油气润滑ECT传感器的管道电容及其影响

采用COMSOL软件建立油气润滑电容层析成像传感器的三维物理模型,推导计入管道电容的数学模型;定义管道电容影响系数,分析管道厚度和管道半径对其影响。在算法中计入管道电容对环状流进行图像重建,并对重建图像质量进行评价。研究结果表明:管道电容影响系数可以表征管道电容对测量电容的影响;管道厚度增加或管道半径减少,管道电容对测量电容的影响增大,特别是对于油气润滑小管径,管道电容对测量电容有较大影响;计入管道电容影响后,重建图像质量有一定提高。     

油气润滑测试系统的ECT传感器优化设计

建立油气润滑测试系统中的电容层析成像技术(ECT)传感器模型,运用COMSOL软件,以环状流为典型流型,获取电容值和灵敏度场信息。以重建图形质量综合评分(OS)最优为目标,Design-Expert软件为平台,对电容传感器结构参数进行正交实验设计与优化。结果表明,单因素对OS值影响的由强到弱的顺序为绝缘管壁厚度归一值、极板张角、屏蔽层与绝缘管道的间距归一值;采用优化后结构参数的传感器,重建图像质量得到了较大的提高,表明Design-Expert软件可高效、准确地对ECT传感器结构参数进行设计和参数优化,为同类研究提供了参考。     

油气润滑ECT系统图像重建中病态问题分析

建立油气润滑ECT系统图像重建的数学模型,分析油气润滑ECT系统图像重建中产生病态性的主要原因和影响因素。采用条件指标-方差分解比(CIVDP)方法,对油气润滑ECT系统图像重建中灵敏度矩阵的病态进行诊断分析。分析表明:油气润滑ECT系统图像敏感场的灵敏度矩阵列向量间存在很强的复共线性关系,即存在很强甚至严重的病态性;油膜厚度和极板数目影响图像重建的病态性,通过对灵敏度数据列的回归分析与残差处理,可有效削弱病态程度。     

基于正交实验的油气润滑系统参数实验研究

油膜厚度是油气润滑中一个非常重要的评价指标。利用油气润滑实验台,结合ECT电容电析成像技术,在正交实验法的基础上研究了不同供气压力、单次供油量和单次供油间歇时间三个润滑系统参数对水平油管中油气两相流油膜厚度的影响。实验结果表明：在实验研究的影响参数中,供气压力对于油膜厚度影响作用最大,单次供油间歇时间次之,单次供油量对油膜厚度的影响作用最小;同时在实验研究参数选取的范围内,得出最薄油膜厚度的实验条件为：供气压力0.4 MPa、单次供油量2 mL、单次供油时间间隔15 s。     

基于ECT对油气润滑中油膜厚度的研究

油膜厚度是评价油气两相环状流的重要指标.论文利用ECT电容层析成像传感器,在油气润滑实验台上,研究了不同单次供油量下水平输油管内的油气两相流油膜厚度变化规律.实验结果表明：随着供油量的逐渐增大,油膜厚度经历了从极薄且不稳定,到油膜较厚相对稳定,到油量沉积、流型变化的过程;在供油量较小的时候,油膜在弯曲管路容易断裂,当供油量较大时,油膜容易在弯曲管路发生堆积.     

油气两相流管道含油率及油膜波动速度实验研究

利用ECT电容层析成像检测系统,在设计的油气润滑实验台上,在一定供气条件下,实验研究单次供油量对油气润滑水平管道中油膜波动速度及含油率的影响。结果表明:随单次供油量的增加,管内油膜平均波动速度呈现倒U型变化规律,油膜波动速度的振幅逐渐减小并趋于平稳,而含油率开始时增长速率快,随后增长缓慢。     

油气润滑系统中管内油膜速度正交实验研究

利用正交科学实验法,基于ECT(电容电析成像)技术,在油气润滑测试实验台上系统研究供气压力、单次供油量、单次供油间歇时间对管内油膜速度的影响,结果得出因素影响大小的排列顺序以及管内油膜速度最大和最稳定的最佳实验条件,为油气润滑系统的进一步研究和运用提供了依据。     

油气润滑ECT传感器的轴向屏蔽电极及其影响*

建立UMIST型（带轴向接地屏蔽电极）和METC型（带轴向驱动屏蔽电极）油气润滑ECT传感器的三维物理模型,根据三维物理模型推导电容值和灵敏度数学表达式,并分析轴向屏蔽电极对传感器的敏感性和灵敏度均匀性的影响;采用线性反投影算法（Linear Back Projection,LBP）进行图像重建,并比较重建图像与真实图像的相对误差和相关系数。结果表明：2种轴向屏蔽电极均可消除边缘电容并提高传感器的敏感性;带轴向接地屏蔽电极使得传感器的灵敏度更加均匀,而带轴向驱动屏蔽电极的传感器则相反。带轴向接地屏蔽电极的传感器更适用于油气润滑中环状流的识别,其重建图像与真实图像的相对误差降低了28.79%,相关系数提高了14.05%。     

油气润滑系统的ECT系统的设计

论文根据油气润滑系统小管径管道检测的特点,提出了一种带有电容补偿的电容层析成像系统,分析了该电路工作原理,并对系统中的关键组成模块的电路进行了仿真,给出了补偿电容的测量时的算法流程,最后基于三个重要的系统评价指标对设计的ECT系统进行评价,结果表明:该ECT系统具有检测时间短、抗杂质性电容能力强、稳定性和动态响应性能好等特点。     

电容层析成像在高压浓相煤粉气力输送中的应用

在输送压力可达4.0 MPa、固气比达740 kg/m^3的高压浓相煤粉气力输送实验台上,用电容层析成像技术对10 mm内径的水平管道进行气/固两相流流型的辨识。研制了适用于高压力下的8电极厚管壁小口径电容层析成像传感器,管壁厚度达5 mm。为了消除厚管壁对电容传感器灵敏度的影响,采用精度较高的交流法电容检测电路,激励信号峰值提高到30 VP-P并对C/V转换放大器做滤波处理以提高信号的信噪比。将USB通信方式引入到ECT与计算机的数据传输中,解决ECT数据传输速度问题。比较LBP算法、Landweber迭代算法和神经网络算法在厚管壁ECT图像重建中的效果,发现神经网络算法受流型的影响很小,具有最优的重建图像质量。     

油气润滑ECT系统的RBF图像重建算法研究

采用COMSOL软件建立了油气润滑环状流管道与ECT系统的三维物理及有限元模型,结合电磁场理论获取了传感器的电容值;建立了电容值与成像灰度值一一对应的的RBF映射模型;提出了RBF算法并应用于油气润滑两相流动的图像重建过程;以图像相对误差(IME)和图像相关系数(CORR)为评价指标对该算法的进行实验验证。研究结果表明,RBF算法在ECT系统图像成像的准确性及相关性方面可以很好的适用于油气润滑;相较于其他图像重建算法,图像精度提高了40.52%,图像分辨率提高了22.13%。     

油气润滑测试系统中ECT软场效应研究

电容层析成像系统的传感器具有"软场"特性,即敏感场分布受被测介质的影响。为获得高质量的重建图像,利用COMSOL软件快速求解油气润滑测试系统ECT的灵敏度矩阵,运用COMSOL和MATLAB联合仿真,对该管道内层流和环状流2种典型流型的灵敏度场的软场效应进行分析,并且应用LBP算法和OTSU算法,分别在考虑和忽略软场效应的情况下对2种流型进行图像重建。仿真结果表明,软场效应改变了灵敏度分布;润滑油介质靠近管壁时,检测敏感度较高;采用软场效应改变的灵敏度矩阵进行图像重建,将有效提高重建图像精度。     

基于电容法与光干涉法相结合的油膜测量方法

通过将电容法膜厚测量仪耦合在球-盘点接触光干涉试验台上,搭建油膜厚度测量装置。通过对目标球-盘接触副采取合理的导电措施以及台架绝缘设施来保证润滑油膜电信号的提取,该装置可实现相同工况下膜厚度值及其相应的电信号(如油膜分压值和电容值)。在纯滚动接触情况下,分别对油润滑和脂润滑下的油膜进行测量,得到光干涉膜厚、油膜分压值和电容值随随卷吸速度的变化规律,并分析接触副电容随膜厚的变化。结果显示,随卷吸速度的增加光干涉膜厚升高而油膜分压值和电容值减小,电容值随着膜厚的增加而逐渐降低。实验结果初步验证了该测量系统的可行性,可为后续实际接触副内润滑状态的评估提供方案。     

基于最大类间方差法的油气润滑测试系统ECT图形重建

提出一种基于最大类间方差法的油气润滑测试系统ECT图形重建的改进算法。该算法在Landweber迭代算法的基础上,将油气润滑管道内的气相分布作为背景,液相分布作为目标,使用最大类间方差法获得油气两相错分率最小的灰度阈值,并在此基础上建立基于图像灰度的油膜厚度测量方法。仿真结果表明,与线性反投影算法(LBP)和Landweber算法相比,基于最大类间方差法的图形重建算法可有效消除成像中的伪影现象,得到清晰的油气界面,计算可获得准确度较高的油膜厚度。此外,该算法还具有程序简单,成像精度高的特点。     

双渐开线齿轮分阶参数对弹流润滑特性的影响研究

针对双渐开线齿轮分阶参数对弹流润滑特性影响的问题,根据双渐开线齿轮齿廓啮合特点及弹流润滑理论,推导出了双渐开线齿轮接触线长度及当量曲率半径计算公式。建立了双渐开线齿轮弹流润滑模型,研究了双渐开线齿轮分阶参数对弹流润滑特性的影响;通过数值计算,得出了最小油膜厚度及摩擦系数在啮合周期内的分布情况。研究结果表明:采用该模型得出的最小油膜厚度与已有算例及经验公式得出的数值结果偏差较小;与双渐开线齿轮齿腰高度系数相比,齿腰切向变位系数对最小油膜厚度的影响较小,最小油膜厚度随高度系数的增大而减小;摩擦系数随齿腰高度系数的增大而增大,随齿腰切向变位系数的增大而减小。     

基于COMSOL的油气润滑系统ECT三维阵列电极的特性分析

利用COMSOL有限元软件搭建油气润滑系统电容层析成像(ECT)的阵列电极三维管道模型,得到阵列电极在不同阵列电极结构参数下的电势云图,并求出空场满场的三维阵列电极的电容值。根据油气润滑系统小管径的管道特点,推导出一种适合油气润滑系统阵列电极三维管道内快速计算灵敏度场的计算表达式;定义横向灵敏性和灵敏度均匀性2个评价指标,并结合传统的阵列电极的灵敏度、被测电容的变化范围2个评价指标对油气润滑系统空间ECT阵列电极进行特性分析。结果表明：经过特性分析的空间ECT阵列电极可获得比较均匀的灵敏度分布和较好的检测灵敏性。该结果将为油气润滑系统ECT阵列电极的后期加工制作提供依据。     

油气润滑ECT系统传感器轴向极板的优化设计

为有效解决二维有限元模型在轴向方向无法去除边缘电容的问题,建立油气润滑ECT系统中电容传感器的三维模型;以COMSOL软件为有限元仿真平台,以润滑管道环状流端面为数据采集域,获取极板间的电容值及像素点的电场矢量值;以二维电势求解敏感场为依据,推导出基于电场计算空间单一像素点灵敏度值的表达式;以图像重建综合评价函数为优化依据,以Design-expert软件为数据处理分析平台,并以空间图像重建误差为结构优化验证指标,研究轴向边缘效应对传感器性能的影响,并对传感器的轴向保护结构进行优化设计。研究结果表明:轴向保护环的长度及间距可以有效降低边缘效应的影响,并提高电容值的准确性及敏感场的均匀性;基于电场的计算表达式可以快速计算得到灵敏度矩阵;采用增设轴向保护极板的传感器的仿真实验结果表明图像重建质量较基准传感器提高了52. 9%。     

考虑间隙影响的滑动轴承稳定性分析

为了进一步提升轴承的工作性能,以某型滑动轴承为研究对象,建立流体润滑的数学模型,根据压力扰动法得到轴承动态特性系数,并在此基础上求解轴承-转子系统的失稳转速;以轴承间隙为设计变量,利用MATALA进行数值仿真,分析轴承间隙对最小油膜厚度、油膜压力分布、动态特性系数以及失稳转速的影响。仿真结果表明:增大轴承间隙以及减小轴承宽度都会使得最小油膜厚度增加;油膜压力随着轴承间隙的增加而减小;增大轴承间隙会减小轴承动态特性系数的绝对值;增大轴承间隙会减小转子的失稳转速,降低系统的稳定性。     

滚动直线导轨的弹流润滑数值分析

为研究滚动直线导轨的润滑性能,对LG-45型滚动直线导轨进行了运动分析,建立了导轨副的弹流润滑模型,并对其润滑性能进行了研究,分析了不同接触角、滚珠直径、曲率比、润滑油参数下的油膜厚度,同时讨论了滚珠直径、接触角对导轨副润滑状态的影响。结果表明,在接触角增大时,油膜厚度减小;在滚珠直径增大时,油膜厚度增大;在曲率比增大时,油膜厚度增大,但增加的趋势减小;在相同工况下,润滑油黏度和黏压系数较大时,膜厚较大。在文中研究工况条件下,滚珠直径和接触角变化时不会改变导轨副的润滑状态。     

低速重载开式齿轮齿条传动润滑状态分析

采用三峡升船机齿条性能评定试验装置,研究低速重载、频繁换向条件下开式齿轮齿条的润滑状态。对开式齿轮齿条油膜厚度计算模型中润滑油的压黏系数进行修正以适用高黏度润滑油,利用油膜厚度准则对开式齿轮齿条的润滑状态进行分析。结果表明,采用油膜厚度准则能相对准确地判断低速重载开式齿轮齿条传动的润滑状态;转速、载荷对润滑状态有很大的影响,齿轮齿条换向时,润滑状况相对恶劣,易磨损、胶合,应尽量减小载荷和齿面粗糙度,增大润滑油黏度。