基于低居里点PTC材料的风机叶片防冰数值模拟及试验验证

叶片覆冰会严重影响风机的安全稳定运行。目前,电热防冰是最高效可靠的风机叶片防冰方法,但存在防冰区域受热不均匀、局部覆冰以及过多分区导致防冰系统过于复杂等问题。为此提出采用正温度系数(positive temperature coefficient,PTC)材料进行风机叶片自适应电加热防冰的创新方法,通过原位聚合法成功制备了一种低居里点PTC材料,其居里温度点为1℃。随后,基于该材料的阻-温特性,建立了风机叶片的电加热防冰模型,并进行数值模拟。研究结果显示,当采用低居里点PTC材料进行风机叶片电加热防冰时,无需进行防冰区域的分区,就能使得防冰区域受热更加均匀。在一定的工作电压下,低居里点PTC材料在不同环境温度和风速下展现出自适应调节加热功率的能力,并且经过100次循环阻-温测试后,材料仍具有极强的自适应调节能力。最后,通过试验验证了材料的这种自适应调节能力。该研究结果为后续基于低居里点PTC材料的风机叶片防冰系统的研究奠定了坚实基础。

金属屋面系统新型T形连接件抗风性能分析

金属屋面系统对风荷载格外敏感,各屋面构件通过连接件固定,当风荷载较大时容易造成连接失效破坏.根据金属屋面与连接件在风荷载作用下的受力情况及破坏模式,提出一种可自由转动的扣嵌式新型连接件,由连接件的转动来抵消屋面变形及缓解温度应力,使整个屋面系统灵活可变,从而提高整个屋面板的抗风揭性能.通过ANSYS软件建立有限元模型,对新型连接件进行数值模拟分析,获得新型T形连接件的抗风承载力及抗风失效模式,并与原T形连接件进行对比分析,验证新型T形连接件对提高金属屋面系统抗风揭能力的有效性及合理性.

基于液压夹轮制动的门式起重机抗风防滑装置研究

门式起重机作为货物装卸机械的主要机型之一,其动态抗风防滑性能是安全使用的关键因素。针对当前动态抗风防滑装置的研究现状,通过分析液压夹轮器防滑机理,利用传感器技术、液压系统和夹轮器,研发一种门式起重机动态液压抗风防滑装置,实现在带电、停电状态下全过程实施制动,制动响应用时短,能满足不同型号起重机抗风防滑需求。通过试验检测,验证了方案可行性与稳定性,已授权实用新型专利。该装置具有较大的推广价值,为相关门式起重机抗风防滑装置的开发设计提供了参考。

风力发电机叶片防除冰涂层(二):温升数值计算及防除冰性能

针对电热超疏水涂层覆冰过程中表现出的三类不同冰层形貌,该文建立了电加热融冰数值计算模型,并对仿真计算结果进行了相应的试验验证,验证结果与仿真结果基本一致,该模型能有效模拟融冰过程和温度分布。临界融冰功率的计算结果表明,电热超疏水涂层融冰所需功率大于非超疏水电热涂层,尤其在乳突状冰层出现后,融冰功率将大幅增加。电热超疏水涂层防冰试验结果表明,在雨凇覆冰环境中,超疏水性能单独作用时,叶片在覆冰前期能延缓覆冰;电热性能与超疏水性能共同作用时,叶片无覆冰形成。电热超疏水涂层用于风力发电机防覆冰具有较好的效果,但用于覆冰后的融冰时将需要更多的能量。

覆冰条件下风力发电机叶片防/除冰方法综述

覆冰地区的风力发电机叶片覆冰会导致功率损失,及时预防和治理叶片覆冰灾害,有助于保障风力发电机的安全、稳定与可靠运行。该文综述了覆冰条件下风力发电机叶片防/除冰方法的研究现状。首先,介绍了叶片覆冰的机理及覆冰特性,总结了叶片覆冰对其升力系数与阻力系数、功率损失的影响,分析了当前面临的挑战;其次,对现有叶片主动防/除冰、被动防冰及协同防/除冰方法的原理及其优缺点进行了评述,并进行了全面的对比分析;最后,从整体角度对叶片覆冰的关键科学问题及其经济可行性进行了分析,给出了未来的研究趋势,认为电热法、电脉冲法、气动脉冲法、疏冰涂层和含有电热功能的协同防/除冰方法在风力发电机叶片上极具应用前景。

金属屋面系统交接部位防渗漏及抗风设计研究

金属屋面系统以其轻质、美观及造型多样的特点在大型公共建筑屋面项目中得到了大量应用。本文针对金属屋面系统防水和抗风性能的薄弱点,聚焦金属屋面系统的各交接部位,进行了详细的研究和分析,提出了有效的防渗漏及抗风设计方案和措施,可作为该类屋面系统设计的技术参考。

桥梁抗风型TMD对车-桥耦合振动系统减振性能研究

为研究桥梁抗风型调谐质量阻尼器(tuned mass damper, TMD)对车辆荷载引起结构振动的减振效果,并揭示车载作用下的TMD激振机理,提出了基于模态动能演化的多自由度结构TMD控制方法,确定了安装TMD的最优设计参数和布设位置;考虑桥梁有限元模型动力求解的通用性,基于桥梁三维动力分析系统BDANS软件建立了车-桥-TMD动力耦合分析系统;以经典单自由度移动弹簧质量过简支梁模型为研究对象,分析了车-桥-TMD系统振动特性,结合某深水区非通航桥梁抗风型TMD工程实例分析了TMD对车致振动的减振效果和机理。研究结果表明:TMD行程幅值与减振效果呈现正相关特点,即行程幅值越大对车-桥动力效应引起的振动减振效果越好;安装TMD可以显著提高结构的等效阻尼比,满足等效阻尼比>1%的工程需求,提高桥梁结构振动的稳定性;TMD在一定条件下可以减小车辆通过时引发桥梁竖向位移冲击效应,最大可减少3%左右;TMD对车-桥2个子系统的加速度瞬态峰值均起到了一定的抑制效果,尤其对桥梁结构竖向振动加速度作用效果明显,安装TMD后的桥梁跨中竖向振动加速度RMS值减少约20%;对大跨钢箱桥梁而言,相比较小的车辆荷载冲击效应,一阶竖弯呈邻跨反对称特性的桥梁结构在车辆通行过程中更容易激起TMD,使桥梁结构获得更佳的减振效果。

甘薯秧蔓机械化收获防缠绕割台的设计与试验

为解决甘薯秧蔓相互交错缠绕、难以分离导致收获困难的问题,设计了一种甘薯秧蔓机械化收获防缠绕割台,并对仿垄型拨禾切割机构、伸缩弹齿捡拾机构的作业过程进行受力及运动分析,得到其作业参数范围。为避免仿垄型拨禾切割机构和伸缩弹齿捡拾机构在作业过程中发生缠绕,搭建了甘薯秧蔓机械化收获防缠绕割台的试验台架,进行单因素试验,以此来确定仿垄型拨禾切割机构和伸缩弹齿捡拾机构的最佳转速范围;利用Design-Expert 13.0软件中Box-Behnken试验设计方法,研究前进速度、切割转速、捡拾转速三因素两两交互作用对甘薯秧蔓回收率、缠绕程度、伤薯率的影响,并建立回归模型,进行试验参数优化,得到最优工作参数组合,即前进速度0.995 m/s、切割转速61.043 r/min、捡拾转速100.939 r/min,此时甘薯秧蔓的回收率为94.553%、缠绕程度为2.169%、伤薯率为0.213%。为验证最优参数的可靠性,将最优工作参数组合数据化零为整,作为田间试验的作业参数,进行田间试验验证,结果表明:甘薯秧蔓的薯秧蔓回收率为93.55%,缠绕程度为2.42%,伤薯率为0.38%。

新型复式抗风浪养殖网箱的设计及其在海洋环境下的受力计算

深海抗风浪网箱养殖区别于传统近海网箱、围栏等养殖方式,适合发展高经济价值的鱼类养殖,现已成为沿海渔民转产转业的重要方向。为缓解近岸养殖压力、拓宽深海水域养殖,基于中国海域养殖条件,设计了一种可以应对恶劣海况条件的新型复式抗风浪深海养殖网箱。该网箱放弃了传统的浮架和浮圈结构,采用双浮筒可调节结构,以适应不同海域海浪状况,减少因刚性连接而发生的中拱和中垂现象;此外,浮筒与立体浮框连接而成的垂荡体可以提供较大的垂荡以及纵向摇摆阻尼,控制网箱的运动幅度。同时采用莫里森公式和伯努利方程对网箱承受的风、浪、流等环境载荷进行受力计算,并与传统高密度聚乙烯(High density polyethylene,HDPE)网箱进行对比,结果显示新型复式抗风浪网箱比传统HDPE网箱更能承受海洋中的环境负载。研究结果为后续研究和发展大型抗风浪网箱养殖提供了设计参考。

矿井U型工作面火灾烟流危险性控制的模拟分析

为研究局部反风和自动喷淋系统在矿井工作面灾后有效降低烟流危险性的效果,采用FDS软件模拟某煤矿“U”型通风工作面进风侧发生火灾时,风门局部反风、正常通风和自动喷淋系统联动及局部反风和自动喷淋共同作用3种工况下矿井工作面危险因素的变化规律。研究结果表明:仅加入自动喷淋系统时火源点附近温度降幅在20℃左右,能见度、CO_(2)气体体积分数均无显著变化;反风导致风流紊乱,进风侧温度急剧升高,反风的同时加入自动喷淋系统可使得工作面入风侧最高环境温度降幅达100℃,稳态环境温度降低40℃;风门局部反风、火源功率为1 MW时,灾后在180~300 s内采取反风措施最有利于作业人员的疏散;风门局部反风、火源功率为2 MW时,灾后在240 s前采取反风措施最有利于作业人员的疏散。综上,采用风门局部反风和自动喷淋系统联动措施确能更好地控制工作面的烟流危险性,在此基础上提出风门局部反风措施的最佳时间区间。研究结果可为同类型矿井工作面火灾烟流危险性控制提供参考。

大型发电机耐电压试验时的绕组温升现象

本文列举了大型发电机线棒在交流耐电压试验过程中的典型温度数据,对试验过程中的温升现象进行了简要的介绍和分析,通过对温升现象影响因素的阐述,解释了工程实践中经常遇到的问题。目前国内外电机制造企业在制造和安装过程中对线棒耐电压试验产生的温升没有明确的限值规定,作者在大量经验数据的基础上,给出了温升范围的技术性建议,为工程人员提供了参考。

LYQJ40 t-18 m架桥机抗风稳定性能研究

为探究海域风荷载对架桥机抗风稳定性的影响,以采用LYQJ40 t-18 m架桥机安装预制纵横梁的某海域项目为依托,采用谐波合成法模拟风速时程,利用MATLAB软件基于Kaimal谱生成脉动风场,再利用有限元软件对架桥机在最大悬臂工况下的静风荷载、脉动风荷载响应进行了计算,分析架桥机的主梁抗倾覆稳定性。计算结果表明:在静风荷载、脉动横向及竖向风荷载作用下,架桥机主梁的最大应力分别为-132.5、-166.9、-171.2 MPa,均小于许用应力(176 MPa),架桥机支点的反力均为正值,没有支座脱空风险,且抗倾覆系数K>1.5,架桥机不会发生倾覆失稳现象。因此,架桥机在海域风荷载作用下具有良好的抗风稳定性,可保障施工安全。

高海拔大型水轮发电机定子线棒及绕组防晕性能研究

通过建立仿真模型,对某高海拔地区发电机定子线棒及绕组进行仿真计算,探究了定子线棒及绕组防晕设计的合理性。根据设计制造了定子线棒及绕组,并通过试验验证了防晕结构的可靠性。仿真计算结果表明:在海拔高度为3000 m时,定子线棒在运行电压、防晕试验电压、耐压试验电压条件下的过程中最大场强分别为0.32、0.44、0.53kV/mm,最大损耗分别为2.19×10^(5)、1.46×10^(6)、6.34×10^(6) W/m^(3),发电机绕组层间最大电子密度为1.32×10^(17) m^(-3)。对定子绕组斜边间隙进行修正设计后,定子绕组在运行电压、防晕试验电压、耐压试验电压条件下的最大场强分别为0.78、1.50、2.14 kV/mm,最大损耗分别为3.01×10^(5)、6.8×10^(5)、3.23×10^(6) W/m^(3)。试验结果表明:定子线棒能通过40.7 kV电晕试验及73.5 kV耐压1 min试验;定子绕组能通过30 kV电晕试验及52.4 kV耐压1 min试验。随着海拔高度的提升,定子绕组在1.1Un下的紫外光子数逐渐增大,当海拔高度低于3500 m时,紫外光子数均小于1000,表明所设计的绕组防晕性能满足机组设计及运行需求。

直立锁边金属屋面抗风揭及防渗漏施工技术研究

金属屋面在使用的过程中一直面临着防风揭和防渗漏的关键技术问题。为了解决这些问题,以厦门国际博览中心会议中心项目中的金属屋面工程设计施工为背景,系统介绍了金属屋面防风揭和防渗漏的施工创新技术,有效增强金属屋面的抗风揭和防渗漏性能,以提高直立锁边金属屋面结构使用寿命和耐久性。

基于多传热模型数值仿真的风电机组叶片气热防除冰性能强化

风电机组叶片结冰给风电场的运行安全和发电效益带来双重困扰,迫切需求对结冰较严重的风电机组进行除冰。气热除冰是一种叶片主动抗冰技术,热风热量通过导热—对流综合作用由叶片内表面向外表面传递,融化其上覆冰层。单纯从传热流程来看,气热除冰过程中的热对流和热传导流程并不十分复杂,可以通过系统实验和数值模拟2种方法研究其流动传热特性。然而,实验所需条件较为苛刻,实验成本也较高。针对此问题,基于k-ε湍流模型、速度—压力耦合算法及壁面函数等技术建立风机叶片内、外两侧流动与传热耦合模型,分析导热—对流综合作用下的气热防除冰效果,避免传统数值模型只考虑单侧流动与传热的分离式缺陷,能准确获取特定工况下叶片内腔速度场、温度场、压力场以及叶片外壁温度分布,为合理的除冰系统设计及运行控制提供技术指导。研究结果表明:在不同的送风风速下,叶片表面温度分布呈现两端高、中间低的趋势,且随着风速提升,温度不均衡现象得到了明显改善。当送风风速小于15 m/s时,叶片大部分区域表面温度低于0℃,送风风速增大到20 m/s时表面温度低于0℃区域面积显著减少。

基于紧致差分格式的风电叶片抗弯刚度分布辨识

针对叶片抗弯刚度分布难以辨识的实际问题,提出一种基于单点静载挠度拟合和紧致差分格式的叶片抗弯刚度辨识方法,建立叶片静态标定工况弯曲变形数学模型,进一步推导出各截面挠度和抗弯刚度表达式。通过对多支不同型号叶片的分析结果表明,叶中部分抗弯刚度辨识误差均小于5%,验证了该方法的有效性。

防风穿孔铝单板金属屋面系统施工关键技术

以珠海机场综合交通枢纽项目一期工程为依托,针对工程金属屋面对材料强度、性能及外观的要求,采用一种防风穿孔铝单板金属屋面系统。从金属屋面系统优势、结构组成及施工关键技术等方面入手,阐述防风穿孔铝单板金属屋面系统从结构设计到现场施工的整体流程,对抗风揭防渗漏敏感部位进行专项研究,从而推动金属屋面施工技术发展。

基于对抗变分自动编码器的风电机组传动链故障预警

利用状态监测与故障诊断能够确保风电机组运行的可靠性与安全性。为了解决风电机组故障诊断适用性差、精度低的问题,针对风电机组早期故障预警及定位工作,在传动链故障诊断中引入深度学习算法,基于监控数据采集系统提供的数据基础,结合稀疏字典对对抗变分自动编码器(AVAE)进行改进,引入非线性深度表示,以降低数据维数,进而实现对原始数据内在特征的多样化、有效提取。同时,提出了一种AVAE-SDL故障诊断模型,可以有效排除训练过程中随机噪声造成的影响,有利于从高维数据中进一步提取内在特征。案例分析结果证明,AVAE-SDL故障诊断模型能够准确检测出机组故障,不存在误报情况,可作为风电机组传动链故障诊断的可靠工具。

燕麦收获机切-轴流脱粒防缠装置参数优化试验

针对燕麦机械收获过程中因茎秆破碎效果差易导致的茎秆缠绕、筛板堵塞问题,利用自行研制的切-轴流脱粒试验台开展作业优化试验,分析试验台组合参数对作业脱粒质量和防缠绕能力的影响规律。以试验台滚筒工作状态转速差和脱出物中籽粒质量为主要性能指标,开展了轴流滚筒转速、切-轴流双滚筒水平方向中心距和垂直方向高度差的正交试验。结果表明:在轴流滚筒转速800r/min、滚筒水平中心距800mm、垂直高度差50mm时,脱粒装置防缠绕性能较好,轴流滚筒转速波动在0~16r/min范围内;在轴流滚筒转速900r/min、滚筒水平中心距750mm、垂直高度差为0时,组合装置的脱粒效果较优;试验台优化后参数组合可信,破碎防缠效果提升显著,滚筒工作状态平稳。研究结果可为燕麦及其他杂粮收获机械的研制改良提供参考。

我国海上风电发展现状与趋势综述

近年来,在碳达峰目标与碳中和愿景下,海上风电在我国取得了长足的发展。分析了我国目前海上风电的发展现状与未来规划,对海上风电装机规模、新增机型以及采用的技术路线进行了汇总。重点介绍了海上风电基础型式、防腐技术和运维技术,其中,漂浮式海上风电是基础型式研究的重点,运维巡检和运维管理系统是风电运维技术研究的重点。通过分析海上风电的发展状况,整理了各项技术的主要技术路线和先进成果。最后,基于目前国内的技术发展现状及需求,对我国海上风电未来发展趋势进行展望。