基于声发射信号特征提取技术的滑动轴承故障诊断

滑动轴承是汽轮机中的一个重要支撑部件,保持滑动轴承的正常工作,能减少设备工作损失以及维修的成本,因此,对滑动轴承进行实时监测以及故障诊断是有必要的。声发射技术作为一项动态无损检测方法,对信号反应更敏感,可以对设备进行持续监测,很适合用来对设备进行实时监测以及故障诊断。从声发射信号的产生机理出发,通过分析证明了声发射信号能量变化可以表示出轴承的摩擦状态,然后构筑了3个新的特征参数,来对声发射信号进行分析,并通过试验证明了其可以反应出当时的摩擦状态,而且比传统的特征参数要更加灵敏。

基于斜温层等效容积的大型蓄热罐动态特性分析

斜温层蓄热罐可以提高热电联产(combined heat and power,CHP)机组在供热期间的调峰能力,因此逐渐向大型化发展,但设计参数对蓄热罐的性能影响较大,且采用目前的性能评估方法效率较低。为此,建立大型蓄热罐的物理模型及数学模型,研究蓄热过程中斜温层的形成及变化过程,提出斜温层等效容积的概念,同时分析结构参数及运行参数对斜温层等效容积的影响。结果表明:形成稳定斜温层后,随着蓄热量的增加,斜温层厚度变化不大,采用斜温层等效容积可以更高效的评估蓄热罐的性能。比较不同工况下蓄热罐等效容积的相对变化量可知,不同影响因素对斜温层等效容积的影响从高到低排序依次为布水器布置、蓄热流量、高径比和冷热水温差。研究成果为大型蓄热罐的性能评估提供了一种新参考。

基于Fluent的单罐蓄热特性模拟分析

采用熔盐储热是解决高效、低成本储能与实现减碳减排目标之间矛盾的一种有效途径。以熔融盐为储热介质,熔盐蓄热单罐储热系统能够实现太阳能―热能的有效转换,并可以用来存储和释放能量。选取不同几何形状的内壳式蓄热单罐模型,利用Fluent数值软件,计算各模型的PCM(Phase Change Material,简称PCM)平均温度和热罐内部液相分数并进行对比分析,结果显示,四棱柱管壳式储热罐的蓄热量较好,蓄热速率较大且储热性能更优。选择四棱柱管壳式蓄热罐作为研究对象,通过改变导热流体的进口温度和流速以及相变材料的导热系数,分析不同工况下PCM平均温度的变化:当导热流体进口温度从597 K上升到747 K时,管壳式蓄热罐中的PCM平均温度由394 K升高到441 K;在导热流体进口速度由0.3 m/s上升到2.2 m/s的过程中,蓄热罐中的PCM平均温度由446 K上升到473 K;导热系数在0.277 W/(m·K)增加到1.277 W/(m·K)的过程中,PCM平均温度增高约27 K。该研究可为蓄热单罐的优化设计及应用提供一定参考。

太阳能蓄热水箱结构优化及储放热性能分析

显热储热是解决太阳能热利用中不稳定与波动性的一种有效方式。以常见水介质作为显热储能的媒介材料,采取蓄热罐体装置实现太阳能的储放热应用。初选水箱基本形状为圆柱形,对罐底进行锥形结构优化,探究了圆锥底角分别为40°、45°、50°3类工况下蓄热水箱的各自蓄热变化特性。利用Fluent数值软件,基于非稳态层流换热模型,对蓄热装置的体平均温度变化和体最大温度变化等进行了模拟研究。结果表明,当圆锥底角为50°时,蓄热水箱整体充放热性能较优,且该参数下蓄热水箱体平均温度为308.612 K时,比圆锥底角为40°与45°的蓄热水箱体平均温度分别高出0.202%与0.053%。在此基础上,进一步分析了50°蓄热水箱的储热与放热动态变化规律,研究了蓄热水箱内部储、放水过程中各自体积分数、速度场等关键指标的分布特性。该研究可为太阳能蓄热系统的优化设计与工程化应用提供一定参考。

基于向心涡轮机发电的工业供热蒸汽能量梯级利用系统性能分析

针对纯凝机组工业供热改造普遍存在供热供需参数不匹配的现象,考虑工业供热高温高压工况下的适用性,提出采用向心涡轮机膨胀做功的方式对抽汽进行供需参数匹配,实现抽汽能量梯级利用。以某国产330 MW热电联产机组工业供热改造为例,构建了热力系统模型,对比传统直接减温减压和采用向心涡轮机发电2种供热参数匹配方案的系统性能,评估系统不同供热流量和变工况下各性能指标的变化规律。计算结果表明,与减温减压方式相比,相同供热参数下向心机涡轮供热参数匹配方案的综合效益显著,额定工况下主机发电煤耗率可降低0.89g/(kW·h),抽汽㶲效率可达97.66%,直接经济效益相对提升1.04%,碳交易成本相对减少0.34%,且系统各方面相对性能优势随系统供热流量的增加而扩大。

变工况下热泵供热及膨胀机供热的热力性能对比分析

通过对各设备进行建模,以某300 MW热电联产机组为例,对热泵供热及利用小型膨胀机发电后排汽供热两种方案进行变工况分析。结果表明,对于热泵供热方案,在不同的主蒸汽流量下,都存在一个最佳出口热网水温,使系统煤耗最低;采用热泵最佳参数与膨胀机方案进行变工况对比,发现在采暖抽汽参数较低时,热泵方案的煤耗高于膨胀机方案,随着采暖抽汽参数的增大,当热泵出口最佳热网水温超过70℃时,热泵方案的煤耗开始低于膨胀机方案;同样,在采暖抽汽参数较低时,热泵供热效率比膨胀机方案低,当热泵出口最佳热网水温超过64℃时,热泵方案供热效率开始超过膨胀机方案;提出等效节能量指标,并通过计算表明该指标可用于对比两方案的节能效益。

供热改造对火电机组性能的影响分析

为了解决机组进行供热或供热梯级利用改造后,因运行负荷超出设计范围导致能耗升高的问题,本文提出了一种新的供热改造能耗评估方法。以国内某600MW机组为例,采用Ebsilon建立了机组的热力学模型,并验证了模型的正确性,以热耗率作为机组性能评价指标,分析了不同供热改造参数及热电负荷下机组产出能量和热耗率的分布规律,同时提出了供热经济基准线及供热经济区间的概念。结果表明:机组最小供热抽汽压力对机组低压缸发电功率影响较为明显;随着最小供热抽汽压力的升高,供热经济基准线逐渐右移,供热经济区间的范围逐渐缩小。当机组负荷位于供热经济基准线左侧时,机组供热能耗增加;负荷位于供热经济基准线右侧时(供热经济区间),机组供热能耗降低。因此,机组进行供热及供热梯级利用改造后实际运行过程中并非一定节能,应根据机组负荷范围合理选择改造参数。

基于数据挖掘的直接空冷机组背压预测及优化

为实现直接空冷机组冷端优化,以机组历史运行数据为基础结合数据挖掘与深度学习算法,提出了一种直接空冷机组冷端运行优化方法。首先,对获取的历史运行数据进行稳态筛选、工况划分,结合高斯混合模型算法确定机组多元工况下背压基准区间;然后,使用Spearman系数法选取特征变量,结合门控循环单元神经网络构建直接空冷机组背压预测模型,对比背压基准区间与背压预测值给出背压的优化建议和预警信息;最后,将该方法应用于某亚临界300 MW空冷凝汽式机组。研究结果表明:提出的背压优化方法能够给出有效的背压预警信息,实现空冷机组冷端优化运行。

太阳能与燃气-蒸汽联合循环互补性能分析

在世界能源储量短缺的背景下,如何提高现有能源可利用率已成为研究热点。太阳能作为一种清洁能源,为发展燃气-蒸汽联合循环(GTCC)系统提供了新的研究方向。将太阳能与燃气发电装置耦合在顶循环(布雷顿循环)的发电系统实现了新能源与传统燃机的多能互补综合利用。结合热力学第一定律理,搭建了整体热力学模型,利用Ebsilon模拟软件对太阳能互补联合循环(ISCC)系统和传统GTCC系统的运行性能参数进行了对比分析,并研究了不同法向直接辐照度(DNI)和大气环境温度对ISCC系统变工况下运行特性及整体节能的影响。研究表明,当天然气输入量为10kg/s时,GTCC系统循环热效率为39.8%,ISCC系统循环热效率为44.1%;在控制系统总输出电功率不变的条件下,ISCC系统能比GTCC系统节省2.638kg/s的天然气输入量。太阳能与传统GTCC的有机耦合使系统循环热效率和综合输出电功率大幅提高,并在经济性方面显现出较大优势。

CPC集热器冷却通道结构优化及换热流动数值模拟

利用复合抛物面聚光集热器实现光伏与光热一体化应用,是太阳能综合利用的一种有效方式。针对光伏构件表面降温的核心问题,分别从进口截面优化和冷却流道布局2个角度进行了理论仿真,提出了矩形、半圆形和梯形内管3种不同形状的进口截面方案。结合控制方程,利用Fluent软件模拟了各流道内部温度场、速度场等传热流动分布规律。研究表明,当质量流量较小时,矩形截面综合性能较好;当质量流量较大时,半圆形截面综合性能较优。在此基础上,提出传统直管和新型弯管2种不同构件的冷却通道方式,并对比探究了不同进口截面通道的换热流动特性及系统热、电?效率。结果表明,在相同边界条件下,新型弯管的综合换热性能优于传统直管。

基于Jeffcott理论等效叶片组的叶盘模型建模方法及分析

转子系统建模时叶片与轮盘的耦合关系导致矩阵方程阶数过高,难以解析,通常情况下采用直接将叶片等效为附加转动惯量,再将叶片-轮盘作为刚性圆盘整体的方法,但是这种建模方法在高转速、长叶片的情况下会割裂叶片与转子之间的能量耦合关系,导致模型误差急剧增大。在考虑叶片与轮盘耦合的情况下,以一阶临界转速及模态近似为等效准则,将有限元模型中的周向环绕叶片组等效为正交各向同性的刚性圆环,并通过理论推导和计算得到等效后轮盘半径与原始叶片-轮盘模型之间的关系,并进行了ANSYS仿真对比。结果表明:等效方法可在显著降低原始叶片-轮盘模型自由度的同时保证等效模型的可靠性。

基于模糊评判和RCM分析的发电设备状态综合评价

针对发电设备系统复杂、难以进行精确状态评价的问题,在系统划分和状态特征参数提取的基础上,提出了基于模糊评判和RCM分析的发电设备状态综合评价方法。首先充分利用设备运行参数、状态监测参数和运行统计参数,进行系统和设备的初步状态评价;而后进行基于RCM分析数据的知识推理,确定系统故障模式和故障位置。实例计算表明,该方法行之有效,评价结果可为下一步的维修决策提供科学依据。

燃煤发电机组调峰能力模糊综合评估方法

为保证火电机组在调峰期间处于低负荷运行时设备的安全、经济及环保性,结合机组的实际可操作性,建立了一套评价机组调峰能力的指标体系。采用层次分析法确定各指标权重,结合模糊综合评判法对机组调峰能力进行评价;选取7台不同容量及不同冷却形式的煤电机组,基于K均值算法聚类,求取各指标值并进行综合评价,根据评价结果进行纵向比较。结果表明:超超临界660、1 000 MW等级机组应在中、高以上负荷参与电网变负荷调峰任务,以更好发挥其能耗水平低的特性;超临界600MW等级机组变负荷调节性能良好,可在中、高负荷承担变负荷调峰任务,也可适度参与降负荷深度调峰;亚临界600、300 MW等级机组装机数量最多,容量占比最大,可适时参与电网深度调峰;同时在峰谷差矛盾突出的地区或时段,安排亚临界机组参与轮停调峰。

聚光太阳能热发电系统关键技术研究综述

太阳能光热利用是目前新能源领域中自有技术含量最高、产业化发展最快、市场贡献最大的技术之一,与常规的光伏发电形式相比具有明显优势。考虑到太阳能具有能流密度较低及间歇性等特点,本文提出了基于有机朗肯循环发电的中低温太阳能利用形式,并从聚光集热、热功转换及蓄热技术3方面分别详细阐述了各自的工作原理、国内外研究及发展现状,并指出存在的问题,展示出太阳能热发电技术的广泛前景。

电厂循环冷却水余热利用分析

针对电厂循环冷却水直接排放造成生态环境热污染的问题,通过Fluent软件对电厂的温排水排入受纳水域过程进行了二维数值模拟,从环保角度分析了余热回收利用的重要性,提出了吸收式热泵与有机朗肯循环发电综合利用的设计方案。同时,采取有机工质环己烷作为余热发电系统的循环工质,根据热力学第一、二定律,建立了余热回收的数学模型,利用窄点分析法,通过MATLAB和REFPROP软件编程模拟,分析了该方案系统内各部件的损失,对系统参数进行了优化,确立了最佳的系统循环热效率、火用效率及热回收率,论证了方案的可行性。分析结果表明:本文系统方案既可有效回收电厂循环冷却水的部分低品位余热,获取部分余热发电效益,又有益于环境保护。

海岛直流微网复合储能系统控制策略设计与实现

针对海岛直流微网中发电微源输出功率不稳定造成的母线电压大幅度波动问题,基于300 kW海洋能集成供电系统的功率输出特点,采用由蓄电池和超级电容组成的复合储能系统,对其3种拓扑结构进行了对比分析,优选了对该供电系统而言最佳的拓扑结构,并提出了一种新型复合储能协调控制策略。该控制策略依据母线电压的3个阈值将系统划分成5个工作区域,储能系统依据直流母线电压值实现充放电工作模式的自动识别和切换;以蓄电池为主要出力单元,避免超级电容的频繁投切,减少不必要开关动作造成的系统谐波。利用搭建的实验平台验证了所述控制策略的有效性和可靠性。

太阳能有机朗肯循环系统性能分析及综合评价

针对中低温太阳能热源，采用低沸点的有机工质作为动力循环进行发电。在满足环保、安全及热物性的要求下，采用15种有机工质作为循环工质，根据热力学第一、第二定律，建立亚临界热力系统数学模型，采用窄点温差分析法，分别从热效率、[火用]效率、膨胀比、环境[火用]代价等角度对比分析其循环特性。考虑多方面因素，利用层次分析法构建多指标能效综合评价模型。经过模拟计算，结果表明：甲苯（toluene）作为本系统循环工质的性能较优。

基于熵权和层次分析的电站设备维修方式决策

针对电站设备维修方式选择难以决策的问题,提出了一种基于熵权和层次分析(AHP)的模糊综合评判方法,克服了传统模糊综合评判法在权重确定方面具有一定随意性、主观性的问题。该方法将熵权和层次分析与模糊综合评判有效结合起来,并将维修方式决策分解成由指标因素组成的层次。然后根据指标因素对应的判断矩阵以及模糊判断矩阵求出主观与客观权重,并进行权重拟合,从而得到综合权重。最后根据模糊综合评判法则将综合权重以及判断矩阵进行运算,最终得到所选的维修方式。应用实例表明:该方法有效、可行,可以科学地评估电站设备维修方式,为电站设备状态维修决策提供依据。

超声振动系统的四端网络设计方法及其应用

从变截面杆作一维纵振动的运动方程出发，建立了机械四端网络的数学模型及传输特性方程，给出了几种常用变截面杆的四端网络传输参数。分析了超声换能器和变幅杆的频率方程及两端振速比，计算了超声手术刀振动系统的振型及应力分布。四端网络设计方法可有效地设计各种换能器。变幅杆以及由它们组合的复杂振动系统。

变工况条件下的风电机组齿轮箱故障预警方法

针对风电机组运行工况复杂多变,难以实现故障特征提取和预警指标量化的特点,提出基于k邻近度异常检测技术的风电机组故障预警方法:首先利用阶比重采样技术将时域非平稳信号转换为角域的平稳或准平稳信号;其次构建出新量纲一幅域特征值,提取阶比重采样角域信号早期故障特征;最后将振动角域序列映射成多维特征向量,通过基于k邻近度的异常点检测技术挖掘机组潜在异常信息,实现机组的早期故障预警。试验仿真验证了该方法的有效性。