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.

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。

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。

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.

考虑调节费用补偿的海水抽蓄优化定容策略

通过海上风电与海水抽蓄联合运行参与电网的调峰调度,可有效促进海上风电消纳,助力电网调峰,但需要进行海水抽蓄多目标优化定容研究,解决海水抽蓄成本回收问题以及多目标之间的主观偏好与客观冲突对优化决策的影响等关键问题。为此,本文提出了考虑调节费用补偿的海水抽蓄多目标优化定容方法,通过海水抽蓄调节费用双向补偿机制,保障抽蓄调节利益;考虑风电不确定性,计及风蓄联合出力跟踪电网负荷误差最小、海上风电运营效益最大和海水抽蓄收益最大,建立风蓄联合运行多目标优化模型,实现多主体利益共赢。以双向补偿电价、海水抽蓄上水库容量、海水抽蓄机组容量为优化决策变量,通过NSGA-Ⅱ方法优化得到Pareto前沿解集;通过K-means算法对Pareto前沿解集进行聚类作为备选方案;采用层次分析法-熵权法进行主、客观赋权;通过TOPSIS方法将备选方案与理想方案比较排序选出最优解。仿真算例结果验证了本文海水抽蓄优化定容方案能够兼顾新能源消纳效果与多主体利益共赢。

基于FPCB绕组的导管泵用电动机设计及损耗分析

基于无槽无刷直流电动机具有体积小、功率密度高、无齿槽转矩的特点,采用柔性印刷电路板(FPCB)技术设计了一种导管泵用无槽无刷微型直流电动机,提出了基于3D多物理场耦合模型分析方法,对导管泵用无槽无刷微型直流电动机进行了损耗分析和优化设计.结果表明:导管泵用无槽无刷微型直流电动机的铜损占整个电动机损耗的88%左右,是导致电动机发热的主要原因;在温度场仿真中,温度变化会改变电动机损耗,影响电动机输出转矩;在流场仿真模型中,电动机温度会使人体血液温度升高,影响血液相容性;流动的血液会带走部分热量,降低电动机温度;绕组优化后的导管泵用电动机输出转矩得到提高,损耗得以降低.

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.

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。

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Fluent的多级串联喷嘴液气射流泵的抽气性能研究

为提高液气射流泵的抽气性能,在其主喷嘴后设置了多级串联喷嘴,通过Fluent软件对常规液气射流泵和多级串联喷嘴液气射流泵内气液两相流体运动情况进行了数值模拟,对比分析了相同工况下两种类型液气射流泵的抽气性能、压力场分布、速度场分布和气相体积分数分布。结果表明:在工作流体进口压力(表压)为0.3 MPa、0.35 MPa和0.4 MPa下,多级串联喷嘴液气射流泵的抽气性能较常规液气射流泵分别提高了18.1%、13.4%和20%,多级串联喷嘴结构有利于气液两相流体的混合和动量交换。研究结果对液气射流泵的优化设计和抽气性能提高具有一定的参考意义。

泵控多连杆式起竖系统自抗扰力同步控制

针对泵控多连杆式起竖系统存在的非线性、模型不确定性和双缸不同步引起的力纷争问题,提出一种双缸起竖系统自抗扰力同步控制设计方法。考虑多连杆起竖机构运动学特性和闭式泵控液压系统的压力流量动态,建立多连杆式起竖系统动力学模型,通过扩张状态观测器估计系统干扰和模型不确定性,以在控制器设计过程中进行补偿,同时融合复合力同步控制方法,增强系统克服负载偏载、外干扰等引起的力纷争。基于Lyapunov理论分析证明了多连杆式双缸起竖系统的渐近跟踪和力同步性能。通过中速和快速恒功率起竖对比试验,验证所提自抗扰力同步控制策略的有效性,获得了良好的起竖跟踪和力同步控制性能。

基于需水过程线的多级泵站扬水灌区供需水量优化调度

为了改善红寺堡扬水系统供需水量在时间维度上存在的不协调问题,以需水过程线和泵站设计流量线为比较对象,构建扬水系统内泵站供需水流量优化调节模型,分析不同时段的灌溉面积、高效节水面积比重和灌溉定额等因素引起的需水流量与泵站设计流量关系。基于需水过程线多级泵站扬水灌区供需水量优化调度模型包括流量平衡模型、需水过程线模型和流量调节模型,对红寺堡扬水灌区4种工况进行模拟。结果表明:在高效节水面积占比为60%时,随着灌溉面积从6.02×104 hm2增加到6.77×104 hm2,红三泵站控制灌域内调蓄水量从1.47×10^(6)m^(3)增加到8.49×10^(6)m^(3),其他3座泵站调蓄规模保持不变;在高效节水面积占比为80%时,红一泵站和红三泵站不调蓄,红四泵站和红五泵站的调蓄规模分别为3.08×10^(6)m^(3)和0.47×10^(6)m^(3)。此模型构建与应用简单,能较好地反映出各级泵站之间、支线之间的配水关系,调节时段和调配流量选择灵活,能够适宜不同调蓄水量需求的多级泵站供水系统。

促进水风光蓄一体市场化消纳的容量优化配置研究

水风光一体化开发是未来能源发展的重要方向之一。水风光多能互补建设面临着投资规模大、协调发展难度大、资源与电网需求分布不平衡等诸多挑战。抽水蓄能作为目前最经济、最高效、最成熟的一种储能方式,配合水风光一体化开发,在确保电力系统稳定运行的情况下,促进大规模的清洁能源消纳。通过研究水风光多能互补系统的运行特性及模型简化方法,构建综合定/变速抽水蓄能电站评价体系,厘清不同能源主体间的利益关系,进一步考虑合理的机制的制定,提高多清洁能源一体化的积极性。并对多能互补系统内部容量配置以及各部分之间联合优化调度进行研究,给出水风光蓄联合运行系统的容量优化配置方法。

第二十五讲:面向流程行业机泵类设备的多源数据特征融合方法研究

流程行业是国民经济的重要支柱,机泵类设备作为流程行业的核心设备,其健康状态对于保证生产线的稳定运行、提高产品质量具有至关重要的作用。本文研究了面向机泵类设备的多源数据特征融合技术。该技术旨在通过融合多个来源的数据特征,提升机泵类设备健康状态评估的全面性和准确性。文章阐述了多源数据的获取、预处理以及特征融合的关键技术,探讨了如何有效地整合不同来源的数据特征,以实现对机泵类设备健康状态的准确评估。该研究对于提高设备的运行效率、降低维修成本并确保生产线稳定运行具有重要意义。

光伏/光热耦合空气源热泵系统性能优化

为探究某地区光伏/光热耦合空气源热泵供暖系统的运行性能,采用实测与建立模型数值分析相结合的方法,对冬季供暖系统在典型日运行下发电量、耗电量、供暖效果以及总投资费用进行分析和讨论。首先,建立Trnsys仿真模型,利用该模型对供暖季进行模拟计算及实例验证;其次,利用非支配排序遗传算法,将光伏/光热组件倾角、光伏组件与光伏/光热组件面积、空气源热泵制热量、储热水箱温度、蓄电池容积作为优化变量,以光伏系统发电量最高、供暖系统耗电量最低、系统初始投资最低为目标,在JEplus软件内进行多目标优化,提高该系统的运行性能。最优目标下的配置方案表明,在系统初始投资增加0.97万元的基础上,光伏发电总量增长了117.40%,系统耗电量降低了38.76%。