高速S-CO_(2)向心透平几何参数优化及变工况特性分析

透平是热力循环中实现热功转换的核心设备,优化透平几何参数以改善气动性能,是提升系统热效率的关键。该文以面向某船舶主机烟气余热利用的超临界二氧化碳布雷顿循环透平设计参数为基础,给出向心透平主要几何参数,采用耦合CO_(2)真实物性参数的CFX仿真方法,分析几何参数动、静叶包角以及叶轮出口几何角对透平性能的影响规律并进行参数优化,进一步研究非设计工况下的透平运行特性。结果表明:增大静叶包角会使动叶前缘出现扰动涡流并减少余速损失,增大叶轮出口几何角,动叶包角对透平效率的影响规律不变,但效率峰值点会沿动叶包角减小的方向移动;动、静叶包角和叶轮出口几何角分别为49°、21.5°、25°时透平设计点总-静等熵效率高达87.99%,相比优化前,提高0.54个百分点;透平偏离设计点±20%工况下等熵效率大于80%。结果可为超临界二氧化碳高速向心透平设计提供一定参考。

R32热泵系统稳定性与变工况特性实验研究

实验研究了变热源进口温度工况和变热水进口温度工况下膨胀阀开度对R32热泵系统稳定性和系统性能的影响规律。结果表明:不同工况下系统存在不同的过热度振荡区间,且热源进口温度对起始振荡过热度的影响较显著,而热水进口温度对其影响则不明显;变热源进口温度(15~25℃)工况下,制热量随着过热度的变化呈现不同的变化规律,而其COP则呈现相同的变化规律,且系统均在过热度振荡区间内获得最大COP;变热水进口温度(30~40℃)工况下,制热量和COP均随着过热度的变化呈现相同的变化趋势,且两者均在过热度振荡区间内取得最大值;热源进口温度的升高和热水进口温度的降低均可使系统获得的最大制热量和最大COP增大,且两者在热源进口温度为25℃时分别为9.287 kW和4.646,而在热水进口温度为30℃时则分别为9.148 kW和5.665。

变工况下动态卷积域对抗图神经网络故障诊断

针对基于无监督域自适应故障诊断方法忽略了域间数据结构信息、传统域对齐平均最大差异法全局泛化能力差等问题,本文提出一种基于无监督域自适应理论的动态卷积域对抗图神经网络故障诊断模型,分别通过对数据的类别标签、域标签和数据结构信息进行建模。通过分类器和域鉴别器分别建模类别标签和域标签,通过图神经网络将数据结构信息嵌入到实例图节点中,利用高斯Wasserstein距离来度量不同领域的实例图之间的差异。本文对比了不同工况下共14种迁移任务在各模型下故障识别的准确率。实验结果表明:基于动态卷积的域对抗图神经网络模型在变工况下的故障诊断效果均优于其他对比模型,且模型性能稳定。

域对抗图卷积注意力变工况故障研究

针对滚动轴承在变工况环境中网络特征提取能力不足的问题,提出了一种域对抗图卷积注意力迁移学习的故障诊断方法(DAGRESL)。首先,通过残差神经网络(residual network, Resnet)提取输入的轴承故障信息特征并通过Simam注意力模块增强Resnet的特征表达能力;其次,利用图生成层学习Resnet的特征数据并挖掘样本结构特征之间的关系来构造实例图;然后,利用图卷积网络(graph convolutional network, GCN)对实例图进行建模;最后,利用域判别器和局部最大平均差异(local maximum mean discrepancy, LMMD)对齐子域和全局域之间的分布并通过标签分类网络完成故障分类。通过在SQI-MFS轴承数据集的实验结果证明了所提出的DAGRESL模型能够精准地区分变工况轴承故障类型,有效解决了滚动轴承在变工况环境中网络特征提取能力不足的问题。

前置暖风器电站锅炉烟气余热回收系统多参数设计与变工况运行策略

针对前置暖风器烟气余热回收系统,建立了多参数设计优化与变工况特性计算模型,开展了系统的多参数优化,并提出了运行参数控制策略。结果表明:多参数优化后系统在设计工况下的节煤率为3.67 g/(kW·h);多参数优化后的系统在变工况下虽能保持较高的节煤率,但系统的安全性受到环境温度和负荷的严重制约;采用所提出的控制策略可使系统在100%额定负荷下,安全运行的环境温度下限从24℃扩展至-3℃,显著提高了系统优化的综合效果。

考虑设备变工况特性的园区综合能源系统双层优化

园区综合能源系统通过整合多种能源设备为用户提供可靠的能量供应,但设备的变工况特性给容量配置的合理性及调度方案的准确性带来了严峻挑战。为此,提出了一种考虑变工况特性的综合能源系统容量与调度双层优化方法。首先,采用改进的核密度估计法构建更准确的能源供需场景。其次,基于极致梯度提升算法,建立设备效率修正模型以表征设备的变工况特性,并考虑温度对设备寿命的影响,将老化成本纳入目标函数进行优化。然后,提出最优负载率跟踪策略,通过解耦调度过程中输出、效率和负载率三者的关系,主动调节能量转换设备的输出比例,实现系统的柔性供能。最后,通过仿真结果表明,所提方法考虑了设备的变工况特性,不仅提高了设备模型的准确度,还增强了配置方案的科学性和调度方案的经济性。

小尺寸无静叶对转风扇/压气机气动设计与变工况性能分析研究

无静叶对转风扇/压气机能有效减小发动机陀螺力矩,在轴向长度方面具有优势。然而,无静叶往往导致下游叶片攻角变化较大,变工况性能难以保证,且这一特点随叶尖切线速度的增大而恶化。本文利用小尺寸涡扇发动机风扇叶片根部周向速度较低的特点,尝试对其进行风扇与压气机无静叶对转方案设计。通过速度三角形分析了无静叶对转风扇/压气机的性能特点,开发了无静叶对转风扇/压气机一维设计程序进行参数方案的筛选优化,设计得到小尺寸无静叶对转风扇/压气机构型方案,设计点效率为85.1%,压比为3.16。结果表明,对转压气机的下排叶片相对进口气流角的变化范围较常规转叶+静叶相对进口气流角范围更小,而对转下排叶片的进口速度却将增大1.5~3倍,因此,需要合理选择对转风扇/压气机的轮毂比及转速比,才能保证对转风扇/压气机变转速工况下的设计点效率及失速裕度。减小对转风扇/压气机转速比有利于提高设计点效率和裕度,但本文受发动机总体指标限制,对转速比选择进行了折中。

汽轮机当量配汽级组变工况计算方法

将汽轮机主汽阀至一段抽汽口视为当量配汽级组,建立不同总阀位指令下的当量配汽级组特性曲线,进而实现包含总阀位指令信息的汽轮机配汽端特性的变工况计算。经验证,当量配汽级组简化仿真计算与汽轮机配汽端全面仿真计算结果趋于一致。该方法计算简便,符合试验机组的实际特性,满足工程应用的要求。

生产调度与可靠性耦合的变工况再制造系统维护建模

针对变工况下的多工序再制造系统,提出生产、设备衰退和系统维护之间的耦合建模方法.首先引入考虑设备可靠性的动态生产优先级并据此生成生产调度计划,进而基于变动生产计划建立设备的变工况故障率模型,在此基础上,考虑生产的动态性和设备衰退的不确定性,构建基于双生产周期优化的再制造系统动态维护决策模型.算例分析表明,该模型可有效提高系统生产净收益且相对于传统生产和维护决策方法更具优势.

基于小型ORC涡旋膨胀机变工况特性研究及实验验证

涡旋膨胀机作为有机朗肯循环(organic Rankine cycle,ORC)核心部件之一,其运行特性直接影响了ORC的性能。首先,建立了涡旋膨胀机的三维瞬态仿真模型,通过数值模拟的方法,系统地分析了不同工况下吸气压力、排气压力、转速和对涡旋膨胀机输出功率和等熵效率的影响;其次,分析了不同工况对涡旋膨胀机瞬态性能的影响,较为全面地分析了其中的机理;最后,通过实验室搭建的ORC低温余热无油发电系统试验台验证了数值模型的准确性,实验结果与数值模拟结果吻合良好,验证了数值模拟方法的可靠性和适用性。研究结果对涡旋膨胀机的设计和优化具有重要的参考价值。

基于递推PCA的变工况中央空调系统故障诊断

由于节能以及用户需求等原因,中央空调系统(HVAC)设定温度和风量等工况时常发生改变,这会导致系统模态发生变化,给故障诊断增加难度。为此开展了中央空调变工况下的故障诊断方法研究,首先为了准确模拟HVAC系统变工况及其典型故障,通过专用建筑能源模拟器TRNSYS软件进行建模,并实时采集HVAC系统各传感器数据,随后针对传统PCA算法模型无法适应系统工况变化,容易出现大量误报的问题,发展一种递推主元分析(RPCA)方法,通过利用传感器输出的新数据在线更新原始的PCA模型,即对数据矩阵的均值、方差等进行更新,解决了HVAC系统变工况时参数动态变化所引发的误报的问题,最后基于TRNSYS和MATLAB联合仿真,验证了所提方法的有效性和优越性。

大功率汽轮机滑动轴承箱变工况性能研究

本文通过对某大功率汽轮机滑动轴承箱的受力情况进行简化理论建模,重点对稳定工况、变工况条件下轴承箱的受力进行分析,采用两种不同方法对轴承箱的变工况性能进行稳定性评估。基于有限元方法对轴承箱的空载工况、稳定工况以及变工况的刚性进行对比分析,结果表明稳定工况下的轴承箱弯曲静刚度和轴向静刚度均处于最高水平,且变工况会导致轴承箱静刚度水平显著下降。对变工况性能要求高的轴承箱而言,调整推拉键高度可以用于改善轴承箱刚性设计。

压缩空气储能系统动态建模与变工况特性的研究进展

压缩空气储能技术是1种极具潜力的大规模储能技术,可以促进可再生能源的消纳,对我国如期实现碳达峰碳中和的“双碳”目标具有重要的意义。对压缩空气储能技术的发展背景和研究现状作了介绍,梳理了压缩空气储能系统的动态建模、系统仿真与变工况特性等方面的研究进展,总结了目前相关研究存在的缺陷,为压缩空气储能技术的发展给出了一些举措及建议。

基于改进卷积神经网络的变工况轴承故障诊断

原始信号中的故障特征随工况变化而散布在不同的观测尺度上,针对传统卷积神经网络(CNN)模型仅从单一尺度提取特征,容易出现域移现象并丢失其他尺度信息的问题,提出了基于多尺度自适应加权卷积神经网络(MSAWCNN)的故障诊断模型。首先,采用多个尺度的卷积核并行提取不同观测尺度上的特征;然后,引入自适应加权结构,动态调制多尺度特征以削弱运行条件对特征表达的影响;最后,使用全局均值池化(GAP)层代替全连接层,减少运算量并避免过拟合。利用西安交通大学转速连续变化的轴承数据集进行试验验证的结果表明:MSAWCNN模型的平均准确率达99.69%,具有较强的抗噪性,能从多个尺度全面地提取故障特征,适用于变工况下的轴承故障诊断。

基于多教师知识蒸馏的变工况轴承故障诊断方法

轴承在不同运行工况下所产生的故障数据存在分布差异,导致训练的智能故障诊断模型的诊断性能不佳。为此,提出一种基于多教师蒸馏的变工况轴承故障诊断方法。基于多源域迁移将所提方法分为2个阶段进行迁移:先将多个工况知识迁移到中间域模型中,聚合源域通用知识后再通过目标域中少量样本对模型进行微调,完成目标域适应;再使用集成分类器将得到的公共特征进行故障分类,得到故障诊断结果。实验结果表明,所提方法可在少量目标工况标记样本条件下对不同工况故障进行有效诊断,具有较高的准确性和泛化性。

空冷机组汽轮机主轴直接驱动给水泵的变工况运行仿真试验

汽轮机主轴直接驱动给水泵技术是一种全新的给水泵驱动方式,目前国内尚无成熟的运行经验。针对采用该技术的某350 MW直接空冷机组进行了系列变工况运行仿真试验。结果表明:对于配置1台100%容量主机泵和1台50%容量备用泵的机组,该技术完全能够满足在机组背压快速变化、负荷变化及给水泵故障等工况下给水流量的需求。

基于多源域混淆蒸馏的变工况轴承故障诊断方法

针对新工况下标记的故障样本不足和信号分布有差异等问题,提出基于多源域混淆蒸馏的轴承变工况故障诊断方法,将域混淆方法与多教师知识蒸馏方法相融合。首先,令每个源域模型在互相蒸馏的过程中混淆所提取的特征,在提取源域不变信息的同时抑制源域特异信息;然后,在目标域模型中蒸馏整合所有源域不变信息;最后,利用目标域数据进行模型迁移,以有效改善多个源域迁移时效果不稳定的现象。经实验验证,该方法可以通过多种已知工况数据实现对目标工况数据的故障诊断,准确率较高。

透平轴向推力变工况特性分析及预估

透平运行过程中,流量、进排汽参数、抽汽量等发生变化时,整体轴向推力数值也将出现极大波动,甚至方向可能发生变化,同时,透平也有可能出现事故运行工况,此时各方面参数可能出现较大异常。在透平设计及运行过程中,必须综合考虑各工况轴向推力变动情况,将各工况的轴向推力控制在合理范围,进而掌握平衡或降低异常趋势的必要手段,提高机组运行的安全性及经济性。本文从透平轴向推力的原理出发,分析轴向推力的变工况特性,进而可以对透平不同工况的轴向推力进行预判,指导透平的安全及经济性运行。

某型汽轮滑油泵变工况转速波动较大问题

某型汽轮滑油泵在配合系统做变工况试验时,机组转速波动大的问题常有发生。针对这一问题,通过详细分析变工况试验中记录的数据,对可能的问题原因展开分析和排查。初步明确问题发生的原因之后,有针对性地进行试验验证。该问题的研究有助于避免汽轮滑油泵在变工况时发生较大的转速波动,进而保障机组的安全稳定运行。

变工况下齿轮减速箱典型故障动力学仿真研究

考虑到齿轮传动系统的工况复杂性以及齿轮故障实验存在周期长、成本高的问题,采用SolidWorks三维建模软件建立了齿轮箱各部分三维实体模型,并分别建立了裂纹、断齿故障齿轮模型。利用ANSYS对研究的齿轮进行了柔性化处理,并对正常齿轮与齿轮裂纹、断齿模型在稳定工况与变速工况下进行了ADAMS动力学仿真。通过分析故障状态下齿轮振动加速度的时、频域图,结果表明,在稳定工况下,断齿齿轮产生的振动最剧烈,呈周期性,裂纹齿轮会在运转初期产生较大振动;在变速工况下,随着速度的增加,齿轮产生的振动幅度越来越大,而随着速度的减小,振动幅度越来越小。