In view of the problem that the stepless capacity control system of reciprocating compressor has a high failure rate and great impact on the operation of the unit,and the operation risk assessment methods of the existing system are difficult to complete the real-time and quantitative risk assessment,a risk dynamic analysis method for the safety of stepless capacity control system was proposed,which integrates Bayes network and variable weight AHP.The Bayesian network model,which includes fault type,fault mode and monitoring signal,was established to obtain the real-time probability of fault occurrence.Based on variable weight analytic hierarchy process(AHP),a semi-quantitative analysis model of fault hazard was established to calculate the influence index of fault mode.Further,the fault risk calculation formula of FMEA method was modified,the probability of fault occurrence was introduced,and the calculation method of historical fault and real-time operation risk was proposed.Test verification was carried out using the actual fault case data.The results show that the new method can quantify the real-time and historical operating risks of computer units,and the normalized real-time operating risk threshold is set at 0.5 to determine the need for maintenance.The research results can provide quantitative indexes for the development of inspection and maintenance plans for reciprocating compressors and gas volume regulation systems.
In view of the prominent and intractable problems of frequent high temperature alarms of the communication equipment and high energy consumption of air conditioners in Zhengzhou communication outdoor cabinets, a temperature control system with heat pipe as the main part and air conditioner as the auxiliary part is proposed in this paper. A prototype is developed and its applications are discussed. The annual field test shows the system works well, and it has a remarkable energy saving efficiency.
Transcritical CO2 system is eco-friendly for the application of refrigeration and cooling in supermarket. To evaluate the applicability of transcritical CO2 supermarket refrigeration system in China with different climate regions, this study focuses on the field tests of a transcritical CO2 two-stage throttling system in a supermarket in Suzhou, Jiangsu Province, China. Furthermore, based on the tested data, the system energy and emissions performance models of four system configurations are also developed and validated, including the system integrated with an internal heat exchanger, a parallel compression, and mechanically assisted subcooling. In order to improve the usability of the system in different climatic zones, 40 cities were selected for calculation in China. Five representative cities (Beijing, Harbin, Xiamen, Chongqing, and Kunming) located in different climate regions of China are selected, and the annual performance factor and life cycle climate performance (LCCP) are determined to evaluate the application potential of the CO2 refrigeration systems in different climate conditions. The tested results show the operation mode of transcritical and subcritical changes occurs at an ambient temperature of about 27°C, at which the coefficient of performance (COP), compressor discharge pressure and discharge temperature change dramatically. The simulation results demonstrate that the mechanical subcooling system shows the best performance. The annual performance factor can be improved by 18.69% when the mechanical subcooling is adopted. For the case of the system used in Xiamen by using mechanical subcooling, the carbon emissions can be reduced by 19.3%.
为了探究叶轮与蜗壳的上盖板间隙、下盖板间隙改变对风机性能的影响,分析风机性能改善的内部流场机理,获得静压效率更高的风机,将正交试验设计方法、CFD技术和试验验证等相结合,发展了一种基于正交试验设计方法和CFD技术的离心风机优化方法,并将该方法应用于某工业离心风机的优化设计;将叶轮与蜗壳的上盖板间隙、下盖板间隙和叶片前安装角作为3个独立因素,以静压效率为优化目标,基于该优化方法,对原风机进行多因素多水平的正交试验优化设计.结果表明,优化后风机的静压效率为77.29%,对比原风机静压效率提高了2.54%;叶轮与蜗壳上间隙对风机静压效率影响较大,优化后风机的湍流强度明显降低,二次流损失减小,风机气动性提高.
针对煤气化装置黑水阀的冲蚀磨损问题,分析了黑水阀冲蚀磨损失效机理、过程与条件,实现黑水阀的失效预测分析,获得关键部位的损伤速率;采用B/S架构方式搭建黑水闪蒸处理系统的智能防控体系,实现黑水阀流动参数的实时监测.结果表明:黑水阀内含固流体在流经节流区域时,固体颗粒以切削等方式高速冲击阀门壁面,导致阀芯以及阀座部位出现较严重损伤,且阀芯部位的冲蚀磨损率较阀座部位高出1个数量级,最高达到2×10-6 kg/(m2·s),但其磨损率会随着开度增加而减小.智能防控体系通过实时信号采集、二次信号采集和软测量建模等技术手段,实现装置的运行状态实时监测并提出针对性的工艺防护方案,使黑水闪蒸阀门使用寿命延长91%以上,有利于指导黑水闪蒸处理系统的安全稳定长周期运行,进而为煤气化系统的安全运行提供保障.
针对核电厂合流型硼酸三通调节阀出现的流量分配调节能力差、响应时间长、部分阀位调节性能失效等问题,分析了三通阀在不同阀位及不同工况下的流动特性,建立了数值仿真模型,绘制流量特性曲线和流量分配曲线,并通过流量试验数据进行验证.研究发现:阀中腔易产生低速涡旋,降低阀流通能力,该现象在中间开度影响更为明显;出口总流量较大时,阀芯受不平衡力矩,影响阀开启和关闭性能;出口总流量较小时,30%～80%之间的阀位调节性能较弱;三通阀两入口管路内压力不等导致一部分阀位失去调节功能,且在两入口管路内压力差一定的条件下,三通总流量越小,阀位失效范围越大.研究结果可为给该类阀门结构优化设计提供理论指导和依据.
针对目前国内外海水可调压载装置控制阀集成度低、管路复杂、体积重量大等现状,提出了一种集成一体化的技术方案,分析了全海深集成阀组功能原理、结构及关键技术和解决措施.海水可调压载装置是深海潜水器进行浮力调节的关键功能系统,由海水泵和控制阀组构成,其中控制阀组包括截止阀、平衡阀、安全阀等.基于接近甚至超过11 000 m海深的工作环境,开展了超高压密封圈摩擦力的精确测量、超高介质流速条件下阀口的寿命评估、超高压差硬质阀口的密封性能研究,研制出工作压力达到118 MPa的集成一体化可调压载集成控制阀组,成功应用于"奋斗者"号载人潜水器,并推广应用于一批深海重大装备.
针对弹簧式安全阀快速回座使得阀盘与喷嘴之间发生冲击进而导致密封结构破坏的问题,提出了考虑流-固-热多场耦合的阀门冲击过程分析方法.建立了用于安全阀瞬态过程仿真的CFD模型,同时针对弹簧式安全阀的固体结构建立了有限元模型,并开展了热力学、静力学与动力学仿真和试验对比.结果表明,仿真和试验所测得的阀瓣位移的变化趋势一致,两者偏差为9.86%,最后时刻的阀瓣速度偏差为3.70%,冲击力两者的偏差为6.94%;随着介质压力增大到18.50 MPa,阀盘最大应力和最大接触压力都呈现了先减少、再增大的趋势,同时,密封面实际接触位置由外圈过渡到内圈.研究结果可为安全阀前期设计提供依据.
阀门是流体输送系统中的控制部件,具有截止、止回、换向、调节流量、减压稳压、溢流泄压、分流或汇流等功能,是涉及材料、结构、控制、传动、工艺等多学科交叉的典型机电一体化产品,广泛应用于石油、化工、冶金、发电、国防军工等各行各业中,是流程工业装置中必不可少的关键部件.
针对V型球调节阀流制噪声过大的问题,通过大涡模拟和声比拟方程相结合的方法,对V型球调节阀的内外声场进行了三维仿真模拟以及试验测试,研究了阀门涡流噪声分布特征.研究发现,高声压级频率集中在0～1 200 Hz,在整个频段上声壁面压力脉动(AWPF)对噪声贡献远高于湍流壁面压力脉动(TWPF).基于涡声理论探究了V型球阀芯的开孔参数对噪声的影响,改进后的阀门流致噪声下降了约10 dB(A).研究结果可为低噪声V型球调节阀的设计提供计算方法和优化方向.
为了能够较大程度地降低阀门的维修频率及维修成本,提高系统的正常运行时间,有效提高系统运行产值,在阀门预测性维修技术领域提供一定的参考价值,对阀门预测性维修技术中所涉及的故障检测手段(包括振动检测技术、红外检测技术、声发射测量技术和光纤传感技术),故障识别算法及维修策略3个方面的研究进展以及国内在相关技术领域(基于智能定位器、智能电动执行器的故障诊断技术,基于外接设备的阀门故障诊断技术,基于RBI的预测性维修技术)的应用现状进行阐述.基于应用现状以及对未来发展的预测,总结分析了阀门预测性维修在检测设备、故障识别和维修策略3个方面面临的技术挑战及管理挑战,并对今后的发展方向做出展望.
针对套筒阀失稳机理不清晰、动态稳定域不明确、缺乏相应的调控措施等问题,开展理论与试验研究.对采集的新疆某供水管网上DN600套筒阀的振动、压力信号进行频谱分析处理,发现指示杆Z方向最大振幅达251 m/s2,低频段出现明显的周期振动频率为100 Hz,依据锁频现象判断套筒阀发生了失稳.基于仿真计算的10阶固有频率与动力学模型分析了失稳原因,提出了套筒阀的动态稳定域和失稳调控措施.试验表明,将套筒阀开度增加至18%、压差减小至0.66 MPa后,套筒阀系统的失稳现象消失,试验结果与动力学模型分析结果吻合.研究表明,压差与开度是影响套筒阀系统稳定性的敏感参数.本文对于指导套筒阀的设计、制造与运维具有较重要的理论意义和工程意义.
随着超高压阀门的设计压力越来越高,阀门通径越来越大,其设计制造难度也更大,失效产生破坏程度也更严重.为对超高压阀门技术有更全面的认识和掌握,从超高压阀门典型失效模式和机理、典型结构、阀体材料、阀体强度设计方法及试验装置和检验5个方面,梳理分析了国内外超高压阀门的研究进展,并从材料、设计、制造、检验和运行维护等方面总结了保障超高压阀门安全使用的关键要点.为突破超高压阀门技术瓶颈,开发出高可靠、高性能的各类超高压阀门提供一定的指导.
为了提高管道球阀内部密封可靠性,设计了一种采用具有组合密封特性的多重阀座结构,并开展了密封性能和寿命试验分析,考察了阀门压力试验、功能试验和现场工业性应用试验等过程.结果表明,0.6 MPa低压气密封和1.1倍公称压力高压气密封性能试验结果均符合标准规定的无可见泄漏要求;改进设计后的管道球阀具有独有的多级阻断介质密封、压力缓冲和全封闭注脂的特性和优势,提高了阀门的密封可靠性,根据多重阀座的特性,综合性能达到或优于2台传统球阀串联的叠加效果.研究结果为管道球阀尤其是关键位置阀门提供了更优的选择,降低了油气管道球阀内漏的风险,对保障管道系统安全运行具有重要的意义.
针对液氢用低温三偏心蝶阀较难现实反向密封的问题,对三偏心蝶阀在实现反向密封过程中出现的泄漏问题进行分析,探讨了三偏心蝶阀密封的影响因素,研究了三偏心蝶阀反向密封时蝶板的变形.结果表明:在流体反向流动时,解决蝶阀密封副的密封比压,是解决液氢用低温蝶阀反向密封的关键;三偏心蝶阀密封副的密封比压与其过盈配合设计相关;三偏心蝶阀密封圈的密封面边线是形成接触密封的关键位置,将过渡区的面密封改为线密封,有利于降低三偏心蝶阀在关闭时密封圈对阀座的磨损程度,为确保蝶阀形成有效的反向密封,蝶阀关闭时须在密封面上形成连续的密封比压;通过对蝶板和阀座结构采取加大密封部件的刚度和提高密封副的结合程度等优化设计措施,可实现三偏心蝶阀的反向承压密封的功能.选取Class150 NPS42三偏心蝶阀,使用氦气测试其在液氮(-196℃)环境下的反向密封性能,通过试验验证,低温蝶阀在设计压差内的泄漏量不能超过4 L/min,满足并优于标准允许的泄漏值,研究结果可为液氢用低温三偏心蝶阀的设计提供参考依据.
为了提升新一代核电阀门工程应用的可靠性,建立了高温调节阀有限元模型,对调节阀进行了稳态热力耦合计算以及蠕变数值模拟,在分析ASME NB和NH分卷中的热力学强度评定方法的基础上对调节阀进行了强度评定.发现温度梯度大是造成调节阀热应力集中的主要原因.调节阀服役30万h时阀体最大蠕变应力值为43.9 MPa,蠕变应变值为0.91%,蠕变损伤值为0.1,结合标准和材料蠕变性能试验数据,发现阀体在30万h设计寿命下不会发生蠕变强度失效.本文为第四代核电高温调节阀的高温结构完整性设计提供了计算方法.
针对目前国内半导体制造装备用阀门研究极少和国产化所面临的诸多困难,对半导体制造装备用阀门的技术发展水平进行了综述,介绍了半导体制造装备用阀门的主要制造工艺和设备以及目前国内外超高真空阀门的研究现状,总结了半导体制造用阀门具有高洁净度、长寿命、超高真空密封性能和精密控制等显著特点;指出了实现国产化面临着磨损粒子产生机理不明、缺乏相应长寿命的配套件和产品技术标准缺失等主要挑战,并对半导体制造装备用阀门国产化的开展给出了具体建议.
针对液化天然气用轴流式止回阀使用过程中可能发生的水锤问题,利用FLUENT动网格方法对两种不同型号(优化前、后)的阀门内部动态流场及阀瓣运动状态进行研究,分析优化前、后的阀门在相同工况下的动态特性.结果表明:止回阀关闭瞬间,优化后阀瓣受力相比优化前降低了70 N,优化后阀瓣运动速度相比优化前减小了0.674 m/s,这样阀瓣对阀座的冲击力相对更小,有利于保证阀座的使用寿命,同时有利于减小碰撞过程对管路系统的影响;FLUENT动网格方法能够预测止回阀关闭过程中"快关缓闭"的阀瓣运动特征,同时模拟得到的阀瓣运动状态以及止回阀内部动态流场特征,对轴流式止回阀的设计及选型具有重要的参考价值.
针对某裂解气压缩机高压缸干气密封泄漏导致机组联锁跳车和乙烯装置停车的问题,对高压缸干气密封进行拆解,通过拆检干气密封,发现在弹簧座外圆、密封筒体内表面及推环内、外圈表面上有磨痕,一级密封动静环磨损及损坏;高压缸轴位移从0.098 mm减小至-0.268 mm,一级密封泄漏量从16.32 Nm3/h增大至45.44 Nm3/h,判断出推环卡涩引起动静环摩擦及动环出现热崩裂;对压缩机密封筒体错边及干气密封部件磨痕等进行了分析,确认了推环与弹簧座内孔间隙变小是造成推环卡涩的根本原因;采用更换密封,对弹簧座外圆进行加工,使外圆与密封腔体之间的间隙从原来0.1 mm增大至0.25 mm等措施,消除了干气密封动静环摩擦损坏的潜在风险,保障了机组正常稳定运行.
为了降低空调室外机叶轮的气动噪声和改善其振动性能,提出了一种空调室外机叶轮尾缘结构改型设计方案,以空调室外机三叶片叶轮为研究对象.在实验室进行了叶轮模态试验、动频试验、振动噪声耦合试验.结果表明:尾缘锯齿结构可以改良叶轮模态参数,其中前5阶固有频率提高了3.45%～20.35%,2～5阶阻尼比提高了2.97%～30.46%;并调整振动频率特性曲线走势,使频宽、共振转速分别降低了0.74 Hz、23.76 r/min,共振裕度提高了3.40%;同时使叶轮1阶、2阶振动频率分别降低了3.36%～5.56%,1.09%～1.74%,旋转基频和叶尖位置的声压级分别减小了4.99%～5.37%,3.90%～4.50%;随着离心力载荷的增大,叶轮的1阶、2阶振动频率增大,且旋转基频和叶尖位置的声压级也增大,说明空调室外机叶轮的振动噪声和声压级具有正相关关联.
