2022年第37卷第2期文章目次

徐洪，祁晶

2022, 37(2):1.

[摘要](22) [HTML](0) [PDF 2.47 M](217)

摘要:
超临界机组高温合金管氧化膜剥落问题是困扰机组安全与经济运行的难题，严重制约了机组蒸汽参数和效率的提高。特别是，在超临界机组采用给水加氧处理方式(OT)后，奥氏体不锈钢管内壁氧化膜大面积剥落事故屡见不鲜，尤以TP347H合金管为甚。本文总结了近年来国内外针对超临界机组合金管氧化膜研究的进展及相关成果，首先介绍了超临界蒸汽环境中合金管氧化机理和原子迁移机制，综述了铁素体和奥氏体合金表面氧化膜的形貌特征，分析了蒸汽溶氧对氧化膜生长速率、形貌和缺陷的影响。氧化膜完整性是决定合金抗腐蚀性能的重要因素，但在机组运行过程中氧化膜应力破坏了氧化膜完整性。进一步总结了国内外氧化膜应力和剥落研究的数值分析及实验研究情况，为我国超临界机组氧化膜剥落故障诊断研究提供参考。

2 基于EBSILON核气联合循环系统性能及参数优化研究

陈颖，王渡，丁文博，魏佳倩

2022, 37(2):8.

[摘要](527) [HTML](0) [PDF 2.81 M](186)

摘要:
为解决目前核电机组频繁调峰所存在的运行安全性问题，基于EBSILON仿真软件在AP1000核电站二回路热力系统模型基础上，将燃气轮机循环与核电站二回路的蒸汽朗肯循环相结合，提出3种核气联合循环系统配置方案。对建立的核气联合循环系统进行分析，结果表明：3种方案中联合循环效率最高的是方案3，该方案配置6台燃气轮机并且用省煤器代替2台高压加热器和2台低压加热器，其联合循环效率为48.760%；通过遗传算法，对方案3的主要参数进行优化，优化后联合循环效率增加至49.893%；采用核气联合循环后提高了核电机组的安全性。

3 防旋板高度对迷宫密封泄漏流动和转子动力特性的影响

陈尧兴，李志刚，李军，叶绿

2022, 37(2):16.

[摘要](9) [HTML](0) [PDF 3.76 M](154)

摘要:
采用基于转子多频椭圆涡动模型的Unsteady ReynoldsAveraged NavierStokes （URANS）方程求解方法，研究了防旋板高度与第1个迷宫齿前缘高度相同时，防旋板高度对迷宫密封泄漏流动和转子动力特性系数的影响。计算分析了典型中等进口预旋条件下，无防旋板结构以及防旋板高度为1.85，3.7和7.4 mm时，密封泄漏量、气流周向速度与转子动力特性系数。研究结果表明：防旋板高度对密封泄漏量的影响可以忽略；当防旋板高度与第1个迷宫齿前缘高度相同时，存在最佳防旋板高度使得防旋板下游气流周向速度最低；防旋板高度增加能够降低进口腔室区域内周向压力波动，进而降低正切向气流激振力，同时能够略微增加防旋板下游腔室区域内负切向气流激振力，使密封转子稳定性增强，但是密封直接刚度在低涡动频率范围内（＜162 Hz）随防旋板高度增加而降低。

4 基于SMIV-1DCNN的燃气轮机剩余使用寿命预测方法研究

韩国栋，曹云鹏，徐志强，王伟影

2022, 37(2):25.

[摘要](135) [HTML](0) [PDF 3.04 M](179)

摘要:
为了实现船用燃气轮机剩余使用寿命的预测，对燃气轮机健康监测参数进行斯皮尔曼（Spearman）相关关系分析，采用平均影响值（Mean Impact Value，MIV）进一步分析监测参数对性能退化的敏感性，筛选出敏感特征；对得到的燃气轮机特征参数进行预处理，以消除外界环境的影响；研究了一维卷积神经网络（One Dimension Convolutional Neural Networks，1DCNN），挖掘滑窗特征参数与运行时间的映射关系，实现燃气轮机剩余使用寿命预测。基于美国国家航天局发布的航空发动机退化数据集，验证了SMIV1DCNN剩余使用寿命预测方法的有效性；开展了船用燃气轮机性能退化剩余使用寿命预测仿真试验。仿真试验结果表明，该方法不受燃气轮机初始状态影响，剩余使用寿命预测绝对误差56.10、平均绝对百分误差107.87、均方误差70.95，预测性能优于BP神经网络、LSTM神经网络与GRU神经网络。

5 基于遗传算法的汽轮机转子多级叶片不平衡量优化方法研究

李洪亮，王红海，初世明，张庆春

2022, 37(2):33.

[摘要](17) [HTML](0) [PDF 1.66 M](172)

摘要:
为降低汽轮机转子叶片及轮盘在安装过程中带来的残余不平衡量，基于遗传算法的快速寻优功能提出，通过调节对每级叶片的排列顺序以及各级叶轮之间的相对安装角，优化转子不平衡的方法，并以某型汽轮机转子的叶片及轮盘的安装工艺为例展开优化研究。案例研究表明：优化后，第七级、第八级和第九级叶片的不平衡力分别是优化前的3.17×10-5，6.80×10-7和6.85×10-5倍，优化后转轴整体的不平衡力为1.26 N，水平力矩为0.29 N•m，垂直力矩为0.52 N•m。该方法能够有效降低转子的不平衡力和不平衡力矩，可为叶片安装过程提供理论支撑。

6 粒径对高比转速离心泵瞬态流动特性的影响

何峻，符杰，钟卫，谢沁颖

2022, 37(2):38.

[摘要](23) [HTML](0) [PDF 2.81 M](141)

摘要:
基于RNG k-ε湍流模型，利用ANSYS软件对一高比转速离心泵进行固液两相流非定常数值模拟，分析颗粒粒径变化对压力脉动、瞬时湍动能以及径向力的影响。结果表明：随着粒径增大，在小流量工况下离心泵效率逐渐降低，而在大流量工况下离心泵效率先增加后降低；在叶轮流道内靠近进口处其压力值先减小后增大，在流道中段及出口段处其压力值不断减小；作用在叶轮上的径向力先减小后增大，对隔舌处径向力影响较小；同一周期内，随着时间增大，叶轮内瞬时湍动能逐渐减小，减小趋势随着粒径的增大而愈发明显；在不同的粒径下，叶轮流道中压力脉动的主频率和隔舌上压力脉动的主频率分别以转频的1倍和叶频的1倍出现。

7 考虑摩擦热效应的刷式密封性能仿真研究

杨景尧，刘美红，宋晓磊，王娟

2022, 37(2):46.

[摘要](32) [HTML](0) [PDF 2.92 M](186)

摘要:
建立包含转子的刷式密封三维理想切片模型，通过商用ANSYS系列软件计算了不同工况条件下刷式密封与转子的温度场分布情况，在热分析基础上进行了刷式密封热-结构耦合分析。结果表明：随着上下游压差增大，刷式密封泄漏量逐渐增大，刷式密封泄漏量随着转子转速的增加呈微弱的下降趋势；在工作开始阶段的温升过程中,刷式密封的最高温度随着工作时间的增加而增加，最终达到稳定；刷丝与高速运转的转子间主要存在粘着磨损，随着时间的增加，刷丝的磨损量增加，磨损率降低。

8 工业燃气轮机进气室设计参数对压气机进气均匀性影响的数值研究

丁骏，王宏泽，彭志胜，隋永枫

2022, 37(2):55.

[摘要](161) [HTML](0) [PDF 2.72 M](175)

摘要:
为了降低径向进气室对压气机通流性能的影响，通过三维数值仿真对进气室的设计参数进行了研究。首先，量化评价了不同的进气室平直段子午型线对压气机进气均匀性的影响，然后对进气室支板与平直段支撑筋之间的相对角度进行了研究。研究结果表明：压气机的通流裕度对进气室平直段的型线较为敏感，需要谨慎修型以确保通流性能不会衰减；进气室平直段型线的改型主要诱发压气机进口径向叶尖的旋流畸变；而进气室支板与平直段支撑筋之间相对角度的改变对压气机进口的周向叶根畸变略有影响，支板与支撑筋重合会导致进气室的压损增加，压气机的喘振裕度略有下降，建议支板与支撑筋错开一定角度。

9 用于深度调峰机组的系列长叶片开发与应用

翁振宇，关淳，马义良，刘云锋

2022, 37(2):63.

[摘要](339) [HTML](0) [PDF 2.41 M](159)

摘要:
为了保证深度调峰机组长期运行的安全性，以哈尔滨汽轮机厂有限责任公司（HTC）200~600 MW等级主力机型的低压末两级长叶片为研究对象，通过对叶片结构的优化设计，在尽可能降低改造成本的前提下，研制了适用于深度调峰机组的系列新型低压长叶片。制定了哈汽公司不同功率等级主力机型深度调峰工况下的叶片改造方案，以应对调峰工况的主要风险。

10 高温熔盐泵关键部件结构特性分析

金永鑫，张德胜，宋文武，卢加兴

2022, 37(2):70.

[摘要](15) [HTML](0) [PDF 3.38 M](179)

摘要:
为研究熔盐泵在不同温度下叶轮和导叶结构特性变化，采用流固热耦合方法对不同温度下熔盐泵结构进行分析。分析结果显示：叶轮叶片进口和导叶叶片出口存在应力集中现象，叶轮前后口环根部配合位置和叶轮口环上的应力圆周分布均出现周期分布。叶轮叶片和导叶叶片与盖板交线的变形规律性比较明显，叶轮叶片与盖板交线的变形量自进口至出口先小幅度降低后增加；导叶叶片和盖板交线的变形量由进口到出口呈减小的趋势。温度增加会使前后口环及其配合位置的径向变形量增加，但叶轮口环的变形量均小于静止部件配合位置的变形量，不同温度下叶轮口环和配合位置都满足间隙配合条件，不会出现干涉和卡死现象。

11 蒸汽喷射压缩器性能的三维数值模拟

王景富，许恒，张东洋，宋志刚

2022, 37(2):79.

[摘要](15) [HTML](0) [PDF 1.66 M](154)

摘要:
通过对蒸汽喷射压缩器内流场进行三维数值模拟，对初步设计的蒸汽喷射压缩器进行结构优化，并研究了结构参数、工况参数和调节锥对喷射器工作性能的影响。结果表明：混合室直径和喷嘴出口到混合室入口间距是影响喷射器性能的两个关键参数；降低工作蒸汽压力、提高引射蒸汽压力和降低背压都能够使喷射系数升高；使用调节锥能够在一定程度上提高喷射系数。

12 不同富氧条件下高炉煤气和焦炉煤气燃烧数值模拟

易正明，张丑，周正，林超群

2022, 37(2):84.

[摘要](12) [HTML](0) [PDF 2.90 M](175)

摘要:
为研究高炉煤气和焦炉煤气在不同富氧条件下的燃烧特性，以某钢厂75 t/h燃气锅炉为对象，利用数值模拟软件Fluent，选用带旋流修正的Realizable k-ε湍流模型和有限速率/涡耗的散燃烧模型，采用速度入口、压力出口、标准壁面方程、无滑移、无湍流运动边界条件，对炉内着火距离、温度和热流密度分布进行了模拟。结果表明：焦炉煤气着火距离比高炉煤气短，焦炉煤气在富氧31%工况较空气燃烧工况更早达到1 000 K的稳定燃烧温度；燃气锅炉富氧后整体温度降低，温度分布更加均匀，空气燃烧、富氧26%和富氧31%三种工况的最高温度分别为1 867，1 678和1 834 K；高炉煤气和焦炉煤气在O2/CO2燃烧条件下，气体辐射换热性能得到增强，炉内整体热流密度提升明显，富氧工况下整体温度较空气燃烧工况低，但壁面热流增大；富氧后炉膛内NO〖HT5”〗x的生成量降低，富氧26%工况下折焰角处折算至3%O2的NO生成由空气燃烧工况的8.12 mg/m3降至0.63 mg/m3。

13 CeO2和MnO2协同催化半焦燃烧与脱硝的试验研究

张新福，郭瑞堂，吴桂林，潘卫国

2022, 37(2):92.

[摘要](334) [HTML](0) [PDF 2.99 M](163)

摘要:
采用向半焦中添加CeO2和MnO2两种催化剂的方法，通过热重分析（TGA）、扫描电子显微镜(SEM)和X射线光电子能谱(XPS)等技术，研究了添加剂种类及比例对催化半焦燃烧和脱硝的影响。结果表明：当添加质量分数为5%的CeO2催化剂时半焦的着火温度和燃尽温度分别降低了1和11 ℃，当添加质量分数为5%的MnO2催化剂时着火温度升高了11 ℃，燃尽温度降低了15 ℃，当添加质量分数为5%CeO2-5%MnO2的复合催化剂时着火温度和燃尽温度分别降低了20和26 ℃；当向半焦中添加质量分数分别为5%CeO2和5%MnO2的催化剂时NOx和CO的排放质量均有所下降，添加质量分数为5%CeO2-5%MnO2的复合催化剂时NOx和CO的排放质量显著降低，分别下降为79.19%和38.80%。这一研究表明，质量分数为5%CeO2-5%MnO2复合催化剂对促进半焦燃烧和提高脱硝效率具有一定的协同作用。

14 一种基于LPP子空间的热工过程多模式聚类方法研究

袁照威，司风琪，孟磊，谷小兵

2022, 37(2):100.

[摘要](22) [HTML](0) [PDF 2.62 M](167)

摘要:
针对热工多模态过程的模式识别和聚类问题，提出了一种基于局部保留投影（Local Preserving Projection， LPP）子空间的混合聚类方案。首先，将高维的多模式过程数据通过局部保留投影方法投射到低维子空间中，在剔除噪声、提高计算效率的同时保留局部结构；其次，在LPP子空间中，结合传统的分层和非分层聚类算法的优点，使用凝聚kmeans算法，为多模式过程数据生成最佳的集成聚类解决方案。以某600 MW机组脱硫系统的多模式过程数据的识别与聚类过程为例，证明了该方法的有效性和实用性。

15 不同调节方式下跨临界CO2空气源热泵性能实验研究

虞中旸，陶乐仁，张苏韩，俞庆

2022, 37(2):107.

[摘要](74) [HTML](0) [PDF 3.20 M](207)

摘要:
为提高跨临界CO2空气源热泵热水系统运行性能，对不同压缩机频率、电子膨胀阀开度和水流量下的系统及部件运行特性进行了实验研究，并对循环加热模式下的调节方式进行了优化。结果表明：当阀开度减小时，系统性能系数COP和制热量随过热度的增大而减小；压缩机存在最大电效率点，并且电效率极值点会随着运行频率的增大而向低过热度段发生移动；与电子膨胀阀调节方式相比，水流量调节方案下系统COP提升了13.22%；在循环加热模式下不同加热时期的最优阀开度并不相同，根据最优高压理论对其调节方式进行了优化，最大优化率为15.96%。

16 带有机力通风冷却塔的机组冷端优化研究

宋金时，钟平，梁强，王安庆

2022, 37(2):116.

[摘要](434) [HTML](0) [PDF 1.91 M](162)

摘要:
带有机力通风冷却塔的机组冷端优化需要考虑冷却塔的能耗，热力性能受大气参数的影响较大。为了研究以大气参数为边界条件的冷端系统最佳的运行方式，以带有逆流式机力通风冷却塔的发电机组为对象，对机力通风冷却塔和凝汽器进行变工况分析，寻求冷端系统优化后的机组最小供电煤耗率。结果表明：当3台循环水泵和5台风机运行时，机组供电煤耗率可降低1.6 g/（kW•h）；当2台循环水泵和4台风机运行时，机组供电煤耗率可降低8 g/（kW•h）。

17 溴化锂吸收式热泵的动态建模及运行特性分析

熊军，廖晔，胡宪法，黄平

2022, 37(2):122.

[摘要](17) [HTML](0) [PDF 2.80 M](149)

摘要:
为充分挖掘吸收式热泵的动态运行特性，考虑各部件存量工质的储热特性建立考虑传质和分布参数的溴化锂吸收式热泵动态仿真模型。在机组各设备存量工质质量不同的情况下，分析了热源工质进口温度的提升对冷却水和冷媒水出口温度的动态影响及系统的热惯性特征，同时在热源工质进口、冷却水进口和冷媒水进口温度变化的情况下，分析了系统的性能系数（Coefficient of Performance，COP）变化特性及结晶风险变化特性。结果表明：该模型能准确地模拟吸收式热泵的稳态特性和动态特性；机组的热惯性主要与机组内各设备中的存量溶液质量有关；热源工质入口温度的上限受到系统COP及结晶风险的双重影响；冷却水入口温度的下降可增大系统COP，其下限受到结晶风险的限制；冷媒水入口温度的上限不受结晶特性限制；主要受用户侧的用能需求限制。

18 单桩海上风力机风致振动变阻尼控制研究

李根，闫阳天，李春，薛世成

2022, 37(2):129.

[摘要](27) [HTML](0) [PDF 2.92 M](154)

摘要:
风致振动是大型风力机发生破坏性事故的主要原因。为探究半主动控制在近海单桩风力机风致振动控制中的应用效果，基于ABAQUS有限元软件二次开发了风力机半主动控制模块，以单桩式NREL 5 MW海上风力机为研究对象，通过磁流变阻尼器对BangBang控制、改进BangBang控制及Lyapunov控制3种半主动控制算法在单桩大型风力机风致振动控制中的效果展开研究。结果表明：3种半主动控制算法均对风力机塔顶振动及塔架加速度具有显著控制效果，塔顶位移峰值分别减小21.3%，26.3%及29.6%，加速度最大值降低47.7%，59.2%及65.7%，其中Lyapunov控制算法在塔顶位移峰值及塔架加速度控制方面皆有最优效果；三种半主动控制算法均可明显改善塔壁外壁Mises应力集聚现象，分别使Mises应力最大值降低12.1%，17.2%及20.5%，同时塔壁与磁流变阻尼器的连接处会产生一定应力激增现象。

19 生物质热风炉换热器传热性能数值分析及实验研究

李琪飞，任慧刚，黄腾，李玉宏

2022, 37(2):137.

[摘要](8) [HTML](0) [PDF 3.70 M](166)

摘要:
以生物质热风炉为研究对象，搭建生物质热风炉实验台，控制空气入口速度为12~20 m/s，开展相关测试实验。采用Realizable k-ε湍流模型，速度和压力的耦合采用SIMPLEC算法，利用FLUENT软件计算得到换热器温度、速度、压力分布，将模拟结果与实验测试结果进行比较，误差在2%以内。结果表明：随着壳程空气流速的逐渐增大，换热器的壳程温差ΔT、压降Δp逐渐升高；对流传热系数、总传热系数、传热量和换热器评价指标η也逐渐增大。随着雷诺数增大，努塞尔数和传热因子逐渐增大。

20 基于自适应神经网络模糊PID的磨煤机控制研究

郭佳跃，韦根原

2022, 37(2):148.

[摘要](61) [HTML](0) [PDF 2.40 M](171)

摘要:
以衡丰发电厂钢球磨煤机辨识结果为研究对象，基于MATLAB/Simulink平台搭建自适应神经网络模糊PID的磨煤机控制系统仿真模型,通过自适应神经网络对模糊规则进行训练和学习，改进磨煤机出口温度控制、入口负压控制以及负荷控制策略。仿真结果表明：自适应神经网络模糊PID控制优化效果明显，在磨煤机50%工况下，相比传统PID调节和模糊PID调节系统，稳定性分别提高57.96%和33.70%；调节速度分别提高43.88%和31.38%；稳态误差分别减少95.41%和89.33%。

21 汽轮机汽阀空心门杆断裂分析及其防范措施

王政先，何鹏

2022, 37(2):155.

[摘要](31) [HTML](0) [PDF 1.74 M](139)

摘要:
以火电厂汽轮机主汽阀、调节阀等空心门杆为研究对象，阐述汽轮机汽阀空心门杆结构，并以两个门杆断裂案例分析门杆断裂的原因，利用ABAQUS仿真软件对空心门杆十字平衡孔不同孔径及不同位置进行仿真。仿真结果表明：发生断裂部位主要集中于空心门杆的十字平衡孔处，断裂原因为材料及加工制造缺陷引起的空心门杆强度不足；十字平衡孔孔径由8 mm缩小至5 mm时，门杆最大应力降低了21%，将原交叉十字平衡孔错位30 mm后，最大应力增加了9%；建议在更换新门杆时可考虑适当缩减平衡孔孔径，采用交叉十字平衡孔结构。

22 基于网格搜索优化ERF模型的风电机组异常状态预警

马良玉，赵尚羽，孙佳明，於世磊

2022, 37(2):160.

[摘要](258) [HTML](0) [PDF 2.52 M](177)

摘要:
提出一种基于网格搜索优化（GS）极端随机森林（ERF）模型的风电机组性能预测及异常状态预警方法。首先，采用离散度分析法清洗噪声和异常工况数据，以获取建模用正常运行状态数据。其次，通过分析风机运行与控制原理，选取与转速和功率具有较高相关度的特征参数作为模型输入，完成预测模型训练和验证，并对比ERF模型与其它几种模型的建模效果。最后，基于滑动窗口算法确定窗宽为10 min，增量为1 min，计算窗内数据的平均绝对误差作为状态指标，采用非参数估计确定发电机转速阈值为33.78，有功功率阈值为55.07。借助某风电机组真实历史运行数据和故障样本，验证异常状态预警方法，结果表明，该方法能够对即将发生的故障进行检测，预警时间比实际故障时间有效提前。

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