自平衡钢结构节点动态加载实验系统

主要用于（不超过7米的）长柱结构构件加载试验，反力架立柱高度8m，试件安装平面尺寸1mx1.5m，反力系统竖向设计承载力为5000kN；作动器推力5000kN，拉力2000kN，行程200mm；作动器加载端配万向球铰及加载板，作动器下置；作动器活塞杆端标配5000kN柱式拉压力传感器，试验力直接测量，4-20mA标准型号输出；伺服阀直接安装在作动器上；加载频率0—1Hz；配水冷却。加载波形：正弦波、方波、三角波；支持力控制、位移控制加载方式，试验过程中可进行各加载模式的平滑切换；可实现液压加载系统与动态数据采集系统之间的数据实时交换，保证加载数据与采集数据同步。 2100433B

反力系统竖向设计承载力为5000kN；，加载波形：正弦波、方波、三角波；支持力控制、位移控制加载方式，试验过程中可进行位移控制与力控制模式的平滑切换。

动态平衡阀动态平衡

动态平衡阀正确地理解应为水力工况平衡用阀。从这一观念出发一切用于水力工况平衡的阀门如调节阀、减压阀、自力式流量控制阀、自力式压差控制阀都应看成水力工况平衡用阀——平衡阀。而市场上称为平衡阀的产品，仅是附加了流量测试功能的一种手动调节阀。

静态平衡阀是指手动调节阀或手动平衡阀。动态平衡阀是指自力式流量控制阀和自力式压差控制阀。自力式流量控制阀也曾称作自力式流量控制器、自力式平衡阀。自力式压差控制阀在北欧也称为Automotic Balamce Valve即自动平衡阀。

动态平衡阀工况平衡

一般地说供热、空调的管网都是闭路循环的管网，其水力工况是指系统各点的压力，各管段的流量、压差。由公式△P=SG2

△P——压差或称阻力损失

S——管段或系统的阻力系数

G——管段或系统的流量

可知，流量和压力是相关参数，流量和压力的调控互为手段和目的。减压手段是减少上游管路的流量;减少流量也必湎是减少管路前点的压力或增加管路后点的压力。流量变化必然导致压力的变化;S值不变的系统，压差的变化必然起因于流量的改变。因此说没有一咱不影响压力的流量控制阀，也没有一种不影响流量的压力控制阀。

水力工况平衡是指流理的合理分配。在供热和空调管网中，水是热载体介质，水流量的合理分配是热力工况平衡的基础。以供热系统为例，设计者在进行水力工况计算时在各分支流量为设计值的假想情况下进行的。由于管材及最高流速成的限制，设计上实现水力平衡几乎是不可能的。这样势必造成近端阻力系数不能达到设计理想状态，形成近端流量过大，远端流量不足的失调现象。

由于水力工况设计成了一个设计水压图，而实际运行时这一水压图必须由阀门平衡调节而形成。用阀门调节水力工况的过程是建立合理水压图的过程，在设计合理的情况下，这两个水压图会会合得很好。

由于运行水力工况是水泵的工作曲线与外网特性曲线交点形成的。

对于外网特性曲线△P=SG2，由于并联的近端支路S值会小于设计值，造成总S值远小于设计值，循环水泵在小扬程大流量工况下运行，使水泵在大轴功率，低效率点运行。严重时可能出现轴功率大于电机铭牌功率，电机超额定电流，直至烧电机事故发生。

调网的过程就是用平衡阀增加近端阻力，使近端支路S值增大至设计值，总S值增大至设计值。使远近流量分配均匀合理，循环水泵在设计工况下运行，达到节热、节电，提高供热质量的目的。

运行岗们工作者常对一些水力工况失衡现象形成误解：

(1)水泵出力不足，水泵实际扬程小于铭牌扬程，导致辞末端过不去水。

实际上是由于近端支线阻力小、流量大，造成远端流量小，水泵工作点偏移在大流量、小扬程、低效率的工作点。

(2)锅炉或换热器阻力大，所有锅炉或换热器厂商标称阻力都远小于实际阻力。

实际上总循环水量的加大必然导致辞锅炉换热器等阻力加大。水流量增大40%，阻力增加100%。

(3)锅炉出力不足,实际上流量加大后供回水温差不可能更大。当然煤质和风系统不正常也可能造成锅炉出力问题。

动态平衡阀安装位置

调网的过程是利用平衡阀使各分支达到合理流量的过程。近端资用压头大于用户需用压头必然导致流量过大。必须用阀门消耗富裕压头富裕压头=资用压头-需用压头)，如果用户供水管安装平衡阀调网，则P3近似等于P4，P2压力线，近乎平行P4。如果用户回水管安装平衡阀调网，则P2近似等于P1，P3压力线近乎平行P1。

户内实际供水压力为P2，回水压力为P3。如果压力过低会导致运行倒空，压力过高导致耐压等级较低的元件(如散热器)的压力破坏。

因此对地形高差大的管网应按上述因素考虑平衡阀的安装位置。即在地形低洼处楼群平衡阀宜安装于供水，以保证户内不起压;在地形较高位置平衡阀宜安装于回水，以保证用户不倒空。

对于大型直联管网，如电厂凝汽供热管网，供热半径很大，外网供回水压差很大，因此对平衡阀安装位置应作特殊考虑。

回水压差52米水柱，考虑散热器耐压能力，末端回水压力设定为0.35MPa(35米水柱)，前端回水压力仅为0.1MPa(10米水柱)，而前端供水压力高达0.62MPa(62米水柱)，如果平衡阀安装在回水管上，被控用户的回水压力P3可能接近0.6MPa，必将造成散热器的压力破坏;如果平衡阀安装于供水管上，近端用户的供水压力P2只有十几米水柱必然导致运行倒空。因此从设计上应采取供回水都安装平衡阀的方案。

具体作法是入户口供水管安装自力式流量控制阀，在地形高差不超出10米的建筑群的分支回水管上安装手动的平衡阀。这里自力式流量控制阀负责控制分配流量;手动平衡阀调整压力，使阀前压力达到0.25MPa的满水运行工况。自力式流量控制阀只依据流量大小“肓目”控制压力，如果安装回水管上，不待手动调整压力，已经出现压力破坏事故。自力阀安装在供水未手动调整压力时，可能出现运行倒空而影响供热效果，不可能发生事故。

动态平衡阀概念

对于供热系统在传统的供热体制下是一种平均分配的供热模式，这种供热模式一般采取定流量的质调节供热方式。也有少数大型管网出于节约运行电能的目的，采取质量并调方式。但在平均代热的前提下，流理的变化仅决定于室外气温变化，因此其控制方式，仅考虑采用室外温度单一参数控制热源循环泵的转速，实现变流量运行。这种变流量运可定义为热源主动变流量方式。

在热计量收费的运行方式下，供热负荷及循环水流量的变化取决于用户需求，系统总循环流量的变化决定于用户的变化，这种变流量机制可定义为用户主动变流量方式。

有一些业内人士提出计量收费的室内系统采用水平跨越管式系统，企图沿用定流量方式运行，这里估且不论水平跨越是否可实现流量运行，单就定流量运行方式浪费运行电能这一项就应予以废止。

这种计量收费流量控制方案，以下述方案为最佳可行方案：取3—5个末端供回水压差信号为热循环流量的控制信号，当全部压差信号都大于设定值时循环水泵降低转速，当任意一个压差小于设定值时，循环水泵增加转速。

中文名称

自平衡装置

英文名称

self-balancing device

定　　义

在正常运转过程中，对不平衡的变化能自动进行补偿的装置。

应用学科

机械工程（一级学科），试验机（二级学科），平衡机（三级学科）

自平衡电桥电桥的关键部分是平衡模块。由于电桥本身并存在不 平衡，即使在传感器输入为零的情况下，电桥的输出也不会为零，而是一个固定的信号，这个固定的不平衡信号大约为几毫伏至几十毫伏，有时甚至比传感器信号要大得多。在水分检测过程中，这个固定信号会使放大器较早地达到饱和，从而影响电容传感器信号的放大。为了进一步放大传感器信号，必须抑制掉这一不平衡信号。

平衡模块设计是水分检测系统提高检测微小信号能力的关键。平衡的调 节方式可以是手动调节，也可以是自动调节。另外，借助自动平衡模块还可以实现测量范围的移动，即在敏感电容值附近实现相对测量，从而极大地提高检测精度。因此，自动平衡模块的设计是实现在 线高精度检测的关键 。自动平衡电路原理如图1所示。

电桥档位选择后（或者设定相对检测电容后），空载传感器的信号进入自动平衡模块，并被分解为水平相位信号和垂直相位信号。水平相位信号和垂直相位信号分别通过零比较器控制计数器的计数方向。当比较器输出为高电平时，计数器减计数；当比较器输出为低电平时，计数器增计数。水平相位信号有正负之分，如果水平相位信号为正，当平衡按键按下时，计数器开始减计数，使得数模转换器的输出逐渐减小，这样水平相位信号也就逐渐减小，直到减小为零。

如果水平相位信号为负，当平衡按键按下时，计数器开始增计数，使得数模转换器的输出逐渐增大，这样水平相位信号也就逐 渐增大，直到增大到零。垂直相位信号的调整也同理。调整的最终结果是使得水平相位信号和垂直相位信号逐渐向零点靠近，从而完成自动平衡过程，使空载传感器的输出为零。