试验研究

• 高效双级喷油螺杆空压机的研究与开发

  廖新忠;林思桥;王闯;苏小仕;邢子文;

  为了实现空压机设备的能效提升，开发了1台额定功率为250 kW的双级喷油螺杆空压机，空压机的低、高压级均采用新型螺杆转子型线，压缩机在结构上采用了一系列创新设计，对级间压力、喷油量等关键运行参数进行了优化，并通过试验测试对所开发双级喷油螺杆空压机样机的能效进行了评估。结果表明，在最佳转速为1 330 r/min时，容积效率可达到95.6%，低压级和高压级压缩机的绝热效率则分别达到93.3%,88.6%；依据GB 19153—2019对样机能效进行评估，在100%,70%和40%负载下，样机均可达到定转速喷油回转空压机一级能效，考虑到空压机在额定负载与部分负载时的综合性能，其机组比功率可达到5.72 kW/（m~3·min），相较于一级能效限定值低了7.7%，达到了“双一级能效”，实现了同类螺杆空压机产品的能效升级。此外，通过试验研究了转速变化对双级喷油螺杆空压机低、高压级p-V指示曲线和效率的影响规律。经研究发现，低压级压缩过程p-V曲线低于等熵压缩过程，转速变化对其影响较小，而高压级压缩过程p-V曲线受气体泄漏影响显著，转速升高会导致高压级压缩过程曲线逐渐变缓；低压级和高压级压缩机效率随转速变化呈现出不同的变化规律，且高压级压缩机的容积效率和绝热效率均对转速变化非常敏感。研究结果可为螺杆空压机的能效升级提供参考价值。

  2024年03期 v.52;No.621 1-7+23页 [查看摘要][在线阅读][下载 1059K]
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• 渐扩底流口旋流器分级性能试验研究

  尉士征;张伟;卢元利;刘培坤;姜兰越;

  针对在磨矿分级系统中，旋流器高底流浓度易出现绳状排料现象，导致底流口堵塞，造成溢流跑粗，降低了分离精度等问题，提出了一种渐扩底流口结构，并对底流口结构进行试验研究，分析了在不同浓度下底流口渐扩角度对产物浓度、粒度、综合分级效率、底流产率等的影响规律。结果表明，随着旋流器进料浓度升高，底流排料散射角度减小，当进料浓度大于10%时，旋流器出现绳状排料现象，改用渐扩底流口可减轻绳状排料现象，旋流器底流排料散射角度随着底流口渐扩角度的增加呈现出先增加后减小的趋势；当旋流器进料浓度大于10%时，旋流器底流排料散射角度与旋流器分级性能呈整体对应关系，在不同的进料浓度下，合理选用相对应渐扩角度的底流口可以使旋流器分离效果达到最佳；在进料浓度为25%时，旋流器常规底流口溢流产物中+20μm粒级含量为62.44%；相较于常规底流口，渐扩底流口结构可使旋流器溢流中+20μm粒级含量降低22.54%；底流口渐扩角为60°时，旋流器-40μm粒级综合分级效率最高，相较于20°渐扩角底流口分级效率增加了15.72%。

  2024年03期 v.52;No.621 8-15页 [查看摘要][在线阅读][下载 1617K]
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设计计算

• 成品油罐水射流清洗及水处理一体化工艺研究

  巴胜富;庞雷;曲玉栋;李欣;陈正文;韦志超;段世铭;张的;韩彩红;

  针对现有清洗设备存在体量庞杂、清洗功能适配性差、清洗产生的含油污水难以处理达标等问题，提出一种由射流清洗、负压抽吸、多级过滤、油水分离、循环清洗等流程组成的成品油罐水射流清洗及水处理一体化工艺，开展了清洗喷枪设计，配套负压抽吸及清洗泵送系统以及油水分离系统，完成成品油罐清洗成套设备研制。水射流清洗及水处理试验效果良好，实现了25～10 000 m~3各种结构类型的成品油罐高效、安全清洗。研究成果可为各类成品油罐无人进罐清洗提供工程方案和理论设计依据。

  2024年03期 v.52;No.621 16-23页 [查看摘要][在线阅读][下载 1432K]
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• 超高速干气密封微织构气膜润滑特性研究

  刘暅豪;丁雪兴;徐洁;丁俊华;张志敏;

  针对航天航空领域，设备超高速、高压运转，干气密封稳定性问题，依据槽型织构优化设计，提出一种槽底微织构螺旋槽干气密封结构，以解决密封在超高速旋转过程中气膜稳定性问题。基于气体润滑理论，建模、划分网格，再导入FLUENT软件对流场进行仿真模拟；改变工况参数和槽型结构参数后，在超高速、高压工况下，相比于普通螺旋槽，槽底微织构螺旋槽干气密封的动压效果有显著提升。结果表明，槽深hg=6μm，膜厚h0=2μm，微织构槽深δ=2μm、微织构槽宽取3.97 mm，微织构槽位于螺旋槽底中间位置时，槽底微织构螺旋槽相比于普通螺旋槽可产生明显的动压效应。

  2024年03期 v.52;No.621 24-32页 [查看摘要][在线阅读][下载 1464K]
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• 磁悬浮离心式冷水机组节能潜力及其经济性分析

  方元;李明霞;樊海彬;陶奕玮;刘剑;张小松;

  为了有效评估磁悬浮冷水机组在节能与成本方面的优势，本文建立了冷水机组的能耗与全生命周期成本（LCC）模型，研究了磁悬浮机组的节能效果与经济性。研究结果表明，相比于螺杆机组，磁悬浮机组在全生命周期中节能约30%，碳排放量降低了1.7×10~5～1.8×10~5 kg。同时，同一设计方案下磁悬浮机组的LCC更低，单台机组节约100 000～140 000元。当使用时间达到8年，磁悬浮机组相对于螺杆机组的成本优势开始显现。电价敏感性分析结果表明，电价高于0.7元/（k W·h）时磁悬浮机组才更具有经济性。研究结果可为磁悬浮冷水机组的节能效果与经济性优势提供理论支持，对相关工程项目的决策具有重要的参考价值和意义。

  2024年03期 v.52;No.621 33-40+88页 [查看摘要][在线阅读][下载 1271K]
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• 油液黏度对双场耦合分离装置性能的影响

  许凯;

  针对单一方法难以实现乳化油高效、经济破乳脱水处理的问题，运用一种旋流离心场耦合高压脉冲电场的耦合装置，实现乳化油破乳脱水高效处理。通过耦合多相流控制方程和电场控制方程，考察了油液黏度对油水分离的影响。结果表明：外加电场可以促进液滴聚结，液滴聚结会导致混合相黏度减小，进而使锥段部分切向速度和液滴平均粒径增大，利于油-水分离，且油液黏度为6.42 mPa·s的脱水率和脱油率较19.35 mPa·s分别高16.3%和29.3%。计算结果可为高黏度油液分离双场耦合装置的设计提供参考。

  2024年03期 v.52;No.621 41-48页 [查看摘要][在线阅读][下载 1397K]
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• 宽温域下偏转板电液伺服阀温度场特性

  严成坤;刘小雪;郑树伟;王生荣;冯东玲;訚耀保;

  针对电液伺服阀在极端温度服役环境下复杂零件各部位的温度分布规律无法测量的难题，在工作介质温度为-40～140℃和环境温度为-55～250℃的工况下，建立了一种考虑传热过程的电液伺服阀及其精密部件的温度分析方法，取得了各零部件的温度分布规律及其影响因素。结果表明：力矩马达壳体以及阀体的外表面温度最为恶劣，温度接近环境温度，阀体从外表面到内部呈现温度梯度；阀芯、阀套与工作介质直接接触，温度状况较好；力矩马达从上至下具有较大温度梯度，如高温工况下温度差值约为66℃，其中弹簧管上、下温差约为45℃，反馈杆上、下温差约为26℃。较大的温度梯度极易造成材料刚度、偶件配合尺寸等变化，显著影响服役性能，在材料选择上需要充分考虑；环境温度显著影响力矩马达组件中不与工作介质接触的部分，且对磁性材料性能、气隙、线圈均产生明显影响；介质温度通常低于环境温度，与介质接触的零部件受环境温度影响较小。本文分析方法和结果可用于宽温域下电液伺服阀的设计与分析。

  2024年03期 v.52;No.621 49-56页 [查看摘要][在线阅读][下载 1195K]
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• VPSA制氧系统中离心鼓风机变工况调节规律研究

  安林燚;张师帅;李伟华;吴世杰;陈叶培;

  为提升离心鼓风机的变工况性能，以某真空变压吸附（VPSA）制氧系统中的离心鼓风机为研究对象，采用数值计算的方法分别对转速、扩压器角度单独调节以及二者联合调节时离心鼓风机的性能变化规律进行了研究。结果表明，相较于固定式，联合调节的工作压比范围扩大42%，可以使离心鼓风机在全压比范围内保持高效稳定运行；通过建立效率与转速、扩压器角度、压比之间的函数模型，采用内点法寻优得出了联合调节的最佳控制方案，为离心鼓风机的高效运行提供了依据。最后为验证寻优结果的可靠性，结合离心鼓风机的实际工作压比变化规律，按照最佳控制方案对试验模型的转速与扩压器角度进行联合调节，经测量可使离心鼓风机保持效率为87%以上持续运行。

  2024年03期 v.52;No.621 57-65页 [查看摘要][在线阅读][下载 1504K]
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• 规整填料结构对HD低温蒸发系统中蒸发器性能的影响

  戴如昊;付双成;袁惠新;雒维文;

  为了研究HD低温蒸发系统中波纹板规整填料蒸发器的性能，采用计算流体力学软件FLUENT，对填料通道内废水与空气两相之间逆流接触的流体运动、传质传热过程进行了研究。结果表明：随着波宽的增大，气相出口空气中水蒸气含量先增大后减小，而且气相出口空气温度随着波宽的增大也出现先增加后减小的变化趋势，二者都在波宽为6 mm（宽高比为1.2）时最大；随着波纹倾斜方向与液滴喷淋的夹角增大，气相出口空气中水蒸气含量先增大后减小，气相出口空气温度也出现先增大后减小的变化趋势，其中，在夹角为45°时的填料内部气相出口空气水蒸气含量和空气温度最大，此时填料内部空气与液滴之间传质传热效率最高。由此可得规整填料蒸发器的波纹波宽和波纹夹角对蒸发传质传热的影响都存在1个最佳值，为规整填料的结构参数优化提供了理论依据。

  2024年03期 v.52;No.621 66-72页 [查看摘要][在线阅读][下载 2370K]
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• 配气站浮动式球阀阀芯迎流面冲蚀行为及其后果

  敬佩瑜;郑思佳;程华;王娅婷;段行琼;

  为了避免配气站常用浮动式球阀因高运行负荷与气携粉尘持续冲蚀而突发安全事故，选用Ahlert冲蚀速率模型，模拟分析了当30°开度时304不锈钢阀芯迎流面的冲击角变化趋势，科学评估了阀芯迎流面的冲蚀行为与薄弱区域。结果表明，粉尘在阀芯迎流面A～I测点处的冲击角随壁厚损失呈同步增大趋势，迎流面受粉尘持续冲蚀而不断凹陷，致使迎流面上粉尘的流速从7.4 m/s降至5.9 m/s；迎流面冲蚀后表面粉尘流速也呈现减小趋势，从0.010 kg/s降低至0.005 kg/s，且颗粒沉积的区域也在向球体的后方移动；迎流面上各处壁厚减薄速率不一，应有针对性地布置球阀防冲蚀涂层，并采用动态方法核算球阀在节流工况下的使用寿命。研究结论可为配气站用球阀的设计和维护提供参考。

  2024年03期 v.52;No.621 73-80页 [查看摘要][在线阅读][下载 1618K]
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应用技术

• 采用分组模型的高比转速离心风机改进设计

  成伟国;秦国良;雷健;封昂;

  为了提升某高比转速离心风机的气动性能，采用分组设计的方法，结合试验和数值模拟依次对原始风机的叶轮、蜗壳和集流器进行了改进设计。结果表明：叶轮前盘型线对高比转速离心风机的气动性能影响较大，仅对叶轮前盘型线改进设计后，风机的全压和效率分别提升了9.64%和8.91%；双圆弧叶片相较于单圆弧叶片具有更高的设计自由度，可实现对叶轮内部流动更加精细的控制，当双圆弧叶片的相对半径系数和相对叶片角系数分别取0.7和0.3时，全压效率值为87.43%；经过分组改进设计后的风机在设计工况下的全压和全压效率较原始风机分别提升了17.84%和12.79%，最高效率值为88.58%，内部流场得到优化，流动损失明显减小，性能得到全面提升。采用分组模型的改进设计方法可以有效地提升离心风机的气动性能，具有实际工程应用价值。

  2024年03期 v.52;No.621 81-88页 [查看摘要][在线阅读][下载 1454K]
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• 基于DBN和BES-LSSVM的矿用压风机异常状态识别方法

  李敬兆;王克定;王国锋;郑鑫;石晴;

  针对矿用压风机这类分布式系统的异常类别复杂、识别精度低等问题，提出了一种基于深度置信网络（DBN）和最小二乘支持向量机（LSSVM）的异常状态识别方法。首先，分析压风机组成系统及其运行机理，确定常见的异常状态类型；其次，采用DBN无监督学习方式充分挖掘监测数据中异常特征并快速提取；然后，利用秃鹰搜索算法（BES）优化LSSVM的超参数，构建最优的BES-LSSVM分类模型；最后，将DBN提取的异常特征作为BES-LSSVM模型的输入，对矿用压风机异常状态进行识别。试验验证与对比分析结果表明，相较于GA,PSO,GWO算法，BES算法的求解精度和收敛速度均有所提高，同时DBN-BES-LSSVM模型在测试集上平均识别精度达到94.65%，较PCA-LSSVM模型、DBN模型和DBN-LSSVM模型的识别精度分别提高了10.53%,5.84%和3.76%，验证了DBN-BES-LSSVM模型在矿用压风机异常特征提取以及特征识别方面的优越性。

  2024年03期 v.52;No.621 89-97页 [查看摘要][在线阅读][下载 1523K]
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• 利用冷凝侧回收热调控供液温度特性分析

  钟根仔;王忠恒;侯春枝;朱长青;刘浩;杨敏玲;吕祺;

  针对某型液冷源供液温度波动较大以及冷凝侧热无利用排放问题，通过对系统工作原理和冷凝侧换热器结构等方面进行分析，提出可以利用冷凝侧回收热控制供液温度波动或实现供液温度的精确控制。建立了冷凝侧换热器的计算模型，并计算出系统冷凝侧空气进、出口温度、冷凝温度和冷却液出口温度等工作参数，以及在不同工况下的热回收量。结果表明，通过冷凝侧热回收的方式对液冷源供液温度进行调控，能够抑制供液温度波动，避免压缩机频繁启停，提高液冷源工作稳定性；冷凝侧热回收时，最大冷却液旁通流量为总流量的50%左右最为合适，并总结了系统制冷量与总热负荷能够实现平衡的工况区域。研究结论结果可为相关领域冷凝侧热利用提供参考。

  2024年03期 v.52;No.621 98-104页 [查看摘要][在线阅读][下载 1024K]
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