Single-acting double-stator multi-pumps and multi-motors

We investigated a series of novel motors and pumps with a new structure called double-stator. Double-stator can be used as pump or motor just for the working condition on demand. A certain amount of pumps or motors are formed in one shell and these subpumps or submotors can work alone or in company without influence on other pumps or moters. This kind of double-stator pumps (motors) are called multi-pumps (multi-motors). Through the analysis of multifarious connection modes of single-acting double-stator multi-pumps and multi-motors, the mathematical expressions of output flow rate, rotational speed and torque are acquired. The results indicate that different flow rates can be provided by one fixed displacement double-stator multi-pump system under the condition of an unalterable driven speed. Likewise, under the terms of a fixed input flow and without complex variable mechanisms, the functions of double speeds, multiple speeds and even differential connection can be realized by a double-stator multi-motor system with various output rotational speeds and torques.

Control characteristics of D + A combined multi-pump controlled system

In order to solve the flow mismatch problem between pumping source output and workload demand,a novel configuration of D + A combined multi-pump controlled hydraulic system,similar to a pump-controlled system,is proposed for a large power hydraulic system in this study. This novel configuration consists of several parallel fixed displacement pumps of different sizes and proportional variable displacement pumps,which is controlled by digital signal( on/off) and analog signal respectively( D + A pumps). The system flow is divided into two parts,one is the total flow from fixed displacement pumps,and the other is the rest desired flow supplied by variable displacement pumps to smooth and improve the demand flow. First,basic design principles and evaluation indicators of the proposed system are introduced. Then,a flow state matrix of the binary-coding digital pumps( 1: 2: 4) is obtained to provide the control signals of pumps. Experimental results show that the system output flow tracks well with acceptable flow deviation,though a little lag behind input signal.

Output speed and flow of double-acting double-stator multi-pumps and multi-motors

The primary focus of this study was to investigate a series of novel motors and pumps,based on a new type of structure called double-stator.The double-stator structure can be used as pump or motor just based on the application requirements.A certain amount of pumps or motors can be formed in one shell,and these sub-pumps or sub-motors can work alone or be combined without influence on each other.So this kind of double-stator pump(motor) is called a multi-pump(multi-motor).Through the analysis of multifarious connection modes of the double-acting double-stator multi-pumps and multi-motors,the mathematical expressions of the output flow rate and the rotational speed are acquired.The results indicate that a quantity of different flow rates can be provided by one fixed-displacement multi-pump under the condition of unalterable driven speed by electromotor.Likewise,when supplied by settled input flow,without complex variable mechanism,the functions of double-speed,multiple-speed,and even differential connection can be obtained by employing the use of a double-stator multi-motor.The novel hydraulic transmission is made of such a double-stator multi-pump and multi-motor,and has broad application prospects.

Theoretical analysis of output speed of multi-pump and multi-motor driving system

A theory for multi-pump and multi-motor hydraulic systems is presented in this paper based on the analysis of the advantages and disadvantages of the popular hydraulic transmission and the double-stator motor(pump).By taking the single-acting fixed displacement multi-pump and multi-motor driving system as an example,the output speeds in a variety of connections of this novel hydraulic transmission are analyzed theoretically.This research work lays a theoretical foundation for the study of the multi-pump and multi-motor driving system and for the design of the system principle diagram.

Pipelines vibration analysis and control based on clamps'locations optimization of multi-pump system

The violent vibration of hydraulic pipelines in aircraft may cause faults or even an accident,especially for the large aircraft with the multi-pump system because of different vibration sources and complex pipelines system.Aiming to the vibration analysis and control of the multipump system,this paper proposed the clamps’locations optimization to minimize the system impedance at vibration frequencies.Firstly,the models of the flexible clamp and other components in multi-pump system were established,based on which,the system impedance was calculated by using Transfer Matrix Method(TMM);Secondly,the objective function is defined as weighted sum of system impedance at frequencies of different vibration sources.Then,the clamps’locations were altered to change the system impedance.Moreover,The Chaotic Swarm Particle Optimization(CPSO)algorithm was applied to obtain the optimal clamps’locations and the minimum value of objective function which decreased by 36.4%compared to the value of original clamps’locations;Finally,the experiments from vibration and pressure test with original and optimized clamps’locations verified the effectiveness of the system impedance calculation and clamps’locations optimization method.

一种挖泥船最小能耗工作点计算选取方法

[目的]为了解决挖泥船短排距工况下高能耗的问题,提出一种最小能耗工作点的计算选取方法。[方法]基于前期研究建立的泥泵排压、管道阻力、关键流速和泥泵汽蚀等相关模型,以单方能耗最小为目标,采用施工人员最为熟知并方便控制的泥泵转速为优化变量,运用输送系统最佳流速搜索和多泥泵转速优化相结合的双重优化方法,实现挖泥船多个泵串联最小能耗工作点的计算选取,并以配置有3台不同型号离心泵的“新海狼”号挖泥船在特定工况条件下施工为案例进行算法验证。[结果]结果显示,经所提算法模型优化后的工作点单方能耗比最大产量工作点的单方能耗降低了11.8%。[结论]研究成果的应用能有效弥补已有以施工能力(最大产量)为目标的优化施工方法,为疏浚工程的节能减排工作提供参考。

计及深度调峰的风-光-水-火-抽蓄多能源联网系统优化调度研究

多种能源联网运行逐步成为未来电力系统发展的方向,多能源联网系统的优化调度是应对规模化新能源并网消纳的重要手段。文中建立了计及火电机组深度调峰成本的风-光-水-火-抽蓄联网系统成本模型和考虑调峰主动性的风-光-水-火-抽蓄联网系统日前优化调度模型。针对多能源耦合系统结构复杂的情况,提出了分层优化调度的模型求解策略。上层模型以净负荷波动最小为优化目标,得到等效负荷曲线;下层模型根据上层模型的调度结果,以调峰运行的经济性最优和新能源弃电率最低为目标函数,计及调峰主动性,求解考虑火电机组深度调峰煤耗特性的含新能源系统的经济调度问题。仿真算例表明所建模型实现了多能源联网系统的互补运行,提升了火电机组的深度调峰能力,降低新能源弃电率和系统运行成本。

多泵切换对数字液压传动风力机工作特性影响的分析

多泵数字液压传动风力机可根据风速大小使相应排量液压泵参与工作,使液压风力机在整个工作风速范围内始终保持高效。但不同排量液压泵参与工作的切换会造成风力机液压传动系统流量发生突变并产生压力冲击,影响风力机工作特性和风轮对风能的吸收。在分析多泵数字液压传动风力机工作原理的基础上,对5 MW级多泵数字液压传动风力机的方案进行设计和AMESim仿真建模;进行恒定风速和变风速条件下液压泵工作切换的仿真研究,得到多泵切换时液压风力机的风能利用系数、液压系统流量、压力等工作特性的变化规律;搭建了5 kW风能能量多泵数字液压传递半实物仿真实验平台对仿真结果进行实验验证;研究结果为多泵数字液压传动风力机风能高效利用和稳定运行提供理论依据和技术参考。

沙粒质量分数对油气混输泵过流部件磨损的影响

为研究沙粒质量分数对油气混输泵过流部件磨损的影响规律,基于DPM模型对油气混输泵内部的沙粒运动进行数值计算,并采用Finnie磨蚀模型计算油气混输泵过流部件的磨蚀率.研究结果表明:在沙粒质量分数较小时,沙粒与流体介质混合均匀;随着沙粒质量分数的增大,增压单元内的沙粒局部质量浓度显著增大,沙粒集中在叶轮压力面及导叶流道中部;沙粒质量分数增大会使磨损区域和磨损率急剧增大;在叶轮域中,磨损首先发生在压力面出口处,吸力面则在进口外缘发生点状和条状磨损;在导叶域中,压力面的磨损主要发生在外缘处,吸力面的磨损主要发生在进口轮毂处;从定量分析看,叶轮叶片表面的磨蚀率普遍大于导叶叶片表面的磨蚀率,磨损最严重的位置为叶轮叶片进口靠近轮毂处.研究结果可为改善油气混输泵抗磨损性能以及提高油气混输泵实际运行寿命提供一定参考依据.

基于Links-RT的数字液压风力机半实物仿真系统设计

数字液压风力机可根据风速大小使相应排量液压泵参与工作,使液压风力机在整个工作风速范围内始终保持高效。由于大型风力机不具备开展实验研究的条件,且风力机中的液压系统具有较强的非线性,为了准确研究数字液压风力机多泵切换时系统工作特性的变化规律,提出了一种基于Links-RT的数字液压风力机半实物仿真系统,并对数字液压风力机风轮特性模拟和最大功率跟踪控制进行设计。通过风速阶跃变化、恒定风速时多泵切换、渐变风速多泵切换3种工况下数字液压风力机工作特性的实时仿真测试,验证了数字液压风力机半实物仿真系统的正确有效性,为数字液压风力机的稳定运行和风能高效利用提供理论依据和技术参考。

深海泥浆举升泵设计与水力特性研究

泥浆举升离心泵作为无隔水管泥浆循环钻井的核心功能单元,作用是驱动储存在吸入模块中的泥浆携带岩屑沿上返管线回流至钻井平台。以往的无隔水管泥浆循环系统以圆盘泵作为举升单元,围绕圆盘泵做了具体的结构设计和理论分析,对于水力性能更好的多级离心泵研究较少。以多级离心泵作为研究对象,介绍其设计的理论依据及具体的参数,采用CFD-DEM耦合计算的方法构建离心泵的计算模型,进行了全尺度流场模拟,对离心泵的叶轮设计、流场和内颗粒分布规律、泥浆携岩运移规律进行了探讨。计算结果验证了离心泵在设计工况下具有较好的颗粒通过性。基于泥浆举升试验台,对离心泵样机进行了水力性能试验,测试结果表明该泵具有较好的工作特性,其水力性能达到设计要求,可以应用于深海无隔水管钻井作业。

热泵精馏耦合吸收处理含盐氨水

针对含盐氨水的回收与处理,利用蒸发除盐、精馏脱氨并耦合吸收制备一定浓度的氨水。采用一系列节能技术对蒸发和精馏进行计算优化,即双效蒸发与塔顶蒸汽直接压缩热泵精馏耦合吸收工艺(SchemeⅠ)、热泵蒸发与塔顶蒸汽直接压缩热泵精馏耦合吸收工艺(SchemeⅡ)和热泵蒸发与塔底闪蒸再压缩热泵精馏耦合吸收工艺(SchemeⅢ)。选用ELECNRTL电解质模型计算物系的热力学数据和相平衡数据,并以年总费用、综合能耗和热力学效率等作为工艺评价指标,对提出的以上3种处理工艺进行模拟与优化。研究结果表明,与SchemeⅠ相比,SchemeⅡ和SchemeⅢ可分别节省年总费用22.18%和31.66%;节约能耗47.56%和57.87%;而热力学效率则分别提高了8.59%和2.28%。显然,SchemeⅢ在年总费用与能耗方面更具优势,SchemeⅡ在热力学效率方面更具优势。

基于多目标遗传算法的斜盘式轴向柱塞泵低脉动结构优化设计

由于轴向柱塞泵的非对称结构特性,其输出压力和输出流量存在脉动特性,对液压系统的输出稳定性和可靠性造成影响,因此提出了一种基于多目标遗传算法的斜盘式轴向柱塞泵低脉动结构优化设计方法。首先,通过CFD(computational fluid dynamics,计算流体动力学)仿真分析方法,对轴向柱塞泵上/下死点位的压力-流量脉动的产生机理进行了分析;其次,对阻尼槽结构参数对轴向柱塞泵输出压力-流量脉动的影响规律进行了分析,构建了阻尼槽结构的多目标优化模型;最后,求解了低脉动阻尼槽结构。优化后的结构参数:阻尼槽半径为2.21 mm,阻尼槽长度为10.32 mm,阻尼槽错配角为16.54°。优化后压力脉动率为0.59%,相比于优化前的0.75%降低了0.16%,脉动幅值为0.25 MPa;优化后流量脉动率为12.02%,相比于优化前的5.61%降低了43.59%。研究结果为轴向柱塞泵低脉动结构的优化设计提供了有效的理论支持和实践指导。

梯级泵站事故停机输水明渠水力过渡过程研究

为解决梯级泵站系统因超负荷、大流量、高水位运行出现垮渠、跳闸停机等事故,而导致水力过渡过程中出现进水前池被抽干或漫顶等问题,以甘肃省景泰川电力提灌二期工程长距离输水明渠为研究对象,在多梯级泵站事故停机产生溢流的工况下,基于Realizable k-ε和VOF模型进行数值模拟计算,分析景电二期工程1#~7#干渠在调蓄系统作用下,不同渠长、坡降的水面线以及水力振荡分布规律。结果表明:泵站停机后水位出现升降交替的水力振荡现象,影响各泵站波峰水位高度不一致的主要原因是渠道坡降;不同参数特征的渠道壅水波运动的回溯距离不同,溢流堰上发生溢流的时间主要在第一次水位振荡过程中。

基于聚光光伏光热的太阳能供暖系统性能优化

以北京市某办公建筑为供暖对象,提出由聚光光伏光热单元、光伏单元以及空气源热泵(CPVT-PV-ASHP)耦合的清洁供暖系统。基于Trnsys和Grasshopper平台搭建系统的动态仿真模型和优化模型,以CPVT光伏电池板面积为决策变量,采用超体积计算法(HypE)求解,探究系统在节能性、经济性和改善热泵性能方面的平衡。结果显示,在空冷型CPVT和水冷型CPVT中光伏电池板面积分别为10.9 m^(2)和2.3 m^(2)时取得最优解。此时系统的一次能源消耗量为-1 016.1千克标准煤,热泵平均能效比(COP)为3.72,投资回报周期为2.95年。与其他系统相比,CPVT-PV-ASHP系统在节约能耗、改善热泵性能等方面优势显著。

基于多领域耦合建模的轴向柱塞泵故障诊断方法

针对轴向柱塞泵传统单一领域建模方法存在的建模困难、仿真精度低以及故障诊断所需故障样本不足的问题,开展基于多领域耦合建模的轴向柱塞泵故障诊断方法。利用Simscape构建轴向柱塞泵多领域耦合模型,并对柱塞泄漏、主轴轴承磨损以及组合故障3种常见的故障进行模拟,再通过故障注入技术和MATLAB快速重启功能获取多种工况、不同故障程度下的压力和流量数据;随后从时域和频域对故障数据进行特征提取,同时利用单因素方差分析对故障特征进行选择;最后利用得到的特征对K邻近、朴素贝叶斯、决策树、神经网络、支持向量机等5种故障诊断算法进行训练,得到故障诊断准确率最高的算法,其平均诊断准确率为98.5%。该方法提高了轴向柱塞泵多领域耦合建模的精确性,实现了对轴向柱塞泵的有效故障诊断。

SVM方法在某多级离心泵故障诊断中的应用

针对实际工程中多级离心泵故障样本难获取的现象,通过多级离心泵故障模拟试验台模拟实际产品的碰摩、不对中、不平衡三种典型故障,基于支持向量机(Support Vector Machine,SVM)建立故障诊断模型的方法实现故障的分类。采用集合经验模态分解(Ensemble Empirical Mode Decomposition,EEMD)算法提取振动信号的时频域特征,结合时、频域和信息熵特征构造高维特征样本后,以主成分分析(Principal Component Analysis,PCA)优化输入样本质量,实现对故障的高效分类。另外,对比分析SVM和反向传播(Back Propagation,BP)神经网络的分类效果,表明SVM模型分类的效果更好,在多级离心泵的故障诊断中具有良好的适用性。

基于零声子线泵浦的高效率Yb∶YAG薄片激光器

高功率激光器在工业应用领域的需求不断增长,提高光-光转化效率是降低其生产制造成本的关键途径。针对提高激光器光-光转化效率所面临的增益介质的热负荷问题,利用锁定波长的969 nm“零声子线”泵浦、自主研制的高性能Yb∶YAG薄片晶体和48冲程泵浦系统等,搭建了高效的连续Yb∶YAG薄片激光器系统,实现了最高输出功率373 W,光-光转化效率可达73.37%。其优异性能为后续开展千瓦级超快Yb∶YAG薄片激光器研究奠定了基础。

多水源地长距离供水工程恒定流水力仿真研究

本文基于压力管道水力学基本理论,针对长距离多泵站、多水源地供水联合运行问题,建立供水工程管网系统恒定流水力仿真模型,分别求解日常运行、常规检修与应急抢险等不同工况下管网系统中各点的压力与流量变化情况,从而检验系统的运行情况。结果表明,各工况下该供水系统压力极值都符合管道的承压标准,具备安全过流条件,可为类似供水工程的运行提供一定的参考作用。

利用数据中心余热供热的系统设计与分析

数据中心余热供热是提高数据中心能源利用效率和实现冬季清洁供暖的重要途径。本文提出了一种适用于数据中心的长距离供热系统,在热源和热汇处设置多级热泵以增大供热管网供回水温差,并使用储热装置保障数据中心和供热系统的安全性,提高数据中心余热利用率。以张家口某数据中心为例进行了分析,该系统初投资为50.21元/m^(2),运行费用为26.37元/GJ,投资回收期约为5.31 a,具有较好的经济性和节能减排效果。