试验研究

• 微速差双转子信号分离方法精度研究

  张梦;潘鑫;高金吉;卢加乔;马威龙;

  针对提取频率相近信号特征的经典算法Zoom-FFT(ZFFT)在分离差频1 Hz以内的微速差信号时，需要足够的数据长度才能达到良好的信号分离效果的问题，为了在不增加数据长度的基础上提高信号频率分辨率，在ZFFT算法的基础上产生了ZFFT+FT算法。通过LabVIEW软件仿真试验研究了该算法对频率差1 Hz和0.5 Hz的微速差信号提取精度，并与chirp Z transform(CZT)算法、ZFFT算法以及FFT算法的提取精度作了对比，通过提取结果的相对误差及方差来衡量提取精度。在同轴微速差双转子试验台进行现场试验，利用FFT对微速差信号28 s数据集的提取结果与CZT，ZFFT及ZFFT+FT算法对4 s数据集的提取结果作对比，ZFFT+FT与FFT算法的提取结果最大相差0.56 μm，验证了ZFFT+FT的实时性和精确性。结果表明，ZFFT+FT算法能够实时精准提取频率差1 Hz以内的微速差信号。研究结果可为旋转机械微速差信号的提取提供参考。

  2024年04期 v.52;No.622 1-6+27页 [查看摘要][在线阅读][下载 1069K]
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• 宽工况下水蒸气喷射制冷系统试验研究

  李东哲;王重涵;王晓媛;赵雅倩;周峰;

  针对低品位余热资源热负荷的不稳定性，开展研究利用低品位余热资源的水蒸气喷射制冷系统性能变化规律。通过搭建水蒸气喷射制冷试验平台，对蒸汽喷射器的引射系数与系统性能进行了试验研究。结果表明：当发生温度为设计温度140 ℃时，蒸汽喷射器引射系数与系统性能最佳，分别为0.34和0.33，当发生温度高于设计温度时，系统性能和蒸汽喷射器引射系数要比发生温度低于设计温度时更优；随着蒸发温度从2 ℃上升到22 ℃时，蒸汽喷射器引射系数由0.17上升到了0.22，增加了25%，系统性能从0.17上升到了0.24，提高了41%，因此较高的蒸发温度对系统的性能有所提升；系统存在1个临界冷凝温度，当超过临界冷凝温度时，蒸汽喷射器引射系数与系统性能急剧下降。研究结果为水蒸气喷射制冷的模拟研究提供了试验验证，对水蒸气喷射制冷系统的优化具有重要意义。

  2024年04期 v.52;No.622 7-11页 [查看摘要][在线阅读][下载 785K]
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设计计算

• 地热井用潜水泵选型应用软件研究与开发

  李瑞霞;王天任;祁紫伟;姬忠礼;张永学;

  针对地热井用潜水泵选型效率低、校核工况点计算成本过大等问题，借助计算机辅助选型技术，采用Python作为编程语言，PyQt构建图形化用户界面，MySQL作为选型数据库系统，基于Windows系统开发了地热井用潜水泵选型应用软件。该软件一方面根据潜水泵产品属性，建立了样本数据库模块；依据潜水泵现场运行数据和管路阻力曲线，以最高效率下降5%为界，建立了高效数据库模块；基于样本数据库和高效数据库构建潜水泵初选系统，筛选出满足现场作业要求并且在高效区间内运行的初选泵型号；基于地热井用潜水泵的性能参数、经济成本、运维费用和耐久性，采用熵权TOPSIS法建立潜水泵效能评价体系，对各初选泵方案进行优劣排序，最后高效简便地为用户提供最优潜水泵型号；另一方面基于高效区间数据库建立了潜水泵运行工况反馈模块，根据泵型号对应转速下的运行参数，反馈潜水泵运行状态，非高效运行时根据相似定律和调速区间给出合理的转速范围。

  2024年04期 v.52;No.622 12-19+64页 [查看摘要][在线阅读][下载 1281K]
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• 基于修正Archard模型非连续接触的浮动球密封结构磨损行为研究

  高俊峰;赵嘉逸;冯玉林;杨玲玲;李伟;明友;

  针对不连续接触磨损问题，以硬密封浮动球阀中浮动球密封结构为研究对象，将欧拉-拉格朗日耦合法(CEL)、全局网络重构法(ALE)、修正Archard模型与硬密封条件下的数值计算模型相结合，利用Abaqus子程序UMESHMOTION，实现对非连续接触密封结构的磨损仿真分析，探究流体介质压力、启闭速度及密封面宽度等对密封面磨损特性的影响规律，揭示不连续接触条件下的磨损机制；提出密封结构接触面全局磨损量均值(GWA)的评价方法。结果表明：非连续接触形式下，磨损较大位置出现应力集中；启闭速度和密封面宽度对密封面磨损影响较小；当V_(oc)为2 mm/s时GWA最小；当b_m为3.0 mm时GWA最小；流体介质压力对密封面磨损影响较大；非连续接触的磨损机理主要是磨粒磨损和疲劳磨损。研究结果可为不连续接触结构的优化设计提供理论基础和技术支撑。

  2024年04期 v.52;No.622 20-27页 [查看摘要][在线阅读][下载 1563K]
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• 污水泵内颗粒通过性能及流动损失特性研究

  刘梁成;倪子建;刘栋;范佳宁;尤保健;

  为了研究柱状颗粒参数对污水泵内固液两相流动特性以及通过性能的影响规律，采用CFD-DEM耦合方法计算了离心泵内固液两相流动，基于熵产理论分析了不同颗粒物性条件下泵内的流动损失特性，并通过试验对其进行了验证。结果表明：柱状颗粒长径比、体积分数和密度影响了污水泵内颗粒的通过性能以及流动损失；固相浓度从1%增大至5%，泵的扬程降低1.97 m，效率降低2.2%，颗粒通过能力逐渐降低；颗粒密度从1 000 kg/m~3增大至2 500 kg/m~3，泵的扬程降低1.63 m，效率降低3.76%，颗粒通过能力略有增强；在各工况下，总熵产变化规律与泵性能变化规律一致，高熵产区域主要集中在叶片进口边附近，说明熵产分析能够有效反映泵内的流动损失特性。研究结果可为污水泵的优化设计提供理论依据。

  2024年04期 v.52;No.622 28-35页 [查看摘要][在线阅读][下载 1256K]
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• 热边界阀门微小内漏时温度场计算方法研究

  李元姣;苗碧琪;何巍;蒋庆磊;杨垦;

  为了研究阀门内漏时管外壁温度场的分布情况，设计4种缺陷的阀门模型，基于FLUENT软件中的流动、蒸发冷凝及传热模型，进行了阀门流-热-固耦合仿真，获得了温度场随内漏量的分布规律：温度场分布在轴向及周向存在热分层；随着内漏量的增加，阀门下游温度场整体升高；周向热分层在2倍管径处趋于平缓，此位置可作为工程上内漏监测点。根据阀门内漏温度场的试验数据对模拟计算温度场进行对标，温度场偏差在工程允许范围内，验证了本文的研究方法可用于工程实际热边界阀门状态监测。

  2024年04期 v.52;No.622 36-41页 [查看摘要][在线阅读][下载 1031K]
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• 不同空调模式下负压病房内污染物分布特性研究

  周崇钢;丁云飞;叶立飞;

  针对分体空调器、风机盘管都存在室内空气循环流动、冷凝水聚集等问题，本研究通过CFD软件对负压病房进行模拟，对比分析了辐射空调系统和风机盘管系统在负压病房应用时室内热湿环境、污染物分布特性和医护人员感染风险，并建立了全尺寸辐射空调负压病房实验室并对结果进行了验证。结果表明：采用辐射空调系统不仅能够降低室内垂直温差，减少吹风感，而且能够降低室内污染物浓度和室内人员感染风险；辐射空调与风机盘管相比室内污染物浓度、暴露风险和感染概率最大降幅分别为29.85%，29.27%和15.79%。研究结果可为负压病房的设计和医护人员感染风险评估提供参考。

  2024年04期 v.52;No.622 42-49+104页 [查看摘要][在线阅读][下载 1876K]
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• 泵用微连通对称双卸荷槽及其困油与流量特性

  刘萍;

  为了充分提高外啮合齿轮泵的困油性能和完善双卸荷槽的现有设置理论，提出了一种双卸荷槽微连通对称设置的创新结构，并以常规无连通对称设置的双矩形卸荷槽为例，依次给出了创新结构的实现方法，构建了困油压力和理论流量的计算模型，比较分析了常规结构和创新结构下的困油压力、排量损失以及流量脉动质量等。结果表明：啮合点位置越接近最小困油容积位置，创新结构下的卸荷面积越大，突出解决了常规结构下该处的零卸荷面积问题；通过充分缓和常规结构下的困油压力，创新结构有效地避免了困油的高压冲击与低压气穴所造成的危害；相对于常规结构，创新结构的理论排量稍有下降，流量脉动有所加剧等。研究结果可为齿轮泵的优化设计提供参考。

  2024年04期 v.52;No.622 50-55页 [查看摘要][在线阅读][下载 1050K]
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• CO_2/HCs跨临界热泵系统仿真模拟与优化

  杨俊兰;詹宇航;殷明;陈丹丹;

  为了研究CO_2/HCs混合工质跨临界单级带节流阀系统的性能，针对CO_2/R1270和CO_2/R290这2种混合工质建立系统模型，并通过试验对其进行了验证。模拟分析了蒸发器入口温度、气冷器出口温度、高压压力、冷却水温度和流量对系统性能的影响；对系统进行优化计算，分析了气冷器内管管径、外管管径和管长对换热系数和换热量的影响。结果表明：当蒸发器入口温度升高，气冷器出口温度和冷却水入口温度降低，冷却水流量升高时，COP_c增大；CO_2/R1270的最优制冷高压压力在9 MPa左右，比纯CO_2降低了3%，CO_2/R290的最优制冷高压压力在8.5 MPa左右，比纯CO_2降低了8%；适当增大气冷器的内管管径或减小其外管管径，可以有效提高其换热性能。研究结果可为CO_2/HCs混合工质跨临界系统的优化设计提供参考。

  2024年04期 v.52;No.622 56-64页 [查看摘要][在线阅读][下载 1186K]
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• 液压滑阀稳态液动力补偿研究

  李瑞川;李东润;武小伟;丁馨铠;冯桢;张华忠;潘永基;

  针对液压滑阀稳态液动力补偿困难的问题，在阀芯上设计了一种导流槽结构来实现对稳态液动力的补偿，液流在流经导流槽时，由于导流槽的反向导流作用，产生了沿反方向的液流分量，该部分液流分量与正向运动的液流相互作用使得出口处射流角变大，液动力随之减弱。分析并推导了稳态液动力模型，通过CFD仿真研究导流槽各结构参数变化对稳态液动力的影响，并揭示了导流槽补偿原理。试验结果表明，有导流槽阀芯稳态液动力相对无导流槽阀芯大幅降低，压差为2.5 MPa时，各开度下液动力的平均减小量为52.7%；压差为3.5 MPa时，各开度下液动力的平均减小量为47.7%；压差为4.5 MPa时，各开度下液动力的平均减小量为33.9%。导流槽结构能够有效补偿稳态液动力，提高阀的控制精度。

  2024年04期 v.52;No.622 65-73页 [查看摘要][在线阅读][下载 1579K]
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• 基于正交试验的缝隙引流叶轮优化设计

  黄彬彬;张扬;张文斌;

  为探究不同参数下缝隙引流叶轮对离心泵性能的影响，采用正交试验方法，以某型两级离心泵为研究对象，根据L_6(2~1×3~2)正交表，选取小叶片包角、小叶片周向重叠度、缝隙宽度等3个参数作为试验因素，设计出6种叶轮。基于SST k-ω湍流模型对离心泵内部流场开展了数值计算工作，获得了各方案在不同工况下的性能曲线。采用极差分析法，探究了不同因素对扬程和效率的影响。对优化叶轮方案进行试验，获得泵试验性能曲线。结果表明，小叶片周向重叠度和缝隙宽度对扬程和效率影响较大，小叶片能有效改善两级叶轮内部的流动结构；采用优化叶轮方案后，离心泵额定点扬程增加2.3%，效率提高0.86%。对缝隙引流叶轮进行优化设计可有效提高泵性能。

  2024年04期 v.52;No.622 74-80页 [查看摘要][在线阅读][下载 1236K]
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应用技术

• 危化品工况离心机意外断电安全停车系统的研究

  陈道林;陈崔龙;张德友;周进;朱碧肖;吕彤;

  针对离心机意外断电时自动化程序不能工作、危化品生产安全隐患系数急剧上升的问题，设计了一种安全停车系统，利用EDLC超级电容储能装置储备离心机惯性能，同时增设双直流DC-DC变换器和UPS电源。离心机正常运转时，通过变换器控制，预先给超级电容装置储存部分电能；意外断电时，首先由超级电容装置通过变换器控制给变频器的直流母线供电，维持其瞬间正常工作电压，然后高速旋转离心机的动能由电机通过变频器的逆变单元转换成电能传输到变频器直流母线上，待其电压升高后再通过变换器控制将直流母线上的多余电能充放给超级电容装置，使得离心机能安全快速停车。该系统已应用于GLZ1600大转动惯量离心机，离心机从最高速 800 r/min降至“零”速耗时约105 s，实现意外断电时的安全快速停车，较好地保障了设备和物料的安全。本研究可为同类型离心机安全运行保障提供参考。

  2024年04期 v.52;No.622 81-86+94页 [查看摘要][在线阅读][下载 1146K]
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• 基于灰色关联机理组合模型的压缩机电功率预测

  程哲铭;陶乐仁;黄理浩;章轻歌;

  为了精确获得压缩机电功率，通过变频滚动转子制冷系统实验台，根据灰色关联(GRM(1，m))预测模型样本需求量少、预测精度高与机理(Mechanism)模型能够反映系统本质特性的特点，利用Matlab语言编程建立GRM(1，m)-Mechanism组合预测模型。通过3种模型对压缩机电功率进行预测，结果表明：GRM(1，m)-Mechanism组合模型的预测精确性和适用性更好，其最大相对误差、平均相对误差分别为4.05%，1.71%；比机理模型分别降低了1.29%，1.09%；比灰色关联(GRM(1，m))预测模型降低了1.02%，2.19%。最后，通过压缩机变转速试验验证组合模型预测平均相对误差在1.9%以内，进一步证明GRM(1，m)-Mechanism组合模型的精确性和适用性。

  2024年04期 v.52;No.622 87-94页 [查看摘要][在线阅读][下载 964K]
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• 基于泵送频率的往复泵活塞故障诊断方法

  李喆仁;刘志亮;莫巍;王文权;徐友红;王皓;万夫;

  为了确保往复式钻井泵的高质量运行，实施在线故障监测至关重要。从BW-250型钻井泵液力端的易损件入手，设计了试验探究钻井泵的振动信号的成分；通过对频率成分的分析，揭示了泵送频率幅值与活塞刺漏故障之间的关系，并依据机理提出了以泵送频率幅值作为诊断指标的钻井泵活塞故障检测方法，进一步结合最大相关峭度解卷积滤波及包络谱分析等方法从泵送频率处能量变化的角度，对活塞刺漏这一故障进行了诊断；结合实验室以及钻井现场采集的数据对该方法进行了验证，并将诊断结果同其他振动指标做了对比。结果表明，该方法对于往复泵活塞故障诊断的准确率为91.1%，相较于均方根诊断准确率提升了3.6%、相较于脉冲因子、裕度因子和峭度3种统计指标诊断准确率提升了9%以上。该方法取得了良好的结果，为往复泵活塞组件的故障诊断提出了一种较好的解决思路。

  2024年04期 v.52;No.622 95-104页 [查看摘要][在线阅读][下载 1165K]
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