动力工程学报

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基础研究

后处理工艺对激光选区熔化Hastelloy-X合金微观组织及力学性能的影响

何磊, 汪超, 邓甜甜

2023, 43(5): 511-518. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2023.05.001

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采用激光选区熔化技术制备了Hastelloy-X合金,并进行了热处理和热等静压工艺,研究不同后处理工艺下合金的微观组织、高温拉伸性能和低周疲劳性能,并对疲劳失效机理进行分析。结果表明:沉积态样品中存在较多的未熔粉、气孔和微裂纹等缺陷,热处理工艺对该类缺陷无明显改善,热等静压工艺可以很好地消除沉积态中存在的缺陷,合金的相对致密度提升至99.9%;热处理后,合金在815 ℃下的抗拉强度和塑性较沉积态有一定的提升;热等静压后,合金的抗拉强度下降,塑性提升;热处理后合金的低周疲劳寿命仅为热等静压后合金的一半;合金中的未熔粉和夹杂物所在位置是疲劳裂纹源形成的主要位置,热等静压工艺可以很好地消除合金的内部缺陷,大大提高样品的疲劳寿命。

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基础研究

316H不锈钢蠕变-疲劳缺口效应及损伤考核准则分析

龚伟忠, 谈建平, 曾鑫, 张丽屏, 邵雪娇, 苏东川, 刘长军

2023, 43(5): 519-525. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2023.05.002

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通过开展光滑试样和不同V型缺口试样载荷控制下的蠕变-疲劳试验,研究了载荷水平、保载时间、缺口尺寸对316H不锈钢在600 ℃试验温度下蠕变-疲劳寿命的影响及缺口效应,探讨了ASME BPVC III-NH卷中316不锈钢蠕变-疲劳考核准则对于316H缺口试样的适用性。结果表明:316H不锈钢蠕变-疲劳寿命在短时保载下表现出缺口削弱作用,长时保载下表现出缺口强化作用;随着保载时间的增加,可观察到断口处裂纹扩展区凹坑和凸起变多,瞬断区韧窝变大变深;根据现有的试验结果,ASME规范中316不锈钢蠕变-疲劳考核准则适用于缺口构件。

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动力设备与系统

超超临界垂直管圈锅炉水冷壁汽温偏差及节流圈调整方案研究

杨浩昱, 张西容, 李维腾, 杨冬, 王永杰, 宋宝军, 夏良伟

2023, 43(5): 526-534. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2023.05.003

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为解决660 MW超超临界锅炉垂直管圈水冷壁汽温存在偏差、温度波动大和水冷壁出现横向裂纹等问题,进行了试验研究和水动力计算。根据锅炉设计方案,建立了某电厂锅炉流动网络系统的水动力计算数学模型,并在锅炉水冷壁上铺排工质温度测点;根据实炉测量数据,对1号机组270 MW负荷时炉内热负荷和热偏差的分布进行了计算分析;然后调整了节流圈的布置方案,计算调整后的水动力和流动不稳定性。结果表明:调整后出口汽温更加均匀,调整后的方案能更好地防止汽温波动,且不会发生脉动;节流圈调整后中高负荷下的垂直管圈水冷壁汽温分布更均匀,汽温偏差问题明显改善。

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动力设备与系统

水润滑推力轴承摩擦学性能的分析和试验研究

贾谦, 杨帅, 刘哲, 李思晗, 蔡龙, 韩海燕, 闫菲菲, 袁小阳

2023, 43(5): 535-542. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2023.05.004

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针对某堆型核电机组主泵水润滑推力轴承极端工况及超长服役周期的特点,从分析和试验两个方面进行了摩擦学的相关研究工作。在分析方面,考虑了平衡支撑下的润滑性能分析,仿真分析了推力轴承在不同转速下的最小润滑膜厚度h_min、摩擦力矩M_f和温升ΔT,并根据起飞转速建立了基于启停次数的轴承磨损预测模型;在试验方面,进行了与轴承材料相关的摩擦磨损试验,获得了石墨-不锈钢摩擦副在边界润滑和干摩擦下的摩擦因数f和体积磨损量ΔW,通过缩比的台架试验测试了石墨轴承的润滑膜厚度h、瓦面温度T及磨损质量Δm。结果表明:工作转速对h_min影响较大,对ΔT影响较小,石墨材料对干摩擦下的f和ΔW影响较大;从h和T来看,试验结果与计算分析的结果较为接近,说明半尺寸缩比试验与实际使用工况相似性较佳。

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动力设备与系统

储能与燃气轮机联合调频的经济性分析

钱文翰, 刘培, 薛亚丽, 李政

2023, 43(5): 543-549. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2023.05.005

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为了研究储能电池与燃气轮机联合调频系统的经济可行性,提出了由燃气轮机负责调频需求信号的低频分量,储能补偿出力,且考虑储能电池荷电状态的运行策略,基于Matlab/Simulink平台建立了计算重型燃气轮机出力的动态模型,并构建了系统的经济评估模型。在一段实际的调频需求信号下,比较了单独储能系统和储能、燃气轮机联合系统在达到相同调频表现时各自的系统总成本。结果表明:储能与燃气轮机的结合能够使得调频所需的储能电池容量下降,从而使得系统的总成本降低,成为更具有经济竞争力的调频资源。

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动力设备与系统

立式旋风燃烧液态排渣锅炉沾污特性热态试验研究

张斯卓, 袁益超, 张翔, 闫凯

2023, 43(5): 550-557. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2023.05.006

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针对采用液态排渣锅炉解决易结渣煤种的清洁高效利用问题,必须掌握液态排渣锅炉热力计算方法及其受热面的沾污特性。根据某75 t/h立式旋风燃烧液态排渣锅炉不同工况下的热态试验结果,结合苏联73标准中双炉室液态排渣锅炉传热计算方法,对立式旋风燃烧液态排渣锅炉受热面沾污特性进行了研究,获得了液态排渣方式对过热器、省煤器和空气预热器受热面沾污特性的影响规律。结果表明:苏联73标准中双炉室液态排渣锅炉"ВТИ法"较"ЦКТИ法"能较好地反映双炉室液态排渣锅炉炉膛的实际运行情况,其对于炉膛的传热特性及沾污特性的处理方法是合理的;高、低温过热器热有效系数的修正系数分别为1.19~1.25和0.63~0.67,随着锅炉负荷的增大而增大;高、低温省煤器污染系数的修正系数分别为5.00~5.80和6.00~6.90,随着锅炉负荷的增大而减小;高、低温空气预热器利用系数的修正系数分别为0.53~0.56和0.80~0.85,随着锅炉负荷的增大而增大。

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动力设备与系统

导叶安放角对核主泵水力性能的影响

叶道星, 罗逸民, 刘安林, 陈俊霖, 吴锦琛, 翟凤丽, 赖喜德

2023, 43(5): 558-567. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2023.05.007

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为研究导叶安放角对核主泵水力性能的影响,对5种不同导叶安放角下的核主泵模型进行定常数值计算,并基于熵产理论分析了泵内流动损失变化。结果表明:在设计流量和大流量工况下,DY4模型的扬程和效率最高,最佳效率出现在设计流量下,相比DY1模型提升了3.68%;在设计流量和大流量工况下,DY4模型的压力和速度流线分布均匀且变化平稳,导叶和蜗壳内流动损失占比最低,高流动损失区域面积较小;在小流量工况下,DY5模型的扬程和效率最高,最高效率出现在流量比为0.8时;DY5模型导叶和蜗壳内静压明显高于其他模型,流道内速度变化均匀,导叶和蜗壳内流动损失最低。

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新能源与储能

基于CFD数值仿真的大型风电机组机舱散热设计研究与应用

马鹏楠, 王杲展, 端和平, 姜婷婷, 罗勇水

2023, 43(5): 568-574. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2023.05.008

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将CFD数值仿真技术应用于风电机组的散热设计中,首先将热流场仿真结果与风电机组测试数据进行对比分析,验证了仿真方法的可靠性,然后在此基础上对机舱尾部轴流风扇是否可以取消以及塔筒门百叶窗过滤棉堵塞问题进行了研究。结果表明:机舱尾部轴流风扇进风口对机舱内的温度场影响较小,可以取消;在塔筒门百叶窗过滤棉完全堵塞时,高温天气条件下存在变流器平台和变流器进口温度过高的风险,需要定期清理百叶窗过滤棉,以增加其进风量。

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数字化与智能化

基于AGC负荷指令优化分解的火电机组蓄能综合利用

赵征, 孙赫宇, 陈江丽

2023, 43(5): 575-581. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2023.05.009

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对于利用单一蓄能难以提升火电机组变负荷速率的情况,综合利用凝结水节流调节和冷却工质节流调节2种快速变负荷方式改善火电机组变负荷性能。确定了凝结水节流调节功率增量范围、凝结水节流调节持续时间以及冷却工质节流调节功率增量范围;在保证机组安全运行的情况下,对传统的自动增益控制(AGC)负荷指令分解方式进行改进,并对分解后的负荷指令进行优化。结果表明:所设计的系统在保证机组安全运行的前提下,具有很好的变负荷效果,提升了机组整体的变负荷速率,实现了火电机组不同蓄能间的合理高效利用。

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数字化与智能化

面向数字孪生的区间二型T-S模糊建模方法研究

张悦, 高晓娜, 王梦雪, 练有焜

2023, 43(5): 582-589. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2023.05.010

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为提高变负荷工况下火电机组动态过程模型精度以达到数字孪生模型要求,构建串联结构混合模型,采用量子粒子群算法(QPSO)构建全局模型,引入区间二型T-S(IT2TSK)模糊模型实现孪生体子模型及过渡过程的精准演化。针对IT2TSK模糊模型中模糊集和模糊规则较难确定的问题,设计了两步循环迭代法确定前后件参数,保证模糊集参数能够纵向体现不同状态集之间的不确定性,以及模糊规则能够横向实现子模型间的平稳过渡,保证全工况下孪生体模型高度逼近动态过程。结果表明:以空气预热器为例,在变负荷训练集上,较简化定工况模型和一型T-S模糊模型而言,基于IT2TSK模糊模型的参数在线自适应混合模型的输出能够更准确地跟踪实际值,整体精度更高。

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数字化与智能化

基于LSTM的核电站除氧器水位控制系统隐蔽攻击方法研究

王东风, 邓鉴湧, 黄宇, 高鹏

2023, 43(5): 590-597. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2023.05.011

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针对实现核电站除氧器水位控制系统的隐蔽攻击需要受攻击对象具备高精度估计模型的问题,提出了一种基于长短期记忆(LSTM)神经网络的隐蔽攻击方法。该方法将核电站除氧器水位控制系统中获得的反馈控制器输出信号与输入信号作为LSTM的数据集,通过训练得到高精度的估计模型,此估计模型被用于设计隐蔽攻击器,向受攻击对象施加攻击信号,从而实现隐蔽攻击。最后,通过仿真实验验证了该方法的有效性和隐蔽性。结果表明:该方法对核电站除氧器的水位造成一定影响的同时具有较高的隐蔽性。

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数字化与智能化

基于深度双向门控循环神经网络的制粉系统故障预警

赵征, 丁建平

2023, 43(5): 598-605. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2023.05.012

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为构建鲁棒性较强的状态估计模型,结合堆叠自编码器思想,提出一种基于深度双向门控循环神经网络的制粉系统状态估计及故障预警方法。首先,选取制粉系统正常运行状态变量历史数据作为深度双向门控循环神经网络的训练输入,然后利用网络强大的特征学习能力,建立制粉系统正常状态估计模型。采用滑动窗口法构建制粉系统状态监测指标,确定指标阈值,利用火电厂制粉系统历史运行数据进行仿真。结果表明:相比于其他方法,深度双向门控循环神经网络模型具有更好的估计性能,且能够在故障发生前及时发出预警信息,达到早期故障诊断的目的。

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数字化与智能化

风电机组多级齿轮系统的故障动力学特性研究

杨鑫, 向玲, 张兴宇, 朱浩伟, 安朝辉

2023, 43(5): 606-613. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2023.05.013

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综合考虑太阳轮支撑、时变啮合刚度和综合啮合误差等因素,建立了含太阳轮齿根裂纹故障的风电多级齿轮系统平移-扭转非线性动力学模型,研究了太阳轮齿根裂纹故障及其演化对系统动力学特性的影响。结果表明:太阳轮裂纹会影响轮齿的啮合刚度,从而影响系统的动力学响应;齿轮裂纹使得系统时域波形出现明显的周期性冲击,系统在分岔图中的运动从单周期发展为多周期;裂纹系统响应频谱中出现故障特征频率及其倍频,在啮合频率附近有大量边频成分;随着裂纹程度的加深,时域特性更加复杂,同时频谱图中故障特征频率的可识别性增强。

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数字化与智能化

基于LSTM和证据理论的引风机轴承故障诊断

田亮, 袁存波

2023, 43(5): 614-621. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2023.05.014

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引风机作为锅炉的重要辅机,其轴承的异常振动可能会给电厂造成重大损失,但引风机内部结构复杂,难以构建精确的机理模型对其进行故障诊断。针对此问题提出了基于数据驱动的故障诊断方法,此方法通过长短期记忆(LSTM)神经网络的预测能力和证据理论的多源信息融合能力对引风机轴承的状态进行诊断,再利用LSTM神经网络对于去噪数据进行预测,求取预测值与去噪值的均方根误差(RMSE),最后利用改进后的证据理论对不同参数的RMSE融合并进行故障诊断。结果表明:该方法能提前约350 s预测引风机轴承异常振动,准确地诊断出引风机轴承振动的状态,可有效改善数据冲突的问题。

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数字化与智能化

基于DenseNet与声学层析成像的温度场高分辨率重建

张立峰, 李晶

2023, 43(5): 622-630. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2023.05.015

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提出一种虚拟观测结合密集连接网络(DenseNet)的两阶段声学层析成像温度场高分辨率重建算法。以总体最小二乘为目标,采用虚拟观测法对超声飞行时间(TOF)进行重建,得到粗网格下的温度分布;然后利用搭建的DenseNet预测细化网格的温度分布信息,采用双输入模型,同时利用模块化输出方法对典型的温度场模型进行数值仿真。结果表明:该算法的重建质量和抗噪性均优于常用的虚拟观测方法、Landweber迭代法、Tikhonov算法及代数重建(ART)方法。

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绿色低碳

基于城市生活垃圾发电系统的热-环境特性分析

庞玥, 方昊男, 吕小静, 翁一武

2023, 43(5): 631-640. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2023.05.016

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在建立城市生活垃圾发电热力系统数学模型的基础上,研究了垃圾组分和质量流量对系统热效率和污染物排放量的影响,得到城市生活垃圾对系统热-环境特性的影响规律。结果表明:城市生活垃圾组分中碳元素质量分数是影响垃圾发电系统性能的主要因素;城市生活垃圾逐月碳元素质量分数最高为30.23%(11月),此时发电系统热效率和总等效污染物排放量分别为30.24%和20.70 kt,能源-生态效率指标ε达到全年最高值,为0.610,且逐月垃圾组分变化导致ε月度变化率最大为3.60%。当生活垃圾质量流量从28.53 kg/s降低到14.27 kg/s时,系统热效率从28.53%降低至26.90%,总等效污染物排放量从19.07 kt降至9.54 kt,ε则从0.590降至0.530;垃圾质量流量每降低10%,ε下降率最大为1.80%;垃圾组分变化相比于垃圾质量流量变化对ε的影响更大;采用实际工程中NO_<i>x、PM和SO₂减排控制措施均可提高ε,ε的变化受NO_x排放量的影响最大,ε从0.605提升至0.667,提升了10.25%。

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绿色低碳

挥发性有机物治理现状及处理技术分析

孙豆, 王云刚, 戴艳俊, 赵钦新, 梁志远, 邵怀爽

2023, 43(5): 641-654. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2023.05.017

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挥发性有机物(Volatile Organic Compounds,VOCs)是形成O₃和PM_2.5的重要前体物,对人体健康和环境都有严重危害。治理VOCs是目前大气污染控制的关键。基于VOCs的治理现状,总结了VOCs的来源和种类,梳理了我国VOCs相关的政策法规和标准,详细阐述了VOCs的治理技术,重点分析了吸附法、催化燃烧法以及吸附-催化燃烧组合处理技术的研究现状,并对未来VOCs治理的发展方向进行了展望。

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综合能源系统

面向多时间断面的电-热综合能源系统分布式协同状态估计方法

李滔滔, 周登极, 马世喜, 黄地

2023, 43(5): 655-662. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2023.05.018

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针对电-热综合能源系统,提出了一种面向多时间断面的状态估计方法,考虑了热能传输时间延迟特性对当前估计时刻的影响,采用电网侧和热网侧的测量数据综合估计系统状态量;应用分布式协同求解方法,建立了状态估计求解框架,依据子系统耦合特性对每一个网侧的估计数据实行边界约束,改进结果精度,完成时间窗的推移。结果表明:面向多时间断面的状态估计方法在小时间尺度下能够更准确地跟踪监测系统的实时运行状态,估计能力维持在较稳定的水平,对降低计算误差、提高求解效率具有积极意义。

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