2024年第39卷第7期文章目次

阮仁浩 , 叶舟 , 李春

2024, 39(7).

[摘要](39) [HTML](0) [PDF 11.85 M](31)

摘要:
为提高垂直轴风力机气动效率,基于仿生学原理,以鱼类尾鳍为仿生对象,提出在翼型尾缘布置仿生尾鳍结构,通过主动控制使其随叶片方位角变化而运动。以NACA0021为基础翼型,通过CFD数值模拟,研究仿生尾鳍对垂直轴风力机气动性能的影响,对比分析原始及不同控制策略下仿生尾鳍垂直轴风力机风能利用系数、单叶片转矩系数、压力系数及涡量云图。研究表明:主动控制策略下仿生尾鳍可有效抑制流动分离,较原始翼型及固定尾鳍翼型,风能利用率最大可分别提高18.3%和26.7%,同时可使最佳工况向低尖速比方向移动,提高垂直轴风力机运行稳定性。

2 某型燃气轮机低压六级后集气腔裂纹故障原因分析及改进措施

马建强 , 张澄源 , 王振坤 , 张路阳

2024, 39(7).

[摘要](32) [HTML](0) [PDF 10.66 M](41)

摘要:
针对某型燃气轮机低压六级后集气腔裂纹故障,分别进行了生产过程检查,焊缝检查及安装应力、焊接残余应力、热应力、振动应力分析。综合分析结果表明：低压六级后集气腔裂纹故障的主要原因为高压前卸荷腔向低压六级放气管与机组发生共振,在共振应力和热应力共同作用下产生高周疲劳,最终导致距离法兰较近的焊缝位置发生开裂；经过结构改进,消除了因管路共振产生的疲劳应力,使故障得以排除；

3 基于ISSA-GRU-KDE的压气机轴承故障预警方法

王祺昌 , 黄伟

2024, 39(7).

[摘要](33) [HTML](0) [PDF 3.63 M](31)

摘要:
为了能够尽早发现燃气轮机的压气机轴承在运行期间出现的故障问题，本文在传统门控循环单元（Gated Recurrent Unit, GRU）神经网络的基础上，采用改进麻雀搜索算法（Improved Sparrow Search Algorithm, ISSA）进行超参数优化，并结合核密度估计(Nuclear Density Estimation , KDE)，提出了一种基于ISSA-GRU-KDE的故障预警方法。首先对压气机相关历史数据进行预处理和特征筛选得到高质量数据集，以此建立ISSA-GRU的压气机正常轴承温度预测模型，利用预测残差作为故障预警阈值的选取标准，采用KDE拟合残差以确定预警阈值，并通过滑动窗口分析消除干扰，最终实现了故障预警。结果表明，该方法比其他预测算法拥有更高的预测精度和泛化能力，且有效地监测了潜在故障隐患，能够提前数小时对压气机轴承进行故障预警，对燃气轮机运维具有一定的指导意义。

4 基于无监督学习的健康指标构建方法研究

俎海东 , 焦晓峰 , 张万福 , 孙康 , 李春

2024, 39(7).

[摘要](33) [HTML](0) [PDF 8.03 M](25)

摘要:
针对健康指标构建方法依赖专家经验的问题,本文结合MSR-CNED-SE提出了一种基于无监督数据集的健康指标构建方法,并利用深度学习模型实现剩余寿命预测。通过在轴承全寿命数据集上验证方法的可靠性。此外,还通过研究不同相似度与深度学习网络对健康指标的影响。结果表明,基于平方欧式距离作为相似度度量构建的指标更容易找到退化的起始点,而Bi-LSTM网络在不同预测场景下表现出更好的稳定性和可靠性。

5 1000 MW超超临界机组补汽调节系统全工况热经济性分析

王越 , 张顺奇 , 孙渤 , 刘继平

2024, 39(7).

[摘要](32) [HTML](0) [PDF 1.41 M](28)

摘要:
为了解决大容量超超临界燃煤机组在低负荷工况热经济性明显下降的问题，本文提出了一种汽轮机补汽调节系统，即减少高压缸前段的通流面积并增加旁通补汽。基于MATLAB/Simulink仿真平台，搭建了某1000 MW超超临界燃煤机组的系统仿真模型和热力学分析模型，并分析了汽轮机的补汽率和补汽压比对机组热经济性的影响。结果表明，在汽轮机的补汽压比不变时，提高汽轮机的补汽率可以降低机组的发电煤耗率，且负荷越低节能效果越明显；在机组的负荷率为20%、补汽压比和补汽率分别为0.95和0.6时，采用汽轮机补汽调节系统可以使汽轮机进汽压力增加约6 MPa，机组发电煤耗率降低约20g·(kW·h)-1；以机组两个月的实际运行负荷为边界条件，机组的总煤耗量可以降低约1.8%。

6 基于TSL-IPSO的燃气-蒸汽联合循环机组负荷对象模型辨识

随明鑫 , 康英伟

2024, 39(7).

[摘要](30) [HTML](0) [PDF 4.80 M](41)

摘要:
燃气-蒸汽联合循环机组的发展对我国电力系统实现“双碳”目标起着至关重要的作用。由于燃气-蒸汽联合循环机组负荷对象具有强耦合、非线性等特点，传统辨识方法与粒子群（PSO）算法在燃气-蒸汽联合循环机组负荷对象模型辨识方面存在寻优精度低和收敛速度慢的问题。本文提出了一种基于维度学习策略的双群体学习改进粒子群优化算法（TSL-IPSO）来优化PSO算法的全局搜索能力和局部改良能力。通过开环阶跃实验得到的燃气-蒸汽联合循环机组257.4MW、436.07MW负荷点处数据对TSL-IPSO算法与PSO等算法辨识得到的负荷对象模型进行验证对比。结果表明，TSL-IPSO算法与PSO等算法相比，其辨识模型的均方根误差、平均绝对百分误差均最小，适应度变化曲线收敛效果最好，具有更好的模型辨识精度与寻优性能。

7 汽轮机高压联合气阀优化设计

马鑫 , 罗樵 , 曹子睿 , 杜巍 , 贾英国 , 赵斌 , 罗磊

2024, 39(7).

[摘要](28) [HTML](0) [PDF 13.85 M](27)

摘要:
为了解决某型高压主汽联合气阀压损较高的问题，本文采用ANSYS CFX软件对其进行不同工况的稳态计算流体力学模拟，探究高压阀内各个部分的压力损失大小，对比分析了多种优化方案对高压阀压损的影响。研究表明：对调节阀加型线进行改型，可将压损在绝对值上降低0.1183%，在相对值上降低5.34%，相较于改变主汽阀偏心距、改进调节阀出口结构等方式，优化效果最佳，且此方案下的激振力频率相对于公频和阀杆固有频率的避开率都在10%以上，达到预期目标与设计要求。

8 以天然气为燃料的无阀自激脉动燃烧器运行特性研究

刘嵩勃 , 徐艳英

2024, 39(7).

[摘要](26) [HTML](0) [PDF 2.17 M](30)

摘要:
脉动燃烧是一种新型清洁和先进的燃烧技术,本文设计了一种无阀自激脉动燃烧器,以天然气为燃料,通过连续供空气、天然气的方式,实现自主激励的脉动燃烧,尾管采用蛇形结构,可增大换热面积。探究了脉动燃烧器的运行特性,分析了热负荷和过量空气系数对压力振荡和运行频率的影响规律。结果表明:过量空气系数在一定范围内,燃烧器能产生稳定的脉动燃烧；压力幅值、均值和运行频率均随热负荷的增大而增大；压力幅值随过量空气系数的增大而增大,运行频率随着过量空气系数的增大而降低；燃烧器在稳定运行时降低热负荷出现了频率跳变现象。

9 燃气轮机-超临界二氧化碳联合循环热力学及经济性能分析

任鑫 , 王渡 , 王志刚 , 王廷举

2024, 39(7).

[摘要](28) [HTML](0) [PDF 17.99 M](46)

摘要:
为深入分析由燃气轮机循环和sCO2循环组成的联合循环的循环关键参数变化对系统的影响，建立了燃气轮机-sCO2联合循环的热力学模型和经济性模型。从热力学和经济性两个角度出发，对关键参数进行敏感性分析，深入探究联合循环系统中关键参数的变化（如高温sCO2透平入口温度、sCO2压缩机出口压力、sCO2压缩机入口温度、sCO2压缩机入口压力、sCO2循环流量和分流比）对部件和整体的热力学和经济性能的影响规律以及原因。并利用遗传算法对系统进行优化，优化目标是使?效率最高或平准化电力成本最低，以期为系统设计提供参考。结果表明：提高高温sCO2透平入口温度和sCO2循环流量、降低sCO2压缩机入口温度和分流比能够提高系统?效率；上述关键参数均存在一个最佳值使系统的平准化电力成本最低；当天然气价格为4 $/GJ时，优化后，系统净功率最高可达到463.4 MW，?效率最高可达到54.67%，单位装机容量投资成本最低可达到347.16 $/kW，平准化电力成本最低可达到35.92 $/(MW·h)。

10 加力燃烧室火焰稳定装置流阻特性数值研究

陈翔 , 王一搏 , 刘云鹏 , 颜应文

2024, 39(7).

[摘要](27) [HTML](0) [PDF 18.06 M](32)

摘要:
为降低加力燃烧室的流阻损失,避免发动机推力降低与耗油率上升,采用经试验数据验证的数值计算方法,主要研究了凹腔与支板两类火焰稳定装置结构参数变化对流场结构和流阻损失的影响规律,分析了火焰稳定器结构参数与回流量以及总压恢复系数之间的关系。加力燃烧室进口马赫数为0.385,研究的凹腔火焰稳定装置倾斜角度范围为40-90 °,深度37-77 mm,支板火焰稳定器宽度范围为29-41 mm,尾缘扩张角度为0-15 °。研究结果表明：凹腔倾斜角度对流场形态的影响较小,起主要影响的结构参数是凹腔深度,总压恢复系数随深度减小而逐渐增加；支板宽度减小会导致加力燃烧室内的回流区结构减小,总压恢复系数单调增加；相较于中心锥回流区,支板尾缘和凹腔后回流区涡流强度更强,对流阻损失的影响更大；随着支板火焰稳定器尾缘扩张角度增加,支板尾缘回流区结构变大,而凹腔-中心锥回流区受到压缩逐渐减小,总压恢复系数在扩张角度约为3.5°时性能最优。

11 某离心空气压缩机的数值优化分析

王娟丽

2024, 39(7).

[摘要](28) [HTML](0) [PDF 17.14 M](38)

摘要:
离心压缩机主要部件是叶轮，叶轮设计不仅影响叶轮效率，而且叶轮出口流场会影响到下游扩压器的性能，放大对整级性能的影响。本文对某储能用离心空气压缩机的首级进行气动优化分析，压缩机叶轮为三元闭式离心叶轮，扩压器为翼型有叶扩压器。使用NREC Axcent软件造型，结合CFD软件对离心叶轮进行优化。叶轮优化参数包括叶片只数，子午流道，后弯角，叶片扩张角等参数，本次通过叶轮的优化，总结了叶轮各个造型参数的影响。通过自动优化方法，对比分析了直线元素三元叶轮、曲线元素三元叶轮的气动性能，结果显示曲面元素叶轮二次流不明显，流动损失小, 曲线元素叶轮低速流团分布区域小于直线元素。最后对有叶扩压器与叶轮出口气流进行匹配，研究发现扩压器入口攻角在-5~5°为佳。

12 面向零碳燃机的氨/氢掺混燃料设计及数值研究

王堃旗 , 李树豪 , 席双惠 , 文振华 , 郭霄 , 侯军兴 , 李尚俊

2024, 39(7).

[摘要](83) [HTML](0) [PDF 1.78 M](39)

摘要:
为推进零碳燃料氨/氢掺混燃烧在燃气轮机中的应用,本文针对氨/氢燃料的掺混设计和燃烧性能开展研究。以氨/氢掺混燃烧设计为目标,以天然气的燃烧性能为参照,采用可靠的燃烧反应机理,在较宽工况范围和不同掺氢比下开展了氨/氢掺混燃烧特性及其可行性的数值研究,并确定了氨/氢混燃在燃气轮机中的合理配比。结果表明：在点火延迟时间、绝热火焰温度、火焰传播速度等典型基础燃烧特性的判据下,氨/氢燃料在掺氢比为40 % ~ 60 %范围内的燃烧性能与天然气相当；另外,氢气的掺混显著拓宽了氨气的稳定燃烧范围,同时系统分析了氨/氢燃烧过程中NO的生成路径以及影响燃烧温度和氨气的关键反应通道。然后基于基础燃烧仿真结果,在燃气轮机燃烧室模型中探究了氨/氢掺混燃烧的出口温度、NO浓度等性能,获取适用于燃气轮机的氨/氢燃料合理掺氢比为50%~55%。

13 新型一体化倾斜燃烧室方案数值研究

杨旭 , 李伟 , 刘云鹏 , 颜应文

2024, 39(7).

[摘要](26) [HTML](0) [PDF 22.42 M](20)

摘要:
为了提升航空发动机推重比,设计了一种耦合压气机出口导向器和涡轮进口导向器的一体化倾斜燃烧室方案,基于数值仿真方法对倾斜燃烧室与传统燃烧室分别开展数值仿真分析,计算结果表明：与传统燃烧室相比,本文设计的倾斜燃烧室能够保证在总压损失和燃烧效率基本不变、出口温度分布合理的情况下,将燃烧室火焰筒长度缩短29.26%；相比传统燃烧室,倾斜燃烧室内回流区周向宽度降低,回流量减少,同时,倾斜燃烧室出口温度分布虽然合理,但温度分布均匀性下降；在倾斜燃烧室出口截面,气流在周向上出现偏转以冲击涡轮工作叶片,气流偏转角呈现上下两端高,中间低的特点,并且与冷态结果相比,燃烧态下气流偏转角更小,在冷态时,出口气流发生33°～68°偏转,在燃烧态,出口气流发生21°～38°偏转。

14 基于α-shape 算法和泛洪填充法的汽缸中分面蒸汽泄漏通道辨识

李宇航 , 王炜哲

2024, 39(7).

[摘要](26) [HTML](0) [PDF 11.84 M](21)

摘要:
汽轮机运行过程中，因汽缸本体结构热力行为造成汽缸中分面（以下简称中分面）接触应力发生重分布，从而容易产生泄漏通道，显著影响机组的经济性和安全性。因此本文针对中分面可能产生的泄漏通道，提出了一种基于算法和泛洪填充法的泄漏通道辨识方法。该方法使用算法划分了中分面的边界，使用泛洪填充法划分了中分面的未接触区域，通过检测每个未接触区域是否连通多个不同边界，以识别中分面的泄漏通道。结果表明，根据中分面各点的空间位置和接触应力，该方法可以有效地辨识泄漏通道。这有助于更好地了解汽轮机密封状态，从而在设计阶段完善汽轮机密封设计。

15 聚焦式太阳能热发电粒子吸热器研究进展

王鹏 , 李永华

2024, 39(7).

[摘要](26) [HTML](0) [PDF 3.92 M](38)

摘要:
粒子吸热器是聚焦式太阳能热发电系统的关键组成部分，归纳总结了粒子吸热器的研究进展，讨论了可用于吸热器的粒子类型与标准，根据粒子吸热器的结构和粒子流动方向可分为上行流动式、下行流动式、水平流动式，比较了不同种类吸热器的性能特点、优势和目前存在的问题，并展望了未来的发展方向。

16 火电厂湿法脱硫系统浆液循环泵组合运行优化方法研究

晏儒先 , 胡蓉蓉 , 肖承明 , 吴俣 , 赵子涵 , 程恩路 , 苗丰

2024, 39(7).

[摘要](33) [HTML](0) [PDF 8.16 M](35)

摘要:
浆液循环泵作为火电厂湿法脱硫系统的关键能耗设备，传统依靠操作人员经验运行，缺乏精细化管理的手段，导致运行能耗偏高。本文针对上述问题，提出了一种基于数据挖掘的浆液循环泵组合运行优化方法。通过模糊C-均值聚类算法对历史运行数据进行特征相似组的聚类，并构建以烟囱出口SO2浓度为约束的能耗目标函数，从而在聚类中筛选出最优泵组合形成历史工况库。利用该库训练了LightGBM分类器，实现了泵组合的智能优化运行。本文所提优化方法实际部署于某650MW火电机组，结果表明，相比传统经验运行方式，脱硫能耗环比降低6.6%，同比降低7.3%，证明了该优化方法的有效性和实用性。

17 掺烧污泥对电站锅炉性能影响的试验研究

葛铭

2024, 39(7).

[摘要](25) [HTML](0) [PDF 4.21 M](43)

摘要:
针对某电站锅炉进行了掺烧干化污泥的工程试验,重点考察了不同污泥掺烧比例下锅炉性能的变化。干化后的污泥灰份占比最高,其水份与烟煤水平接近。干化后的城市污泥、印染污泥热值在8000kJ/kg左右。掺烧污泥后,煤粉细度基本没有变化,炉膛整体温度水平降低。掺烧污泥有助于减少省煤器出口原始氮氧化物生成量,且掺烧比例越高,氮氧化物呈下降趋势。由于污泥的硫份高于一般煤种,同时挥发份较早析出消耗了主燃区氧量,掺烧污泥后水冷壁近壁区还原性气体浓度呈现恶化趋势。掺烧干化污泥后,CO未完全热损失呈现增大趋势,飞灰大渣含碳量无明显的变化规律。由于污泥热值较低,整体烟气量变大,排烟温度显著升高,干烟气热损失增大的趋势最为明显。475MW负荷下,干化污泥掺烧比例为2.5%,锅炉热效率下降0.23个百分点；630MW负荷下,干化污泥掺烧比例为6.0%,锅炉热效率下降0.22个百分点。掺烧污泥后,主再热汽温、主再热压力没有变化,再热减温水量有所上升。

18 旋转效应对低雷诺数共转盘腔流动换热特性影响

张淼

2024, 39(7).

[摘要](28) [HTML](0) [PDF 13.44 M](22)

摘要:
为探究高空低雷诺数下旋转效应对涡轮共转盘腔内的流动换热特性影响,数值模拟计算了冲击雷诺数为1×103、旋转雷诺数0~8.8×105下的工况,并分析共转盘腔内流场结构和换热系数分布。结果表明:低旋转雷诺数下射流能够有效冲击到靶面,高旋转雷诺数下射流不能有效冲击到靶面。靶面恢复温度沿着径向分布较为均匀,旋转雷诺数从0增加到8.8×105,靶面平均恢复温度升高45K,靶面平均换热系数提高77%。随着径向位置增大,靶面换热系数先增大后减小,靶面r/d=0.81处换热系数最大。

19 采用水-蒸汽泵回收燃气锅炉烟气潜热的热力性能分析

卢茂聪 , 王波 , 张海松 , 张功伟

2024, 39(7).

[摘要](26) [HTML](0) [PDF 5.77 M](24)

摘要:
燃气锅炉的排烟温度较高是制约其热效率的重要因素之一。深度回收烟气潜热提高锅炉热效率，是目前的研究热点之一。本文拟采用水-蒸汽泵技术回收燃气锅炉烟气潜热，针对MW级燃气锅炉建立理论模型，分析了热网回水温度、空气温度和湿度及过量空气系数等因素对燃气锅炉热效率的影响规律，并对锅炉的热力性能进行了优化分析。结果表明，热网回水温度升高，系统回收烟气潜热降低，当回水温度超过68℃，系统不能回收烟气潜热；空气温湿度和过量空气系数对锅炉热效率的影响相对较小。燃气锅炉的排烟温度可降低至26.2℃，热回收效率可达到83.6%，锅炉热效率可达到106.6%。本文以7MW热负荷锅炉为例，对水-蒸汽泵技术回收潜热进行了初步技术经济分析，表明投资回收期在7年左右。

20 660MW 循环流化床锅炉深度调峰背景下分离器入口烟道积灰模拟研究

周世豪 , 刘海玉

2024, 39(7).

[摘要](32) [HTML](0) [PDF 4.65 M](25)

摘要:
在深度调峰大背景下，针对循环流化床锅炉在低负荷运行时分离器入口烟道出现严重的积灰问题，影响锅炉正常运行。以某660 MW 循环流化床锅炉为研究对象，通过数值模拟的方法，分析了低负荷下锅炉内部流场的分布特征和飞灰沉积特性，并探究了入口速度和颗粒粒径对飞灰沉积的影响规律。模拟结果表明：烟气从炉膛流到分离器入口烟道过程中，在入口烟道底部会产生一个涡流区；小粒径的飞灰更易沉积在涡流区，而中大粒径飞灰更易沉积在烟道后半部分；粒径分布相同条件下，飞灰沉积率随着入口速度的增大而减小，且当入口速度大于1.95 m/s，沉积有较为明显的改善；飞灰粒径越大，沉积率越大，当粒径超过80μm，沉积率呈指数级增长。

21 涡轮叶片前缘泄流孔抽吸对回流式冲击流动和换热特性影响

王瑞 , 闫晗 , 曹子睿 , 罗磊 , 杜巍

2024, 39(7).

[摘要](31) [HTML](0) [PDF 16.74 M](46)

摘要:
面对涡轮入口温度不断提升造成的日益增长的冷却需要,本文针对涡轮叶片前缘,提出了一种抑制积聚横流对射流冷却消极影响的回流式冲击冷却结构。采用CFD数值计算方法,通过对多种泄流孔排布形式的数值计算结果进行对比与分析,探究基于此回流式冷却结构下泄流孔的抽吸作用对冷却结构流动和换热特性的影响。研究发现:泄流孔的加入对射流冲击流场产生重构,一定程度抑制了壁面射流的发展,对冲击靶面的换热表现起到削弱作用；相较于三排泄流孔的布置形式,双排泄流孔对靶面换热水平影响更小；相比于泄流孔与冲击孔在流向位置错列排布,二者位置保持一致时,泄流孔的抽吸作用对换热效果削弱最为严重。

2024年第39卷第7期文章目次

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