2021年第36卷第3期文章目次

2021, 36(3):1.

[摘要](933) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](0)

摘要:
以典型660 MW超临界燃煤发电机组为研究对象，进行了烟气余热梯级利用系统的概念设计。基于热力学第一定律和热力学第二定律分析了回转式空气预热器传热过程的热力学完善程度，烟气余热梯级利用系统热量置换过程的火用效率，燃煤机组整体性能以及考虑回转式空气预热器内部硫酸氢铵（ABS）沉积沾污因素的运行节能效益。研究结果表明：随着烟气余热利用系统能级平衡节点温度升高，回转式空气预热器传热不可逆损失减小，系统热量置换过程火用效率升高，机组发电标准煤耗率降低；对于确定的能级平衡节点温度，存在最佳的旁路烟气比例，分别对应热量置换过程火用效率最高和机组发电标准煤耗率最低；考虑ABS沉积因素后，烟气余热利用系统的可运行参数区间受限，影响系统的节能收益。

2 船用燃气轮机输出轴对中状态监测装置

戴日辉，宋子刚，董辉，姜健

2021, 36(3):13.

[摘要](342) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](0)

摘要:
舰船上使用的燃气轮机，在长期运行过程中，其输出轴的对中状态会发生改变。目前采用的复查方法是将燃气轮机与减速齿轮箱之间的高速连接轴法兰脱开，测量其偏斜和平行位移。这种复核方法操作复杂，且影响燃气轮机正常使用。本文提出了一种基于PSD传感器的新型船舶燃气轮机输出轴对中状态监测装置，可在不脱开高速连接轴法兰的情况下随时观察输出轴对中状态，减少了当代船用燃气轮机动力装置反复进行计划维护的工作量，并缩短了周期。

3 离散孔气膜冷却效果的红外热像测量方法

管俊俊，陈榴，戴韧

2021, 36(3):19.

[摘要](680) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](0)

摘要:
基于红外测温技术，建立了常温环境中的平板气膜冷却性能试验台，设计了一种离线红外测温的标定方法，解决了实验中红外测量窗口，即红外玻璃受热后的辐射对标定的影响。通过与热敏液晶测量结果对比，证明测量窗口自身热辐射造成的测量误差正比于测量温度与气流温度的偏差，通过标定可以消除该误差，达到与热敏液晶一致的精度。

4 基于不同压气机特性曲线预测方法的单轴燃气轮机动态性能仿真研究

谢心喻，鲁业明，王晓放，王巍

2021, 36(3):26.

[摘要](662) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](0)

摘要:
部件精细化建模方法研究一直为燃气轮机动态性能仿真领域的研究热点。以某经典单轴燃机核心部件压气机为对象，基于模块化建模思想利用Matlab/Simulink平台搭建了系统仿真计算平台，并将最小二乘法、三次样条插值法以及BP神经网络法嵌入平台进行了预测应用研究。结果表明：在压气机性能预测中，三种方法均可有效预测部件性能，但BP神经网络法和三次样条插值法的预测结果优于最小二乘法；在整机性能预测中，最小二乘法整机仿真计算结果偏离预设值，而BP神经网络法和三次样条插值法的仿真计算结果具有较高的准确性；在时效性方面，BP神经网络法所需时间成本比其余两种方法高。

5 叶片包角对双蜗壳离心泵水力特性的影响

李新锐，祝宝山，李正贵，王维军

2021, 36(3):35.

[摘要](298) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](0)

摘要:
为研究叶片包角对双蜗壳离心泵水力特性的影响，用数值模拟的方法研究了ZHA235-250-400型双蜗壳离心泵在不同包角下外特性、内流场及蜗壳内压力脉动，然后进行了离心泵水力性能实验。结果表明：随着叶片包角的变化，双蜗壳离心泵内部压力变化较大，当包角为130°时压力分布对称性较好，可有效平衡径向力；包角的增大会减小相对液流角，使双蜗壳离心泵的扬程和效率下降；蜗壳内部压力脉动主频是叶频及其倍频，叶片包角影响蜗壳内压力脉动，隔板起始端和隔舌是蜗壳频率脉动源的主要部分；当叶片包角为130°时，各监测点处的压力脉动幅值最低，动静干涉影响最小。

6 千兆瓦级超临界CO2透平设计方案技术经济性比较

赵兵涛，杨其国，李宇峰

2021, 36(3):43.

[摘要](173) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](0)

摘要:
为对以燃煤锅炉为热源的千兆瓦级超临界CO2发电热力透平设计方案进行优化，针对热力透平设计策略和技术经济性进行评价，将单通流和双分流两种设计策略分别应用于千兆瓦级超临界CO2设计。结果表明：基于单通流设计策略的透平热力级为高压缸1×3级和中/低压缸1×3级，基于双分流设计策略的透平热力级为高压缸2×3级和中/低压缸2×3级；从技术性能角度考量，两者热力参数较为接近，单通流功率1 367.5 MW，略高于双分流功率1 361.7 MW；从经济性性能包括叶片应力、轴向推力、设备制造与安装成本等角度综合考量，高压缸、中/低压缸均采用双分流结构较为合理。

7 基于气液两相的导叶对液力透平内部流动规律的影响

史广泰，彭家文，李金，薛志成

2021, 36(3):48.

[摘要](545) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](0)

摘要:
为了研究气液两相条件下导叶对液力透平内部流动特性的影响，现选取比转速为55.7的离心泵反转作为液力透平，并在液力透平叶轮进口添加一组负曲率导叶，设计出含导叶的水力模型，研究含气工况下导叶对液力透平性能的影响。研究发现：添加导叶前蜗壳和叶轮流道内压力分布和气相分布不均匀，且含气率越高均匀性越差，过流部件内流动较为紊乱，蜗壳和叶轮流道内出现了旋涡；添加导叶后，在较高含气率工况下叶轮流道内压力分布相对均匀且混合介质的流动情况得到改善，水力损失减少；添加导叶后透平最优效率点的值要高于未添加导叶的最优效率点的值，但随着含气率的提高，添加导叶的液力透平效率比未添加导叶的透平效率下降快。

8 基于变分模态分解与卷积神经网络的轴承故障诊断

许子非，缪维跑，李春，金江涛

2021, 36(3):55.

[摘要](647) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](0)

摘要:
为解决滚动轴承在变载荷、大噪声背景下故障诊断困难及所建立智能模型泛化能力不足的问题，基于变分模态分解算法（Variational Mode Decomposition，VMD）及卷积神经网络（Convolutional Neural Network，CNN）技术提出VMD-CNN故障诊断模型。以标准轴承实验数据为研究对象，对11种故障类型和损伤程度不同的轴承状态进行识别。结果表明：不同模态数所对应的VMD-CNN模型诊断性能不同，模态过多导致过分解现象，弱化模型性能；与现有算法相比，基于最优模态数所构建的VMD-CNN模型在变载荷与噪声环境下性能更佳；可视化提取特征“点簇”说明各模态间存在互补机制，此机制可一定程度上提升模型鲁棒性与泛化能力。

9 基于视频图像处理技术的火焰识别算法

刘培江，董辉，宋子刚，李延彬

2021, 36(3):64.

[摘要](273) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](0)

摘要:
针对现有的真火训练评估系统难以直接准确评价出实际灭火效果，以及部分真火训练环境比较空旷的特点，提出了一种基于视频图像处理技术识别火焰的算法，该算法能够直接检测出火焰大小，从而实现对训练效果更加直观准确的评估。通过对比分析的方法，确定采用YCbCr彩色模型算法，该算法拥有其自身独特的优点，即减轻改变照明度造成的负面影响并且提高火焰检测的准确率。为提高评估的准确性，针对火灾检测技术的难点和关键点提出了基于视频图像的解决办法，即先对火焰的圆形度、火焰边界的粗糙度和尖角个数分别进行特征提取，再进行动态特征提取，完成数据归一化处理。采取训练集对分类器展开训练，再根据训练集得到的模型对测试集进行预测，最终获取分类识别率。以某实际真火训练的1000张图片为样本，对模型中的火焰图像处理效果进行验证。实验结果表明：基于饱和度的规则和颜色模型能够更准确地体现火焰行为，在不利的照明背景条件下其鲁棒性更强。对比激光束检测、超声波检测和水量检测等方法，基于图像的火焰识别评估方式具有不易变形、定量直观、准确性高及操作方便等优点。

10 三喷嘴蒸汽喷射器振动分析

丁宁，李宝宽，荣文杰

2021, 36(3):72.

[摘要](467) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](0)

摘要:
为分析三支管混合喷射器产生振动的位置及其影响范围，采用数值模拟方法，建立了工业尺度喷射器三维计算模型，并用大涡模拟方法研究其内部流体的速度和压力分布。同时，探究振动处湍流的影响范围，在喷射器中、后段取三个点进行监测，并绘制三点处的速度和压力变化曲线。结果表明：喷射器在混合段产生强烈的湍流，压力变化幅度约为0.025 MPa，引起喷射器振动；混合段的湍流随着继续流动逐渐变弱，三个监测点处速度波动范围依次为15~80、20~60、75~100 m/s，增加喷射器尾部等截面圆柱管的长度可以减弱出口处湍流的影响。

11 螺旋形实心锥喷嘴雾化特性试验研究

杨国华，王凯，雷凡培，张波涛

2021, 36(3):77.

[摘要](361) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](0)

摘要:
为了对氨法脱硫用螺旋形实心锥喷嘴的雾化特性进行准确预测，基于高速阴影技术和图像处理方法，对两种不同螺旋升角的螺旋形实心锥喷嘴的流量特性、喷雾场结构特征、雾化角变化规律、破碎长度、液滴空间分布及平均粒径进行分析。结合脱硫常用的空心锥离心式喷嘴，开展了两种喷嘴的稳定性对比分析。结果表明：螺旋形实心锥喷嘴的流量特性与螺旋升角无关，其喷雾场呈螺旋状同心锥面分布，雾化后液滴也呈螺旋形多层次分布，即实心锥分布；螺旋形实心锥喷嘴雾化角在喷注压降大于0.05 MPa时与螺旋形升角有关，与流量和喷注压降无关；考虑螺旋面升角对液滴平均粒径的影响，得到了新的索太尔平均直径（SMD）经验关系式，预测结果与试验结果趋势一致，且螺旋升角越大，液滴平均粒径越小；螺旋形实心锥喷嘴在喷注压降小于0.05 MPa时也能保证稳定雾化，而空心锥离心式喷嘴会出现约为9 Hz的自激振荡现象，喷雾场呈“宝塔形”，且具有明显的Klystron效应。

12 基于距离度量的火电机组协调系统软切换预测控制

陈铁锋，杜文

2021, 36(3):87.

[摘要](96) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](0)

摘要:
为进一步提高火电机组在自动发电控制（automatic generation control,AGC）模式下的负荷调节质量，同时保证机组本身运行的稳定性，设计了基于多模型预测控制的协调控制策略。针对传统多模型预测控制存在的子模型优选和多模型预测控制算法计算量大的问题，利用距离度量理论指导子模型集构建，建立被控对象在不同工况处的离线加权规则表，通过性能指标函数的加权融合实现各子控制器间的软切换，降低多模型预测控制算法计算负荷。工程应用表明：所提算法可显著提高机组负荷调节性能及机组运行稳定性。

13 火电厂空气预热器旁路余热利用系统经济性分析

孙亦鹏，刘建华，程亮，李永富

2021, 36(3):93.

[摘要](535) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](0)

摘要:
为实现对某电厂空气预热器旁路烟气余热利用系统的经济性综合评价，针对采用空气预热器旁路的机组提出了一种锅炉效率检测和计算方法，将空气预热器旁路传递的烟气热量作为锅炉热损失的一部分，确立了一套以试验检测为基础，结合理论推导计算的评价方法，定量分析了空气预热器旁路余热利用系统运行对锅炉效率、汽轮机热耗和厂用电率的影响，并开展了相应的检测试验。试验结果表明：某电厂空气预热器旁路烟气余热利用系统在满负荷工况下可降低供电煤耗2.80 g/(kW·h)，在低负荷和环境温度较低的冬季工况经济性会受到较大影响。

14 锅炉汽包水位的模糊PID控制研究

刘春艳，陈梦涛

2021, 36(3):100.

[摘要](500) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](0)

摘要:
为了改善传统PID控制器对锅炉汽包水位的控制效果，在传统PID控制的基础上，运用MATLAB软件，融入模糊控制算法，对锅炉汽包水位进行仿真研究，结果表明：采用模糊PID控制的锅炉汽包水位控制达到稳态的时间仅为0.073 3 s,远小于常规PID控制所用的时间0.5 s；采用模糊PID控制的锅炉汽包水位控制产生的最大超调为0.06%，远小于常规PID控制产生的超调0.2%；采用模糊PID控制器进行控制，系统仅振荡了1次就进入稳态，系统的平稳性得到了很好的改善，平稳性及自适应方面均明显优于传统PID控制，控制效果更能达到工程实际要求。

15 600 MW火电机组的高压加热器水位改进前馈控制策略研究

庞占洲，黄青岭，曹越，司风琪

2021, 36(3):106.

[摘要](623) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](0)

摘要:
为解决火电机组灵活调峰时高压加热器水位偏差过大的问题，以600 MW火电机组为研究对象，提出一种基于最小二乘法的高压加热器水位改进前馈控制策略，通过前馈补偿作用快速响应扰动条件的变化，减小灵活调峰运行过程中高压加热器水位的偏差。该方法通过负荷分段得到一组不同负荷工况下的数据，并利用最小二乘方法进行改进的静态前馈控制系数的拟合，进而获得改进的高压加热器水位前馈控制系统的多变量回归模型。进行负荷点间隔和取值范围变化的仿真试验，并开展现场实验进行验证。结果表明：负荷点间隔越大，原始数据的信息丢失越多，补偿效果越差；负荷点取值范围越大，数据难以集中反映对应负荷下的工况。现场实验结果表明，前馈投入后水位误差均方根、误差极大值和误差平均值均降低了约50%。

16 基于数据挖掘案例推理的电站锅炉燃烧优化

张国斌，张光明，刘永江，黄文渊

2021, 36(3):114.

[摘要](630) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](0)

摘要:
考虑到基于智能计算的燃烧优化算法难以应用于工程领域的问题，设计了一种基于数据挖掘案例推理的电站锅炉燃烧优化系统。根据海量的分散控制系统（Distributed Control System,DCS）历史数据，采用改进的模糊减法聚类算法确定分类数，以模糊C均值算法建立初始案例库，通过目标寻优约简案例库。在线应用时，基于非可控因子的案例推理方法计算当前工况最佳燃烧参数，根据可控因子对输出参数进行修正，保证系统的实时最优性。对比某机组的优化效果表明，优化后选择性催化还原（Selective Catalytic Reduction,SCR）装置入口NO〖HT5”〗x浓度平均降低26.2 mg/m3，锅炉效率平均提升了0.21%。

17 基于随机森林的SCR脱硝系统出口NOx浓度预测研究

钱虹，张超凡，柴婷婷

2021, 36(3):122.

[摘要](540) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](0)

摘要:
基于集成学习中的随机森林(Random forest,RF)算法，利用某燃煤机组SCR脱硝系统历史运行数据，通过计算各特征变量重要性评分选取出最优输入变量集，建立脱硝系统出口NOx浓度最优的RF预测模型。与常见建模方法进行对比，结果表明：基于RF算法的模型预测精度明显高于BP神经网络和SVM等建模方法，且经最优变量选择后，具有更好的泛化能力和更短的建模时间，能够有效应用于电厂烟气脱硝系统出口NOx浓度预测中。

18 首台国产天然气长输管线压缩机组负荷分配控制系统研究

马亮，张磊，许铁岩，闫昌盛

2021, 36(3):130.

[摘要](95) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](0)

摘要:
为了在某压气站实现国产首台燃驱压缩机组与引进燃驱压缩机组联合运行，安全、高效、平稳实现多机组负荷分配任务，提出一种以可编程逻辑控制器PLC（Programmable Logic Controller）为核心的负荷分配控制系统。分析了负荷分配控制原理，完成了控制系统构成及实现方式的设计，编制了工作点与喘振区距离的算法逻辑、防喘解耦逻辑和主控制逻辑。实机测试结果表明：该负荷分配控制系统实现了多台机组在各种组合方式下，及其在运行或停机状态下，退出或投入时的联合负荷分配，且系统稳定的最长时间为20 min，满足30 min内达到稳定运行的设计要求。该系统在保证机组安全稳定运行的前提下，使压缩机每段回流量达到最小，并保证每台压缩机有足够的喘振裕量，有效提高了场站压缩机组的运行效率，填补了国产燃驱压缩机组负荷分配控制系统设计生产领域的空白。

19 叶片出气边开槽V结构对水平轴风力机翼型气动性能的影响

魏建晖，陈坤，姚伟伟，李一枭

2021, 36(3):138.

[摘要](566) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](0)

摘要:
为探究具有鸮类特征的风力机叶片出气边开槽的V结构表面气动性能，采用SST k-ω湍流模型，对750 W的标准风力机叶片和仿生风力机叶片翼型的周围流场进行计算。结果表明：仿生V结构表面的风力机叶片阻力系数和吸力面的压力系数均小于标准叶片。分析发现V结构表面能够改变旋涡区位置，漩涡区偏离叶片表面，流动阻力减小。在测量攻角（α=0°~30°）范围内，标准叶片和仿生叶片的升阻比都呈现先递增后减小的规律。在攻角为20°时，标准叶片的升阻比达到最大值，其值为4.03。攻角为25°时仿生V结构风力机叶片的升阻比达到最大值，相比于标准叶片，升阻比增加了73.7%，压力面附着效应增强，升阻比得到提高。

20 等比例分段式气动弹片对翼型气动性能影响

李东旭，李春，张万福

2021, 36(3):145.

[摘要](210) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](0)

摘要:
为改善气动弹片在小攻角范围内破坏翼型上表面流体附壁的现象，以NACA0018翼型为研究对象，通过数值模拟分析分段式气动弹片对翼型气动性能的影响。结果表明：等比例分段式气动弹片翼型吸力面压力显著降低，升阻比较原始翼型最大提高25.65%；在一定范围内弹片所分段数越多，气动性能改善效果越明显；弹片抬起角度大于14°时会在其下表面形成大涡区，进而对翼型气动性能产生负面影响。

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