A real-time measuring technology for studying distortion of hydraulic turbine blade castings during heat treatment process

During heat treatment process, the distortion behavior inevitably appears in hydraulic turbine blade castings. In this research, a technology was developed for real-time measurement of the distortion in hydraulic turbine blade castings at the still air cooling and forced air cooling stages during heat treatment process. The method was used to measure the distortion behavior at the cooling stages in both normalizing and tempering processes. At the normalization, the distortion at the blade corner near outlet side undergoes four stages with alternating bending along positive and negative directions. At the tempering stage, the distortion could be divided into two steps. The temperature difference between the two surfaces of blade casting was employed to analyze the distortion mechanism. The measured results could be applied to guide the production, and the machining allowance could be reduced by controlling the distortion behavior.

基于SW-YOLO模型的航空发动机叶片损伤实时检测

孔探检测技术是航空发动机叶片损伤检测的主要手段,但目前依赖人工操作,耗时耗力。本文提出了一个孔探视频检测的SW-YOLO模型,该模型包括输入端、主干网络、颈部网络、头部网络4个模块。首先,在主干网络加入了空间通道注意力模块(Spatial Channel-Convolutional Block Attention Module,SC-CBAM),有效避免位置信息丢失,提高目标边界回归能力,相较于YOLOv5,其平均精度均值P_(A)@0.5提高了5.4%。其次,在颈部网络对特征金字塔网络(Feature Pyramid Network,FPN)进行了改进,通过融合低层特征,扩大了模型感受野,有利于较小损伤区域的检测,如烧蚀损伤,平均精度提高了8.1%。最后,通过与YOLOv5,Faster R-CNN,SSD模型的对比实验,结果表明SW-YOLO模型的平均精度均值分别提高了7%,6.2%,6.3%,检测速度满足实时检测需求,有利于提高航空发动机孔探检测的自动化和智能化水平。

射流扰动下舰船多叶片螺旋桨角度的实时调整

以实时调整舰船多叶片螺旋桨角度,提升舰船多叶片螺旋桨应用性能为目的,研究射流扰动下舰船多叶片螺旋桨角度的实时调整技术。利用协同射流控制技术,以三维雷诺平均N-S方程作为控制方程,求解状态矢量、对流通矢量、耗散通矢量等;利用上述参量分析协同射流螺旋桨形态受力情况,获取射流扰动产生的作用力;基于该作用力计算喷口动量系数、气泵功率系数等,分析这些参数对协同射流的影响,基于这种影响实现舰船多叶片螺旋桨角度实施调整。实验结果显示该方法所得的数据具有较高的可靠性,利用该方法实时调整射流扰动下舰船多叶片螺旋桨角度,能够显著提升螺旋桨的性能。

风力发电叶片实时监控故障预警系统研究

目前风力发电叶片故障监测普遍使用叶片表面粘贴检测介质和振动监测方法,由于叶片工作环境恶劣且所受载荷不定,叶片粘贴检测介质难以实现,测振漏报误报问题严重。针对现有监测技术的缺点和不足,在研究分析风力发电叶片断裂原因的基础上,研发设计一种基于PLC新型非接触式风力发电叶片实时监测预警系统。该系统根据叶间时间差预测叶片即将断裂或过度变形状况,及时停机并报警,能有效地避免叶片故障的发生,具有良好的推广应用价值。

风电机组精细化建模及硬件在环实时联合仿真

介绍了风电机组模型的完整构成,阐明了各组成部分之间的复杂耦合关系,由此提出风电机组各个部分进行精细化建模所需考虑的因素,并指出现有简化模型忽略的因素及不足。在此基础上,设计了满足精细化要求的基于RTDS与Bladed的实时风电机组联合仿真平台。其中,Bladed的实时性由硬件测试模块保证,将风模型、气动模型、机械部分模型、变桨系统模型和偏航系统模型建立在Bladed中,将风电机组电气部分模型和控制系统模型建立在RTDS中,以发电机转子运动学方程作为机电耦合快、慢时间尺度之间的接口,并借助于PLC实现Bladed和RTDS之间的通信。在此基础上,按照实际机组控制系统架构构建了主控制器和变流器控制器硬件在环的联合仿真,最后通过多组硬件在环仿真充分展现了实时联合仿真平台的独特性能。

叶片叶尖间隙测量的光纤传感器

根据叶尖间隙测量的要求,设计了一种新型的光纤传感器。它采用了单光纤传光、多组光纤束接收散射光的结构。发射光纤位于中心,周围均布多组接收光纤。通过各组接收光纤光强的比值运算,消除了叶尖表面反射率变化对测量结果的影响,也可减小叶尖表面与传感器端面夹角给测量结果带来的影响。在转速同步传感器的配合下,该传感器可以实时测量所有叶片的叶尖间隙。当叶片转速在0-12000r/min之间变化时,叶尖间隙的测量范围为0-3mm,测量精度为25μm。

叶端定时测量方法及关键技术研究

研究了叶端定时测量方法及其实时监测系统的关键技术———叶端定时传感器、高速叶端脉冲信号采集系统和叶端定时信号的实时分析和处理。采用叶端定时测量系统在实验现场对某发动机的首级叶片振动进行实时测量 ,获得了满意的结果。

基于外场风力机翼型的非定常特性研究

以测绘的外场真实叶片为研究对象,截取有代表性的叶尖和叶根翼型,对比研究其非定常特性。结果表明:运行在小攻角(2.93°)下的叶尖翼型,由于其表面相对较大的粗糙度和增大的尾缘厚度联合作用诱导出极其复杂的旋涡结构,使其升阻力系数呈现周期性变化规律、压力呈现复杂的动态分布形式;而叶根翼型由于其大功角(11.273°)运行和增大的尾缘厚度联合作用,导致气动力出现非定常变化,流场出现强烈的大尺度旋涡结构;说明同一叶片表面粗糙度不同、运行攻角及尾缘厚度不同,会在不同翼型断面诱导出不同的旋涡结构,导致叶片出现复杂的非定常气动特性。

叶尖定时及叶尖间隙测量技术研究综述

涡轮叶片在高速旋转时会因振动产生疲劳断裂失效,造成旋转机械的损坏。叶尖定时测量技术是目前最有前途的非接触式叶片振动实时监测方法,叶尖间隙变化与叶片的振动状态密切相关。因此,实时监测叶片的振动状态和叶尖间隙是保证旋转机械安全、稳定、可靠运行的关键。系统综述了叶尖定时及叶尖间隙测量技术的原理和国内外研究成果,认为目前研究仍处于仿真模拟和实验测量的不完全成熟阶段,今后可在以下方面展开研究:1)将叶尖定时和叶尖间隙测量技术相结合,实现叶片的振动测量;2)进行无键相法的叶片异步振动测量,并投入到工程应用中;3)制定有效的动态标定方案,测量叶片在旋转状态时输出电压与叶尖间隙之间的关系;4)研制能够在恶劣环境下进行高精度、长周期测量的传感器。

排风口叶片形状对排风效率的影响研究

为提高通风系统整体运行效率,采用CAD制图技术设计了几种不同形状的排风口,制作出实物模型并应用这几种不同形状的排风口以及现有实验设备进行了多次实验,利用风速仪采集模拟空间内的风速数据,研究了排风设备排风口的形状对排风效率的影响.通过对实验结果的对比和分析,得出了排风口形状和排风效率的关系,并指出了提高通风系统整理效率的研究方向.

叶轮叶片振动的检测方法及检测装置的设计

叶轮是高速涡轮机的关键部件,保持叶片高速运行时处于良好状态对保证涡轮机正常运行十分重要,目前叶片状态的在线检测尚有许多困难。提出一种叶轮叶片振动在线连续实时检测的方法,并设计了检测装置,该装置包括实验平台的整体原理、控制系统、信号采集处理电路。通过振动频率实验对比,证明该装置和方法是合理可行的。

基于快速傅立叶变换的实时动态草叶绘制

大范围自然环境已成为当今3D游戏和仿真系统中不可或缺的关键因素。而植被又是自然环境中必不可少的成分,大面积植被有助于提高仿真场景的沉浸感。准确绘制几何草叶往往要诉诸于大量面片绘制,计算复杂度随着几何面片的增加而显著增加。同时要使叶片随风摆动,叶片的几何模型就要动态修改,这无疑使场景实时渲染变得困难重重。因此减轻数据传输、图元绘制压力的方法以及简单可靠的模型网格运动控制方法的应用及其运行效率在运动植物叶片绘制过程中就显得尤为重要。减轻传输压力需要尽量少的数据,提高绘制质量需要尽量多的数据,解决这对矛盾需要少量输入大量输出。利用当今图形硬件的几何着色器,和顶点着色器传输进来的少量顶点数据动态创建代表叶片的图元条带,是减少传输和绘制面片数量的有效手段。采用基于快速傅里叶变换(FFT)技术控制叶片的运动,是一种简单有效的运动控制方法,可以使大量随风摆动叶片的实时绘制成为可能。

基于FPGA的发动机叶片定位技术

发动机试验过程中,发动机的叶尖间隙测量、叶尖振幅测量、红外测叶片温场、发动机全景射线透视数字图像的动态拍摄等都需要实时准确地捕捉叶片位置信息。利用FPGA的"软件硬化"和超高速的特性,将复杂的信号滤波和叶片定位算法译成FPGA的硬核来实时精准地捕捉叶片位置切实可行。经过在若干型号发动机整机和部件试验中的使用,基于FPGA的发动机叶片定位技术都达到了试验所要求的功能和精度,完全满足目前航空发动机和燃气轮机试验过程中实时捕捉发动机叶片定位信号的要求。FPGA系统可重构性又提供了该技术在其他领域内应用的可拓展性。

风电叶片疲劳试验损伤在线评估的研究

评价风电叶片在疲劳加载试验中的损伤情况,传统的数据后处理方案实时性差,影响试验效率。本文基于疲劳累积损伤理论和Markov频次矩阵法设计了风电叶片疲劳加载试验损伤实时评估系统,通过二次曲线拟合获得平滑的载荷-时间历程,利用"生产者-消费者"模式设计数据处理程序。实验证明,该系统能实现测试数据实时处理,且具备与数据后处理方式同等的准确性。

超临界二氧化碳高压涡轮气动设计及性能

为建立高性能超临界二氧化碳(SCO2)布雷顿循环系统,基于西安热工研究院的5 MW等级SCO2火力发电试验平台的高压涡轮设计参数,采用基于Denton损失模型的自编一维涡轮设计程序、AXIAL软件及AXCENT软件设计了2级轴流超临界二氧化碳涡轮,采用CFX软件RANS方程与NIST的真实超临界二氧化碳工质物性数据相结合的数值方法,研究了超临界二氧化碳高压涡轮设计工况和变工况气动特性.结果表明:综合考虑高设计参数下的超临界二氧化碳涡轮辅助系统的可实现性,选择两级轴流直叶栅涡轮设计方案,经叶型优化后可实现两列涡轮静叶的总压损失约为0.042,第1/第2列动叶栅相对总压损失为0.050和0.064,叶片的根部、中部和顶部流场的马赫数分布合理.考虑动静叶泄漏掺混损失的高压涡轮的等熵效率可达到84.88%,轴功率3 251 k W,涡轮变工况性能良好.

V型耦合式刀片低能束流位置探测器及其性能检测

基于合肥国家同步辐射实验室(NSRL)低能量真空紫外光源的特点,研制了耦合式刀片低能束流位置探测器,用于在线监测波荡器辐射出的低能量真空紫外相干光源的稳定性。探测器采用V型耦合式刀片作为探针,基于错位安装、倾斜嵌入被测光束边缘和直流偏压捕集自由电子等技术有效增强光电效应,提高探针的响应灵敏度和探测器监测精度。介绍了耦合式刀片低能束流位置探测器的结构特点、探测原理和性能测试,在线监测了NSRL波荡器光源的稳定性,获得了一系列有价值的试验数据。结果表明:该探测器能完成NSRL-0.8GeV低能储存环上插入件光源的在线监测,满足对改造后的新光源各插入件辐射光束位置稳定监测的要求。

有机工质超音速动叶栅设计

基于理想气体二维动叶栅设计理论,建立了适用于有机工质超音速动叶设计的实际气体模型.采用C++编写了工质R134a的动叶设计程序,给定入口和出口马赫数等设计参数,计算得到叶型壁面坐标,对实际气体模型得到的动叶栅进行了数值模拟,并与理想气体模型设计出的R134a动叶叶型进行了对比.结果表明:在饱和线附近稠密气体效应表现明显,实际气体模型与理想气体模型的设计结果差异较大,而远离饱和线时,稠密气体效应表现不明显,2种气体模型设计结果差异较小;数值模拟结果表明该实际气体模型是可行的.

涡轮转子叶片热障涂层损伤失效的实时检测与分析

在地面台或核心机上开展热障涂层试车需耗费巨大的人力物力,且无法捕捉涂层损伤演化的关键信息。通过研制高速旋转涡轮叶片热障涂层动态服役环境模拟与测试装置,并在转子叶片热障涂层表面敷设高温电阻应变计与热电偶可实现服役过程中的应变损伤与温度场的实时检测。敷设方法选择陶瓷棒火焰喷涂,应变计的温度补偿通过高温升降炉来实现,同时也开展了静态热冲击考核对比实验。结果表明转速6000 r/min、服役温度1000℃时涡轮叶片截面温差为103℃,提高转速后热障涂层温度降低但主应变显著提高,吸力面主应变大于压力面,在平行于缘板方向应变梯度最大。在动态热冲击循环测试中涂层失效前测点主应变为0.23%~0.82%,高于静态测试的0.04%~0.67%,各测点均为拉伸变形。高速旋转热障涂层经历128次热循环剥落失效,失效原因为应变损伤的累积以及离心载荷作用下裂纹的迅速扩展。

刀体破损检测技术在划片机中的应用

介绍了应用于半导体全自动晶圆划切设备中的刀体破损检测方法,在理论分析与计算的基础上制定检测方案,通过大量数据分析与处理,设计出抗干扰性强的数字滤波器,降低了系统误报率,提高了设备稳定性,保证了划切质量。