气动

随着我国国民经济的持续快速发展，传统巡检作业方式已经不适应现代化电网建设与发展的需求。“坚强智能电网”急需“坚强”、“智能”的电力巡检和维护方式，以实现线路巡检技术智能化，改变检修手段粗放的面貌，为线路巡视提供安全、高效手段，保障电网安全运行。与智能电网发展目标相比，现有线路巡检工作还存在以下问题：智能巡检装置缺乏，传统巡检效率低；机器人巡检实用化程度不高；存在巡检官区；无人机续航能力不足；无人机巡检作业手段乏。 本项目主要研究线路巡检机器人与无人机技术的结合以及在输电线路巡检中的作用。通过飞行器气动优化、电源系统管理优化、机体轻量化设计、云台轻量化设计以及高效推进系统匹配研究显著提升飞行系统的能力，增大其抗风能力、提升飞行的稳定性，为机器人落线离线功能提供重要支撑。实现了两栖机器人的飞行落线与离线功能，大幅提升机器人的可使用程度。机器人可以在线上行走作业，相对于传统无人机巡检，更加稳定，续航能力提升15倍，并且可以进行近距离的清障等作业。

降低叶片气动载荷对于延长风力机叶片寿命极为重要，尾缘襟翼是降低叶片气动载荷的一种有效手段，然而其在大攻角下对翼型的气动特性控制效果减弱。通过在50%叶片弦长处添加S型翼缝，采用数值模拟方法研究S型翼缝与尾缘襟翼联合调节风力机叶片气动特性的作用。利用剪切应力输运(shear stress transport，SST)湍流模型，计算模拟了S809翼型在雷诺数106下，S型翼缝与尾缘襟翼联合控制对翼型气动特性的影响，并分析了S型翼缝与尾缘襟翼的协同控制机理。结果表明，尾缘襟翼的偏转可显著改变翼缝槽内的气体流量，并有效调节叶片中部的压差，这种联合控制策略可在大攻角下大幅改善翼型的失速现象，从而显著增强尾缘襟翼对升力系数的调控能力。

轴流风机作为直接空冷系统的主要设备，其气动性能对于直接空冷系统的流动换热性能具有重要影响。由于空冷岛的流动换热问题在空间几何上跨越了多个尺度，采用实验方法进行研究较为困难，通常利用数值模拟的手段进行研究。因此，对于现在大多数模拟工作中采用的简化风机集总参数模型(简化模型)的准确性进行讨论分析十分必要。 方法 采用数值模拟的方法，分别建立了包含风机叶片的实体风机模型(实体模型)和简化模型。分别研究了不同温度、风速、风向角条件下采用实体风机和风机模型对于电站冷端系统输运性能的影响规律，通过对比分析获得了各个工况下的空气侧压力场和流场的分布规律，并对采用不同风机模型的电站冷端系统各个空冷凝汽器单位的轴流风机冷却空气压降和流量进行了统计和对比。 结果 实体模型与简化模型的差异主要体现在低流量区，且风速越大，差异越明显。 结论 研究结果可为提高电站冷端系统数值模拟研究的准确性提供参考。

国电汉川发电有限公司总装机容量332万千瓦，一、二期四台33万千瓦级机组，1998年建成投产，三期建设两台100万千瓦超超临界机组，分别于2012年12月和2016年8月建成投产，年耗煤量超过600万吨，燃煤存储、采样分布点多、面广、管理难度大，燃料验收采制化工作大量依靠人工完成，自动化水平低，工作环境恶劣，人员素质不高，廉政安全风险监管难度较大，燃料验收领域成为廉政安全事件的高发区和重灾区。 汉川公司建设了两套相互独立的输煤系统，共配置4台翻车机、2座卸煤码头，设置6个采样点、11台皮带采样机，相距最远的两个采样点距离2.5公里。燃料智能化管理系统采用项目组负责制，自主建设，分项分阶段的实施模式，主要由全自动制样系统，气动管道传输及智能存查样系统，远程煤样自动封装接卸分选系统，管控系统和数字化实验室等六个项目，八个子系统组成。根据企业实际情况，量身定制了煤样专用运输车、自动煤样分选归批、制样机自动给瓶、自动奔料、单节火车煤按单一批次自动采样等个性化功能，实现了燃料“计量、采样、制样、存样、运样、化验”全过程集中式自动化管理，有效贯彻了集团公司“人与煤样分离，人与数据隔离”的管理理 念，降低了廉政安全风险，提升了燃料管理水平。 燃料智能化管理已成为当前大型火电企业燃料工作的新趋势。电厂结合实际，将分散的计-采-制-化设备集成于智能化管控中心平台，实现操作智能化，数据实时化，管控集中化，管理信息化的“新四化”燃料管理目标。

目的 重型燃气轮机核心部件国产化对行业技术创新、产业升级，甚至国家安全都有重要意义，而透平一级动叶作为重型燃气轮机典型的热端零部件，其性能直接决定了燃气轮机的效率和可靠性。为此，对某重型燃机透平一级动叶进行了结构优化。 方法 通过增加叶身部分竹节孔竹节的数量，对叶片冷却孔结构进行了优化，同时使用热障涂层来改进叶身涂层。通过流体计算与有限元计算的方法，对叶片服役工况下优化前后叶片的温度、应力分布和气动效率进行了对比分析。 结果 通过对叶片湍流结构的优化，增强了叶片内部换热效率；在冷气进口压力相同的条件下，优化后的叶片表面温度降低了50 ℃以上；由于未改变叶片的气动外形，优化后的叶片对于涡轮气动效率影响较小。相比于优化前的叶片，优化后的叶片在服役过程中的最大等效应力和等效总应变都得到了显著降低。 结论 通过冷却孔的优化和防护涂层的升级，可以显著提升叶片在高温环境中的可靠性。研究结果为燃气轮机的国产化提供了理论依据。

本项目属于电气工程、工程结构、振动与控制、空气动力学、应用气象学等多学科交叉研究范畴，先后获得国家电网公司、河南省政府等专项资金支持，经费累计2358万元。 输电线路舞动危害严重，易造成倒塔、断线、送电中断等电网重大安全事故。截止目前我国共发生有记录的舞动1300条次以上，经济损失数百亿，直接影响国家能源安全与发展战略。解决舞动问题对促进能源互联、保障国家社会经济发展，具有非常重要的现实意义。 针对舞动灾害机理及其防治需求，本项目依托自主研发的真型舞动试验平台，从“防（舞）、抗（舞）、避（舞）、预（警）”四方面开展研究，建立了完整的电力线路舞动灾害防控体系，有效保障了各级电网的安全运行。 本项目获得专利授权32项，其中发明22项，软著3项。发表论文26篇，其中SCI/EI检索21篇，中文核心5篇；制修订行业级标准6项，出版专著2部。

本成果是运用不同种类成熟的除雾器技术非直接耦合成集成体技术，做到1+1大于2的线性目标。同时通过理论计算，委托美国联合能源公司燃烧技术中心运用计算流体力学（CFD）对吸收塔进行湿烟气压力场、速度场和温度场分布进行建模，反复论证机组历史运行数据变化状况并进行归纳经验总结，在此基础上确定采用一级管式流场分配器+一级屋脊型除雾器+两级并列组合旋流板除尘除雾器+旋流板除尘除雾器烟气流速调节关断门非直接耦合集成为一个集成体，经过初步设计后，进行模拟验证，确认研究的结果和初步设计可行。通过工业实用性转化，设计制造了“旋流型可调节湿式除尘除雾一体化集成装置”，应用在#3、#4脱硫吸收塔，湿烟气出口烟尘排放在不同工况条件下均长期稳定<5mg/Nm。达到了烟尘“超低排放”的目标。 创新点：1、将管式流场分配器、折流板屋脊型除雾器、调节烟气流速及烟气动力场压差的关断门和并列组合旋流板除尘除雾装置形成一体化有机结合，优势互补，功能稳定。2、对烟气流场进行模拟计算，将并列组合旋流型除尘除雾器按气相（湿烟气）的速度和液滴的粒径，及数密度分布组合不同A。（开孔面积）的旋流型除尘除雾器并列组合，使各单元面积的旋流型除尘除雾器烟气动力场压差基本一致，有助于设计压差最小，捕集效率最高的“旋流型可调节湿式除尘除雾一体化集成装置”。3、调节烟气流速及烟气动力场压差的关断门应用在除尘除雾器上，将除尘除雾器作为静态设备为可调节的动态设备。效果归纳：旋流型可调节湿式除尘除雾一体化集成装置从根本上解决了脱硫吸收塔入口烟尘≤50mg/Nm°烟气超低排放问题。

目的 高压涡轮损伤条件下运行状态对燃气轮机性能和振动会产生一定影响，而目前准确评估整机是否可以继续服役的手段较为缺乏，为此开展高压涡轮动叶叶尖凹槽磨损掉块对气动性能及振动变形的影响研究。 方法 采用三维数值仿真方法，以原动叶完整叶尖凹槽结构为基准，通过仿真分析了5种不同叶尖凹槽掉块形状对高压涡轮典型气动性能及动叶振动特性的影响规律。 结果 动叶叶尖凹槽叶盆侧掉块，叶背侧掉块，尾缘掉块，叶盆和尾缘同时掉块，叶盆、叶背和尾缘同时掉块，分别造成高压涡轮效率下降0.44%、1.6%、0.03%、0.67%、3.2%；不同动叶叶尖凹槽形状对动叶的振动变形影响较小，尾缘掉块会减小动叶的变形。 结论 综合气动性能及振动变形的影响分析，对于动叶叶尖凹槽的叶盆掉块、尾缘掉块或两者同时掉块的叶片可以继续使用，而对于叶背掉块及盆背侧和尾缘同时掉块的叶片建议不再使用。

电网电压跌落故障会引起风电机组载荷的剧烈变化，严重影响风电机组的安全稳定运行。随着风电机组的大型化，风电叶片长度不断增加，塔筒增高，其载荷特性对系统参数波动变得敏感。因此，需要研究电网电压跌落过程中关键部件的载荷与振动特性。 方法 提出了基于动态链接库和Socket通信的数据交互方式，建立了Simulink与Bladed的联合仿真方法。基于某3.4 MW风电机组模型，采用给定风速变化的工况对联合仿真平台进行验证。研究了低电压穿越(low voltage ride through，LVRT)过程中机组总体性能与叶片、塔筒载荷的变化关系。 结果 电网电压跌落幅值对电机功率影响较大，对风轮的调节参数影响较小。低电压穿越过程中风轮的桨矩角调节和转速有较长时间的波动，叶片外叶展处载荷的变化大于内叶展处，叶尖位移增加。塔架的振动频率与固有频率接近，存在潜在风险，需要在机组设计中考虑。 结论 联合仿真平台可以很好地模拟风电机组的气动性能与部件载荷的暂态特性，为机组的优化控制提供参考。