的解决措施, 但电气设备固体绝缘以及空气间隙的外露表面 (外绝缘) 强度却会随着这两项的变化而降低。只有在海拔1000m以下区域方能适应《铁路电力设计规范》 (TB10008-99) 关于外配电装置、屋内的安全净距的相关规定, 在青藏高原地区的施工中这一规范并不适用, 所以在这一地区进行实际施工的过程中, 随着海拔高度的提升, 需要不断修正屋外、屋内配电装置的安全净距。当下正在使用的高压电工产品通常只在海拔1000m及其以下能够适用, 虽然也有个别产品中有在有能够在高原上适用的, 但是这些高原型产品也只在海拔4000m及其以下地区适用;在海拔2000m及其以下区域是低压电工产品的主要适用范围, 所以在青藏高原地区的实际施工过程中需要对电工产品的外绝缘进行修正。
1 电工电子产品绝缘性能受高海拔的影响
随着高原地区不断升高的海拔高度, 空气密度以及大气压力也会随之逐渐降低, 而一些电工电子产品的绝缘介质为空气, 其绝缘性能以及击穿电压也会随着空气密度和气压的减小而降低, 电晕闪络在其表面的发生率也会随着升高。所以, 在高海拔地区施工的电工电子产品, 如果使用地点与试验地点有相同的海拔高度, 则试验需要根据常规型产品的要求进行, 如果使用海拔与试验地点的海拔高度不同, 则需要适当修正有关的各项绝缘试验指标。表1中的海拔修正系数出自《低压系统内设备的绝缘配合第1部分:原理、要求和试验》 (GB/T16935.1-2008/IEC60664-1:2007) 。
通过分析表1可以发现: (1) 修正低压设备时通常以2000m海拔作为其修正点的基准量, 若海拔低于2000m则不进行修正; (2) 气压与电气间隙的倍增系数之间成反比关系。
海拔修正系数Ka根据《高压开关设备和控制设备标准的共用技术要求》 (GB/T11022-1999) 的规定为:
式中:m为与电压类型相关的参数, 对于相对地操作冲击电压, m=0.75;对于纵绝缘操作冲击电压, m=0.9;对于工频, 雷电冲击和相问操作电压, m=1;H为海拔高度, 1000m为m0的修正基准。
修正系数Ka如果根据《高压输变电设备的绝缘配合》 (GB311.1-1997) 中的相关规定则为:
通过对式 (2) 的分析可以发现, 设备安装地点海拔高度为H, 1000m为m0的修正基准。
由此可以发现, 式 (1) 和式 (2) 的两种修正方法的结果之间存在一定差异。在海拔高度在4000m的区域中, GB311.1-1997的修正要略逊于GB/T11022-1999的修正;而当海拔高度在4000m以上的区域中, GB/T11022-1999的修正要与GB311.1-1997的修正相差甚远。
出于对电工电子产品在列车上并不属于高压输变电设备的考虑。其更倾向于控制设备和高压开关设备, 所以将GB/T11022-1999的修正方法应用于TB/T3213-2009。
在民用电器中, 将2000m低压电器的修正基准海拔, 将1000m作为高压电器的修正的基准海拔。通常将辅助电路和控制电路以及次边主电路归为低压电器, 25k V原边电路中的电气归类为高压电器。
GB/T21413.1-2O08中规定爬电距离和电气间隙、冲击耐受电压、工频耐受电压等绝缘性能, 通常在常规型产品中适用, 在使用高原型产品时需要在之前乘上修正系数。
对于相间操作冲击电压、雷电冲击以及工频, m=1。
通过对上式分析可以发现, H1和H2分别为使用地点海拔以及试验地点海拔, m。由此当试验地点海拔与使用地点海拔不同时, 产品修正系数Ka便能从中得到 (如表2) 。
表2中的Ka同样在修正直流不超过1500V或是交流不超过1000V的电子产品 (低压电工电子产品) 的爬电距离以及电气间隙中适用。但不仅气压低、海拔高等因素会对其造成一定影响, 同时其污染等级也会使其修正受到影响。所以如果电工电子设备在机车车辆外安装并会直接受到雨淋, 则在淋雨状态下, 如果哟绝缘要求, 其湿试电压 (淋雨状态下的工频耐受电压) 的在计算海拔修正系数K时, 需按照下式进行:
式中:h为海拔, km。
本项中的修正系数与GB/T20626.1-2006的修正系数相同。
由于气压会随着海拔的升高而降低, 电压由于高压设备的交流电晕而引起其降低, 所以与平原地区相比, 电晕现象要严重很多。电晕现象会加速金属腐蚀和绝缘老化, 会导致电能耗增加, 同时会干扰无线通讯。
需要依照常规型电工电子产品对高原电工电子产品上的电晕现象进行防止。对于变频电机以及低压电机的计算需要按照《使用于高海拔地区的高压交流电机防电晕技术要求》 (JB/T8439-2008) 中的相关规定进行。
2 确定绝缘修正系数
通常根据以下几项标准对绝缘正系数进行确定:
2.1《高压输变电设备的绝缘配合》 (GB3l1.1-1997)
根据《高压输变电设备的绝缘配合》的相关规定, 干式变电器的绝缘以及设备的外绝缘在在海拔高于1000m, 但在4000m以下的区域使用时, 海拔高度每提升100m, 绝缘强度会降低约1%;若试验在海拔高度在1000m以下的区域进行时, 其试验电压需要根据这一标准规定的额定耐受电压乘上海拔修正因数Ka。计算系数Ka时, 可以通过下式进行, Ka值详见表3。
2.2《高原环境条件下电工产品通用技术条件》 (JB/T7573-94)
根据《高原环境条件下电工产品通用技术条件》的相关规定, 若试验在海拔低于5000m的区域进行, 海拔高度每升高1000m, 则电工产品外绝缘强度降低8~13%, 平均气压降低7.5~10.5k Pa。对于在设计过程中外型已经固定的产品, 由于电气间隙已经固定, 随着不断降低的空气压力, 其击穿电压也会随之降低。
为了在高原上进行产品使用的过程中, 其耐击穿能力能够得到有效地保证, 必须对电气间隙进行增大。修正高原型电工产品的电气间隙时可以根据表4进行。
2.3《青藏铁路隧道净空绝缘试验研究报告》
根据《报告》, 修正空气间隙时, 系数详见表5。
2.4《低压系统内设备的绝缘配合第一部分:原理、要求和试验》 (GB/T16935.1-1997)
根据《低压系统内设备的绝缘配合第一部分:原理、要求和试验》中的相关规定, 在海拔高度在2000m及以上的区域进行试验时, 低压电器的电气间隙需要乘以海拔修正系数, 修正系数详见表6。
通过分析表6可以发现, 海拔从1000m上升至5000m的过程中, 绝缘耐受电压的修正系数会随着海拔的升高而增大, 电气间隙修正系数也会随之逐步增加。
试验研究报告和各标准规定的修正系数值之间存在较大的区别。仅电气间隙的修正系数值在《高原环境条件下电工产品通用技术条件》中规定的要略大一些, 并且对修正系数在海拔在4000~5000之间的区域中进行了规定。所以, 青藏高原地区的屋外、屋内配电装置的安全净距的修正可以参照《高原环境条件下电工产品通用技术条件》根据表4进行。当在海拔高度为1000~4000m之间的区域使用高压电工产品时, 其外绝缘的修正可以参照《高压输变电设备的绝缘配合》根据表3进行;当在海拔高度为4000~5000m的区域内使用时, 其修正可以参照《高原环境条件下电工产品通用技术条件》根据表4进行。低压电工产品的修正可以参照《低压系统内设备的绝缘配合第一部分:原理、要求和试验》, 根据表6进行。
3 结束语
青藏高原地区海拔4000m以上地区, 由于该地区海拔的不断升高以及不断降低的大气压力, 使得对电工产品电气绝缘、架空电力线路导线间最小距离以及屋外、屋内配电装置安全净距进行修正显得十分必要, 只有对设备的电气绝缘进行合理的修正, 才能使供电设备的正常运行得到保证, 才能使整个电力供电系统的可靠度得到提高。
摘要：电气设备外绝缘受到高海拔环境条件很大程度的影响, 到目前为止, 在国内外还没有关于超过4000m海拔的电气化铁路的有关经验。本文从青藏高原海拔4000m地区的实际工程出发, 进行了高海拔地区变电系统外绝缘优化设计, 通过对海拔校正因数进行计算, 对高压电气设备耐受电压以及变电所内外配电装置的空气绝缘间隙进行了确定;对选取绝缘子的有关特征指数进行了讨论, 并提出了修正绝缘泄漏距离的相关方案, 对电气设备外绝缘泄漏距离和支持绝缘子、绝缘子片数和悬式绝缘子外绝缘泄漏距离等参数进行了讨论, 变电设备运行的安全性以及可靠性在该线路开通之后得到了有效地保证, 对上述方案的可行性进行了验证分析。
关键词：高原地区,电气绝缘性能,修正
参考文献
[1]《低压系统内设备的绝缘配合第一部分:原理、要求和试验》 (GB/T16935.1-1997) .
[2]《高原环境条件下电工产品通用技术条件》 (JB/T7573-94) .
[3]《高压输变电设备的绝缘配合》 (GB311.1-1997) .
[4]《高压开关设备和控制设备标准的共用技术要求》 (GB/T11022-1999) .
高原型牦牛繁殖性能及体况调查 第2篇
牦牛繁殖性能的表现与多种因素有关, 但与营养状况有直接关系, 体况评分是识别母牛膘情的一种简便实用的手段。为掌握刚察县牦牛繁殖状况与繁殖期体况, 于2006—2008年从牦牛的产犊间隔、年龄、生产性能和体况等方面进行了调查。
1 调查地点地理概况
调查地点在刚察县伊克乌兰乡的11个牧户家中。牛羊放牧草场在海拔3 350～3 600 m之间, 年平均气温在-5.1～2.0 ℃之间, 属高寒草甸草场和高寒沼泽草场;年降水量约为580 mm。
2 调查对象与方法
2.1 调查对象
对刚察县境内的318头牦牛进行调查。
2.2 调查方法
对11个家庭牧场中的3岁以上的母牦牛逐一进行登记, 记录年龄、胎次及近3年的产犊、犊牛成活、挤奶和当年发情配种情况, 同时进行体况评分。
2.3 调查结果
在2006—2008年对 318 头母牦牛进行繁殖性能调查。调查结果为318头母牦牛累计怀胎619次, 成功产犊518次, 结果见表1。
在2006—2008年对 318 头母牦牛进行了怀胎头数调查, 结果见表2。
3 繁殖适龄母牛在牛群中的比例
按年龄段和生产情况对11户家庭牧场中的318头牛进行统计, 结果见表3。
3.1 初产牦牛的年龄分布
按年龄对114头初产母牦牛进行初产率统计, 结果见表4。
对初产牦牛的调查结果发现, 高原型牦牛初产开始年龄在3岁以上, 一般在4～6岁开产, 4～5岁牛初产率最高, 其次是5～6岁和3～4岁, 有少部分6岁以上初产。个别母牦牛在8岁甚至超过8岁初产。
3.2 发情牦牛与未发情牦牛的体况差异
对261头适繁母牛在发情末期进行体况评分, 按不同繁殖类型进行统计。体况评分按5分制标准, 即1分为过瘦, 2分为瘦, 3分为营养中等, 4分为肥, 5分为明显过肥, 每分值中以0.25为间隔进行评定。结果见表5。
发情母牛体况为4.17, 未发情母牛体况评分为3.51;发情1年怀1胎的母牛对体况的要求最高 (评分为4.39) , 其次为3年怀1胎 (评分为4.16) , 发情的2年怀1胎的母牛体况 (评分为4.07) 。未发情的2年怀1胎和1年怀1胎, 体况低于3.75, 经统计学处理两者差异显著。
4 讨论
(1) 牦牛群生产结构是生产的基础, 高原牦牛生产结构与20世纪80年代末进行调查的生产结构基本相似。长期以来, 习惯认为是牧民群众对未成年牲畜的惜售和对幼仔畜的不杀生思想阻碍了牛群生产结构调整, 但是高原地区商品经济不发达、交通不便、路途遥远, 商品流通和销售渠道不畅可能是阻碍生产结构调整的主要原因。在畜群结构调整中不能急于求成, 必须要遵循高原牦牛生长缓慢的规律, 循序渐进, 既要提高生产效益, 又要顾及驮牛在牧民生产劳动中的作用。
(2) 对114头初产母牦牛的调查发现, 高原牦牛初产年龄在3岁以上。牦牛的初配年龄除了与草场和管理有关外, 恶劣的自然环境也是一个重要因素, 这些都可以归结到个体的营养状况和发育情况。体况调查发现, 发情配种牛体况评分为4.17, 而未发情牛的体况评分为3.51;青年牦牛发情配种对体况的要求更高。
天峻县高原型藏羊生产性能现状调查 第3篇
关键词：天峻县,高原型藏羊,生产性能现状
1基本情况
天峻县位于柴达木盆地东部, 居青海湖西北部, 海拔在2850~5826m之间。草场面积152.74万hm2, 其中可利用草场面积96.64万hm2, 牧业人口14141人。截止2010年底, 全县各类牲畜存栏69.44万头 (只、匹) , 其中藏羊59.85万只, 出栏率为40.23%, 商品率为33.4%, 母畜比率57.42%, 肉类总产量4196t, 毛类总产量646t, 牧民人均纯收入达6106元。
天峻县是高原型藏羊的主要产区, 所产的“西宁毛”驰名中外, 为了摸清天峻县藏羊目前的生产性能现状, 2008年和2010年我们抽样调查, 现将结果报告如下:
2 材料与方法
2.1在天峻县新源镇、快尔玛乡和生格乡牧户90户中分别调查羔羊初生重、六月龄的体重, 各年龄段公、母羊的体尺、体重、产毛量、毛辫长、绒毛长、胴体重、屠宰率。
2.2测定方法按《青海藏羊生产性能测定技术规范》 (DB63/T547.3-2005) 操作。
3结果
3.1初生重、6月龄体重 (见表1)
3.2体尺测定情况表 (见表2)
3.3产毛量测定表 (见表3)
3.4繁殖性能情况
2010年4月对30户5306只适龄母羊繁殖性能的调查, 总产羔数5060只, 成活羔羊4460只, 成活率95.36%;繁殖成活率84.06%, 流产率3.51%, 繁殖率98.87%。2010年11月份在屠宰场测定胴体重和屠宰率分别为成年母19.82kg、44.30%, 成年羯羊20.94kg、46.71%, 二岁母羊13.71kg、39.74%, 二岁羯羊11.16kg、38.70%。
4 讨论
4.1本次测定的体尺、体重、产毛量、毛辫长、绒毛长、羔羊初生重、6月龄体重所得出的数据于1982年陈家茂等测定的天峻县藏羊的相应的数据相比较, 其结果基本一致。本次测定的胸围数据较高的原因是剪毛前测定所造成的差异。
4.2绒毛长、毛辫长测定的结果在陈家茂等测定的范围之内, 但平均产毛量1982年测定为成年公羊1.33kg、母羊1.14kg, 周岁公羊1.16kg、母羊1.03kg, 这次测定的平均产毛量分别高出0.66kg、0.28kg、0.14kg、0.19kg, 有待进一步调查验证。
4.3胴体重、屠宰率本次屠宰场测定的淘汰羊的数据, 能否反映天峻县藏羊的产肉性能的整体水平, 有待进一步调查。
4.4这次调查的繁殖性能的结果, 高于1982年的调查数据, 我们认为本次调查的结果真实反映了藏羊在正常年景的繁殖水平。
参考文献
[1]陈家茂等, 天峻县藏羊生产性能测定;1982.
高原性能 第4篇
1 高原环境对柴油机性能的影响
高原环境对柴油机的影响主要包括以下几个方面:
1.1 低气温对柴油机性能的影响
如表1所示, 随着海拔高度的增加, 大气温度逐渐降低, 致使柴油机机油黏度增大, 启动阻力矩增大, 燃油消耗率增加。如表2所示, 海拔升高, 温度随之降低, 蓄电池内部化学反应变慢, 内阻增大, 端电压降低, 进而放电率下降, 致使启动力矩降低。并且较低的温度会导致燃油的粘度增加, 形成的混合气质量差, 柴油机的燃烧过程受到影响。
1.2 低气压对柴油机性能的影响
如表1所示, 随着海拔高度的逐渐增加, 大气压力下降, 导致柴油机燃烧室充气密度下降, 过量空气系数降低, 燃烧过程恶化, 燃烧不完全, 导致柴油机排放增加, 动力性能下降。
另外, 由于冷却水的温度对柴油机的传热过程、燃烧过程和各个零部件之间的摩擦磨损有很大影响, 所以有必要保持一定的冷却水温度。一般柴油发动机冷却水的温度是在90℃左右[2]。但如表1所示, 随着海拔高度的增加, 气压逐渐降低, 柴油机冷却液沸点降低。因而这个温度的冷却水在此种条件下极容易出现“开锅”, 导致柴油机机体过热, 燃烧异常, 机油变质, 摩擦磨损加剧, 进而导致柴油机整体性能下降, 甚至缩短使用寿命。
1.3 沙尘颗粒对柴油机的影响
高原地区一般干燥多风, 空气相对湿度低, 沙尘含量高。青藏高原空气中含沙尘率高达1 000~3 000 mg/m3[2]。当柴油机工作时, 大量的沙尘颗粒就会在滤清器的滤芯外表面上淤积, 导致滤清器孔堵塞, 进气阻力增加, 使柴油机进气量减少, 造成燃料的不完全燃烧, 功率降低, 油耗增加。另一方面, 沙尘颗粒会经过各种途径进入柴油机的润滑系统, 导致柴油机磨料磨损加剧。
1.4 强烈的日照辐射对柴油机性能的影响
一般高原空气稀薄, 并且透明度较好, 所以太阳辐射特别强烈, 高原地区的紫外线强度可达平原地区的5~6倍[3], 又加上高原地区昼夜温差也比较大, 很容易导致橡胶管路及密封件的老化失效。
2 改善柴油机高原性能的措施
2.1 对柴油机本身的改进
可以采用涡轮增压技术来提高柴油机的高原性能。并且为了达到更好的效果, 应对进气系统、燃油系统和燃烧室形状三者进行改进, 实现它们之间良好的匹配。
2.1.1 涡轮增压技术的运用
高海拔地区大气压力下降, 柴油机进气不充分, 因此采用涡轮增压技术来提高柴油机的充气系数, 能够恢复柴油机高原动力性能。杨勇等[4]利用高原台架试验对6种改进型的增压器进行了研究, 通过对BF8L413F发动机选配大流量、高压比的增压器, 为高原发动机动力性的恢复提供了技术支持。宋武强等[5]在康明斯6CTA8.3-C215原型发动机的基础上, 通过合理匹配增压器, 证明在高原地区使用时能够满足使用要求。
另外, 还有很多发动机生产企业和科研院所都开展过这方面的研究工作。以清华大学和北京理工大学为例, 他们分别进行了不同海拔下重发康明斯M11—C300型柴油机的VGT增压器柴油机性能仿真研究[6]和某6缸柴油机的单级增压和二级增压的仿真计算[7]。清华大学的研究结果表明:与原发动机相比, 在海拔3 000 m时额定功率提高了1.77%, 最大转矩提高了5.49%;海拔5 000 m时额定功率提高了1.28%, 最大转矩提高了2.91%。北京理工大学的研究结果表明:在海拔5 500 m时, 与单级增压相比, 二级增压柴油机额定功率提高了27.2%, 最大转矩提高了15.5%, 低速转矩约提高40%, 并且两级压气机均在高效率区工作。
由此可知, 涡轮增压是柴油机高原动力恢复的先进技术, 极大地提高了车辆柴油机变海拔适应能力。
2.1.2 柴油机进气系统的改进
可以采用增大空气滤清器的直径、增加进气道的长度、加大进气门的直径等措施来尽可能地减少进气道的阻力, 增加进气的有效流通面积, 进而提高发动机的充气效率。
李建军[8]等在海拔1 870 m的情况下对是否安装空气滤清器的柴油机进气管内的压力变化做了对比试验, 试验结果表明:安装空气滤清器的柴油机进气管内压力最大值比不安装的约减小3 k Pa左右。并且做了关于进气管长度对进气管内压力波幅影响的研究, 结果表明:压力波幅随着管长的增长而增大, 在管长1.2 m时达到了一个极值。
由以上研究可知:尽可能地增大空气滤清器的直径、适当增长进气管的长度可以有效提高充气效率。
另外, 有效流通面积公式如下:
式中, f为流通面积, H为升程, d为进气口直径之和。
根据公式可知:可以通过采用增加进气门的直径的措施来增大进气的有效流通面积, 提高充气效率。
2.1.3 柴油机供油系统的改进
周文波等[9]通过以下几个方面的措施改进柴油机的供油系统:
a.通过高压油泵凸轮型线、柱塞直径的调整来提高泵端压力, 优化供油规律。
b.通过适度增加喷油器开启压力的方法来提高柴油雾化细度和均匀度, 进而改善燃烧过程。
c.通过合理增大供油提前角的方法来增加压缩终点的温度。随着海拔高度的增加, 柴油机压缩终了的温度和压力下降, 导致发火延迟期增长。采取此种方法可进一步改善燃烧过程。王利贤[10]等也做过这方面的研究, 提出在2 000 m以上使用国产柴油机时, 一般海拔每升高1 000 m, 供油提前角提高3°左右。
2.1.4 燃烧室形状的改进
不同的燃烧室形状, 对燃油燃烧的状况会产生不同的影响。为了改善高原柴油机的燃烧状况, 优化燃烧室的设计也成为了一大关键。李建军等[6]认为可以对燃烧室进行如下改进:保持燃烧室体积不变, 采用缩口浅型燃烧室, 燃烧室深度变浅, 宽度增加, 贯穿深度减小。由于高原大气压力低, 空气稀薄, 与平原地区相比进气量少, 空气流速慢。燃烧室这样设计使进入的气体分布更均匀, 燃烧更充分。
2.2 采用富氧进气燃烧的方法
此方法是用氧气体积分数高于空气的富氧气体为柴油机进气, 它提高了柴油机进气时的氧气分压, 使化学反应速率加快, 燃料燃烧过程中的离解作用减少, 促进燃料的完全燃烧, 提高柴油机的燃烧效率。张永虎[11]等通过WD615柴油发动机, 研究了发动机全负荷、不同海拔、不同富氧进气体积分数下的发动机的动力性、经济性和排放性。研究结果表明:高海拔下发动机的功率随着进气中氧分压的增加而逐渐增加, 同时燃油消耗率逐渐降低, 高海拔下发动机的经济转速区域扩大, 并且在低转速、高海拔情况下, 富氧进气更能起到改善发动机动力性和经济性的效果。富氧进气能够起到降低高海拔下发动机碳烟、CO和HC排放的效果, 但是由于气缸内温度的增加, 氮氧化合物的排放有所增加。对于高海拔富氧进气, 国外也有很多研究:Peter等[12]采用进气节流、混合纯氧的方法在一台单缸直喷柴油机上模拟海拔2 600, 5 200 m下的发动机性能, 发现模拟海拔高度增加时富氧进气能够起到防止燃烧恶化的效果, 是改善高海拔下发动机动力下降的有效方法。
2.3 对燃料的改变
因为柴油组分中没有自含氧的物质, 在高海拔缺氧环境中很容易出现燃烧不完全, 排气冒黑烟等恶劣工况, 所以在柴油中掺烧一定比例的含氧燃料会在一定程度上提高对柴油机的高原性能。
2.3.1 在柴油中掺烧一定比例的生物柴油
生物柴油是一种新型的能源, 它含氧量高, 燃烧性能好, 并且可以以任何比例与柴油互溶, 可以直接使用于柴油发动机, 因此在柴油中掺烧一定量的生物柴油对提高高原环境下的柴油机的性能有很大的作用。沈颖刚[13]等在高原地区针对生物柴油混合燃料进行了发动机台架试验。通过对混合燃料的物性进行分析, 计算出当量燃油消耗率。并对柴油机燃用混合燃料的有效热效率、机械效率和负荷特性进行了对比分析。结果表明, 往柴油中加入体积比为10%~30%的生物柴油可以明显改善高原地区柴油机的经济性。
2.3.2 在柴油中掺烧其它含氧化合物
将生产生活中经常用到的一些含氧化合物加入到柴油中组成含氧混合燃料, 在高海拔条件下作为柴油机燃料使用, 可以有效解决高原缺氧的问题, 很大程度上改善柴油机的性能。以醇类物质为例:栾忠贤[14]等人在高原地区往柴油中分别掺烧10%和20%的甲醇, 通过发动机台架试验得出这样的结论:两种含氧柴油的动力性都要好于纯柴油, 并且通过当量油耗来计算经济性得到改善, 碳烟排放大大减少。姬长峰[15]也进行了机车柴油机甲醇补氧的研究, 采用双燃料系统分别喷入20%的柴油和80%的甲醇, 发现柴油机的动力性、经济性和排放性均有明显改善。訾琨[16]也认为在高原地区往柴油中加入醇类燃料可以改善高原地区发动机动力性。另外, 还有其他多种类型的含氧化合物, 比如醚类物质、酯类物质等。
3 结语
综上所述, 随着海拔高度的增加, 柴油机受到高原低温、低压、缺氧等恶劣环境的影响, 各方面性能下降, 影响装备的正常使用。解决这一问题的措施有改进柴油机的构造, 发展高原柴油机;采用富氧进气的方法, 增大进气中氧气的分压;研发含氧混合燃料, 促进燃料完全燃烧。通过以上措施, 可以有效提高柴油机的高原性能。
摘要：柴油机在高原地区运行时, 由于受到特殊的地理环境和气候条件的影响, 其动力性、经济性、可靠性和废气排放性等指标都大幅下降。为了满足高原地区柴油机的使用要求, 分析了高原温度、气压和空气密度等条件与海拔高度的对应关系及其各自对柴油机造成的影响, 提出了一系列的改进措施。
高原性能 第5篇
高原地区空气中含氧量比平原地区要低得多,导致柴油机缸内燃烧不完全,从而使得柴油机出现功率下降、油耗升高、排气温度增加等一系列的性能恶化趋势[1]。目前,柴油机高原工作特点研究主要是采用一维仿真或高原环境模拟台架试验方法,但是对缸内流场和油气混合及缸内燃烧机理研究不够深入[2]。此外,大部分的柴油机高原功率恢复都是通过研究增压系统来实现[3],这在很大程度上提高了柴油机变海拔适应能力,缺点是试验周期长、成本较高。而直喷式柴油机的喷油提前角对燃油经济性、动力性、排放性能的影响比其他参数更为显著[4]。文献[5]在高压共轨柴油机高原全负荷标定研究中提出,中高转速最佳喷油提前角总体随着海拔的增加而增大。文献[6]在高原环境增压柴油机的燃烧特性计算中提出,调整喷油提前角可以改善高原燃烧过程,功率也得到提升。由此可知,在满足试验柴油机技术条件的前提下,可以尝试通过调整喷油提前角来改善柴油机性能。
本文中在计算流体力学软件STAR-CD及ES-ICE中建立三维仿真模型并标定模型参数,深入分析高原环境对柴油机缸内燃烧的影响,评估喷油提前角对高原柴油机燃烧过程及性能的影响,确定比较合理的高原喷油提前角。
1 模拟方案设计
1.1 柴油机基本参数
柴油机的基本参数见表1。
1.2 气体湍流扩散、喷雾及燃烧模型
选用计算精度高的重整化群RNGk-ε 模型[7]来模拟缸内气体流动。方程如式(1)~式(3)所示。
式中,k为湍动能;ε为耗散率;ρ为密度;αk和αε分别为k和ε的有效湍流普朗特数的倒数;μeff为有效黏性系数;η为无量纲应变率,η=Sk/ε,S=(2sij·sij)1/2,sij为流体变形张量;η0为η在均匀剪切流中的典型值,η0=4.38;β为经验系数,β=0.012;Gb为由于平均速度梯度引起的湍动能;Gk为用于浮力影响引起的湍动能;YM为可压速湍流脉动膨胀对总的耗散率的影响;R为平均应变率对ε的影响。各常数取值C1ε=1.42,C2ε=1.68,C3ε=1.42,Cμ=0.085。
本文中针对大功率增压柴油机的燃烧特点,参考文献[8],喷雾方面采用Huh雾化模型、Reitz/Diwakar破碎模型和Bai碰壁模型,喷射燃料为C12H26,经过若干组试算后,对比缸内压力曲线,标定喷雾模型的主要参数:破碎临界韦伯数Webag取值为6.5,经验系数Tbag取值为3.14,撕裂破碎临界韦伯数Wesrip取值为0.5,经验系数Tstrip取值为18。燃烧方面采用ECFM-3Z(3-zones extended coherent flame model)燃烧模型,如图1 所示。其中,u代表未然区,b代表已燃区,A代表空气区(+EGR),M代表混合区,F代表燃料区。ECFM-3Z是基于火焰面密度输运方程增加了混合模型,并有空气区、混合区和燃油区的区域混合描述,能够描述非均匀湍流预混合和扩散燃烧过程[9]。
1.3 计算模型验证
由于燃烧室偏心,因此不能按照喷嘴数划分扇区计算,必须整体建模计算。在三维CAD软件UG中建立几何模型,然后导入STAR-CD的ES-ICE模块中,建立用于计算的网格模型,喷油提前角为12°CA,喷油持续期20°CA,柴油机转速为2500r/min。设定燃烧壁面温度为550K,缸盖壁温520K,缸套壁温500K。图2为360°CA (TDC)处网格模型。
平原试验在上海进行,大气压力为102.61kPa,机房温度为32℃。试验用柴油机已通过500h增压器可靠性考核和100h电调控制系统可靠性考核,累计已运行650h。 试验设备及仪表为:杭州奕科EIM030IDP/D型发动机台架试验测控仪、WE.42N水力测功器、FCM05型瞬态油耗测量仪。试验按照GB/T 3254.2—94《船用柴油机台架试验方法》试验规范进行。
试验柴油机厂家技术条件为:外特性最低燃油消耗率小于235g/(kW·h),最低稳定工作转速为(800±30)r/min,稳态调速率小于10,涡前排气温度低于725℃,增压器最高转速不超过127 000r/min,最高燃烧压力不超过15MPa。
图3为压力曲线试验值与模拟值对比。试验测定缸内最高燃烧压力为13.8MPa,而模拟所得最高燃烧压力为14.05MPa,误差为1.81%,所对应的曲轴转角分别为370.13°CA和369.60°CA。试验结果表明所建计算模型合理有效,满足工程实际要求。
2 喷油提前角对柴油机性能的影响
高原环境下进入气缸的空气质量减小,气缸内压力和温度都会下降,柴油机工作时滞燃期就会增长,导致燃料不能在上止点附近迅速燃烧,影响柴油机的热效率,造成柴油机功率和经济性能下降。在高原环境下合理地增大喷油提前角,可以促使速燃期、缓燃期和后燃期提前达到最佳状态。本节对海拔4550m下喷油提前角分别为12、14、16、18、20、22°CA五种情况下的燃烧过程进行模拟,其中12°CA为平原最佳喷油提前角。缸内仿真的环境条件根据文献[5]差值计算出海拔4550m时大气压力为58kPa,环境温度为275K。
图4为海拔4550m不同喷油提前角下350°CA时缸内流场剖面图。从图4可以看出,随着喷油提前角增大,燃油喷射的背压降低,燃油喷射同时强化了缸内的流动,燃油和空气可以混合得更好。喷油提前角22°CA时,可以明显看到燃烧室底部已经形成了涡流。喷油提前角越大,着火时缸内油气混合的均匀程度越好[8],滞燃期内累计的可燃混合气量也会增加,燃烧始点提前。
图5为海拔4550m不同喷油提前角下380°CA时缸内温度分布剖面图。从图5可以看出,380°CA时缸内燃烧处于扩散燃烧阶段。喷油提前角越大的燃烧室,由于可燃混合气量多和着火时间早,燃烧速度、加速度及最高燃烧温度也越高,高温分布区域越来越广而且主要沿燃烧室侧壁向中心方向扩散,向余隙方向的发展逐渐减弱,燃烧室中心区域的空气得到了良好的利用。
图6为喷油提前角对缸内平均压力的影响。从图6可以看出,缸内的最高燃烧压力随着喷油提前角的增大而升高,峰值点出现时间前移,22°CA时可达11.12MPa。平均每提前喷油1°CA最高燃烧压力增加0.26MPa。随着喷油提前角的增大,平均压力曲线包围的面积也有一定程度的增加,即做功能力有所提高。然而,当喷油提前角较大时,缸内平均压力曲线在着火后的变化明显偏陡,则其相应的压力升高率必然很高。柴油机的运动部件会受到强烈的负荷冲击,造成运转粗暴,导致使用寿命下降。
缸内燃烧温度随着海拔高度的增加而升高,原因是高原下缸内空燃比减小,因此在放热量不大的情况下,缸内被加热的空气总量减少,在滞燃期内累计的可燃混合气量增加,预混合燃烧的速度和强度均增加,单位气缸工作容积内混合气燃烧放出的热量增加,高温气体进一步加快了扩散燃烧阶段燃油蒸发速度,使得缸内温度升高的速度更快[1,9]。
图7为不同喷油提前角的缸内平均温度对比。图8为喷油提前角对放热率的影响。缸内最高平均温度随着喷油提前角的增大而升高,放热率曲线整体前移。放热率峰值出现时间从366.0°CA前移到359.2°CA,喷油时刻对放热率的峰值影响不大。过大的喷油提前角,使得燃烧在上止点前就开始,增加了压缩负功,相应地导致最高燃烧压力和温度过高[10]。
影响NOx的生成因素有很多,NOx的生成主要依赖于缸内温度,另外也与缸内的含氧量有很大关系。海拔越高,喷油越迟,NOx排放越少。高原下缸内空燃比下降得较快,是导致缸内NOx排放比平原低的直接原因[12]。图9 为喷油提前角对NOx排放的影响。从图9 可以看出,从TDC附近开始,NOx排放急剧上升,NOx出现的时间随着喷油提前角的增大而提前,当喷油提前角大于16°CA时,NOx排放量的峰值开始高于平原。
3 喷油提前角的优化
高原下喷油提前角的增大促使缸内平均压力升高,功率得到很大程度的恢复,增强了柴油机的高原动力性。此外,随着喷油的提前,放热规律更加集中,对提高热利用率产生有利的影响,改善了柴油机的经济性。然而,如果喷油过早,导致燃烧初期的放热速率过快,压力升高率过高,容易引起燃烧噪声和冲击负荷的增加,而且柴油机的排气温度升高,柴油机和涡轮的热负荷均增加。表2 为海拔4550m不同喷油提前角下的柴油机性能参数。
喷油提前角从12°CA到16°CA时,柴油机动力性恢复较快,18°CA到22°CA时,功率增幅较小而压力升高率和缸内燃烧温度较高。
中高转速时增压柴油机的最佳喷油提前角总体随着海拔的增加而增大,海拔每升高1000m,喷油提前角增加1.1°CA[5]。综合考虑并结合试验柴油机机型技术条件,本文中喷油提前角取值为18°CA时可以较好地改善高原下增压柴油机的性能,即比平原提前6°CA,同时对柴油机的负面影响较小。
4 试验结果及分析
在青海省的望昆(海拔4550m)对原机进行高原试验。高原试验主要仪器设备为:凯迈(洛阳)CW440D电涡流测功器和YSH-60型燃油消耗测量仪、KISTLER 6125B缸压传感器、KISTLER5108型信号放大器、KISTLER-DS1202CA示波器。试验条件见表3。通过调整供油提前角来使得喷油提前,增压器排气放气阀螺栓拴紧一圈。 试验按照GB/T3254.2—94《船用柴油机台架试验方法》试验规范进行。表4为试验结果。
试验结果与模拟结果比较吻合,与调整喷油提前角前相比,功率上升了3.6%,恢复到平原的81.7%,最高燃烧压力上升了22.6%,燃油消耗率下降了1.41%,涡前排温上升了46.6℃,达到711℃,而本试验机型技术条件中涡前排温限值为725℃,增压器转速为121 200r/min,也接近技术条件中127 000r/min限值。由此可知,喷油提前角选择提前6°CA比较合理。
5 结论
(1)高原环境下喷油提前有利于提高柴油机的动力性,海拔4550m下每提前喷油1°CA最高燃烧压力平均增加了0.26 MPa,功率平均增幅为0.74kW。然而,喷油过于提前会导致柴油机工作粗暴,机械负荷和热负荷上升,可靠性降低。
(2)高原下缸内最高平均温度随着喷油提前角的增大而升高,平均温度和放热率曲线整体前移,放热率峰值变化不大。
(3)考虑控制机械负荷和热负荷的基础上,本机海拔4550m下喷油比平原提前6°CA,可以综合改善柴油机的性能,功率可恢复到平原的81.7%。
摘要：基于ECF-3Z燃烧模型建立适应高原环境的某增压柴油机工作工程模型,在平原台架试验验证的基础上,分析了喷油提前角对海拔4550m下缸内燃烧过程的影响。模拟结果表明:喷油提前角增大,缸内燃烧压力、温度曲线峰值上升且出现时间前移,燃烧重心提前,NOx排放上升,功率得到恢复;同时,缸内预混合燃烧得到强化,后燃期变短,燃烧室中心区域空气利用率得到提高。根据模拟结果选择提前6°CA喷油并在海拔4550m下对原机进行试验。试验结果表明:在调整喷油提前角后,功率提升了3.6%,涡前排气温度上升了46.6℃,燃油消耗率下降了1.4%。
高原性能 第6篇
关键词：直喷柴油机,高原,运转性能,噪声特性
0前言
柴油机运行在高原地区时,由于大气压力降低和空气密度减小,使得柴油机的性能随之恶化,影响其动力性和经济性[1]。此外,随着人们对环境的要求越来越高,噪声法规越来越严格,故降低发动机的噪声成为当前研究的紧迫课题。因此,开展不同大气压力下柴油机性能及噪声特性研究十分重要。
迄今为止,关于高原柴油机的运行特性已经展开了部分研究。诸如,申立中等人[2]采用微机化大气模拟综台测量系统对自然吸气柴油机运行在不同海拔地区下的性能进行了研究。并且分析和比较了不同海拔下的柴油机负荷特性、速度特性、万有特性以及碳烟排放特性的关系。刘瑞林等[3]采用内燃机高海拔(低气压)模拟试验台上,研究了不同模拟海拔高度下的涡轮增压柴油机性能,分析了不同海拔高度对涡轮增压柴油机动力性、经济性的影响。另外,沈颖刚等[4]采用表面声压级测量法研究了不同海拔不同转速下声功率以及不同转速下不同供油提前角对噪声声功率级的影响。
本试验采用模拟大气压力装置研究了不同大气压力下直喷柴油机运转性能;采用声压级测量法,测试不同转速、不同大气压力以及更换油底壳、摇臂室罩等情况下的表面辐射噪声,分析大气压力对柴油机工作特性(扭矩、功率以及油耗)的影响以及表面辐射噪声随不同转速、不同大气压力时变化关系,和改进后的油底壳和摇臂室罩降噪的效果。该研究对高原运行的柴油机设计以及降低噪声有着重要的意义。
1 试验台架及方法
1.1 试验台架及测点布置
图1给出了试验台架及噪声测试位置示意图。试验研究的发动机是某款四缸四冲程直喷柴油机,缸径为100 mm,压缩比为17.5:1,测功机是WE系列水涡流测功器;表面噪声测量采用了日本小野LA-220型声级计和北京声望声电技术公司的BSWAVS302N(USB)型双通道分析仪。
表面辐射噪声测试采用了辐射的空气测量工程法及简易法。根据GB8194-1987《内燃机噪声声功率级的测定工程法及简易法》噪声测试标准[5]为了确定测量表面和测量点位置,假想一个包络内燃机主要噪声辐射部位并终止于反射面上的最小矩形六面体作为基准体,确定基准体尺寸时可以不考虑辐射噪声不大的内燃机凸出部分。测量位置与基准体的各对应面应相平行,间距为d,通常d为1m。当基准体的最大尺寸小于2 m时,取9个测量点测量。基准体上的9个测点位置见图1。
1.2 声功率级的计算[5]
声功率级的计算用公式如下:
式中,为声功率级,dB;为测量表面的平均声功率级,dB;S为测量表面面积,m2。
其中,S=4(ab+bc+ca)
a=L1/2+d,b=L2/2+d,c=L3+d
式中,L1,L2,L3分别为基准体的长、宽、高,m;S0为基准面积,m2。
根据柴油机的实际尺寸,可以分别测量出L1,L2,L3的值,而按照国标d=1m,从而计算a,b,c,其值分别为1.4,1.3,2.14 m。根据以上的公式和说明,可计算出声功率级。
2 试验结果及分析
2.1 不同大气压力下的性能特性
图2给出了大气压力对于直喷柴油机转矩的影响。由图2可知,随着转速增加,三种大气压力下柴油机转矩均呈现先增加后减小的规律。随着大气压力增加,柴油机转矩也增大,主要是由于大气压力增大,导致吸入气缸内的空气量增加,以致于柴油机吸气终了时的缸内温度及压力也趋向增大,从而导致压缩终了时的缸内压力增大所致。
图3给出了不同大气压力对柴油机功率的影响。由图3所示结果可知,随着转速增加,三种大气压力下柴油机功率均呈现减小趋势。随着大气压力增加,柴油机功率增大,主要是由于大气压力增加吸入气缸内空气量增加,相同喷油量条件下,缸内燃烧更加充分所致。
图4给出了不同大气压力对柴油机油耗的影响。由图4所示结果可知,三种大气压力下,柴油机油耗均呈现先减小后增大的趋势。随着大气压力增加,柴油机比油耗有所减小。主要是由于相同转速与负荷下,大气压力增加,吸入新鲜空气量增加,主要是由于缸内燃烧更加稳定充分。
2.2 不同大气压力下的整机辐射噪声
根据图5可知,转速较高时,表面辐射噪声声功率级随转速增长基本呈线性的关系,受海拔影响不是十分显著,这主要是因为在高转速时机械噪声是主要的噪声源。而机械噪声主要的激励源是不平衡的惯性力及力矩、活塞的拍击、进排气门落座时的拍击以及齿轮啮合传动等。随着转速增加,活塞的横向运动以高速进行,气门撞击也将增强等因素,机械噪声大幅度增加,因此表面辐射噪声随转速增加而增大[4]。在转速较低时,整机辐射噪声受大气压力影响较转速较高时显著,主要是由于转速较低时机械噪声降低,而较高大气压力导致进入气缸的新鲜空气量增加,进而导致更加快速的燃烧,增加了燃烧噪声。
2.3 不同转速对整机辐射噪声的影响
通常情况下,内燃机的噪声按照噪声辐射的途径可以分为,空气动力噪声(主要是风扇噪声、进气噪声和排气噪声)和结构辐射噪声。由于本试验中,没有安装风扇,排气管直接接出实验室外,因此空气动力噪声在本次试验中的影响可以忽略,发动机的噪声主要为结构辐射噪声。在结构辐射噪声中,按照激励源的类型,可以分为燃烧噪声和机械噪声。
根据图6中所示结果可知,表面辐射噪声声功率级的增长基本呈线性的关系,这主要是因为机械噪声在不断增加的缘故。机械噪声主要的激励源是不平衡的惯性力及力矩、活塞的拍击、进排气门落座时的拍击以及齿轮啮合传动等。由于随着转速增加,活塞的横向运动以高速进行,气门撞击也将增强等因素,机械噪声也大幅度增加。燃烧噪声产生的根本因素则是压力升高率,压力升高率主要决定于滞燃期与形成的可燃混合气多少,而非取决于转速高低,因此,燃烧噪声随转速增加变化不是很大。
2.4 改进后的壳类部件降低噪声的效果
根据图7测试结果可知,对于更换油底壳和摇臂室罩部件的柴油机,在中低转速,更换油底壳和摇臂室罩可以将柴油机的噪声降低1dB左右,而到了高转速,噪声声功率级不但没有降低,反而出现了增大的现象。初步通过噪声产生机理分析得出的结论为:更换油底壳后,带有覆层的油底壳在散热方面较原油底壳差很多,从而在高转速导致机油温度过高,使机油粘度下降,从而由机械运动产生的机械噪声较原来有较大幅度的增加。从而导致更换部件后的发动机噪声较原来发动机有所增加。建议对发动机机油实行机外循环冷却,使其不至于温度过高。
3 结论
a.随着大气压力增加,直喷柴油机扭矩、功率增加,而比油耗减小。
b.整机辐射噪声在转速较低时较转速较高时受大气压力影响显著。
c.随着转速增加,整机辐射也增加。
d.改进油底壳和摇臂室罩在转速较低时噪声降低了1 dB左右,在转速较高时反而增大。由此可以推出带有覆层的油底壳在散热方面可能较原油底壳差。
参考文献
[1]申立中,沈颖刚,毕玉华,等.不同海拔高度下自然吸气和增压柴油机的燃烧过程[J].内燃机学报,2002, (1):49-52.
[2]申立中,沈颖刚,毕玉华,等.不同海拔地区下自然吸气柴油机性能研究[J].汽车技术,2001,(2):13-15.
[3]刘瑞林,刘宏威,秦德.涡轮增压柴油机高海拔(低气压)性能试验研究[J].内燃机学报,2003,21(3):213 -216.
[4]沈颖刚,范钱旺,石玲,等.不同海拔下涡轮增压柴油机表面辐射噪声试验研究[J].声学技术,2008,27 (4):235-239.
[5]GB8194-1987,内燃机噪声声功率级的测定工程法及简易法[S].
[6]刘月辉,郝志勇,付鲁华,等.车用发动机表面辐射噪声的研究[J].汽车工程,2002,24(3):213-216.
[7]梁兴雨,舒歌群.柴油机噪声源的识别及降噪研究[J].兵工学报,2006,27(4):587-591.
高原性能 第7篇
混凝土作为人类使用量最大的建筑材料，已有近百年的历史。随着我国西部大开发的进行，混凝土除了满足我国东部低海拔地区发展的需求外，西部高原高海拔地区对混凝土的需求量也逐年增加。然而，混凝土性能要求随着环境、工程机械、气候、运输条件、地材的变化而变化，尤其是在高原地区气候恶劣，对混凝土的耐久性及抗冻性要求很高。本文从保证工程质量、保护环境等角度出发，以中建玉树援建项目为依托，通过一系列优化措施对普通混凝土进行高性能化，针对玉树高原地区的特点配制适应当地施工的高原普通强度等级的混凝土，使普通强度等级的混凝土达到高寒高原地区对混凝土高性能的要求，并总结出一套高原地区普通混凝土高性能化的生产经验，对保证高原高寒地区普通强度等级混凝土的质量具有重要的借鉴意义。
在高原昼夜温差大、干热、干冷的气候环境下，本文以实现普通混凝土高性能化为目的，通过对原材料的优选和质量控制、配合比优化、生产过程控制，合理的养护及施工工艺等一系列措施，使生产的混凝土拌合物不仅具有良好的施工性能，而且混凝土硬化体的内部结构得到改善，强度及抗渗、抗冻等级均高于原基准混凝土，具有较高的抗冻耐久性。
1 原材料优选
1.1 水泥
水泥应选用42.5级以上、水化热相对较高的普通硅酸盐水泥，其性能应符合GB 175《通用硅酸盐水泥》中的相关规定。因玉树高原当地一年中一半以上时间为严寒环境，对于水泥混凝土而言，提高早期强度至关重要。水泥选用西宁产P·O 42.5级水泥，此水泥早期强度高、后期强度增长快的特点符合高原地区对混凝土基本力学性能的要求，且对当地外加剂适应好。表1为水泥的基本性能指标情况。
1.2 粉煤灰
粉煤灰选用西宁产Ⅱ级灰，其各项性能指标见表2[1]。
%
1.3 集料
高原地区的砂石料品质相对较差，而且有很多都具有较高的碱活性，因此，原材料的选择及检验分析非常重要，尤其是直接影响到混凝土配合比参数设计和混凝土质量的细度模数、针片状含量、坚固性及碱活性等技术指标。宜选用级配良好的中、粗砂，避免使用细砂;可以使用坚固性及碱活性良好的碎石或卵石，若使用卵石时，应避免使用针片状含量较大的卵石。
选择当地砂场细集料，采用当地采石场粗集料(河卵石二次破碎形成的5～31.5mm连续粒径碎石)，为保证混凝土质量，要求碎石针片状含量不得超过8%。表3为集料性能指标情况。
1.4 外加剂
外加剂宜选用具有低温、早强、耐腐蚀、减水率高、引气效果好的高效复合防冻泵送剂，本文外加剂选用西宁某公司生产的MKJ高效复合防冻泵送剂(防冻早强成份为亚硝酸钠及三乙醇胺)，掺量为4.5%;内掺膨胀剂为EAAⅠ型，掺量为10%。
2 配合比设计
2.1 配合比设计控制要点
(1)低水胶比
应严格遵守“最小单位体积用水量定则”，只要混凝土拌合物能满足施工工艺对工作性的要求，用水量应尽量降低。为达到混凝土的低渗透性以保证其耐久性，无论设计强度是多少，高性能混凝土的水胶比一般都不大于0.42。严格控制水胶比是保证高性能混凝土质量的关键。
(2)最大堆积密度
优化混凝土中的集料级配设计，获取最大堆积密度和最小孔隙率，从而尽可能减少水泥浆的用量，达到降低含砂率、减少用水量及胶凝材料用量，提高混凝土耐久性的目的。
(3)掺加适量的超细矿物掺合料
掺加适量的超细矿粉及超细粉煤灰可显著改善混凝土界面过渡区的性能，提高混凝土的密实性及耐久性。
(4)复合型高效外加剂
复合型高效减水剂应具有高减水率、高引气率、早强等性能，可显著提高混凝土的抗冻耐久性。控制现场施工时预拌混凝土含气量，夏季：含气量宜控制在3.5%～5.0%;冬季：含气量宜控制在4.0%～6.0%。此外，掺加适量的膨胀剂有助于缓解混凝土由于温度变化引起的内部应力，提高混凝土抗冻耐久性及抗渗性能。
(5)适当提高混凝土的配制强度
高原地区干热、干冷的气候条件对混凝土的强度增长是极其不利的。在夏季干热环境下，为降低环境因素对强度的影响，进行混凝土配合比设计时，配制强度应视施工水平和养护情况适当增大。在冬季干冷环境下，建议C30强度等级的混凝土水胶比不大于0.42，粉煤灰掺量不大于30%。
2.2 配合比设计方法
依据JGJ 55—2011《普通混凝土配合比设计规程》设计出普通混凝土配合比;根据以上控制要点及当地气候和现场实际情况优化配合比;高原高寒地区应考虑到混凝土配合比的抗冻耐久性及其抗渗耐久性。得出初步配合比后，必须根据不同的冻土地段、不同环境条件、不同温度范围等具体要求进行试验验证，继续优化混凝土配合比。
2.3 配合比设计实例
(1)基准配合比设计
以C35F100P8抗冻抗渗泵送混凝土为例，首先根据JGJ 55—2011设计出基准配合比[2]，在此基础上，根据施工地环境条件、耐久性要求等因素，对混凝土配合比进行调整。表4为C35F100P8抗冻抗渗泵送混凝土的基准配合比。
(2)配合比优化
高原地区由于空气稀薄，导致机械设备功率有不同程度的下降，对混凝土的生产及泵送造成不利影响。胶凝材料为纯水泥时，混凝土不易泵送，且纯水泥对外加剂的吸附性较强，致使混凝土的坍落度损失增大。为了改善混凝土的和易性、提高其耐久性能、降低混凝土生产成本，加入适量的优质粉煤灰成为首选。然而，加入粉煤灰对混凝土的早期强度有一定的影响，因此，寻找粉煤灰在混凝土中的最佳掺量尤为重要。图1、图2分别为粉煤灰掺量对混凝土抗压强度及1h坍落度损失的影响。
加入粉煤灰后混凝土的和易性明显改善且混凝土的初始坍落度明显增大，每m3混凝土用水量可减少3～5kg。从图1可以看出，掺加粉煤灰后混凝土的早期强度随粉煤灰掺量的增加而降低，但后期强度均能满足设计要求。考虑到当地的严寒气候，确定以15%质量比的粉煤灰等量取代水泥，既不影响混凝土的早期强度，又能保证后期强度。表5列出了掺加粉煤灰后的混凝土配合比。同时，由于受粉煤灰的微集料效应、形态效应等影响，混凝土更加密实，从而提高了混凝土的抗渗性、抗冻性，也提高了施工现场混凝土的和易性[3]。
kg/m3
混凝土中水泥石内孔隙自由水的存在是混凝土产生冻害的主要原因，孔隙中的自由水由于反复冻融，对混凝土孔隙壁不断产生胀压力，最终使混凝土破坏。要提高混凝土的抗冻融能力，首先必须使混凝土内部尽可能密实，这就要求混凝土水灰比要尽可能的小。非引气混凝土要达到较高的抗冻能力，水灰比应小于0.30，但采取这种方式抗冻，不但不经济而且高水泥用量产生的水化热容易引起混凝土裂缝。加入适量的引气剂(十二烷基苯磺酸钠)可改善混凝土内部气泡尺寸、分布等微观特征，从而提高混凝土的抗冻性。引气混凝土是通过混凝土中的气泡缓冲冻融载荷，这些微小封闭的小气泡互不连通、均匀地分布在混凝土中，当孔隙内自由水冻结时，气泡被压缩，大大减轻冰冻给混凝土带来的胀压力，可大幅提高混凝土的抗冻性能[4]。对于这类抗冻性混凝土，可从外加剂及掺合料着手解决，如何找到适宜的引气量是配制抗冻混凝土的关键。图3、图4是含气量2%、4%、6%的混凝土经200次冻融循环对其相对动弹模量和质量损失率的影响。
从图3、图4可以看出，与2%、6%含气量的混凝土相比，含气量为4%的混凝土的相对动弹模量保持情况最好、质量损失率最小，说明在此情况下，混凝土含气量为4%时抗冻性能最好。这是因为含气量低时，没有足够的气泡缓解水冻融时的膨胀压;含气量高时，可看作混凝土内部缺陷增多，混凝土强度降低，导致混凝土没有足够抵抗膨胀压的能力。
为进一步提高混凝土耐久性能，在混凝土中掺加10%的膨胀剂。掺入膨胀剂后的混凝土配合比及性能指标见表6。从表6中数据可以看出，混凝土抗冻性得到提高，这是因为加入膨胀剂后，有效地补偿了混凝土的温度收缩、干燥收缩等，提高了混凝土的密实度;同时，混凝土密实度的提高也使混凝土的抗渗性得到改善[5]。
通过以上各种配合比优化措施，优化后的C35F100P8抗冻抗渗泵送混凝土的施工配合比为表6配合比，即水泥∶粉煤灰∶砂∶石∶外加剂∶膨胀剂∶水=337∶59∶712∶1068∶19.8∶44∶182。
3 混凝土生产的控制要点
(1)设备硬件要过硬，搅拌出来的混凝土应符合拌合物的匀质性指标要求和计量误差要求;要有可依据的生产控制规程和操作规程;要将质量责任进行界定和细化，各司其职，各尽其责，层层把关。
(2)原材料的稳定性是保证混凝土正常生产的关键，本工程施工地区原材料极不稳定，由于水泥来自西宁地区，运距长、运输时间基本在2～3d，这对于混凝土生产和水泥检验很不利，为此多准备了水泥存储罐，新进场的水泥不得立即使用，先存入备用罐内，待检验合格后方可使用。
(3)为应对缺氧环境及机械设备功率降低的情况，采用生产用气分级分类供气系统：主操作系统单独用一台空压机并联一台储气罐，上料系统单独用一台空压机并联一台储气罐，这样极大的保证了设备的正常运转、延长了设备的使用寿命、缩短了设备的生产运转时间、提高生产效率达20%以上、降低了因气压不足对混凝土生产的影响。由于玉树地区经常下雨且紫外线特别强，对砂、石料进行了覆盖，避免了雨淋，减少了混凝土配合比调整的复杂性。
(4)电流差法控制混凝土出机坍落度。通过混凝土坍落度值与搅拌机电流差值关联曲线，对预拌混凝土出机坍落度进行有效监控，可实现有效的生产过程控制和出厂检验，方便快捷，可操作性强。
(5)在高原生产混凝土，应按每50m3一次的检验频率，通过测试新拌混凝土的含气量、坍落度和泌水率，控制混凝土拌和质量，将混凝土的坍落度、含气量和泌水率调整到合理范围内，从而确保进行大范围、全面施工时混凝土的上述过程控制指标能控制在规定的范围内，从而对混凝土的长期耐久性能实施有效预控。
4 混凝土的运输
低温季节时，为了保证混凝土的和易性和温度要求，需将混凝土罐车罐体用保温罩包裹;高原地区工作人员容易疲劳，运输过程中容易出错，因此，制定了限时工作的规定，有效降低了事故的发生。运输过程中为了减少混凝土的坍落度损失，要持续旋转运输罐罐体，到工地卸混凝土时需将运输罐旋转1～2min，以减少路途颠簸对混凝土匀质性的影响。
5 混凝土的浇筑
采用泵送法施工时，每次泵送前进行试运转，试运转正常后先泵清水湿润管路，再泵送湿润砂浆(泵入不少于1节管节的水泥砂浆量)，进一步湿润管道。作为润滑管道用的砂浆泵送到管道终端时排出模外，不泵入主体工程模内。管道经充分润滑后才正式泵送混凝土，开始泵送时慢速转动，观察泵压及各部分运转情况，待确认工作正常后再以常速泵送。泵送保持连续，必要时可降低泵送速度以维持泵送的连续性。浇筑时尽量延长振捣时间，增加混凝土的密实性。
6 混凝土的养护
玉树高原地区昼夜温差大，干冷、干热的气候条件对混凝土强度的增长是极其不利的，不能够充分发挥混凝土的抗压作用。
在干热环境下，混凝土成型后必须加强保湿养护。早期采用补水养护，在混凝土结构表面包裹一层蓄水物质(如麻袋片)，再用不透水的塑料薄膜包裹，严格封闭。养护期内，要对蓄水物质定时注水，保持湿润状态，时间不少于14d，确保混凝土早期水化质量。后期剥离塑料薄膜时，要立即在混凝土结构表面喷涂一层保湿剂，以封闭混凝土内部残余水分不被蒸发，保证混凝土后期水化的继续进行。
在干冷环境下，大体积混凝土浇筑完成收面后，应以保温性良好的棉被等材料覆盖表面，利用其本身水化反应产生的水化热达到保温的目的，棉被等材料的覆盖时间应不少于施工规范规定的混凝土养护时间。小体积混凝土浇筑完成收面后，应以气密性良好的塑料薄膜等材料及时进行表面覆盖，并在持续保温结束、暖棚拆除后，在塑料薄膜等材料外增加保温性良好的棉被等材料覆盖表面，棉被等材料的覆盖时间应不少于施工规范规定的混凝土养护时间。无论是大体积混凝土，还是小体积混凝土(构件)，都不宜直接洒水养护。
低温季节施工时，应采用温度控制技术，在混凝土养护过程中进行温度测试与控制，防止出现温度应力裂缝。
7 结束语
(1)高原高寒地区混凝土配制的核心是配合比的设计，由于该地区对混凝土抗冻耐久性要求较高，在设计出基准配合比后，应根据具体施工环境、施工部位对配合比进行优化。
(2)在混凝土生产过程中，需严格控制进场原材料质量，拌制时必须按规定测定新拌混凝土含气量、坍落度和泌水率等指标，确保进行大范围、全面施工时混凝土的上述控制指标能控制在规定的范围内，从而对混凝土的长期耐久性能实施有效预控。
(3)由于高原高寒地区特殊的气候状况，混凝土的运输、浇筑及养护工艺需进行合理的控制。应重视混凝土前期的保温保湿养护，并进行温度的测试及控制。
(4)高原高寒地区混凝土的配制及施工是一个系统工程，各个环节相互关联，忽视任何一个环节都有可能导致混凝土质量不合格，若出现问题后再进行加固或返工，施工难度大、成本高，因此，高原高寒耐久性混凝土必须做好生产及施工各个环节的质量预控。
摘要：以中国建筑玉树援建项目为依托, 开展了高原高海拔地区普通强度等级混凝土的高性能化的研究工作。从混凝土原材料、工作性能、耐久性能等方面进行了混凝土配合比的设计;从混凝土原材料质量、原材料供应、坍落度控制、生产设备功率等方面分析了混凝土生产中应注意的事项;根据当地气候条件、环境条件、机械设备条件、人员身体条件等影响因素, 对混凝土运输中应注意的事项进行了说明。
关键词：高原高海拔,配合比,生产,施工,耐久性
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