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关键词： 垂直轴风力发电技术   螺旋型风轮   气动特性分析   液压传动  

摘要： 风力发电作为目前最成熟、最具规模化开发的可再生能源利用形式,在世界各地得到了飞速的发展。目前在国内外风电场运行的机组主要包括两种：水平轴式风力机和垂直轴式风力机,垂直轴风力机由于具有结构简单,不需要偏航装置等优点受到了很多人们的关注,但与水平轴式风力发电机比较,垂直轴风力机发展则相对滞后,其空气动力学及结构构造力学方面积累也相对不足,大型商用机型发展步伐缓慢。近年,世界各地的研究人员在垂直轴风力发电技术的研究领域做了很多贡献,使得垂直轴风力机的风轮结构以及风能利用率得到了不断的优化与提高,总体来看,该机型还是具有很好的发展前景。本文以垂直轴风力机作为研究对象,在直叶片垂直轴风力机的研究基础上对螺旋型垂直轴风轮进行了详细的研究,同时对风力机液压传动技术进行了研究,风力机的液压传动技术是最近几年新兴的一个研究领域,它是将风力机与发电机之间的机械传动替换为了液压传动,该方式具有较好的可控性和抗冲击特性。论文工作主要从四个方面开展,分别是液压传动型垂直轴风力机的基础理论研究、螺旋型垂直轴风轮性能分析及与直叶片风轮的对比、液压传动型垂直轴风力机的仿真分析及控制策略的研究、液压传动型垂直轴风力机的实验研究。首先本文以垂直轴风轮为研究对象,分析了它的基本工作原理、与水平轴风轮的不同运行特点以及自身运行的一些缺陷；利用流体力学及空气动力学的理论来分析推导了风轮的双盘面多流管模型,结合动量理论、叶素理论建立了预测风轮气动性能的数学模型,同时针对该模型进行了动量理论修正、翼型气动数据修正及考虑风剪切对风轮性能的影响,介绍了利用Matlab对建立的风轮模型进行求解的过程及计算技巧,利用该模型可开展风轮的气动性能进行分析。除了风轮部分的理论研究,本文还对风力机液压传动系统的原理及构成进行了介绍,分别对风速模型、风轮模型、传动模型、液压传动系统及发电机进行了建模,为后续的机组仿真分析奠定基础。利用建立的垂直轴风轮气动分析模型,本文分析了直叶片垂直轴风轮的气动特性,发现风轮的主要性能参数受叶片方位角影响,在旋转一周的过程中变化幅度较大,影响风轮的运行稳定性。在此基础上本文对螺旋型风轮进行了对比研究,发现螺旋型风轮在旋转过程中各项性能参数的波动较直叶片风轮得到了很大的改善,这说明这种螺旋型风轮的受力情况及能量输出性能要更稳定,之后本文对该螺旋型风轮进行了详细的仿真分析,分析了在不同参数影响下的风轮输出特性,这其中包括叶片数量、风轮实度、叶片旋转变形程度等参数。本文首次对多个对称翼型及非对称翼型对垂直轴风轮性能的影响进行了分析,包括4种对称翼型及2种非对称翼型,通过分析发现非对称翼型由于其气动性能在正负攻角范围内不同,叶片处于下风向时受影响程度比对称翼型要大,另外,DU35和DU21的翼型本身较优秀,但应用在垂直轴风轮中时其工作尖速比范围较窄,在尖速比稍高点时性能不如对称翼型的表现。在前期理论及仿真分析的基础上,本文还利用遗传算法开展了针对多个风轮关键参数的优化设计,并得到了在特定风场中最优的风轮关键参数。除了垂直轴风轮,本文还对液压传动式风力发电技术进行了研究。文中利用AMEsim和Matlab软件联合建立了液压传动型风力发电机组的仿真模型,并进行了仿真分析,包括不同风轮转速下液压系统的不同响应特性和在湍流风作用下机组的输出特性；对液压传动系统中的马达转速控制策略进行了研究,研究使用了两种不同的控制方法进行了对比；对垂直轴风力发电机组的功率控制策略进行了研究,根据不同工况对机组的功率最优化控制进行了分析,结合控制策略对机组的运行控制进行了仿真分析,另外对使用不同翼型的风轮最优化控制结果对比分析,根据仿真结果可以看到进行优化控制后机组的功率输出性能得到了提升。除了基本的理论及仿真分析,在海洋可再生能源专项资金项目的资助下,本文搭建了室内实验台对液压传动型垂直轴风力机进行了实验研究,实验台中利用变频电机模拟风轮的机械能输出情况来测试后端传动系统及发电机的响应特性,通过设计合理可靠的控制系统保证电动机的模拟输出与机组实际情况吻合,保证了传动系统实验结果的可靠性。实验研究中搜集了大量的实验数据,对液压传动系统的基本传动特性、在冲击载荷及脉动载荷下的机组响应情况、不同特征风速作用下的机组响应情况、排量控制对机组功率输出特性的影响等进行了研究,为理论研究及后续的机组优化设计提供了宝贵的数据支持。

关键词： 连续油管   注入头   结构分析   正交试验设计   参数优化  

摘要： 连续油管作业技术已广泛应用于石油工程中的采油、钻井和测井等领域。注入头是连续油管作业机最重要的组成之一,直接用于夹持连续油管,其结构的合理与否将直接影响着连续油管的使用寿命。现场连续油管作业机注入头在使用过程中,会出现夹紧装置滚动系统的失效造成滚轮的损坏、井口防喷装置动密封圈的失效、无支撑段油管被挤压折断、注入头链条系统的磨损或断裂,驱动轴的断裂失效以及滚筒与液压控制系统的不稳定造成连续油管速度起下不均匀等问题,严重影响了连续作业机的作业质量。因此,本文对连续油管注入头的关键部件进行了结构性能分析和参数优化研究,为提高注入头作业性能和效率,延长使用寿命,提供理论支撑。具体研究内容如下：(1)对注入头的结构组成及工作原理工作受力进行分析,对夹持力作了非均匀分布假设,利用数学函数公式及弹性力学理论,建立了夹持应力的表达式,为后续夹块结构分析与优化提供理论支撑。(2)通过有限元分析夹块的截面形状,圆弧角、夹持方式、摩擦系数、开槽形状及开槽数目对夹持性能的影响,建立夹持性能指标和评价方法,确定了影响因素的合理取值区间,并优选出夹块开槽的形状,为夹块槽形结构的参数优化做准备。(3)建立槽型夹块夹持分析的参数模型,利用正交试验方法对槽结构尺寸参数进行了敏感性分析,获得了夹持性能与槽型夹块结构参数的影响关系,缩小了参数的取值区间,在此基础上对槽型夹块结构尺寸参数进行多目标优化,得到了槽型夹块的最佳结构尺寸。(4)对注入头链条系统进行了ADAMS动力学仿真分析,获得了紧边啮合轮齿与滚子的接触力变化曲线,并作为轮齿与滚子静强度分析的载荷依据,有限元分析得到了啮合轮齿接触应力变化规律。(5)利用有限元软件完成了轮齿结构参数敏感性分析,通过正交试验方法得到了轮齿结构的最优尺寸组合。上述研究为提高注入头结构的工作性能提供了新的分析思路和优化方法,对注入头的结构设计具有一定的指导意义。

关键词： 提升机   盘式制动器   液压传动  

摘要： 目前许多煤矿矿井已经转向中、深部开采,矿井提升设备作为煤矿的关键设备,在矿井机械化生产中占有重要地位。制动器是提升机(提升绞车)的重要组成部分之一,直接关系着提升机设备的安全运行。

关键词： 压力表校验   教学总结  

摘要： 对于弹簧管压力表的校验实训做一个教学总结以及教学反思。

关键词： 油管接头   特殊螺纹   有限元   上扣   应力分布   密封性  

摘要： 对高强度特殊螺纹N80油管接头采用有限元理论建模,通过材料非线性处理、几何非线性处理、摩擦边界处理和模型网格划分,依据ISO 13679-2002标准的CAL II级B系对接头进行常温下拉伸内压循环试验,分析螺纹接头在各种条件下的整体应力及其与密封圈的接触应力分布。结果显示在整个B系循环试验过程中,密封圈均保持了较高的接触应力(115MPa至304MPa不等),管内压力越高,密封圈的接触压力也越高,具有良好的自密封效果,同时对顶的端面作为辅助密封,在B系循环试验过程中也一直保持接触,接触应力维持在524MPa至671MPa之间,端面辅助密封也一直协同起作用。在上扣及循环载荷和内压作用下,接头上扣后的应力分布较合理,对顶端面互相作用产生的轴向应力对整个接头连接强度没有影响,接头在密封圈和端面的共同作用下具有良好的密封性能。

关键词： 任务驱动法   液压传动技术   电气控制  

摘要： 液压传动与控制技术课程是机械制造及自动化专业的一门专业课程,它具有实践性和应用性很强的特点。本文针对其现实教学过程中存在的问题,将任务驱动法应用于液压传动与控制技术的教学中,结合教学设计实例阐述了任务驱动法的特点,并取得了良好的教学效果。

关键词： 液压传动   教学方法  

摘要： 液压传动是机电类专业的重要专业基础课,它对理论与实践要求都较高,教学难度较大,本人在长期的教学实践中,积累了较为成熟的教学方法,运用这些方法既能较轻松的完成教学内容,又能调动学生的积极性,教学效果较好,可供大家参考。

关键词： 轻敲位移   调修  

摘要： 主要分析弹簧管压力表在检定过程当中轻敲位移的原因分析和调修方法

关键词： 液压教学   教学方法   对比法  

摘要： 在机械基础液压传动课的教学中,以学校的办学目标作为出发点,对该课程进行教学内容的改进;根据本课程的特点以及学生自身的素质进行学习方法的调整,培养学生的学习乐趣。在日常教学中教师要重视学生的实践能力,锻炼学生的实践能力,开发学生的创造力。

关键词： 锥形密封   有限元   非概率可靠性设计   遗传算法  

摘要： 密封技术对于工业、农业、国防等各个领域都有着重要的意义,有效的密封对整个系统的可靠性和安全性起着决定性的作用。本文建立了管路锥形密封结构的有限元模型,在满足“硬—软—硬”密封副密封条件的前提下,分析得到了不同设计参数与密封性能的关系,结合非概率可靠性优化设计方法,对密封结构进行了稳健设计,得到了设计参数较为合理的取值组合。首先,本文在充分了解认识锥形管接头密封结构的基础上,根据结构的密封机理和密封原理试验,参考相关文献,建立了使用“硬—软—硬”密封副的锥形管接头密封结构形成有效密封的密封条件,提供了有限元数值模拟试验的依据。其次,利用有限元软件对密封结构设计参数进行了单因素的分析,得到了锥形管接头密封结构各主要设计参数在满足密封条件时与轴向预紧力、密封比压、密封面宽以及结构内最大VonMises等效应力的关系曲线,获得了各主要设计参数的恰当取值范围。最后,根据二阶响应面模型设计理论,通过数值正交试验,建立了锥形管接头密封结构的轴向预紧力关于各个主要设计参数的二阶响应面模型。再运用非概率可靠性优化理论,建立了密封结构轴向预紧力的二阶响应面非概率可靠性模型,并利用遗传算法对非概率可靠性模型进行了优化求解,得到了结构满足工程实际要求的可靠稳健的设计参数组合。