叶片处理（精选十篇）
叶片处理 篇1
从瑞士曼公司引进两套AV90-15电机拖动的全静叶可调轴流高炉鼓风机组, 电机为ABB制造的无刷励磁同步电机, 额定功率44MW, 转速1500r/min, 采用变频启动方式。控制系统硬件采用日本横河产品, 由成都西部工程公司组态。该风机具有节能、高效及快速启动等特点, 运行中的风机一旦出现问题, 另一台备用风机在热备状态下, 可在5min内迅速启动, 保证高炉供风。
2011年4月, 风机突然强烈振动, 微机画面显示轴振值达到最高96.5μm, 立即做倒机准备, 在协商倒机的同时, 风机两个支承端轴振值在慢慢回落, 2.5h后倒机时, 进风侧轴振基本稳在57.7μm, 排气端轴振动81.8μm。据现象分析, 判断是不平衡引发的振动。盘车冷却6h后, 首先拆解风机侧联轴器护罩, 检查平衡配重, 未发现松动和脱开迹象。随即检查风机进出风管道, 在出风管道内发现规格不等的金属颗粒, 初步判定为叶片断裂。
二、风机损坏情况
1. 转子叶片
主要损坏的动叶片从第三级开始, 并且每一级叶片外形都受到一些损坏。第四级掉了一块叶片, 许多叶片的外形严重弯曲和损坏, 尤其是叶片外顶部的部分。第五至第八级动叶片外形明显损坏。第九至第十五级动叶片, 有很深的碰撞痕迹。吸风侧轴颈上有很明显的连续条痕, 吸风侧转子密封区域上密封环轻微磨损, 顶部有一个浅的缺口, 一些密封环弯曲。出风端转子密封区域上的密封环轻微磨损, 顶部有浅的缺口, 一些密封环弯曲, 轴受热变色明显。
2. 内缸叶片
第二、三级静叶片底部碰撞损坏, 第三、四级之间的静叶承缸表面有磨损痕迹。四至十级静叶片底部的进、出口边缘碰撞损坏。第十一至十五级静叶片碰撞损坏严重。对风机动静叶片进行着色探伤, 动叶片没有发现裂纹, 静叶片有11处裂纹, 裂纹大小2~15mm不等。
三、修复叶片
1. 动叶片修复
动叶片损伤以第四级叶片较重, 对第四级在径向量出130mm处切割, 共计40片, 切割后使第四级叶片长短保持一致, 表面无刺、平整。其他级上的叶片, 对损伤较重的叶片采用局部切割, 并叶片切割处打磨, 使叶片修复后圆滑过渡。
修复动叶片, 重要的是保证每处叶片的平衡点, 即每修一片叶片必须考虑对称问题, 尺寸大小及形状应无太大差别。对每一级的叶片修理作出记录, 叶片修复尺寸按号排号记录。对转子进行跳动和尺寸检查, 做额定转速下的动平衡检验。
2. 静叶片修复
针对每级叶片损伤情况, 按号排序, 对尺寸及形状修复情况记录, 按步实施处理。对第四级损伤较大的叶片进行切割处理, 并将切割后的叶片打磨圆滑。把内缸上有裂纹的叶片取出送到沈阳进行熔融修复, 处理后回装处理。对动静叶片的处理, 均应保证修复后平衡点均匀, 修复面平整、无刺。
四、高炉风机机械运转和性能调试
(1) 修复各叶片后试车, 风机出口振动过大。现场动平衡, 消除风机振动, 风机出口振动。
(2) 风机喘振点测量。因切除了第四级动叶片工作部分的2/5, 级的压比要降低30%, 因此校对实际运转时喘振点情况。为减少对轴流风机的影响, 只测量小静叶处的几个喘振点分别在25°、30°、40°和50°。
(3) 负荷试验。正常生产时要求鼓风机排气压力410kPa, 风量5860 m3/min, 功率28000kW。为避免叶片受力过大, 决定修复后的风机出口风压限定在0.385MPa, 风量5260m3/min以下。
五、结论
观察叶片的结构 篇2
一、教学目标
1、知识目标：
使学生掌握叶片的基本结构和各部分的主要功能，并认识结构与功能相适应的辩证关系
2、能力目标：
通过练习制作徒手切片，掌握一定的实验技能，学会用显微镜观察叶片的横切面和叶的表皮，培养学生的观察能力和实验能力
3、情感态度、价值观：
通过练习画叶片的表皮细胞图，培养学生严谨、认真、实事求是的科学态度
二、实验准备：
1、学生准备
①预习本课实验操作内容。
②查询书籍、网站，搜集一些有关绿色植物叶片结构的资料。
2、教师准备
①根据课本准备实验(观察叶片的结构)的材料用具。不同之处：一是准备两种菠菜叶片，一种新鲜的叶片(保卫细胞内含水较多，一般气孔张开)，另一种稍微有些萎蔫的叶片(保卫细胞失水较多，一般气孔关闭)。二是准备几种不同植物叶片(一些叶肉分化明显的，一些叶肉分化不明显的)。
②查询书籍、网站、录像，搜集一些有关绿色植物蒸腾作用方面的资料。
3、材料准备：新鲜和微蔫的菠菜叶片若干 显微镜 叶片的永久切片 镊子 双面刀片 载玻片 盖玻片
盛有清水的培养皿 胶头滴管 吸水纸 纱布
毛笔 光滑的小块木板等
三、实验注意事项：
（1）取老一点的菠菜叶，因为其内部的结构相对成熟，易观察；
（2）要迅速地切割，使内容结构完整；
（3）在载玻片上放置切片时，注意切面向上；
（4）要更好地观察到保卫细胞和气孔，再用镊子从叶片上分别撕取一上块上、下表皮，制成临时装片来观察。
四、教学重难点
教学重点：观察叶片的结构，理清楚叶片的结构与功能的辩证关系
教学难点：徒手切片的制作（只要让学生学会操作的方法就行，而制成切片的观察效果可以不作过高要求，重点应放在观察叶片的结构）
五、教学过程
1、自主学习：预习课本实验
2、观察：学生分组实验。课前可以准备一些菠菜叶，上课时发给学生观察。
①说出叶片的形态特点（正反两面的颜色深浅不同，有网状叶脉）
②让学生把叶片的正面向上对折，轻轻地斜撕开，这时可以看到在撕口处有一层透明的薄膜。
启发学生思考：这层透明的薄膜是叶片的什么部分？如果把叶片向背面对折，撕开，是否也能看到一层薄膜？
③将一片刚摘下的叶片浸在盛有70°C热水的烧杯中。(观察现象并讨论问题：叶片表面是否产生气泡?如果有，比较叶片正面和背面，哪一面气泡数目较多?为什么?)
若将稍微有些萎蔫的叶片浸在盛有70°C热水的烧杯中有相同的现象吗？
教师：指导学生实验，通过问题引导学生讨论，共同得出结论。
3、制作临时切片（以小组为单位，运用我们所学的临时切片的制作方法制作菠菜叶的临时切片）要求：“分工合作，自主探究，每人制作一张临时切片。展示时通过显微镜要说出他们各自观察的结果”，让每位同学的亲身感受整个活动的过程。在活动过程中引导他们解决他们碰到的难题。
把新鲜的菠菜叶片平放在小块木板上，左手按紧叶片，右手将刀片紧贴叶片，向后方迅速用力切割，这样就可以切下薄薄的一片叶片，如此多切割几次，每切一次刀片要蘸一下水，用毛笔蘸出最薄的一片制成临时装片
4、观察临时切片和永久切片，形成对比，在结果分析时先让他们与菠菜叶的横切面的解剖图进行比较，让同学们评价评价自己的制作结果，谁成功，谁不成功，找出成功的经验和失败的原因，让他们在评价的同时相互学习，引导他们，不管做任何事情必须认真负责对待，才能把事情做好。
5、按要求画图。
反思
一、通过探究性实验激发学生的学习兴趣和好奇心，引导学生积极主动地获取生物科学知识、领悟科学研究的方法。
叶片缘何各不同？ 篇3
三要素决定长相
《初中生物》课本里讲过，叶片因为含有叶绿体而具有将光能转变为化学能、将无机二氧化碳转变为有机营养物质的作用。
简单地说，叶片就是为植物制造营养的车间。从营养器官的角度出发，叶片只要能制造营养，长成什么样都行，但从植物整体的角度看，叶片的生长必须符合植物整体的利益最大化。
“设计”一片叶片，植物必须考虑到三个重要的因素，即制造一片叶片需要的物质量、叶片的寿命和叶片吸收、转化阳光的效率。因为不同的植物有不同的生理特点、生活在不同的环境，所以这三个因素也不尽相同。而这三个因素反映到具体的一片叶片上，就是每一种叶片都有其独特形状，更具体的说，是每一种叶片都有其独特的叶脉结构。
叶脉决定寿命
为何扯上了叶脉？叶脉之于叶片，正如同骨骼和血管之于我们。在叶片正常的生理活动中，叶脉既起到运输物质的管道作用，又起到支撑叶片的骨架作用。
不同的叶脉结构在叶片上形成了不同的叶脉密度、叶脉间距离和叶脉回路。所谓叶脉密度就是单位面积上叶脉的长度，密度越高，表示植物对这片叶片的水分、养料供应越充足；叶脉间距离则反映了植物对叶片持续供给的能力；叶脉回路则反映了叶片的强度和寿命，回路越多表示营养物质和水可以通过更多的路径被送到叶肉细胞中。
植物正是通过叶脉决定了叶片的寿命、功能等。例如对于生活在热带的植物，较高的气温一方面需要植物有更高的蒸腾速率，另一方面又让植物不需要每年更换一次叶片，所以它们的叶脉往往较大，叶脉回路多，水分供应充足，叶片就比较厚，边缘比较光滑；而寒带的植物虽然蒸腾速率低，但每年冬天都需要植物脱落一次叶片，所以植物叶片往往都比较薄，这样制造一片叶片用的成本就低，冬天丢了也不可惜。但作为一片薄叶片，它的叶脉不可能特别粗，其边缘的水分运输必然受到限制，所以其边缘的叶片区域经常就被抛弃了，叶片也就出现了各种各样的裂口。
叶片中的特种部队
除此之外，为了应对水分蒸发、动物侵蚀等不利因素，很多植物的叶片还长着绒毛、毒腺，并且通过改变自己的颜色提高生存几率。另外，有些植物因为有特殊的需要，还会让叶片执行一些其他工作，比如猪笼草的捕虫叶、豌豆的叶卷须等，这些看上去不像叶子的叶片叫做“变态叶”，是叶片中的特种部队。
转轮叶片裂纹分析, 检测及处理 篇4
水轮机转轮叶片裂纹的频繁产生, 对机组安全运行构成很大威胁, 也给电厂带来极大的经济损失, 因此, 分析裂纹产生原因, 并对易产生裂纹部位进行无损探伤检查, 对及时处理缺陷, 消除事故隐患是十分必要的。
1 转轮裂纹及现象
小浪底某台机组小修期间, 发现转轮的13个叶片出水边接近上冠处有11个叶片出现裂纹 (后经着色探伤, 确定另两个叶片也有轻微裂纹) , 裂纹长度100～400mm不等, 大部分为贯穿 (端面) 型裂纹, 所有裂纹形状相似, 起始点在叶片负压面与出水端面交线上, 距上冠约50mm, 裂纹起始端与叶片出水边垂直, 后端以不规则抛物线形向叶片中心延伸, 其中有一个叶片同时出现沿焊缝方向的裂纹。近期景洪1号机组也发现出水边靠近上冠部位以及靠近下环部位的裂纹, 而且最近投产的大水电机组经常在转轮这些位置出现裂纹。
2 裂纹产生原因分析
2.1 应力集中
采用有限元计算分析得出, 转轮在水压力及离心力的作用下, 大应力区主要分布在转轮叶片周边上, 按第三强度理论计算的相当应力沿叶片周边分布。转轮叶片存在四个高应力区, 他们的位置在叶片进水边正面 (压力分布面) 靠近上冠处;叶片出水边正面的中部;叶片出水边背面靠近上冠处;叶片与下环连接区内。
2.2 铸造缺陷及焊接缺陷
叶片原材料经加热模压, 其中铸造气孔、铸造砂眼等在外部应力的作用下可能会成为裂纹源, 造成裂纹的产生。由于转轮叶片与上冠、下环的厚度相差大, 在冷却过程中易产生缩孔、疏松等。转轮上冠、下环与叶片均为马氏体不锈钢材料, 焊条则是奥氏体不锈钢材料。国内不少专家认为, 这是异种钢焊接, 导致内部应力很大。目前都采取焊后热处理消除应力, 但难免应力消除不彻底。铸焊结构的转轮, 若焊接工艺不当或焊工没有按照焊接工艺的要求进行焊接, 在焊缝及热影响区也会出现裂纹。
2.3 原设计问题
转轮叶片与上冠、下环间的过渡R角设计较小, 引起应力集中。
2.4 运行上的原因
长期低负荷、超负荷或在震动区运行会使叶片在交变应力作用下产生裂纹或裂纹情况加剧以及引水系统水击振动形成共振等原因。
3 裂纹无损检测
常用的无损检测方法有以下几种:磁粉探伤、渗透探伤、超声波探伤、射线检测等。裂纹易于产生的应力集中部位, 如叶片进水边正面 (压力分布面) 靠近上冠处、叶片出水边正面的中部、叶片出水边背面靠近上冠处、叶片与下环连接区等部位, 由于透照布置比较困难, 不能用射线透照法进行无损探伤。根据水轮机转轮叶片表面比较粗糙、结构复杂和厚度变化大的特点, 一般应采用渗透、磁粉、超声波的方法进行无损检测。
3.1 超声波检测
超声波探伤方法对裂纹、未熔合等面积型缺陷的检出率较高, 适宜检验较大厚度的工件, 但是对于铸钢、奥氏体不锈钢材, 由于粗大晶粒的晶界会反射声波, 在屏幕上出现大量的“草状波”, 容易与缺陷波混淆, 影响检测可靠性, 限制了超声波探伤方法在铸钢制水轮机转轮叶片上无损检测的应用。探测频率越高, 杂波就越显著, 为了减小晶界反射波的影响, 我们采用了低频探头 (2MHz) 对铸钢转轮进行超声波探伤, 发现反射信号以后再用高频探头 (4MHz) 进行定量, 实践证明这是可行的。
3.2 渗透探伤
渗透探伤方法简单易行, 显示直观, 适合于大型和不规则工件的检查和现场检修检查。但是, 渗透探伤方法是利用渗透能力强的彩色渗透液渗入到裂纹等缺陷的缝隙中, 再利用吸附能力强的白色显像剂, 将渗透液吸出来以显示缺陷的, 因此, 只能检查表面开口的缺陷。
3.3 磁粉探伤
磁粉探伤方法是利用工件磁化后, 在材料中的不连续部位 (包括缺陷造成的不连续性和结构、形状、材质等原因造成的不连续性) , 磁力线会发生畸变, 部分磁力线有可能逸出材料表面形成漏磁场, 这时在工件上撒上磁粉, 漏磁场就会吸附磁粉, 形成与缺陷形状相近的磁粉堆积, 从而显示缺陷。因此, 磁粉探伤适用于铁磁材料探伤, 可以检出表面和近表面缺陷, 但是有些部位由于难以磁化而无法探伤。
综上所述, 为了保证水电机组的安全运行, 考虑到各种探伤的优点和局限性, 水轮机转子应进行如下检验:对叶片清理后进行宏观检查;对可以磁化的部位进行磁粉探伤, 不能磁化的部位进行渗透探伤, 近来金属磁记忆和涡流探伤技术日渐成熟, 也可以用来进行表面探伤;对叶片进水边正面 (压力分布面) 靠近上冠处、叶片出水边正面的中部、叶片出水边背面靠近上冠处、叶片与下环连接区等应力集中部位和表面发现缺陷的部位进行超声波探伤。检验中发现的裂纹等危险性缺陷应进行处理。
4 裂纹处理
4.1 阻止裂纹延伸
通常裂纹的两端尾部内应力接近材料的极限强度, 在外力或热应力的影响下还会继续延伸。因此, 必须在裂纹两端打止裂孔。
4.2 裂纹清理及开坡口
裂纹铲除常用两种方法:风铲和炭弧气刨。
坡口的形式应遵守焊接工艺的一般要求, 主要根据裂纹情况、部位和铲除及施焊方便而定。裂纹清除后应进行着色探伤以确认裂纹是否全部清除干净。
4.3 补焊工艺
叶片补焊可采用两种方法, 一是同种材料热焊, 另一种是奥氏体焊条进行冷焊。
焊后的打磨处理并进行无损探伤检查。最后出水边补焊三角体, 降低该点的设计应力, 修整出水边, 消除由卡门涡引起的共振。
结论及建议
近年来, 水轮机转轮的叶片裂纹频繁发生, 严重威胁水电厂的安全经济运行, 有必要在机组小修和大修时对应力集中等易于产生裂纹的部位进行无损探伤检查, 对发现的缺陷及时正确处理, 把事故消灭在萌芽状态, 保证机组的安全运行。
摘要：转轮是水轮机核心部件, 转轮的叶片出现裂纹会严重威胁水电厂的安全运行。通过对水轮机转轮叶片进行有限元计算分析, 得出应力过于集中通常是叶片裂纹产生的主要原因, 此外, 叶片也存在设计、制造、运行方面的问题, 为此, 介绍了水轮机转轮叶片裂纹无损检测的常用方法和一般工艺。
关键词：水轮机,转轮叶片,应力,有限元,裂纹,无损检测
参考文献
[1]刘永贤.混流式水轮机转轮内部流场直接三维有限元计算[J].大电机技术1990.2.23-1253.
[2]顾四行.水轮机转轮裂纹及其处理[J].水电站机电技术, 1992, (3) .
[3]《超声波探伤》编写组.超声波探伤[M].北京:电力工业出版社, 1980.
叶片的结构 篇5
要求学生遵循显微镜的使用程序，在低倍镜下找到叶片横切结构的清晰物像(永久制片)，为观察实验教学过程的推进创造条件。
调控学生依次观察上下表皮，栅栏组织和海绵组织，叶脉，辨认各部分结构的分布部位、细胞形状、排列疏密状况等。
首先看表皮细胞有什么特点，请同学回答。(结合上节课的记录和这节课的观察回答)
总结：表皮细胞排列紧密，无色透明，细胞外壁上有一层透明不透水的角质层。这样的表皮有什么用呢?功能：这种结构既有利于透光，又可防止叶片过多的散失水分，对叶片还有保护作用。因此，表皮属于保护组织。
我们看到的菠菜叶的下表皮细胞是什么样的?从不同角度观察，看到表皮细胞的不同形态，就此想象表皮细胞的立体结构。(比如拼图块)
表皮上有什么特殊结构?看图指出表皮细胞之间有一些特殊细胞两两成对，其中每一个半月形的细胞叫做保卫细胞，一对保卫细胞之间的孔隙，叫气孔。气孔是叶片与外界进行气体交换的“窗口”，保卫细胞控制气孔的开闭。
保卫细胞的结构决定了它的功能：每个保卫细胞临近气孔一侧的细胞壁比较厚，远离气孔一侧的细胞壁比较薄。用自制教具演示，当保卫细胞吸水时，分别向两侧凸起，气孔张开，反之则气孔关闭。
一般情况下，陆生植物上表皮的气孔数少于下表皮的气孔数。某些浮水植物，如睡莲，其气孔全部分布在下表皮。
上下表皮之间大部分是叶肉细胞。请同学观察叶肉细胞的形状和排列有什么规律?
总结：栅栏组织：接近上表皮，细胞呈圆柱形，排列较整齐，含绿色颗粒较多。
海绵组织：接近下表皮，细胞形状不规则，排列较疏松，含绿色颗粒较少。
叶肉细胞内部的许多绿色颗粒结构是叶绿体，叶绿体中含有叶绿素等多种色素，它是光合作用的场所。
那么，你们现在能回答大多数植物的叶为什么是绿的?而且总是靠近上表面绿色更深一些?(学生回答)
归纳总结：叶肉细胞内有许多叶绿体，叶绿体内含有绿色的叶绿素，使叶片呈绿色。叶片的上表面颜色一般较叶片下表面深，主要是因为接近上表皮的栅栏组织细胞里面含有的叶绿体比较多，而接近下表皮的海绵组织细胞里面含有的叶绿体比较少。
在叶肉之间有束状结构是叶脉。从叶的外部看，叶脉是许多交织的脉络，构成叶片的“骨架”，具有支持作用。一些植物的叶脉相互交错，称网状叶脉;还有些植物的叶脉大体上平行分布，称平行叶脉。
叶脉是由一些什么形状的细胞构成的呢?观察永久制片。
指图说明：叶脉主要是由两种细胞构成的管道组成的。图中被染成红色的部分是导管，导管是由一些中空、横壁消失的细胞连接成的长管，这些细胞是死细胞，导管具有运输水和无机盐的功能。图中被染成蓝色的部分是筛管，也是由一些管状细胞上下连接而成，在细胞上下连接的横壁上有许多小孔，叫筛孔，这些细胞是活细胞，筛管是运输有机物的通道。
由此看来，叶脉不仅具有支持作用，而且还有疏导作用。
总结：叶片的结构有哪些与光合作用相适应的特点?
1、表皮透光保水，气孔可进行气体交换;
2、叶肉含大量叶绿体，是进行光合作用的场所;
3、叶脉可运输光合作用所需要的物质。
整理好显微镜，放回原位。
叶片变木锯 竹子变楼宇 篇6
植物形态仿生不是“东施效颦”
植物仿生研究，是如今的热门科研领域，那些高耸入云的参天大树，随风摇曳的绿竹修篁，亭亭玉立的遮天荷叶，触碰即合的含羞草，美味多汁的西瓜，都给了科学家和设计师们很多启发，创造出了功能各异的仿生产品。
·木锯和车轮·
在春秋时代，鲁班被带齿的植物叶子割破手指，进而迸发灵感，发明出了木工使用的锯子，这是人类很早以前利用植物进行仿生的例子，称之为形态设计仿生。除此之外，还有一种叫“飞蓬草”的草本植物，也给了古人以灵感，发明了改变人类运输方式的车轮。“飞蓬草”是两年生的草本植物，茎秆挺直，高达60厘米，夏季开花，花朵枯萎之后，从根部断开，遇风旋转，酷似哪吒的风火轮。史书中有“见飞蓬转而知为车”的记载，说明至少在四千多年前，古人受到了飞蓬草的启发而发明了车轮。
·凌霄花微波收集器·
凌霄花外形酷似铜钟，又像喇叭，花朵端部敞口膨大，而尾部却很狭长。这也给了科学家以深刻启发，设计出了凌霄花形状的微波收集器。微波收集器阔口窄尾，有很高的灵敏度，可以最大范围地搜索目标微波，并将微波承载的能量和信息收集起来进行存储，作为绿色能源，或将其转换成数字信号，传播视频节目，或者留作科研之用。
除了锯子、车轮和微波收集器等实用工具之外，植物形态仿生绝大多数用在了日用品、装饰品和其他艺术设计领域。设计师们从多姿多彩的植物外形中获得灵感，为自己的艺术殿堂增添了很多美妙的造型。
植物结构功能仿生属于高科技
如果说植物形态仿生只做“表面文章”，那么结构及功能仿生则是货真价实的高科技。科学家们研究的是植物根茎叶的微米、纳米级微观结构，从分子层面弄清楚植物具备的特殊本领，并为我们所用，进而开发出全新的技术和材料。
·参天大树隐藏的秘密·
对于熟视无睹的参天大树，我们很少去关注一个问题，这些大树为何不能一直无限生长呢？为何树木不会被自己的自重压垮呢？前面一个问题涉及到了树木的生长极限，后一个问题则与树木的特殊构造有关。
由于树木属于“地向性”植物，通过克服地球引力向上生长，当树木的支撑力与自重达成一种平衡的时候，树木就停止生长。如果树木在生长过程有变成歪脖树倾向，那么偏离的位置会产生高应力，生长出额外的组织，迫使树木回到正常的位置，这说明树木有自修复功能，为开发仿生材料提供了有益思路。此外，树木的年轮结构和木纤维具备优异的力学性能，提高了木材的强度。树木有着庞大的树冠，却依旧屹立不倒，除了木材强度高之外，特殊的树冠状支撑结构，造型优雅，传递应力路径短，节点部位应力分布均匀，也给建筑师们以借鉴，广泛用在了大型建筑物设计中，比如德国的斯图加特机场航站楼就是典型的树形结构。
·中空竹子有大材·
修竹苗条，进诗入画，是文人墨客的最爱，实际上，竹子的实用性要比艺术性更受人欢迎。竹子结构很特殊，属于由根部向上逐渐递减的圆锥形空心结构。竹竿每隔几厘米至十几厘米，便有一个竹节，由节的横隔壁组成一个纵横关联的整体，对竹竿的刚度和稳定性意义重大。实验结果显示，同样重量和长度的空心物体，要比实心物体更加牢固。带节的竹竿的抗劈开强度和横纹拉伸强度与不带节的竹竿相比，分别提高了128.3%和49.1%。而竹竿的拉伸、弯曲、压缩等力学性能是沿着竹竿径向分布的——外层高、中间低，符合用最少的材料发挥最大效用的原理。
竹子这种性能应用广泛，一是用来制造仿生复合材料，强度比普通材料提高81%；二是可将这种薄壁带节的结构用在高层建筑设计上，能够实现功能与结构的完美统一。代表建筑有贝聿铭大师设计的香港中国银行大厦。
·自洁材料学荷叶·
说荷花“出淤泥而不染”并非溢美之词，而是荷花的自洁能力非常强大，荷叶上面永远一尘不染，令人惊奇。经过研究发现，荷叶光滑的表面在高倍显微镜下其实凹凸不平，有许多纳米级的绒毛和蜡质凸起物。荷叶表面不亲水，雨水落在上面，还保持液滴形状，在下落的时候顺道给荷叶打扫了卫生。根据荷叶的自洁性质，可以开发很多自洁材料，广泛用于生产建筑涂料、服装面料、厨具面板汽车涂层等产品上面。一劳永逸，节省了大量清洗时间和成本。
叶片处理 篇7
本文采用数码相机采集植物叶片图像, 研究基于图像分析的植物叶子特征参数检测方法, 并结合农业科学研究的需要, 开发了基于图像分析的叶子参数测定系统。可以高效、方便测定植物叶子参数。
1 图像获取及尺寸标定
在野外用数码照相机获取叶子图像时, 拍摄时的物距无法固定, 拍摄时应将已知尺寸的标准参照物和叶子同时拍摄。考虑到叶子面积大小不同, 可选用尺寸已知、大小为10mm~40mm的标签纸作为标准参照物, 根据叶子大小分别选用。标签纸选用白色, 以便同叶子的绿色有较好的对比度。由于位图是通过许多像素点表示一幅图像, 但像素只表示相对尺寸的大小。因此, 要得到图像的真实参数值就必须进行尺寸的标定, 即以同一个分辨率上的一个确定尺寸的图像来计算每个像素的大小值 (标定系数) 。标定系数可由式 (1) -式 (3) 给出。
式中:X、Y-参照物在x和y方向的实际尺寸;Xpx、Ypx-分别是参照物在x和y方向的像素数;Xsc、Ysc、XYsc-分别为x、y、xy方向的标定系数。
2 图像预处理
图像预处理的目的是改善图像质量及视觉效果, 以便突出重要特征的可观察性, 使计算机更易观察或检测。本系统图像预处理主要有亮度和对比度调整、灰度图、均衡化、二值化、灰度直方图、中值滤波、平滑处理、锐化处理、边缘处理、形态学处理等。
灰度图:为消除图像噪声, 得到更好的二值化图像, 需要将图1 (a) 所示的彩色图像转化为灰度图像。灰度化的关键是确定RGB颜色分量的值。设颜色分量变量为:dw Gray, 三元色对应的变量为uc Red, uc Green, uc Blue。则加权平均法、平均值法、最大值法分别由式 (4) 计算。程序可选择该3种算法之一确定颜色值。
当采用加权平均法处理时, 处理后的灰度图像如图1 (b) 所示。
中值滤波:中值滤波是一种非线性滤波, 既能有效去除图像噪声, 又不会使图像细节模糊, 而且对滤除脉冲干扰及图像扫描噪声最为有效, 是一种常用的图像平滑滤波算法。中值滤波是以某像素为中心的小窗口内的所有像素的灰度按从小到大排序, 取排序结果的中间值作为该像素的灰度值。采用3×3的正方形模板处理, 其前后图像效果如图1 (c) 所示。
边缘处理:图像边缘是指其周围像素灰度有阶跃变化像素的集合。边缘检测或边缘增强可使图像的轮廓更加突出, 提取图像特征前, 一般均需进行边缘检测。边缘增强将突出图像的边缘, 边缘以外图像区域通常将被消弱甚至被完全去掉。处理后边界的亮度与原图中边缘周围的亮度变化率成正比。边缘增强消弱了图像的低频部分, 处理后图像的亮度保持不变, 像素值变化缓慢的区域变黑, 而像素变化剧烈的区域被突出。实现的边缘增强和检测算子有:Roberts算子、Laplace算子、Prewitt算子、Sobel算子、Robinson算子、Kirsch算子和Canny算子等。图1 (d) 为Laplace1边缘增强法处理后的图像。
Sobel、Prewitt、8个方向的边缘等还可以实现叶脉的提取, 通过处理, 使叶脉呈白色显现出来, 可以进行叶脉参数的测量。
二值化:图像二值化的关键是确定灰度阈值, 当图像象素的灰度值大于阈值时, 设置其为目标区域, 当灰度值小于阈值时, 设置其背景区域。确定阈值有多种方法, 本文提供了2种实现方法:用户根据直方图自定义阈值和最大方差法确定阈值。最大方差法是一种自动的非参数、非监督的阈值选择法, 仅需要计算灰度直方图的0阶和1阶累积矩, 计算简单, 稳定有效, 能得到较好的处理效果。
边界跟踪:对二值图像进行边界跟踪, 得到图像边界像素的坐标和方向信息, 为参数的获取奠定基础。边界像素信息可以用像素的位置和链码方向表示, 通过这2个参数信息, 便可记录图像中叶子的边界像素, 用于参数测量。边界跟踪处理后的图像如图1 (f) 所示。
3 叶子参数测量
在图像预处理的基础上, 可以利用边界跟踪得到图像的边界信息, 测量出叶子周长、面积、宽高、质心等10个特征参数。叶子周长、面积、最小外界矩形和矩形度测量方法如下:
(1) 周长:测量周长常用边界点数法和方向链码法。边界点数法是用边界像素的数目来计算叶子的周长, 其值即为所有边界像素数之和。由于不论是水平方向、垂直方向或倾斜成45°135°的像素, 均看成1个像素间距, 因此该方法误差较大。方向链码法是将像素看作一个个点, 当链码值是奇数时 (倾斜方向) , 其长度记作
式中:Nh、Nν、N0分别是8方向边界链码中水平方向、垂直方向和走奇步的数目。得到周长的像素数目后, 用尺寸标定系数进行处理, 即可得到叶子的实际周长。
(2) 面积:计算图像中物体面积的方法有像素法、边界链码法和格林公式法。精度较高的是像素法, 即:统计边界内部像素的数目, 再利用尺寸标定系数来计算面积。面积A计算公式为式:
对二值图像而言就是统计f (x, y) =1的像素个数。实现中, 对图像进行逐行扫描, 计算中边界像素内的像素总数, 再乘以每像素的面积 (Xsc×Ysc) 即得到叶子面积。
(3) 最小外界矩形 (MER) :对于任意朝向的图像, 水平和垂直不一定是感兴趣的方向, 这时就要确定图像的主轴, 然后计算反映图像形状特征的主轴方向上的长度和与之垂直方向上的宽度, 这样的外界矩形是图像的最小外界矩形 (Minimum EnclosingRectangle, MER) 。
确定MER的具体方法如下。将图像的边界以每次3°的增量在90°范围内旋转, 每旋转一次记录一次其坐标方向上的外界矩形边界点的最大和最小x、y值。旋转结束后对记录的x、y值进行计算, 使外界矩形的面积达到最小, 则取该组数据为最小外界矩形在主轴意义下的长度和宽度。其过程如图5所示。
得到图像的主轴意义上的宽度和高度之后, 还需进行宽度x和高度y大小的判断, 以确定主轴的角度θ:
式中:k从开始旋转到得到最小外界矩形的旋转次数。
(4) 矩形度:矩形度反映图像对其外界矩形的充满程度, 用物体的面积与其最小外界矩形的面积之比来描述, 即:R=A0/AMER (8)
式中:A0-图像的面积;AMER-MER的面积。
R的值在0~1之间, 当图像为矩形时, R取最大值1。细长的、弯曲的图像的R的值较小。在面积和MER模块中求出A0和AMER后, 带入式 (10) 即可计算出矩形度R。
4 系统评价分析
为测试开发系统测定叶子参数的准确性, 以34个丁香叶片为样本, 分别用游标卡尺测量叶片宽度和高度, 用auto CAD软件测量叶片周长, 用叶片估重法测量叶片面积作为叶片宽、高、周长和面积的实际值。用软件系统测量叶片的宽度、高度、周长及面积;实测值与软件测定值的相对误差如表1所示。由表1可知, 叶宽和叶高的平均测定误差小于3.15%, 最大相对误差为5.13%;周长和面积测定的平均相对误差小于7%, 周长的测定的最大相对误差小于11.1%。测定精度基本能满足植物学研究要求。
5 结论
(1) 设计的系统只需要广泛使用的数码相机, 可测定植物叶子宽度、高度、周长、面积、最小矩形、圆形度、质心、多个特征参数, 便捷、快速。
(2) 叶宽和叶高测定的平均相对误差小于3.15%, 周长和面积测定的平均相对误差小于7%, 测定精度基本能满足植物考察研究工作的要求。今后, 需要继续研究能消除不同大小叶子测定误差的算法。
摘要：为实现植物叶子参数的快速、精确测定, 研究并开发植物叶子特征参数的图像分析软件系统。综合运用图像增强、形态学处理及边界跟踪等方法对含有标定物的植物叶片照片进行图像预处理;利用边界跟踪得到图像的边界信息, 采用边界链码法、像素法、最小外界矩形 (MER) 等方法测量叶片的周长、面积和矩形度等特征参数。测试结果表明, 测量精确度基本满足植物学调查要求。
关键词：叶子,参数测定,图像处理,边界跟踪
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叶片处理 篇8
1故障过程
第一次是2013年3月27日汽轮机缸体异响, 2号瓦振动值达到92μm。停机打开上盖, 发现转子第十级叶片在不同位置断裂了3片叶片 (见图1) , 在各级隔板的静叶片末端和隔板套上都有较厚的粉状附着物。查看外部送检的锅炉水质检测报告全部合格, 内部化水检测记录本上磷酸根离子指标数次不合格。转子送到维修厂家, 拆出断裂叶片左右两侧各4片叶片进行探伤, 又发现其中有6片叶片销轴处出现裂纹, 总共更换10片叶片。做低速动平衡后返厂安装调试, 4月21日并网发电。
第二次是2013年5月1日, 同样出现一声异响, 2号瓦振动值达到56μm, 拆卸检查, 是第十级叶片其他部位的叶片发生断裂。由此我们判断认为是第十级叶片存在加工质量问题。对叶片进行探伤检查, 更换有问题的叶片。同时定制第十级叶片一套 (156片叶片及156根销轴) , 以备更换。5月20日转子安装调试, 5月25日并网发电。
在5月27日, 转子第三次出现异响, 1号和5号推力瓦温度上升到59℃, 2号瓦振动值由之前的39μm增加至46μm。由于温度和振动比较稳定, 没有持续增大, 设备继续运行至2013年7月2日计划性停机, 将拆出转子发往汽轮机厂家, 检查发现第十级叶片断裂12片。
将第十级叶片全部更换, 7月18日返厂, 7月24日正式并网发电。9月6日和7日都出现转子异响, 同时1~4号轴瓦振动值均有增加。根据之前的几次事故经验, 判断为叶片再次断裂。
这次汽轮机出现异响, 彻底证明了问题不是由叶片加工质量引起的。由于两线采用的是同一套图纸, 由同一厂家制造, 可排除设计方面的问题。我们也曾将断裂的叶片送检做电镜及能谱分析, 材质没有问题, 裂口没有腐蚀疲劳和共振疲劳的特征。
为避免停机造成损失, 在分析运行数据后, 决定加强监控, 维持生产, 同时准备维修计划和维修备件。继续运行到9月26日, 2号瓦振动值达到52μm, 停机检查发现第十级断裂和受损的叶片有62片。
2问题查找及处理
1) 叶轮积盐及蒸汽品质差
事故后打开汽轮机上盖, 发现转子叶片、隔板、隔板套和缸体内壁都有大量的沉积附着物。送样经专业单位检测结果为:Ca (以Ca CO3计) 54.73%, P (以PO43-计) 11.19%, Fe (以Fe2O3计) 7.07%。取锅炉水和蒸汽样送另一家检测站进行品质检测, 多项不合格。除盐水的p H值样品检测值为4.7 (标准为8.0~9.5) ;给水硬度样品检测值为0.071~0.085mmol/L (超标2.8倍) , 甚至有一个样品检测值达到0.115mmol/L (超标3.8倍) ;窑尾饱和蒸汽和过热蒸汽的二氧化硅检测值26μg/L (超标1.3倍) 、铁离子为73μg/L (超标3.65倍) ;疏水的硬度检测值为0.310mmol/L (超标124倍) 、铁离子210μg/L (超标4.2倍) 。由此判断蒸汽品质很差。进一步现场了解, 化水岗位工反映每次加药开泵需要2h甚至更长时间 (一期0.5h就可以完成) , 同时磷酸根指标忽高忽低很难控制, 频繁超标。停炉检查高低压包, 发现锅筒内腐蚀严重, 沉积盐较多, 多个汽水分离器偏倒, 加药管堵塞。
上述现象说明锅炉水处理作业人员的技术培训、现场操作和管理工作不到位。立即安排专业现场培训, 制定操作规范, 同时增加一名专职的班长跟踪化水工作。安排专人从锅筒内拆出加药管冲洗清理, 恢复焊接偏倒的汽水分离器, 清理冲洗锅筒内的沉积物。重新投入运行后加药时间缩短到0.5h以内, 调整方便, 检测指标容易控制。
针对锅炉腐蚀严重, 我们在给化水管道位置通过计量泵按照0.5%左右的控制浓度加入氨水, 每2h检测一次水的p H值, 保证给水的p H值控制在8.5~9.5之间。同时在窑头锅炉溶液箱按照4%的配比浓度通过计量泵加入亚硫酸钠溶液, 亚硫酸根指标控制在10~30mg/L。加入亚硫酸钠的目的是将水中的溶解氧还原, 并且将水中的铁和铜还原起到化学除氧的作用。同时在窑头锅炉溶液箱加入磷酸三钠和氢氧化钠溶液, 通过磷酸根分析仪检测磷酸根离子, 通过测碱度和氯离子浓度控制加药量。
2) 汽轮机缸体
检查汽轮机缸体内部的各疏水孔, 除第十级外, 其余疏水孔均与缸内壁平齐。第十级Φ20mm疏水孔位置在缸体的一个加强立筋上, 高出隔板底平面20.5mm, 高出缸体内壁71.5mm, 存在疏水不及时。由此判断缸体内积水发生水冲击是造成第十级叶片频繁断裂的主要原因。处理方式为人工用手枪钻从立筋的两侧各打一个Φ10mm的通孔, 将可能汇集到内壁的水直接及时排掉, 防止再次出现水击现象。
3) 疏水管
检查汽轮机缸体外部疏水管是否畅通。检查5个疏水节流孔板, 发现三种规格 (Φ5mm、Φ10mm和Φ15mm) 的节流孔板现场没有按照图纸要求的对应位置进行安装, 说明在安装期间这点细节没有跟踪落实到位。将七、八级叶片下面的疏水管尽量以最近距离从汽轮机缸体上接到热水井。将第九级叶片下的疏水管直接接到冷凝器, 并将疏水阀常开。将第十、十一级之间少接的一根从节流孔板到冷凝器的Φ25mm的疏水管补装上。复查Φ25mm、Φ38mm各疏水管的管径, 防止安装期间混装。在运行期间每小时安排人员对各疏水管进行检查, 防止堵塞而出现积水返回汽缸现象。
4) 汽水分离器
为防止补汽含水量大, 在进汽轮机前的补气管道上加装一个型号为PN0.25, DN250的汽水分离器。安装完成后, 才将补汽投入。
5) 膨胀节
冷油器管道增加一个膨胀节, 避免温升后对汽轮机缸体产生应力。
3效果
叶片处理 篇9
国内风电市场需求逐渐扩大,风力机生产企业有了较快地发展,风电设备制造和配套部件的生产专业化正逐步形成[1,2]。在风力机运行过程中,叶片检测对风力机的安全运行有着重要作用。
图像识别在电力运行及生产中有着非常广泛的应用,基于图像的风力发电叶片速度检测在风力发电中是个重要的环节。目前,对风力发电叶片全过程进行检测在国内外都开展了一些研究。在图像识别方面国内外利用模板匹配的方法对特定的标志的识别进行了研究[3]。本文提到的叶片速度检测是利用远程视频监控系统对风车进行实时监控并实时利用图像处理技术,通过霍夫变换来确定叶片的转速,达到检测叶片速度的目的。
1 叶片的识别过程
1.1 叶片图像处理的过程
由于风力发电处在恶劣的环境中,需要实时的图像检测处理,如滤掉一些错误信息,苍蝇等小动物,以判断风车叶片是否处在异常状态。
首先要在监控范围内将目标从背景中提取出来,背景的去除在整个处理中占有很重要的地位。背景图是静止的,用实时图像与背景图像相减即可滤掉背景而只保留图像变化信息。由于光照情况时刻都在变化,背景图像也跟着变化,所以背景图像必须进行实时更新,以减少噪声影响。叶片图像处理的整体过程如图1所示。
1.2 图像的预处理
本文前面提取的图像为真彩格式,其数据量大,难以处理,在对目标进行颜色特征提取完毕后,为了后期其他特征量的提取方便快捷,需要对图像进行灰度化处理。
灰度图(Grayscale)是只含亮度信息,不含色彩信息的图像,就像我们平时看到亮度由暗到明的黑白照片,变化是连续的。因此,要表示灰度图,就需要把亮度值进行量化。通常划分成0到255共256个级别,0最暗(全黑),255最亮(全白)。从彩色灰度化的过程通常分为四种方法:分量法、最大值法、平均值法、加权平均法。根据重要性及其他指标,将三个分量以不同的权值进行加权平均。由于人眼对绿色的敏感度最高,对蓝色的敏感度最低,因此,按(1)式对RGB三分量进行加权平均能得到较合理的灰度图像[4]。
f(i,j)=0.11R(i,j)+0.59G(i,j)+0.3B(i,j) (1)
为了消除孤立的噪声点和白噪声,而又保持图像的边缘,本文采取了非线性中值滤波法[5]。中值滤波就是用图象中某一点的N×N邻域中各点象素的中间值来代替此点的像素值,运用公式表达如下:
其中y称为序列X1,X2,…,Xn的中值。
1.3 图像的分割
图像分割的目的就是把图像中的物体与背景分开。把我们感兴趣的部分提取出来。为了更好的效果本文采用矩量保持分割。矩的定义为
其中mi是随机变量组的第i阶矩,Pj是指随机变量zj的概率,而z0……zn是一组随机变量。划分目标和背景的正确门限值也称最佳门限值,应当保持门限分割后的m′i=mi(i=1,2,3)。
1.4 图像的形态学处理
1.4.1 图像的腐蚀
本文采用了形态学处理中的腐蚀处理,目的是为了消除二值图像与叶片上标记不相关的细节,为下面识别做准备。腐蚀具有收缩图像的作用,A被B腐蚀记为
AΘB={z|(B)Z⊆A}, (4)
这个公式表明,使用对进行腐蚀就是所有B中包含于A中的点z的集合用z平移。
1.4.2 图像的膨胀
膨胀是在二值图像中“加长”或“变粗”的操作。膨胀的运算符为♁,A用B膨胀写作A♁B,这里先将A和B看做所有取值为1了的像素点的集合。其定义为
上式表明用B膨胀A的过程,先对B做关于中心像素的映射,再将其映像平移z。
1.5 边缘检测
对于一副灰度二进制图像,如果图像像素值为1,则该像素的状态为ON,如果其像素值为0,则该像素的状态为OFF。在一副图像中,如果图像某个像素满足以下两个条件:
该像素状态为ON。
该像素邻域中有一个或多个像素状态为OFF。则认为该像素为边缘像素[5]。
1.6 图像取反
为了更能直观的识别到叶片的具体位置,需对图像进行取反命令。
2 Hough变换
由于其根据局部度量来计算全面描述参数,因而对于区域边界被噪声干扰或被其他目标遮盖而引起边界发生某些间断的情况,它具有很好的容错性和鲁棒性。所以采用Hough来提取并识别叶片的位置[6],Hough的极坐标系下直线方程可以用参数表示为
ρ=xcos θ+ysin θ, (6)
其中ρ为从原点到直线的垂直距离,θ为从x轴算起的角度,这条直线在ρ-θ平面中为一点。如果在xy平面上有三个公线点,它们变换到ρ-θ平面上为有一个公共交点的三条曲线,交点的ρ-θ参数就是三点共线直线之参数。
运用直线拟合法读出叶片在一定的时间内转过的角度即可得到叶片的速度,采集程序界面如图2所示。
3 结束语
叶片图像检测能使风力发电在多种恶劣环境下稳定可靠运行,使其在故障时采取必要的安全保护措施,使风力发电机组处于保护状态,对电网的稳定性、电能的质量、频率等具有重要的意义。
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快速处理15MW汽轮机断叶片事故 篇10
关键词：汽轮机,叶片,事故
这是一次很有创造性的汽轮机断叶片事故处理方式：将断落叶片180度方向的另一片叶片打掉。整个处理过程在两天内完成，机组恢复正常运行，企业减少了经济损失并得到地方政府的赞赏。
1 处理过程
1.1 事故发生
运行人员报告一台15MW抽凝机的凝结水质不合格，作者立即联系化学，化学核实了凝结水质的化验结果，并说明除盐水质始终正常。
作者立即到现场检查汽轮机，靠近机组时感到运行层地坪的抖动稍有增加，但机组噪音未变，其它无异常。立即取振动表测所有轴承的各方向振动，发现汽机前轴承的垂直双振幅振动(注：本文中的双振幅振动，此后全部简称为“振动”)已接近50μm，汽机后轴承的水平振动已达65μm，其它轴承各方向的振动仅轻微变化。该机组正常运行时的各轴承所有方向的振动都小于30μm。
根据现象判断，作者确定为汽轮机末级断叶片事故，断落叶片已击断凝汽器铜管，于是申请停机处理。现场的争议点是：如果是末级叶片断落，为什么汽机后轴承垂直振动未变?当时是夏季，地方电网严重缺电，企业售电收入丰厚，地方政府又要求企业尽可能多供电，所以误判设备状况导致停机操作对企业不利。鉴于凝结水水质劣化与振动突增同时出现、锅炉水质控制成本明显增加，总经理批准停机检查，根据检查结果确定处理方法。
1.2 设备损伤情况
停机后，排汽缸喷水降温，检查人员立即穿雨衣进入凝汽器汽侧，然后上爬到排汽缸检查，发现末级叶片断了两片，一片根部断裂;另一片被断落叶片击断了1/4，还有一片的出汽刃边有少量长度1 mm左右的微细裂纹。下爬检查凝汽器，发现铜管被击断、击破和击弯各一根。
1.3 处理方法
揭缸拆转子换叶片约需半个月时间，企业效益损失大，而且地方上已因15MW汽轮机停机，停了数家纳税先进企业。紧急商量之后，决定进行一次无法保证成功的尝试：用手枪钻打掉断落叶片180°方向的另一片叶片，使转子基本恢复动平衡。排汽缸温度稍降之后，停止喷水，停止连续盘车，检修人员进入排汽缸轮班工作，每个班约1小时。电动工具电源接上漏电保护器。末级叶片的硬度较高，市场能买到的手枪钻钻头，大多数硬度不够，现场淬火处理效果有限，采购人员反复寻购，找到新的就立即拿到现场试用。用废了一大堆钻头，用铁棒磨针的毅力，终于成功的将叶片从根部打掉，然后用手提砂轮机修整残余根部。另一片叶片的断头位置用砂轮机稍磨尖刃以便减少对汽流的扰乱，出汽刃边有微细裂纹的叶片用砂轮机稍磨以降低裂纹扩展速度。排汽缸内部的工作环境不好，磨削速度慢得让操作者烦躁不安，一个副老总也参与了轮班工作，整个现场的工作速度和工作作风完全改观。处理时，汽轮机转子定期人工盘转180°。凝汽器堵死3根铜管后，灌水查漏正常。
1.4 处理效果
处理完成之后，汽轮机连盘两小时，再启动，除了汽轮机后轴承的水平振动接近40μm，其它振动全部基本恢复原来数值。
此后，每隔数周，只要遇到深夜允许停机机会，派员进入排汽缸检查末级叶片情况。坚持数月，冬季来到，机组大修，转子送制造商将末级叶片全部换掉，以防断落叶片击打和汽流激振造成的叶片损伤微细裂纹将来发展为新的叶片断落事故，然后做高速动平衡之后出厂;三根铜管换新处理。
2 结论