定向井技术的发展过程

定向井技术的发展过程（8篇）

1.定向井技术的发展过程 篇一

定向运动的发展

定向运动起源于瑞典．最初只是一项军事体育活动．“定向”这两个字在1886年首次使用，意思是：在地图和指北针的帮助下，越过不被人所知的地带．真正的定向比赛于1895年在瑞典斯德哥尔摩和挪威奥斯陆的军营营区举行，标志着定向运动作为一种体育比赛项目的诞生．由于定向运动不需要比赛场馆，在比赛中人与自然能很好的融合在一起，因此，定向运动在不远的将来，将会成为公众喜爱并乐于参与的一项体育活动．

1932年举行了第一次世界定向运动比赛．1961年国际定向联合会(IOF)在丹麦哥本哈根成立．现有成员国五十个．是国际体育联合会总会成员之一．定向运动也是国际承认的奥林匹克体育项目．

1992年，我国以中国定向运动委员会的名义加入国际定联．1995年12月，国家体育总局“中国定向运动协会”在北京成立．从此，我国的定向运动事业翻开了崭新的一页．中国定向运动协会积极推动定向运动在国内的发展，每年在全国范围内组织“全国定向运动锦标赛”和“全国城市定向运动系列赛”．比赛项目不断增设：包括山地车定向、独木舟定向、积分越野定向、夜间越野定向等等，在国内均属首次举办．极大的提升了定向运动在国内的普及率和参与者的热情．

2.定向井技术的发展过程 篇二

材料制备与加工技术的发展可有效地改善传统材料的综合性能, 对新材料的研究开发和应用具有决定性的作用。材料的性能是由组织形态决定的, 而理想的组织形态可通过控制材料的凝固过程来实现。因此, 控制凝固过程是提高传统材料性能和开发新材料的重要途径[1,2,3,4]。定向凝固技术可较好地控制凝固组织的晶粒取向, 形成连续柱状晶组织或单晶组织, 使材料的纵向力学性能得到很大提高[5]。利用该技术制备的燃气涡轮发动机叶片, 其抗热冲击性能、疲劳寿命和高温蠕变抗力都得到了很大提高[6,7]。目前, 定向凝固技术已被广泛应用于航空航天材料、超导材料、半导体材料、磁性材料以及自生复合材料等领域[8,9,10]。

1 定向凝固理论研究现状

定向凝固技术的发展促进了凝固理论的发展和深入。目前, 定向凝固理论主要包括Chalmers[11]的成分过冷理论和Mullins[12]的界面稳定动力学理论。

Chalmers的成分过冷理论为:

式中:GL为液固界面前沿液相温度梯度 (K/mm) ;R为界面生长速度 (mm/s) ;m0为液相线斜率;C0为合金平均成分;K0为平衡溶质分配系数;DL为溶质扩散系数;ΔT0为平衡结晶温度间隔。

Chalmers指出, 定向凝固中固液界面形态由GL/R决定。当GL/R>ΔT0/DL时 (其中ΔT0为结晶温度间隔) , 为平面界面;GL/R逐渐减少时, 平面界面失稳, 逐渐变为胞状直至树枝晶和等轴晶。GL和R对凝固组织的影响如图1所示。

虽然成分过冷理论给出了有关界面稳定的判据, 但只考虑了温度梯度和浓度梯度这两个因素, 忽略了非平面界面的表面张力、凝固时的结晶潜热及固相中的温度梯度等影响因素。Mullins等根据温度场和浓度场的干扰行为、干扰振幅和时间的依赖关系以及它们对界面稳定性的影响, 对成分过冷理论进行了修正, 提出了著名的界面稳定性的动力学理论, 即MS稳定性理论。MS稳定性理论指出, 固液界面形态发生如下转变:平界面→胞晶→树枝晶→胞晶→带状组织→绝对稳定平界面。这种枝晶/胞晶一次间距选择成为以非平衡理论为指导的定向凝固理论的实验基础, 但是这种实验都是在温度梯度低 (<300K/cm) 和凝固速率小 (<500pm/s) 的情况下进行的[13]。西北工业大学的李晓历[14]研究了初始过渡区内发生平界面失稳现象, 给出了界面失稳的临界速率表达式, 得到两种定向凝固过程中初始凝固的平界面距离与凝固速率之间的关系。随着研究的深入, 探讨在温度梯度和凝固速率更高时的定向凝固规律, 特别是在靠近绝对稳定性速率时的凝固行为是定向凝固理论亟待解决的关键问题。图2为不同定向凝固方法的温度梯度与生长速度之间的关系。

已有的凝固理论和实验研究主要集中在凝固速率对凝固行为的影响, 而忽视了温度梯度的影响。MS稳定性理论分析表明[15]:当温度梯度G超过一临界值Gm时, 温度梯度的稳定化效应就会超过溶质扩散的不稳定化效应, 此时无论凝固速率如何变化, 界面始终是稳定的, 这种稳定性被称为高梯度绝对稳定性。但是由于缺乏明确的理论判据, 高梯度绝对稳定性一直没有引起人们的重视。最近, 人们利用数学计算的方法, 推导出高梯度绝对稳定性临界条件的数学模型。发现多数合金的高梯度绝对稳定性的临界温度梯度都大于5000K/cm, 远远超过传统定向凝固方法所能达到的温度梯度。因此, 研究开发新的技术来实现高梯度绝对稳定性, 揭示这种极端条件下凝固过程中的现象和规律, 是定向凝固理论未来研究的重要发展方向。

2 传统定向凝固技术

2.1 发热剂法 (EP)

发热剂法又称炉外结晶法, 是最原始的一种定向凝固技术[16]。将铸型加热到一定温度后迅速放到激冷板上, 立即进行浇注, 发热剂覆盖在冒口上方, 对激冷板下方进行喷水冷却, 从而在半固态金属中形成温度梯度, 实现定向凝固。该方法经过改进, 采用发热铸型, 铸型不预热, 而是将发热材料填充在铸型壁四周, 底部采用喷水冷却。这种方法由于获得的温度梯度较小, 不易控制, 所得到的材料组织粗大, 铸造性能差, 因此不适用于大型优质铸件的生产。

2.2 功率降低法 (PD)

功率降低法[17]是将铸型加热感应圈分成两段, 铸件在凝固过程中不移动, 其底部采用水冷激冷板。当模壳内建立起所要求的温度场时, 铸入过热的合金液, 切断下部电源, 上部继续加热, 通过调节上部感应圈的功率, 使之产生一个轴向的温度梯度, 从而在铸件中实现定向凝固。

该方法通过选择合适的加热器件, 根据设定的冷却工艺来调节凝固速率, 冷却速率较理想。但是在凝固过程中温度梯度是逐渐减小的, 因此获得的柱状晶组织不理想, 区域也较小, 且该法所需设备相对复杂, 能耗大、效率低, 严重限制了其实际应用, 目前已被其它更为先进的定向凝固工艺所取代。

2.3 快速凝固法 (HRS)

快速凝固法[18]是在借鉴Bridgman晶体生长技术特点的基础上发展起来的, 是功率降低法的升级版。它与功率降低法的主要区别是:铸型加热器始终被加热, 凝固时铸件与加热器相对移动。在热区底部采用辐射挡板和水冷套, 因而在挡板附近产生更高的温度梯度。这种方法由于避免了炉膛的影响且利用空气冷却, 可以缩小凝固前沿两相区, 提高局部冷却速率, 因而所获得的柱状间距变小, 组织均匀, 力学性能也得到了较大提高。目前, 该技术主要应用于小型航空叶片的生产。

2.4 液态金属冷却法 (LMC)

为了获得更高的温度梯度和冷却速率, 在HRS法的基础上发明了液态金属冷却法[19]。该方法是将合金液浇入铸型后, 按设定的速度将铸件拉出炉体浸入金属浴。液态金属冷却剂要求熔点低、沸点高、热容量大和导热性能好。该法可大大提高冷却速率和温度梯度, 而且界面前沿的温度梯度稳定性好, 得到的柱状晶较长。常用的液态金属有Sn、Ga-In合金以及Ga-In-Sn合金, Ga-In合金和Ga-In-Sn合金熔点低, 但价格昂贵, 因此只适合实验室使用。Sn熔点稍高 (232℃) , 但价格较便宜, 而且冷却效果很好, 比较适合工业应用。该方法已被美国、前苏联等用于航空发动机叶片的生产。西北工业大学凝固技术国家重点实验室张胜霞[20]采用液态金属冷却法, 对含4% (质量分数) Re的单晶高温合金进行高温度梯度定向凝固试验, 研究了固溶处理温度和时间对枝晶偏析的影响, 发现适当提高固溶热处理温度, 可以明显降低枝晶偏析。

2.5 流态床冷却法 (FBQ)

由于液态金属冷却法采用的低熔点合金含有有害元素, 且成本高, 铸件可能产生低熔点金属脆性。为此, Nakagawa等[21]发明了流态床冷却定向凝固法, 该法以悬浮在惰性气体 (通常为氩气) 中的稳定陶瓷粉末为冷却介质, 如ZrO2粉末, 温度保持在100~120℃, 氩气流量大于4000cm3/min。在相同条件下, 液态金属冷却法所获得的温度梯度为100~300℃/cm, 流态床冷却法的温度梯度为100~200℃/cm, 流态床冷却法基本可以得到与液态金属冷却法相当的温度梯度。西北工业大学张丰收等[22]通过对流化床传热特性的研究, 提出了一种适用于特种合金在真空下定向凝固的新工艺, 实现了高温合金的软接触电磁成形, 获得了高温合金近叶片状样件及一次枝晶间距平均为60μm的定向凝固组织。

表1总结了传统定向凝固法的优缺点及使用范围。

3 新型定向凝固技术

传统的定向凝固技术存在温度梯度低和冷却速率小等缺点。冷却速率小, 凝固组织就会出现粗化, 枝晶偏析严重, 降低了材料的综合性能。造成冷却速率小的主要原因是凝固界面与温度最高的液相面距离大, 所获得的温度梯度小。为了保证液相中没有稳定的结晶形核, 凝固速率不能太大, 一般处于平衡结晶状态, 这样势必导致凝固界面上的溶质再分配, 造成成分偏析。表2为不同定向凝固方法的主要冶金参数[23]。随着定向凝固技术的快速发展, 在吸收融合其它凝固技术优点的基础上出现了许多先进的定向凝固技术。

3.1 区域熔化液态金属冷却法 (ZMLMC)

西北工业大学李建国等[24]通过改变加热方式, 在液态金属冷却法的基础上开发出区域熔化液态金属冷却法, 即ZM-LMC法。这种方法将区域熔炼与液态金属冷却相结合, 利用电子束或高频感应电场集中对凝固界面前沿液相进行加热, 从而有效地提高了温度梯度。西北工业大学研制的ZM-LMC定向凝固装置, 其最高温度梯度可达1300K/cm, 最大冷却速率可达50K/s, 凝固速率可在6~1000μm/s内调节。但是, 这种方法单纯采用强制加热来提高温度梯度, 而散发的热量相对较多, 故冷却速率没有明显提高, 一般很难达到快速凝固。目前, 这方面的研究还处于实验阶段。

3.2 电磁约束成形定向凝固 (DSEMS)

在ZMLMC法的基础上, 傅恒志等[25]研究开发出电磁约束成形定向凝固技术。该技术是将电磁约束成型技术与定向凝固技术相结合, 采用电磁感应加热熔化金属材料, 并利用在金属熔体部分产生的电磁压力来约束已熔化的金属熔体成形, 获得特定形状铸件的无坩埚熔炼、无铸型、无污染的定向凝固技术。由于电磁约束成形定向凝固取消了粗厚、导热性能差的陶瓷模壳, 实现无接触铸造, 冷却介质可以直接作用于金属铸件上, 获得的温度梯度很高, 可用于生产无 (少) 偏析、组织超细化、无污染的高纯难熔金属及合金, 具有广阔的应用前景。

3.3 深过冷定向凝固 (DUDS)

深过冷定向凝固技术是通过消除器壁和熔体中非自发形核质点的异质形核作用, 来提高熔体的形核过冷度。深过冷快速凝固严重偏离热力学平衡状态, 从而使晶体的形核、生长以及最终的凝固组织和力学性能均发生较大的变化[26]。1981年, Lux等[27]在动力学过冷熔体定向凝固方面开展了有益的探索, 通过改进冷却条件获得了近100K的动力学过冷度, 并施加很小的温度梯度, 最终得到直径21mm, 长70~80mm的MAR-M-200高温合金定向凝固试样, 并对其拉伸强度、蠕变性能进行了测试, 结果表明该试样的拉伸强度和蠕变性能相似或优于传统试样的拉伸强度和蠕变性能。西北工业大学的李德林等[28]研究了深过冷激发快速定向凝固技术, 发现深过冷熔体凝固速率快, 凝固时间短, 达到了快速凝固效果, 可明显改善材料的组织和性能。但深过冷熔体激发快速定向凝固技术能否成为一种实用的凝固技术, 还需解决过冷熔体激发形核后晶体生长方式和组织形成规律等关键问题。

3.4 激光超高温梯度快速凝固技术 (LRM)

传统的定向凝固方法, 由于受加热方法的限制, 温度梯度提高的幅度有限。要使温度梯度产生新的飞跃, 必须改变热源或加热方式, 激光超高温梯度快速凝固技术便应运而生[29]。激光具有能量高度集中的特性, 作为定向凝固热源, 可获得比现有定向凝固方法高得多的温度梯度。在激光表面快速熔凝时, 凝固界面的温度梯度高达5×104 K/cm, 凝固速率高达数米每秒。但一般的激光表面熔凝过程并不是定向凝固, 因为熔池内部局部温度梯度和凝固速率是不断变化的, 且两者都不能独立控制;同时, 凝固组织从基体外延生长, 界面上不同位置生长方向也不相同。激光表面熔凝技术实现超高温度梯度快速定向凝固的关键是:在激光熔池内获得与激光扫描速度方向一致的温度梯度, 根据合金凝固特性选择适当的激光工艺参数以获得胞晶组织。现在激光超高温度梯度快速定向凝固还处于探索性试验阶段。

3.5 连续定向凝固技术 (OCC)

连续定向凝固思想首先是由日本的大野笃美在20世纪60年代末提出的[30,31]。他在研究Chalmers提出的等轴晶“结晶游离”理论时, 发现等轴晶的形成不是由熔液整体过冷引起, 而是主要由铸型表面形核、分离、枝晶断裂或重熔引起的, 因而控制铸型表面的形核过程是控制凝固组织结构的关键。根据定向凝固法控制晶粒生长的思想, 大野笃美发明了热型连铸法 (简称OCC法) , 即连续定向凝固技术, 该技术通过加热结晶器模型到金属熔点温度以上, 在凝固金属和未凝固熔体中建立起特定方向的温度梯度, 从而使熔体沿着与热流相反的方向凝固, 得到定向结晶组织, 甚至单晶组织。

该法最大的特点是将传统的连续凝固中冷却结晶器变为加热结晶器, 熔体的凝固不在结晶器内部进行。此外, OCC法连铸过程中固相与铸型不接触, 固液界面处于自由状态, 固相与铸型之间是靠金属液的表面张力来联系, 因此固相与铸型之间不存在摩擦力, 可以连续拉延铸坯, 并且所需的拉力也很小, 铸坯的表面质量很好[32]。OCC法将高效的连铸技术和先进的定向凝固技术相结合, 综合了二者的优点, 是一种新型的近成品形状加工技术。

3.6 辅助场定向凝固技术

近年来利用强磁场、电场等辅助场来优化金属材料定向凝固方法引起了相关学者的广泛关注[33]。磁场作用下的定向凝固装置主要由超导磁体和定向凝固炉组成, 图3为磁场下定向凝固实验装置示意图。李贵茂等[34]研究了横向磁场对Cu-10%Ag合金定向凝固组织的影响, 发现在磁场作用下, 定向凝固组织的晶粒明显细化, 枝晶臂直径和间距减小。上海大学的玄伟东等[35]研究了纵向磁场对DZ417G合金的定向凝固组织的影响, 发现磁场在固/液界面前沿合金熔体中诱发热电磁对流现象。晋芳伟等[36]研究了在磁场梯度下不同磁场强度以及不同磁场梯度对半熔态Al-18Si合金凝固过程中初晶硅迁移行为的影响, 发现磁场梯度对初晶硅的形核、扩散有抑制作用。Li等[37]研究了强磁场对Al-4.5%Cu合金定向凝固组织的影响, 结果表明强磁场下初生Cu枝晶会产生扭曲变形。目前, 该技术还处于试验研究阶段。

4 发展趋势及展望

3.浅析机电一体化技术的发展过程 篇三

【关键词】机电一体化；技术；发展；信息

现代科学技术的不断发展，极大地推动了不同学科的交叉与渗透，导致了工程领域的技术革命与改造。在机械工程领域，由于微电子技术和计算机技术的迅速发展及其向机械工业的渗透所形成的机电一体化，使机械工业的技术结构、产品机构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化，使工业生产由“机械电气化”迈入了“机电一体化”为特征的发展阶段。

一、机电 一体化的产生与应用

20世纪60年代以来，人们利用电子技术的初步成果来完善机械产品的性能后，刺激了机械产品与电子技术的结合。计算机技术、控制技术、通信技术的发展，为机电一体化的发展更进一步奠定了技术基础。20世纪80年代末期，机电一体化技术和产品得到了极大发展。各国均开始对机电一体化技术和产品给以很大的关注和支持，20世纪90年代后期，开始了机电一体化技术向智能化方向迈进的新阶段，机电一体化进入了深入发展时期。光学、通信技术等进入了机电一体化，微细加工技术也在机电一体化中崭露头角，出现了光机电一体化和微机电一体化等新分支。我国从20世纪80年代开始开展机电一体化研究和应用。取得了一定成果，它的发展和进步依赖并促进相关技术的发展和进步。机电一体化已成为一门有着自身体系的新型

二、机电一体化的技术基本特征

机电一体化是从系统的观点出发，综合运用机械技术、微电子技术、自动控制技术、计算机技术、信息技术、传感测控技术、电力电子技术、接口技术、信息变换技术以及软件编程技术等群体技术，根据系统功能目标和优化组织目标，合理配置与布局各功能单元，在多功能、高质量、高可靠性、低能耗的意义上实现特定功能价值，并使整个系统最优化的系统工程技术。

机电一体化是一个综合的概念，涵盖“技术”和“产品”两方面内容。前者是指包括技术基础、技术原理在内的、使机电一体化产品得以实现、使用和发展的技术。后者是指采用机电一体化技术，在机械产品基础上创造出来的新一代机电一体化产品。

“机电一体化”已成为当今世界工业发展的主要趋势，也带动了传统机械工业的一场新的革命。机械工业要争生存，求发展，必须走机电一体化之路。学科，随着科学技术的不断发展，还将被赋予新的内容。

三、机电一体化技术发展趋势

（一）全息系统化

全息系统化也即智能化，是对机器的行为描述，即在控制理论的基础上，吸收计算机科学、模糊数学、运筹学、混沌动力学、人工智能、心理学和生理学等新的学科方法、新的设计思想，从而模拟人类的思维能力，使它如同人一样具有思维、意识等能力，以便达到更高水平的控制目标。随着机电一体化技术的发展，机电一体化产品智能特征也越来越明显，智能化水平也是日趋上升，新世纪机电一体化技术中的智能化的快速发展，人工智能在机电一体化的研究中也日益得到重视，其中机器人与数控机床的智能结合就是一项重要应用。当然，要使机电一体化产品具有与人完全相同的智能永远是不可能的，也没有这个必要，但是，高性能、高速的微处理器使机电一体化产品具有低级智能或者人的部分智能，则是完全可能而又必要的。

（二）光机电一体化

光机电一体化是机电产品发展的重要趋势，因为机电一体化系统是由机械系统、能源系统、传感系统和信息处理系统等部件构成的，因此，在机电一体化技术中引进光学技术，充分利用光学技术的先天优点，有效地改进机电一体化系统的能源系统、传感系统和信息处理系统。

（三）产品网络全球化

计算机网络技术的兴起和飞速发展带动了科学技术的巨大发展，同时给日常生活都带来了全新的面貌，全球生产、经济被各种网络连成一片，企业间的竞争也将出现网络全球化，一旦研制出机电一体化新产品，只要其质量有保证，功能可靠，必然会畅销全球。因为有了网络的普及，那么只要是关于网络的各种远程监视和控制技术也就方兴未艾，然而远程控制的终端设备就是机电一体化产品，因此，机电一体化产品也必然会朝着网络全球化发展。

（四）绿色化趋势

工业的发达给人们生活带来了巨大变化。物质丰富，生活舒适；另一方面，资源减少，生态环境受到严重污染。于是人们呼吁保护环境资源，回归自然。绿色产品概念在这种呼声下应运而生，绿色化是时代的趋势。绿色产品在其设计、制造、使用和销毁的生命过程中，符合特定的环境保护和人类健康的要求，对生态环境无害或危害极少，资源利用率极高。设计绿色的机电一体化产品，具有远大的发展前途。机电一体化产品的绿色化主要是指使用时不污染生态环境，报废后能回收利用。

四、小结

机电一体化的出现不是孤立的，它是许多科学技术发展的结晶，是社会生产力发展到一定阶段的必然要求。当然，与机电一体化相关的技术还有很多，并且随着科学技术的发展，各种技术相互融合的趋势将越来越明显，机电一体化技术的广阔发展前景也将越来越光明。

参考文献：

[1]张童，王明军. 浅谈机电一体化技术的现状和发展趋势[J]，承钢技术，2007，（03）.

[2]董军，浅析机电一体化技术的现状和发展趋势[J]，科技信息（学术研究）， 2008，（03）.

[3]卜燕萍、曾静，浅析机电一体化的进程与智能化趋势[J]，益阳职业技术学院学报，2008，（02）.

4.定向井技术的发展过程 篇四

2011-10-13 20世纪60年代，开关电源的问世，使其逐步取代了线性稳压电源和SCR相控电源。40多年来，开关电源技术有了飞迅发展和变化，经历了功率半导体器件、高频化和软开关技术、开关电源系统的集成技术三个发展阶段。

功率半导体器件从双极型器件(BPT、SCR、GTO)发展为MOS型器件(功率MOSFET、IGBT、IGCT等)，使电力电子系统有可能实现高频化，并大幅度降低导通损耗，电路也更为简单。

自20世纪80年代开始，高频化和软开关技术的开发研究，使功率变换器性能更好、重量更轻、尺寸更小。高频化和软开关技术是过去20年国际电力电子界研究的热点之一。

20世纪90年代中期，集成电力电子系统和集成电力电子模块(IPEM)技术开始发展，它是当今国际电力电子界亟待解决的新问题之一。

焦点一：功率半导体器件性能

1998年，Infineon公司推出冷MOS管，它采用“超级结”(Super-Junction)结构，故又称超结功率MOSFET。工作电压600V～800V，通态电阻几乎降低了一个数量级，仍保持开关速度快的特点，是一种有发展前途的高频功率半导体器件。

IGBT刚出现时，电压、电流额定值只有600V、25A。很长一段时间内，耐压水平限于1200V～1700V，经过长时间的探索研究和改进，现在IGBT的电压、电流额定值已分别达到3300V/1200A和4500V/1800A，高压IGBT单片耐压已达到6500V，一般IGBT的工作频率上限为20kHz～40kHz，基于穿通(PT)型结构应用新技术制造的IGBT，可工作于150kHz(硬开关)和300kHz(软开关)。

IGBT的技术进展实际上是通态压降，快速开关和高耐压能力三者的折中。随着工艺和结构形式的不同，IGBT在20年历史发展进程中，有以下几种类型：穿通(PT)型、非穿通(NPT)型、软穿通(SPT)型、沟漕型和电场截止(FS)型。

碳化硅SiC是功率半导体器件晶片的理想材料，其优点是：禁带宽、工作温度高(可达600℃)、热稳定性好、通态电阻小、导热性能好、漏电流极小、PN结耐压高等，有利于制造出耐高温的高频大功率半导体器件。

可以预见，碳化硅将是21世纪最可能成功应用的新型功率半导体器件材料。焦点二：开关电源功率密度

提高开关电源的功率密度，使之小型化、轻量化，是人们不断努力追求的目标。电源的高频化是国际电力电子界研究的热点之一。电源的小型化、减轻重量对便携式电子设备(如移动电话，数字相机等)尤为重要。使开关电源小型化的具体办法有：

一是高频化。为了实现电源高功率密度，必须提高PWM变换器的工作频率、从而减小电路中储能元件的体积重量。

二是应用压电变压器。应用压电变压器可使高频功率变换器实现轻、小、薄和高功率密度。压电变压器利用压电陶瓷材料特有的“电压-振动”变换和“振动-电压”变换的性质传送能量，其等效电路如同一个串并联谐振电路，是功率变换领域的研究热点之一。

三是采用新型电容器。为了减小电力电子设备的体积和重量，须设法改进电容器的性能，提高能量密度，并研究开发适合于电力电子及电源系统用的新型电容器，要求电容量大、等效串联电阻ESR小、体积小等。

焦点三：高频磁与同步整流技术

电源系统中应用大量磁元件，高频磁元件的材料、结构和性能都不同于工频磁元件，有许多问题需要研究。对高频磁元件所用磁性材料有如下要求：损耗小，散热性能好，磁性能优越。适用于兆赫级频率的磁性材料为人们所关注，纳米结晶软磁材料也已开发应用。

高频化以后，为了提高开关电源的效率，必须开发和应用软开关技术。它是过去几十年国际电源界的一个研究热点。

对于低电压、大电流输出的软开关变换器，进一步提高其效率的措施是设法降低开关的通态损耗。例如同步整流SR技术，即以功率MOS管反接作为整流用开关二极管，代替萧特基二极管(SBD)，可降低管压降，从而提高电路效率。

焦点四：分布电源结构

分布电源系统适合于用作超高速集成电路组成的大型工作站(如图像处理站)、大型数字电子交换系统等的电源，其优点是：可实现DC/DC变换器组件模块化；容易实现N+1功率冗余，提高系统可靠性；易于扩增负载容量；可降低48V母线上的电流和电压降；容易做到热分布均匀、便于散热设计；瞬态响应好；可在线更换失效模块等。

现在分布电源系统有两种结构类型，一是两级结构，另一种是三级结构。焦点五：PFC变换器

由于AC/DC变换电路的输入端有整流元件和滤波电容，在正弦电压输入时，单相整流电源供电的电子设备，电网侧(交流输入端)功率因数仅为0.6～0.65。采用PFC(功率因数校正)变换器，网侧功率因数可提高到0.95～0.99，输入电流THD小于10%。既治理了电网的谐波污染，又提高了电源的整体效率。这一技术称为有源功率因数校正APFC单相APFC国内外开发较早，技术已较成熟；三相APFC的拓扑类型和控制策略虽然已经有很多种，但还有待继续研究发展。

一般高功率因数AC/DC开关电源，由两级拓扑组成，对于小功率AC/DC开关电源来说，采用两级拓扑结构总体效率低、成本高。

如果对输入端功率因数要求不特别高时，将PFC变换器和后级DC/DC变换器组合成一个拓扑，构成单级高功率因数AC/DC开关电源，只用一个主开关管，可使功率因数校正到0.8以上，并使输出直流电压可调，这种拓扑结构称为单管单级即S4PFC变换器。

焦点六：电压调节器模块VRM

电压调节器模块是一类低电压、大电流输出DC-DC变换器模块，向微处理器提供电源。现在数据处理系统的速度和效率日益提高，为降低微处理器IC的电场强度和功耗，必须降低逻辑电压，新一代微处理器的逻辑电压已降低至1V，而电流则高达50A～100A，所以对VRM的要求是：输出电压很低、输出电流大、电流变化率高、快速响应等。

焦点七：全数字化控制

电源的控制已经由模拟控制，模数混合控制，进入到全数字控制阶段。全数字控制是一个新的发展趋势，已经在许多功率变换设备中得到应用。

但是过去数字控制在DC/DC变换器中用得较少。近两年来，电源的高性能全数字控制芯片已经开发，费用也已降到比较合理的水平，欧美已有多家公司开发并制造出开关变换器的数字控制芯片及软件。

全数字控制的优点是：数字信号与混合模数信号相比可以标定更小的量，芯片价格也更低廉；对电流检测误差可以进行精确的数字校正，电压检测也更精确；可以实现快速，灵活的控制设计。

焦点八：电磁兼容性

高频开关电源的电磁兼容EMC问题有其特殊性。功率半导体开关管在开关过程中产生的di/dt和dv/dt，引起强大的传导电磁干扰和谐波干扰。有些情况还会引起强电磁场(通常是近场)辐射。不但严重污染周围电磁环境，对附近的电气设备造成电磁干扰，还可能危及附近操作人员的安全。同时，电力电子电路(如开关变换器)内部的控制电路也必须能承受开关动作产生的EMI及应用现场电磁噪声的干扰。上述特殊性，再加上EMI测量上的具体困难，在电力电子的电磁兼容领域里，存在着许多交叉科学的前沿课题有待人们研究。国内外许多大学均开展了电力电子电路的电磁干扰和电磁兼容性问题的研究，并取得了不少可喜成果。近几年研究成果表明，开关变换器中的电磁噪音源，主要来自主开关器件的开关作用所产生的电压、电流变化。变化速度越快，电磁噪音越大。

焦点九：设计和测试技术

建模、仿真和CAD是一种新的设计工具。为仿真电源系统，首先要建立仿真模型，包括电力电子器件、变换器电路、数字和模拟控制电路以及磁元件和磁场分布模型等，还要考虑开关管的热模型、可靠性模型和EMC模型。各种模型差别很大，建模的发展方向是：数字-模拟混合建模、混合层次建模以及将各种模型组成一个统一的多层次模型等。

电源系统的CAD，包括主电路和控制电路设计、器件选择、参数最优化、磁设计、热设计、EMI设计和印制电路板设计、可靠性预估、计算机辅助综合和优化设计等。用基于仿真的专家系统进行电源系统的CAD，可使所设计的系统性能最优，减少设计制造费用，并能做可制造性分析，是21世纪仿真和CAD技术的发展方向之一。此外，电源系统的热测试、EMI测试、可靠性测试等技术的开发、研究与应用也是应大力发展的。

焦点十：系统集成技术

电源设备的制造特点是：非标准件多、劳动强度大、设计周期长、成本高、可靠性低等，而用户要求制造厂生产的电源产品更加实用、可靠性更高、更轻小、成本更低。这些情况使电源制造厂家承受巨大压力，迫切需要开展集成电源模块的研究开发，使电源产品的标准化、模块化、可制造性、规模生产、降低成本等目标得以实现。

实际上，在电源集成技术的发展进程中，已经经历了电力半导体器件模块化，功率与控制电路的集成化，集成无源元件(包括磁集成技术)等发展阶段。近年来的发展方向是将小功率电源系统集成在一个芯片上，可以使电源产品更为紧凑，体积更小，也减小了引线长度，从而减小了寄生参数。在此基础上，可以实现一体化，所有元器件连同控制保护集成在一个模块中。

5.定向井技术的发展过程 篇五

郑煤集团芦沟煤矿在施工10A-补126地质孔时,如采用常规钻进方法施工,则无法达到地质设计目的.在该孔钻进过程中,该矿利用常规钻进方法配合偏心楔定向技术,取得了较好效果.对小口径偏心楔定向技术、80A-51不分散低固相复合泥浆在填堵砂岩裂隙中的使用情况进行了介绍,为今后施工一些特殊要求的小口径钻孔提供了经验.

作 者：马彦德 MA Yan-de  作者单位：郑州祥隆地质工程有限公司,河南,新密,452371 刊 名：中州煤炭 英文刊名：ZHONGZHOU COAL 年，卷(期)：2009 “”(9) 分类号：P634.5 关键词：钻具   偏心楔   单点定向仪   803随钻堵漏剂  

★ 飞艇技术及市场应用初探

★ 计算机应用与技术

★ 计算机移动技术应用

★ 贯通式潜孔锤反循环钻进技术在复杂地层中的应用

★ 定向策划书

★ 导向钻进技术在淤泥地质中的运用

★ 地质雷达检测技术及应用

★ 探究计算机移动技术应用

★ 临床应用医疗技术自查报告

6.定向井技术的发展过程 篇六

针对现在复杂的精神病治疗现状，精神病医院的设备技术参差不齐，治疗精神病的方法五花八门，以及个说个有理的宣传，精神病患者经常满目迷茫，不知道该如何抉择。是药物维持，还是心理调理，是内科治疗，还是外科手术，摆在患者面前的选择方式太多，患者需要仔细的分析自己的病情，选择一个合理有效的治疗方法。而外科手术治疗多采用现代立体定向技术，主要针对病史三年以上，药物治疗失去作用，病症迁延，久治不愈，反复发作的难治性精神病，如果患者符合以上要求，就应该考虑利用立体定向手术解决这挥之不去的麻烦了。

以往，对精神病的手术治疗，由于受到伦理、法律等方面的制约，精神外科的开展一直受到或多或少的限制，尤其是来自大多数精神科专家的认同上，对待患者他们宁愿保守治疗，也不愿意大胆突破。而实际上，抗精神病药物目前还不能解决精神病患者的全部问题，总有一些病人经过长期的抗精神病药物的治疗病情不能得到有效的改善，渐渐转化为难治性精神病（表现为慢性、难治性、致残性），这时，就可以通过手术治疗解决这部分病人的一些问题。

精神疾病的发病率约为2－3％，其中有20％左右的患者经过长期系统的内科治疗效果不佳而转为难治性的。这一部分患者因持续接受高剂量抗精神病药物治疗，药物副作用及各种精神症状的困扰使其深受折磨，也给家庭和社会带来极大的精神和经济负担。而精神病外科通过脑立体定向手术治疗各种难治性精神疾病，如强迫症、情感障碍、精神分裂症，癫痫，慢性焦虑、抑郁症、运动障碍、顽固性疼痛及药物心理依赖等，实践证明，疗效确切，安全微创，无后遗症和严重并发症，真正为受着精神疾病折磨的患者提供了一种切实可行的治疗方案，达到了消除病痛，恢复精神功能，适应社会工作，提高难治性精神症患者生活质量的目的。

相比于以往的治疗方式，现代立体定向手术具有微创、安全、可靠等特点，尤其是对于不适合开颅手术的脑深部小病灶、多发病灶和位于重要功能区的病灶，以及对于高龄患者、体质虚弱等不能承受开颅手术的患者，立体定向手术具有其它技术不可替代的特点。而且立体定向手术是通过遥感微测技术及多元化定位方法使手术靶点定位精确，手术在计算机辅助下进行，保证了手术安全可靠，既治疗了疾病，又最大程度的保留了正常神经功能，使患者智力和社会功能不受影响。所以，现代立体定向手术疗法以它治标治本的功效和微创安全的性质成为治疗精神病的有力武器，倍受各大精神病医院和患者的青睐。

当然，患者手术后还是离不开精神科的长期随访、抗精神病药物的综合治疗等。立体定向技术必须进行精神科、神经外科、神经心理、功能神经影像的多学科合作，才能使这一跨专业学科的得到发展。盲目的、轻率的拒绝手术或开展手术都是不可取的。一定要在有着多学科合作支持条件的医疗单位，谨慎而科学地开展手术。现在，随着神经解剖、神经生物及

影像学技术的飞速发展，现代精神外科的治疗依据精神疾病的核心症状和药物治疗史结合递质平衡理论设置毁损靶点，运用细胞刀技术和多元化定位方法，使手术定位精确到亚核团甚至细胞水平，在毁损核团时可以不影响正常功能而消除或减轻精神症状，提高疗效，手术的总体效率在90％以上。

7.定向井施工技术的探讨 篇七

有关定向井在其井眼轨迹上的设计工作是定向井施工的重要依据, 也是施工的基础。井眼轨迹设计是否科学合理, 是否符合开发需求, 在油田开发中起着极其关键的作用。本文就定向井井眼在进行设计过程中需要掌握的原则以及细节等工作做具体介绍。

1.1 井眼轨迹设计原则

井眼轨迹, 用科学的话说, 就是井眼轴线。实际来说, 它是一条空间曲线, 随着井身分布在地层中。其中井斜角、井深以及井斜方位是设计中最为重要的参数, 也是以后施工中对井眼轨迹进行控制的标准。因此, 对井眼轨迹的设计需要遵从以下原则:

(1) 必须要满足工程需要;

(2) 能满足钻的行进需要;

(3) 满足采油工艺的需要。

1.2 井眼轨迹设计注意事项

在进行井眼轨迹设计过程中, 要对其方案进行现场论证, 对其合理性要进行综合分析, 同时, 也要考虑钻进过程的顺利, 可行等问题。

(1) 施工条件的考虑。施工首要考虑额就是地质条件, 地质条件如何也是在进行井眼轨迹设计中的重要条件, 因此, 要充分对地质资料进行系统分析, 充分考虑可利用的可能性, 以确保井眼轨迹设计的科学、合理以及日后的可造作性。

(2) 轨道类型选择及关键参数计算。在进行井眼轨迹设计中, 首先要根据现场地质情况对轨道类型进行选择, 在轨道类型确定后, 再对具体参数进行计算。此外, 针对不同类型的二维井, 在进行关键参数的计算及选择上, 也不尽相同, 在进行设计时, 尤其要多加注意, 做好区分。

2 定向井钻进过程中的轨迹控制

井眼轨迹设计完成后, 就需要具体施工。定向井的钻进工作就是这种设计的实际落实。它影响着定向井整体的施工质量及效果, 因此, 是定向井施工中的关键。下面就钻进工作中的三个重要环节做细致的阐述:

2.1 造斜工作

造斜工作作为定向井施工中的重点工作, 其质量的好坏对以后钻进效果以及整体施工质量都起着重要作用。下面就造斜中需要的工具以及层位选择进行具体分析:

(1) 主要造斜工具及选择。对于钻进施工中造斜工具的选用包括动力钻具及转盘钻造斜工具等两种。动力钻造斜工具包括涡轮钻具、电动钻具及螺杆钻具等。在具体施工中, 利用循环钻进液以此产生动力作用击碎地层, 经常被使用在定向造斜施工环境中。转盘钻造斜工具包括射流钻头、扶正器组合以及变向器等。这种工具通常需要提升钻进效率时, 才会使用。因此, 在实际中并不经常使用。和动力钻相比, 其优势在于钻速, 因而经常在造斜段钻进完工后需要它继续进行钻进。

(2) 造斜层位确定及实施。对于井斜方位角的确定是造斜工作的重点, 为确保井斜方位角的准确, 首先要对地质情况进行确定。要选择地质稳定且均匀性较好的地层, 在具体施工中, 还要根据地层的具体情况选择恰当的造斜工具以及选用适当的手段。

2.2 井眼轨迹的控制

二维定向井井眼轨迹的控制, 首先要了解二维定向井的组成。一般来说, 它分为垂直、增斜、稳斜及斜降等四个井段。对于不同井段在工具的选择上也不尽相同, 在钻进过程其井眼轨迹在控制模式上也有很大区别, 下面就对其控制进行简要论述:

(1) 打好垂直井段。在垂直井段一定要保持井眼轨迹的垂直, 有关井身的井斜角要尽可能减小。因此, 井眼轨迹的控制类似于直井井眼轨迹控制。只是在要求标准上更精确和严格。因此, 通常使用钟摆钻具组合控制和满井眼控制等井斜方法, 对于钻头切削不对称或者轴线不平衡、钻头侧向切削等情况通常使用满井眼控制方法, 它主要是通过在钻铤需要的位置加装扶正器来施工的。

(2) 把好定向造斜关。在需要增斜的工作时, 就需要进行井斜定向工作, 就是对定向井的井斜方位角进行确定, 在增斜井段进行造斜, 是钻进施工的难点, 此工作对于井眼轨迹的后续工作影响很大, 将直接影响到此设计方案是否合乎要求。因此, 经常使用套管开窗技术, 作为现代定向井造斜常用技术, 此技术在使用过程中, 要配套使用造斜变向器, 对套管上部位置进行保证的同时, 也确保地层稳定, 不发生垮塌等类似事件。

(3) 跟踪控制到靶点。稳斜段与降斜段均为施工进程中的跟踪控制阶段, 主要作用是使得井眼在实际钻进过程中, 保持与设计轨迹相同。并且保证井眼轨迹达到预期要求及层位。因此, 在施工钻进过程中, 要保持设计方案尽可能与实际井眼轨迹一致, 也要考虑提升钻进效率, 降低投资成本。另外, 在跟踪控制工作中, 尽量与扶正器结合, 不仅可以大力提升钻具的钻速, 对钻进效率也起到了保障作用。

2.3 钻进参数的优选

下面对施工工作中的参数进行分析:

(1) 钻速、钻压与转速的优选。一般情况下, 如果想增加钻进速度, 必须对钻速、转速以及钻压等参数进行设定。在现场工作中, 经常会由于钻头的磨损等问题使得钻速减慢, 因此, 必须要对钻进的速度进行设计, 包括转速以及钻压等, 并通过科学、合理的计算, 达到设计要求。

(2) 水力参数的优选。在实际操作中, 水利参数也会直接影响到钻进的效率。因此, 在施工中, 除了需要对钻头的最大水功率进行确定外, 还需要对其最大射流冲击力进行确定, 同时, 对于泵体排量、喷嘴的直径等也需要具体确定。

(3) 钻井液的影响。钻井液在钻进过程中, 也起着不可替代的作用。它不仅可以清洗井眼, 还可以携带岩屑, 平衡地层的压力等, 同时, 岁钻头的钻速也产生着一定影响, 因而, 在施工中必须优先考虑。

3 结语

(1) 随着油田开发难度的增加, 定向井的使用越来越广, 目前在油田开发中所占的地位越来越重。因此, 在业界应对定向井有着正确的认识, 对其技术的改进不仅要加强, 还要兼顾相关业务的学习以及理论的研究, 以提升油田的整体效益。

(2) 虽然定向井在其使用中, 技术已经非常成熟, 但不可忽视仍有很多问题存在。比如在实际钻进过程中, 其速度与质量的矛盾, 井斜方位不容易控制等诸多问题, 仍需要进一步研究, 以提升定向井的施工质量。

参考文献

[1]岳翠广.如何提高定向井施工速度[J].理论研讨, 2011, (10) :256

8.定向井技术的发展过程 篇八

摘要：随着精细化工市场的快速成长，对于产品的需求也在不断发生着变化，从而使得目前的精細化工一般采用小批量的方式进行生，同时其生产过程具有典型的间歇性、时变性、工艺复杂等特点。而且，大部分的精细化工材质具有一定毒性或者腐蚀性，因此精细化工的过程控制环节是至关重要的。为了进一步提升精细化工的水平，需要对其过程控制的技术特点以及发展趋势进行研究。本文主要对当前精细化工过程控制进行研究，对精细化工的技术特点进行分析，并且结合国外先进经验对精细化工过程控制技术的发展趋势进行分析。

关键词：精细化工；过程控制；技术特点；发展趋势

一、引言

精细化工的发展是以快速发展的市场为导向的，其核心是高新技术，并且产品定位于高附加值、多层次、小批量特点的生产。随着我国精细化工市场需求的增加，在过去的几年时间我国精细化工技术取得了快速发展，而且已经成功实现了由商品化学产品向功能化学品的转换，而且其生产也由大规模转向小规模，由依靠价格竞争向质量竞争转换，使得精细化工在技术以及市场化方面取得了巨大进步。目前，在化工产业中精细化工已经占到了很大的比重，然而由于精细化工规模娇小、间歇性生产以及复杂的过程控制等特点，我国的精细化工信息化与自动化水平还较低，与国外发达国家相比还有着较大的差距。因此，当前对于精细化工技术特点及其发展趋势的研究具有十分重要的现实意义，对于提升我国精细化工的自动化水平至关重要。

二、精细化工过程控制的技术特点

结合目前精细化工发展的实际情况，其生产过程控制主要具有以下几个方面的特点：

（1）精细化工生产规模小、品类多、换代周期短

目前我国的精细化工已经涉及到几十个行业，其产品的类型十分繁多，通常具有较强的专用性，这也就导致精细化工的生产规模不大。而且由于目前精细化工的市场需求变化较快，这使得产品的寿命周期较短、产品更新换代较快。快速变化的市场需求要求精细化工的生产周期要尽可能缩短，提高工艺的研发效率。因此，在精细化工的开发阶段需要加强对于生产工艺的数据采集工作，尽可能减少试验的次数，同时通过深化处理和分析数据获得进一步可用的数据信息。

（2）精细化工呈现出显著的间歇性以及半连续性

这一特点主要是由精细化工自身的市场需求决定的，这主要是由于精细化工的产品生规模较小，因此采用半连续生产工艺可以尽量保证产品的质量。同时由于产品的工艺参数会随着时间发生变化，因此其过程控制具有动态、变化范围大、工作点不稳定等特点，这就要求过程控制系统具有更大的适应性以及调节范围。

（3）精细化工的生产流程较多，操作复杂，而且劳动强度较大

目前的精细化工大部分采用间歇生产工艺，因此其生产过程中的流程较多，每个流程都需要进行复杂的操作，同时由于目前我国的精细化工过程控制自动化水平较低，这也在很大程度上加大了工作人员的劳动强度。

三、精细化工过程控制技术的发展趋势

随着当前计算机以及自动化技术的快速发展，加之市场对于精细化工的需求不断扩大，结合国外的先进技术经验，在今后的精细化工过程控制技术发展中，主要有以下几个趋势：

（1）过程控制向着计算机化发展，提升精细化工过程控制的自动化水平

在传统的精细化工过程控制中，出于节省成本等方面的考虑，其控制一般采用仪表的方式进行，使得过程控制的自动化水平较低。目前，随着计算机和自动化技术的成熟，加之市场对于精细化工过程控制精度的提高，采用自动化过程控制系统已经成为精细化工过程控制的必然趋势。

（2）控制的方式向着自动批量方向发展

由于精细化工间歇性的生产特点，因此在传统的生产过程中多采用一次投料的方式，采用批量的生产方式，在每个批次的生产结束以后才能够进行下一个批次的生产，以此往复循环。可以发现，在间歇性的精细化工生产过程中，大部分的操作是进行重复性的投料以及开关机。同时应该发现间歇性生产只需要按照事先设定的参数以及流程进行即可，这也为自动化过程控制带来了便利。由于目前的精细化工大部分需要提升生产过程的柔性，因此必须依照ISA SP88间歇过程控制标准进行，这可以在计算机控制系统的操作下进行，通过设计不同类型的过程控制策略，并且根据具体的生产计划对控制策略进行切换，从而可以实现精细化工柔性生产的目的。目前，国外已经出现了包含多种控制策略的软件，如用于生产过程控制的I/A Batch等，同时也可以采用计算机控制的方案进行控制策略的切换，以更好的降低生产成本。

（3）向智能化过程控制技术发展

目前的精细化工在生产过程中大都采用预先设定的控制策略进行，其生产温度、加工速度、压力等参数都是提前设定的，这种控制策略可以保证每一个批次生产过程都基本相同。然而，在实际的生产过程中，由于受到外界环境以及内部因素变化的影响，精细化工会受到不同程度的影响，而传统的方式是通过操作人员对其进行干预，实际效果完全取决于操作人员的技术水平，从而使得每个批次产品的质量不尽相同。在间歇性生产过程中没有稳定工作点，这就使得大部分的精细化工生产都有着一定的动态变化范围，相关的环境参数都是随着时间变化的，然而常规的PID过程控制方式范围较窄，无法保证在较大参数改变情况下产品的质量。因此，可以借助于迭代学习控制的思想对精细化工控制参数进行校正。目前，该技术在精细化工过程控制领域的应用已经受到了广泛的关注，然而由于迭代控制方法尚处在研究阶段，其在精细化工过程控制中的应用还需要进行大量的研究。

（4）过程控制向着综合性控制方向发展

目前的精细化工过程控制主要是以简单的参数控制方式为主，即在生产的开始、中间以及结束三个点进行参数的测定，然而操作的失误以及过程干扰使得生产工艺往往与实际有较大差距，因此单纯的经验理论很难保证过程控制的质量。同时由于大部分的精细化工生产都是不可逆的，因此一旦出现质量问题是很难进行补救的，这样就会使得大量的物料报废，造成很大的经济损失，同时还会影响生产的进度。与此同时，精细化工生产过程中的质量波动是不可避免的，主要是由外部环境因素、机器设备等导致的。统计过程控制是目前进行生产过程控制的又一重要理论，可以对生产过程进行综合性的评价，并且可以根据具体的反馈信息对生产异常状况进行预判，同时还可以采取一定的措施对故障机械能修复，保证整个生产过程始终处于受控状态。与此同时，随着目前计算机以及数据库系统的普及，对于加工过程的数据采集能力大大增加，因此可以结合实时的统计数据对生产过程中的参数变化进行判断，从而为生产过程监控以及保证产品质量提供技术支持。

四、总结

精细化工的发展适应市场的需求，同时由于其间歇性、生产复杂等特点，使得精细化工的生产过程控制变得十分复杂。因此，为了保证产品的质量，必须进一步提高生产过程控制的自动化水平，采用先进的过程控制算法以及设备，提升生产过程的控制能力，做到对生产过程中的问题早发现、早解决，以更好的保证精细化工的生产质量。（作者单位：濉溪县巨成精细化工有限公司）

参考文献

[1]黄一龙.浅论精细化工过程中的关键性控制技术[J].化工管理，2013，03.

[2]李小强，李留钢，关民普.中国精细化工的现状和发展前景展望[J].科技信息，2011，23.