脉冲压缩技术在高温锻件电磁超声检测中的应用

针对脉冲压缩技术应用于电磁超声检测时,检测系统频谱特性与调制信号带宽不匹配,导致脉冲压缩效果下降的问题,建立了电磁超声检测过程的场路耦合分析有限元模型,比较线性调频(LFM),Barker,LFM+Barker和调幅线性调频(AMLFM)+Barker共4种调制信号对脉冲压缩效果的影响。以高温锻件平底孔缺陷螺旋线圈电磁超声检测为例,对比和验证了同时宽的4种调制信号脉冲压缩技术的应用效果。研究结果表明:采用Barker信号激励时,获得的脉压信号主瓣信噪比最高,但由于时频积较小,空间分辨率差;采用LFM信号激励时,高温锻件中高频成分超声波衰减愈加严重,造成主瓣信噪比下降和波包宽度变大等问题;采用AMLFM+Barker激励时,由于子函数加窗导致主瓣宽度有所增加;基于LFM+Barker复合调制信号的脉冲压缩技术兼具高主瓣信噪比和高空间分辨率的优点。该研究可以为高温环境下铸锻件超声检测提供解决方法。

基于ZBO存储的低温储箱漏热分析

由于低温液体的存储温度很低,造成周围环境的热量漏入贮箱内部,导致低温液体的蒸发和贮箱内部压力升高。为了解决上述问题,采用被动绝热与主动制冷相结合的零蒸发无损存储(ZBO)方案,通过分析计算进入低温贮箱内的热量,包括通过储箱体、颈管及连接管路进入储箱的热量,为进一步减小漏热量及优化ZBO存储性能提供理论依据。

气体轴承试验台的建立

搭建一种气体轴承试验台,介绍试验台的测试系统、相应的元器件以及主要传感器的安装布置。采用该试验台对一种径向和止推气体轴承性能进行测试。测试结果表明:该试验台可测量径向和止推轴承的内部气膜压力分布、承载力、刚度、振动信号,且测试结果文献数据具有较好的一致性。

低温容器高真空多层绝热性能分析

高真空多层绝热性能对于低温容器的应用与安全至关重要。文中依据逐层导热计算模型,对高真空多层绝热低温容器的气体导热、间隔材料的固体导热和反射屏的辐射换热进行了分析计算,给出了多层绝热层中每一层的温度分布情况,气体导热、固体导热及辐射换热所占的比例,换热系数随层数的变化情况,以及真空度对绝热性能的影响,为提高高真空多层绝热性能提供了理论依据。

ZBO存储低温储箱内的压力变化模拟分析

低温推进剂在存储过程中,由于和周围环境存在较大的温差,热量漏入储箱后引起的低温推进剂蒸发不可避免造成储箱内的温度和压力的升高。当压力超过一定值,需要定期排空,从而造成低温推进剂损失。ZBO存储技术通过低温制冷机移出漏入储箱内的热量,可以有效地避免低温推进剂的蒸发损失。对储箱的漏热量进行了计算,并且对ZBO存储过程中储箱内的温度和压力变化过程进行了模拟。

高速透平转子的动平衡试验研究

对于工作转速高达10多万的透平膨胀机转子,转子的动平衡精度是透平膨胀机能否安全稳定运行的关键。由于从事氦透平膨胀机研制的需要,作者对采购的动平衡机进行了改造,采用气体轴承支撑和高压气体驱动,避免了传统的支撑和驱动结构的振动对动平衡精度的影响,使平衡转速提高到2万转每分钟,最小可达剩余不平衡度为0.063μm。大大的提高了动平衡效果,为氦透平膨胀机的成功研制提供了强力的支撑。

大功率氦气透平膨胀机的设计

介绍了大型氦气制冷机系统应用中的关键设备,大功率氦气透平膨胀机的设计。在设计中,充分考虑了大功率透平大流量,高压降的特点,对转子、气体轴承系统进行了设计、校核及优化。同时对通流部分的气动性能进行了模拟计算,得到了较高的通流效率。试验结果表明,透平膨胀机满足了10 k W@20 K制冷机系统要求,设备运行稳定。

可倾瓦气体轴承气膜厚度的计算和分析

研究了离心力变形、热变形、轴承偏斜以及表面粗糙度对可倾瓦气体轴承的影响,结果表明:离心力变形对空心轴影响较大,温升对轴瓦厚度影响较小,而对其名义半径和轴半径影响较大;轴承偏斜影响其安全运行;表面粗糙度也会增大最小气膜厚度。

超流氦相分离器临界速度计算方法与比较

超流氦在空间探测的极低温制冷系统中被广泛应用,在研究超流氦通过圆管或者狭缝时,需要分清超流氦在圆管或者狭缝中的流动状态,从而应用不同的模型来计算超流氦的制冷量。根据查阅已有的相关文献资料,列举分析不同的超流氦临界速度计算方法,然后进行比较。

多层螺旋线圈电磁超声换能器优化设计及其实验研究

建立多层螺旋线圈电磁超声换能器(electromagnetic acoustic transducer,EMAT)激励过程的有限元模型,基于正交试验表,研究线圈导线直径、相邻导线间距、线圈层数、多层线圈距离、永磁体尺寸、永磁体与线圈的距离等因素对EMAT换能效率和横波纯度的影响,给出EMAT的最佳参数组合,并进行实验验证;通过测量多层螺旋线圈串联和并联的等效阻抗,根据EMAT激励等效电路,结合实验和仿真结果,分析线圈串并联方式和线圈层数对换能效率的影响。研究结果表明,在EMAT激励电路输出电压恒定的条件下,EMAT换能效率随着串联线圈层数的增多而明显下降;与串联方式相比,多层线圈并联的EMAT接收信号幅值下降趋势不明显。

氦透平膨胀机在我国的发展

氦透平膨胀机是氦制冷/液化系统的关键设备。文中介绍了过去30多年氦透平膨胀机在中国的发展状况,对气体轴承的发展、试验台的建立和透平膨胀机的设计以及调试过程进行了介绍,对氦透平膨胀机未来的发展方向进行了重点介绍。

脉冲压缩技术在高温连铸电磁超声测厚应用研究

在高温连铸过程中,采用非接触无损检测技术实现高温连铸坯壳厚度和液芯末端位置的实时测量与监测,对提高连铸质量等级和连铸速度,避免生产线中断具有重要的意义。针对电磁超声换能器(Electromagnetic acoustic transducer,EMAT)在高温连铸件的检测回波信噪比差这一难题,建立了基于chirp信号、13位巴克编码序列激励的跑道线圈EMAT检测过程有限元模型,比较了两种调制信号经脉冲压缩和旁瓣抑制后脉压信号的信噪比(Signal-to-noise ratio,SNR)和空间分辨率。以表面粗糙、晶粒粗大的190 mm厚连铸坯为研究对象,分析了反射和透射模式下不同调制信号脉冲压缩技术所获得的检测回波信噪比和空间分辨率。开发了水循环式高温EMAT探头,以600~750℃高温连铸坯为检测对象,比较了chirp和巴克码脉冲压缩技术实施后的检测回波信噪比和主瓣宽度。结果表明:常温下,选用的激励信号时宽越大,脉压信号信噪比越高,且采用一发一收透射式测厚能获得较高的信噪比和较小的主瓣宽度;高温时,采用脉冲压缩方法检测高声衰减连铸坯时,相位编码脉压信号获得较高的回波信噪比,线性调频脉压信号具有较高的空间分辨率。在750℃高温下,与单频正弦信号激励相比,采用脉冲压缩技术后得到的脉压信号,SNR至少提高7.0 dB。

高温铝合金电磁超声检测回波特性及因素分析

针对高温铝合金在线检测条件下,温度对铝合金电磁超声检测回波特性的影响规律尚不明确、高温检测时缺陷定量/定位补偿困难这一难题,以螺旋线圈电磁超声换能器(EMAT)为例,建立了高温铝合金EMAT检测过程的场路耦合有限元模型;研究了温度对EMAT激励/接收换能效率、EMAT激励/接收电路的功率分配特性、超声传播过程中的扩散/介质衰减特性、回波幅值和超声声速等因素的影响规律;研制了耐高温EMAT探头,对20~500℃高温铝合金试样进行了检测实验,并测定了高温铝合金的超声介质衰减系数和超声声速。在仿真和实验相结合的基础上,分析了高温检测时超声回波幅值变化特性及其影响因素。结果表明:对于铝合金这类非铁磁性金属材料,导致高温时超声回波幅值下降的主要原因是超声介质衰减系数随着温度的升高而增大,其次为高温时EMAT激励/接收电路的功率分配特性的改变。在激励EMAT在试样表面形成的洛伦兹力不变的条件下,其所激励的超声波回波幅值具有随着温度的增加而增加的特点,可以有效减缓超声回波幅值下降的趋势。

脉冲压缩在铝薄板电磁超声导波检测中的应用

针对电磁超声换能器(EMAT)换能效率低导致超声回波信噪比(SNR)差这一问题,基于相位编码脉冲压缩技术,讨论了匹配滤波器及旁瓣抑制滤波器的设计及其在电磁超声检测中的实现。选用典型二相编码信号-巴克码作为激励信号,分析了不同码长、载波周期数的巴克码信号对电磁超声导波检测脉冲压缩效果的影响,并研究了旁瓣抑制算法的效果。以含人工预制裂纹的7075航空铝合金薄板为检测对象,选用SH;模态电磁超声导波换能器对比了单频正弦信号激励方式与巴克码脉冲压缩技术获得的缺陷回波信号信噪比。结果表明,采用巴克码脉冲压缩后超声回波的信噪比较单频正弦激励方式至少提高了7.2 dB,且巴克码脉冲压缩技术能探测出单频正弦激励方式而不能可靠检出的小裂纹(长×宽×深为10.0 mm×1.0 mm×0.25 mm)。将相位编码压缩技术应用于电磁超声导波检测,可达到增加EMAT提离和减小同步平均次数的目的,能满足在线快速检测的需求。

天然气管网压力能利用方案

以北京燃气集团西集镇天然气调峰示范站项目为例,建立LNG调峰装置调节管网天然气供应与消耗的平衡,提出天然气增压透平膨胀机预冷流程,采用气体轴承增压透平膨胀机回收利用天然气管网向用户供气调压过程中产生的冷能,提供给LNG液化系统预冷,可使流程中天然气液化功耗降低1.3%,提高了能源利用率以及天然气管网运行的经济性。

高温锻件在线快速检测螺旋线圈EMAT优化设计

在高温铸造/锻造过程中进行缺陷的检测、控制和修复以及厚度测量,并据此调整加工工艺参数,及时剔除缺陷/尺寸超标件,避免进入下一步工序,对提高产品合格率、实现环保制造,具有重要的工程应用价值。针对电磁超声换能器(Electromagnetic ultrasonic transducer,EMAT)在大提离、强环境电磁干扰、高温等严苛条件下对表面粗糙形貌、晶粒粗大的铸锻件进行快速检测时的信噪比和空间分辨率差这一难题,建立基于chirp信号激励的螺旋线圈EMAT检测过程的有限元模型,采用正交试验表,分析EMAT设计参数、chirp信号带宽、脉宽等因素对脉冲压缩后的回波主瓣峰值和主瓣宽度的影响,分别获取主瓣峰值主瓣宽度最佳参数组合,并通过试验加以验证。设计耐高温EMAT探头,比较单一正弦脉冲激励信号和chirp脉冲压缩在650℃以上高温锻件检测的信噪比和主瓣宽度。结果表明,采用chirp脉冲压缩技术,高温EMAT检测的信噪比(Signal-to-noise ratio,SNR)、空间分辨率和检测效率更高。在720℃高温锻件、提离为3 mm且无同步平均条件下,与单一正弦脉冲激励相比,采用脉冲压缩技术,SNR提高了至少5.4 dB,主瓣宽度减小了58.8%。

透平膨胀机静压径向气体轴承优化设计

对静压径向气体轴承的承载性能进行了数值计算,分别研究了供气压力、偏心率、供气孔直径、数量、轴承间隙对轴承承载特性的影响。研究发现,在给定条件下,增加孔数,减小孔径并减小轴承间隙时,轴承具有最优承载特性。