中国制造2025背景下电器可靠性技术教学案例设计

“中国制造2025”为中国制造业未来10年设计顶层规划和路线图,其基本方针:质量为先、人才为本。低压电器是电力系统的核心基础零部件,低压电器产品的质量对电力系统的发展、安全运行起到至关重要的作用。培养低压电器可靠性方面的人才迫在眉睫。电器可靠性技术是电机与电器学科大三的核心专业课程,其作用和意义凸显。以可靠性抽样检查模块为例,介绍在“中国制造2025”背景下的案例设计内容及实施过程。引导学生体会、理解“中国制造2025”的基本方针——质量为先、人才为本。旨在培养学生的家国情怀、工匠精神和责任担当。

适于徐深气田的耐寒耐高温泡排剂

针对徐深气田深度≥3000 m、井温≤150℃、冬季时间长、气温低的特点,以马来酸酐、十六胺、无水亚硫酸钠为原料,通过酰胺化反应和磺化反应两步合成了阴离子表面活性剂棕榈酰胺磺基丁酸二钠(ASB-16A)。将ASB-16A与优选的起泡剂月桂基葡糖苷(APG1214)、防冻剂乙醇、去离子水混合制得耐寒耐高温泡排剂(CYY-1)。评价了CYY-1的泡沫性能、耐高温性能、低温稳定性、与地层水的配伍性,并在徐深气田进行了现场应用。结果表明,CYY-1的最优配方为:10%ASB-16A、10%APG1214、44%乙醇,其余为去离子水。CYY-1的起泡性和稳泡性较好。在80℃下,1.25%CYY-1溶液的初始泡沫高度为150 mm,静置3、5 min的泡沫高度分别为150、75 mm,携液量为1100 mL。在150℃、pH=8.5的弱碱条件下老化24 h,对CYY-1的泡沫性能影响较小。CYY-1的低温稳定性好于常用的低温泡排剂。在-35℃冷冻7 d,CYY-1变浑浊,但仍可在管线中流动,满足装置自动加注要求。CYY-1与地层水的配伍性良好,0.5%~10.0%的溶液在常温下静置48 h后仍澄清透明,可以实施自动化泡排加注。在现场试验2口井,某井日产气量由2.46×10^(4)m^(3)增至3.07×10^(4)m^(3),日产水量由5.77 m^(3)降至3.70 m^(3),实现稳定带水生产。CYY-1适用于井温≤150℃、矿化度≤16 g/L、pH值为8.5的气井的泡沫排水采气。

基于振电信号分析与二元维纳的断路器附件机械寿命预测

分闸附件作为动作触发机构,其机械性能对于万能式断路器可靠运行至关重要。针对其寿命预测,提出了一种基于二元维纳性能退化分析的寿命预测方法。该方法结合分闸附件的工作机制,采取振电联合分析模式。首先,利用CEEMDAN-WD与短时能熵比双门限法,实现分闸过程触发阶段特定动作振动事件的精准标定;然后,研究振动事件所对应的机构动作时间以及驱动能量参数作为性能退化指标;在此基础之上构建二元维纳模型,以振电联合分析指标作为预测模型的输入,最终实现剩余寿命的定量预测。通过对3台断路器的测试表明,基于振电协同分析的寿命预测方法具有更高的预测精度,3台试品平均相对误差分别为4.3%、9.77%、8.46%,兼具有工程实用性。

基于振动-电流广域特征与软共享机制的断路器多故障诊断

万能式断路器机械结构复杂,其产生的故障具有多源性,对多源故障进行失效溯源分析是十分必要的。然而,传统的多任务诊断方法不能很好地处理任务间存在的干扰问题,导致故障识别率降低。针对此问题,提出一种基于振动-电流广域特征与软共享机制的多故障诊断方法。首先利用TKEO与DTM,实现分合闸振动信号片段的精准分割,在此基础上分别融合触头动作关联振动信号和附件电流信号的广域特征信息合成彩色图像样本以丰富故障表征信息。然后基于多任务学习的软共享机制构建多故障诊断模型,并通过自适应加权方法来自动的调整两个任务损失函数的权重比例,消除了任务间的相互干扰,进而提高了故障诊断的性能。最后分别从合闸和分闸两个过程进行实例分析,结果表明本文所提方法在两个任务的分类准确率分别达到了99.78%和99.85%,可以有效地实现万能式断路器多故障诊断。

基于卷积变分自编码和多头自注意力机制的断路器剩余机械寿命预测

针对万能式断路器退化过程的不确定性,考虑到振动信号对机械性能退化的完善表征,提出了一种基于卷积变分自编码(CVAE)和多头自注意力机制(MSA)的断路器分闸机械机构寿命预测方法。首先依据断路器不同的事件区间提取参数特征,再通过CVAE挖掘信号成分中的深度特征,将参数特征与深度特征融合得到完备退化特征,最后建立GRU-MSA的定量寿命预测模型,引入了多头自注意力机制,在多个不同表征子空间中捕捉信号的不同依赖关系,对重要的时间步赋予更大的权重。最后利用3台试品的振动信号测量数据对所提断路器分闸机械机构寿命预测方法进行测试,结果表明,所提出的方法在3个数据集中寿命预测均方根误差(RMSE)分别为141.46、128.75和134.16,平均绝对误差(MAE)分别为112.17、101.52和106.22,预测精度高且稳定性好,相对于其他混合预测模型更具优势。

基于多物理场耦合的交流接触器动态特性研究

针对振动环境下交流接触器的动态特性研究,为深入分析其内部触头、铁芯等关键机构所受影响,设计了振动条件下交流接触器联合仿真模型。采用磁场与磁路相结合的电磁吸力计算方法,通过ADAMS与MATLAB/Simulink联合仿真实现机械-运动-电磁-电路等多种物理场耦合计算;仿真研究了不同振动条件对接触器关键机构吸合过程的动态特性影响;通过与试验结果对比验证了仿真模型的准确性。研究成果可为工作在风机、船舶等振动环境下的接触器动态性能评价提供依据。

基于加窗插值压缩感知的谐波/间谐波检测方法

针对压缩感知在傅里叶变换基下,对谐波畸变信号进行变换时会产生频谱泄漏和栅栏效应的问题,提出一种基于加窗插值的压缩感知(WI-CS)算法。该算法结合二进制稀疏测量矩阵和六项五阶余弦窗,构造出一种新型窗稀疏测量(WSM)矩阵,经重构得到稀疏向量后,利用四谱线插值修正公式,对谐波间谐波各参数进行精确检测。通过MATLAB仿真,结果表明文章所提方法能够在较少的采样数据下,具有较高的检测效率以及一定的抗噪声能力。

特征模态提取与CAMMC-LSTM在断路器储能系统剩余寿命预测中的应用

为解决断路器储能系统的运行状态在线监测问题,基于储能子机构动作时的振动信号频率特性,提出基于振动信号特征模态与CAMMC-LSTM模型的预测方法,实现断路器储能系统的剩余寿命预测。采用研发的断路器机械特性实验平台获取退化样本数据,通过VMD获得振动信号有效模态与电流信号一起构成特征模态。依据通道注意力机制和多尺度卷积原理提出CAMMC结构,结合长短时记忆网络构建CAMMC-LSTM模型。试验结果表明,特征模态增强模型输入对运行状态的表征能力,通道注意力机制与多尺度卷积改进传统长短时记忆网络对特征的提取性能,可提高剩余寿命定量预测的精度。

高强度马氏体不锈钢的小能量冲击疲劳行为研究

随着钻具失效的不断发生,越来越多的研究者进行服役工况下钻具失效-断裂行为的机理研究。在服役过程中钻具受到复杂载荷的作用,既有静载荷也有大能量单次冲击载荷和小能量多次冲击载荷,小能量多次冲击载荷会造成材料冲击疲劳。研究了新型高强度马氏体不锈钢在不同冲击能量下的材料的冲击疲劳失效行为。结果表明,材料的冲击疲劳寿命的影响因素主要是加载的冲击能量,即冲击能量越高材料的冲击疲劳寿命越低,但冲击能量的变化不会改变材料的断裂形式。在疲劳裂纹萌生阶段,冲击能量的提高可使裂纹快速萌生。在疲劳裂纹扩展阶段,冲击载荷作用于裂纹尖端并使裂纹逐渐扩展。最后,建立了裂纹长度a与循环周次N的函数关系,计算了裂纹的扩展速率。

银-稀土氧化物触头材料的性能

采用粉末冶金方法制备了新型银稀土氧化物触头材料 Ａｇ／Ｌａ２Ｏ３，它的密度为 ９．７１ｇ／ｃｍ３－９．９６ｇ／ｃｍ３，硬度为７６０ＭＰａ－９７０Ｍｐａ，电阻率为２．２５μΩ·ｃｍ－２．３８μΩ·ｃｍ。利用扫描电镜（ＳＥＭ）及能谱分析（ＥＤＳ），对Ａｇ／Ｌａ２Ｏ触头材料的显微组织进行了分析，发现Ｌａ２Ｏ３在Ａｇ基体中呈极细小球状（直径＜０．５μｍ）及不规则形（直径＜３μｍ）２种形态均匀分布，经激光模拟电弧作用后，Ｌａ２Ｏ３呈细小球状（＜２．５μｍ）分布于Ａｇ熔化区中，有助于减少Ａｇ液的飞溅侵蚀。经与Ａｇ／ＳｎＯ２及Ａｇ／ＣｄＯ触头材料的主要物理、机械性能相对比，所研制的Ａｇ／ＬａＯ３触头材料与后两者性能相近，因此有可能成为一种可替代 Ａｇ／ＣｄＯ的新型触头材料。

添加物Bi对AgSnO_2触头材料的影响

AgSnO2是最有可能替代AgCdO的新型材料,在其制备方法中,合金内氧化法是主要方法之一。但在制备过程中合金粉末氧化速度较慢且不能完全内氧化,添加金属元素促进合金内氧化是一个重要研究方向。本文将Bi与Ag、Sn粉经机械合金化得到AgSnBi合金粉末,将合金粉末压制成型、烧结、致密化加工后置于电阻炉中在大气气氛中进行粉末内氧化。采用内氧化物增重法分析Bi对AgSn合金内氧化性能的影响。利用PhilipsXL30W/TMP型扫描电镜观察试样AgSnO2-Bi2O3的显微组织及形貌,并用其能谱仪进行微区成分分析。研究结果表明Bi元素大大地提高了AgSn合金的内氧化速度,并且氧化得到的AgSnO2-Bi2O3材料组织致密。

小样本及无失效数据时电器产品可靠性特征量的估计

随着电器产品可靠性的提高 ,其可靠性试验一般采用定时截尾寿命试验 ,若产品的可靠性很高 ,则可能会出现失效样品个数较少甚至无失效样品产生 ,即出现了小样本及无失效数据的情况 ,若采用经典方法估计其可靠性特征量会引入较大误差 ,本文对于小样本时可靠性特征量的估计引入了平均寿命的修正极大似然估计公式 ,研究结果表明 ,修正后的平均寿命估计量的相对误差比极大似然估计法的相对误差有了明显减小 ,且截尾程度越高 ,修正效果越明显 ,而对试验中出现无失效数据时的可靠性特征量应用Bayes理论进行估计。

朝阳沟油田储气库注采井油管尺寸优选

以朝阳沟油田储气库中储层条件中等的井为例,运用节点分析方法,考虑气井产能、压降损失、携液及抗冲蚀能力等因素,优选出合理的油管管径。研究结果表明:注采能力随着油管直径和井口压力增大而增大;压力损失随着注采气量的增大而增大,但随着油管内径的增大而减小;油管的抗冲蚀能力随内径和井口流压的增大而增大。储气库注采井选用63.5 mm油管较为合理,可同时避免冲蚀和井底积液产生。

烷基季铵盐改性膨润土的膨胀性

用X射线衍射(XRD)、傅立叶红外光谱(FT-IR)和热重(TG)表征方法,考察了四甲基溴化铵(TMAB),四乙基溴化铵((Et)4NB),十二烷基三甲基溴化铵(DTAB),十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)对膨润土膨胀性的影响。结果表明,不同季铵盐都已吸附到膨润土晶层间,短链季铵盐TMAB和(Et)4NB主要以单分子平躺在膨润土晶层之间,使膨润土的层间距比原土样降低,有很好的防膨作用。长链季铵盐DTAB和CTAB以假三层平卧、倾斜排列等方式排列,使膨润土的层间距比原土样增加,没有防膨作用。且膨润土对(Et)4NB和TMAB的吸附量低于DTAB和CTAB的。

无失效数据时电器产品可靠性的估计

对于比较贵重、寿命很长及检查项目较多的航空、航天电器产品 ,在进行可靠性试验时 ,通常会出现无失效数据 ,应用经典方法估计其可靠性特征量会引入较大误差。提出采用不定时检查的方法对其进行可靠性试验 ,并应用Bayes理论对试验中可能出现无失效数据时的可靠性特征量进行了估计。

加氢尾油催化裂解催化剂的改性研究

对加氢尾油裂解生产润滑油基础油的ZSM-5分子筛催化剂进行了水蒸气处理和磷改性,采用X射线衍射、吡啶吸附-红外光谱、NH3程序升温脱附和Washburn法等技术对催化剂进行了表征,考察了水蒸气和磷改性对催化剂的酸性、润湿性、积碳量和积碳组成的影响。实验结果表明,磷改性的催化剂在500℃下水蒸气处理5h后,ZSM-5分子筛的晶体结构未被破坏,酸量降低,但高于单纯磷改性或水蒸气处理的催化剂;与未改性的催化剂相比,水蒸气处理和磷改性后催化剂的亲水性减弱、亲油性增强,有利于提高催化效率,且比表面积和平均孔径也略有降低。在相同反应条件下,水蒸气处理磷改性催化剂的积碳量低于未改性和单纯磷改性或水蒸气处理的催化剂,且积碳中氢与碳的摩尔比较大,具有较好的抗积碳性能。

小样本时电器产品可靠性特征量的估计

随着航空、航天电器产品可靠性的提高 ,其可靠性试验一般采用定时截尾寿命试验 ,如产品的可靠性很高 ,则可能会出现发生故障的样品个数较少 ,即出现了小样本数据的情况 ,若采用经典方法估计其可靠性特征量会引入较大误差。针对这种情况引入了平均寿命的修正极大似然估计公式。研究结果表明 ,修正后的平均寿命估计量的相对误差比极大似然估计法的相对误差有了明显减小 ,且截尾程度越高 。

萨北油田氮气泡沫驱研究

利用搅拌法考察了发泡剂浓度、稳泡剂浓度、原油含量、温度、配液用水中NaCl含量等对泡沫综合指数的影响,通过物理模拟实验评价了气液比、岩心含油饱和度、注入方式对泡沫阻力因子的影响。结果表明:发泡剂浓度为3g/L、稳泡剂浓度为0.7g/L的SW2泡沫体系,在含油低于15%、温度低于45℃时,泡沫的综合指数较好,而矿化度对其影响较小。当气液比介于1:1和2:1之间,岩心含油饱和度低于20%,气液混注时泡沫在岩心中的阻力因子较大。室内泡沫驱采收率高于聚合物驱,这说明泡沫的流度控制作用好于聚合物的。

改性条件对催化裂解催化剂积炭的影响

对加氢尾油催化裂解催化剂ZSM-5进行了水蒸气处理和磷改性,考察了水蒸气和磷改性对催化剂的积炭量、积炭组成、酸性及比表面积和孔径的影响。结果表明,当催化剂含磷0.4mmol/g,水蒸气处理温度为500℃,处理时间为5h时,加氢尾油的凝点降低最大,且催化剂的积炭量较小。不同方法改性后,催化剂的酸性、比表面积和孔径都有不同程度的降低。在相同反应条件下,水蒸气处理磷改性催化剂的积炭量最小,积炭的氢碳比较大;经水蒸气处理和磷改性后,催化剂的抗积炭性能得到改善。

排水采气技术优选三维图版

为快速确定不同气井最优排水采气技术及时机,通过对Turner模型、Coleman模型、Li Min模型和Yang Chuandong模型优选和分析,得到了适合大庆油田的临界携液流量修正模型。利用该模型,建立了日产气量、水气比和井深的三维图版,结合不同排水采气工艺的技术界限,得到不同区域的排水采气技术三维图版。研究结果表明,修正模型适用于大庆油田气井的临界携液流量计算,准确率接近90%。该研究成果为大庆油田高效、快速开发提供了技术支持。