屏蔽式离心泵浮动叶轮轴向力平衡方法

为了实现屏蔽泵离心叶轮轴向力平衡,设计浮动叶轮轴向力自平衡结构,借助全流道三维数值模拟手段,研究浮动叶轮的轴向力平衡作用机理和影响因素.在对数值模拟方法进行试验验证的基础上,开展针对不同工况下叶轮不同轴向位置轴向力的数值计算.数值模拟结果表明,在同一流量工况下,在叶轮浮动范围内,当叶轮向泵入口方向移动时,泵前腔泄漏量减小,扬程和效率增大,且越靠近入口,对泵的性能影响越显著.轴向力呈现先减后增的趋势,在远离入口时方向指向泵入口,在靠近入口时,叶轮轴向力迅速增大,实现反向,指向泵出口,帮助叶轮停止向入口移动,这种轴向力变化趋势可以使叶轮在工作时始终处于浮动状态,实现轴向力自平衡.

离心式压气机变工况模拟及轴向力变化机理分析

在相继增压系统切换过程中增压器轴向力的变化会严重影响其稳定性,以Garrett TBP4增压器的压气机端为研究对象,建立了压气机全流道计算域并划分多面体网格,设计7个工况,利用CFD研究了相继增压系统切换过程中的切换时间、切换转速、切换出口压力变化对压气机轴向力的影响规律,同时结合内部流场分析轴向力变化机理。结果表明:切换时间主要影响轴向力的突增时刻,切换转速幅值主要影响最终轴向力的大小,切换出口压力幅值主要影响轴向力突增与否;叶片轴向力受流场影响最大。

螺栓设计参数对连接状态的影响及轴向力可视化方法研究

螺栓结构的连接状态与轴向力密切相关,而轴向力受多因素的影响,在拧紧或者松动过程中不断变化且无法做到无传感器实时监测。首先,基于螺栓的外螺纹轮廓方程,建立了精细化的螺栓有限元模型。其次,基于此模型研究了螺纹接触面摩擦因数、牙型角、螺距对于螺栓预紧过程及松动过程的影响规律。最后,关联松动角度和轴向力,结合深度学习目标检测算法,将螺栓的轴向力信息可视化。研究结果表明:在拧紧和松动过程中,螺栓轴向力实现了可观和可控,同时螺栓在预紧相同角度的情况下,其轴向力随着螺距和牙型角的增大而增加;其预紧力矩随着螺纹接触面摩擦因数和螺距的增大而变大,但会随着牙型角的增大而变小。

大型立式多级离心泵轴向力平衡装置研究

针对多级离心泵轴向力平衡问题,对大型立式多级泵轴向力平衡装置展开了研究,并分析对比了其在不同流量和泵级数下的轴向力平衡效果。通过数值模拟和试验研究,对立式多级泵轴向力和平衡装置推力进行了计算与分析,比较了不同工况下轴向力和推力的变化趋势及轴向力平衡效果。结果表明,多级泵轴向力、平衡装置推力与流量呈负相关,而轴向力平衡效果随着流量增大而加强;随着泵级数增加,多级泵轴向力呈现上升趋势,并且立式多级泵轴向力与泵级数呈非线性倍数关系,六级泵轴向力约为三级泵的2.5倍,推力装置的轴向力平衡效果随着泵级数增加而弱化;该轴向力平衡装置能够有效平衡大型立式多级离心泵轴向力,在各工况下能够平衡多级泵50%以上的轴向力;基于扬程估算推力与试验结果相近,可作为平衡装置推力快速估算方法。研究结果可为多级离心泵的设计及应用提供参考。

基于轧制规程优化的冷轧机轴向力治理方法

针对国内某冷连轧机组中间辊推力轴承频繁损坏的问题,通过分析机组设备磨损和安装精度等影响因素,确定由于衬板磨损使中间辊轴线偏移进一步造成轴向力过大,导致轴承工作过程中偏载和发热严重,并且最终损坏。为此,基于中间辊轴线偏移即轧辊交叉导致中间辊与其他轧辊产生相对位移的几何分析,结合两粗糙弹性零件接触的预位移原理,并应用金属塑性变形模型和轧辊弹性变形模型,分别建立轧辊接触区内黏滞区和滑动区的单位轴向力计算方法,最终实现中间辊总轴向力的预报。在此基础上,考虑中间辊与工作辊及中间辊与支撑辊的辊间力分布对轴向力的影响,确定了以降低边部辊间力为基础优化轧制规程的治理思路。提出了辊间力分布的评价指标,并进一步确定了中间辊轴向力治理的目标函数,以出口板形、轴向力、辊间力分布评价指标为约束条件,建立了中间辊轴向力的治理技术。将轴向力预报模型应用到冷连轧机组并对比实测值和预报值,以典型钢种S350GD+AZ为例,结果表明预报模型在各机架的计算偏差均小于8%。将轴向力治理技术应用到冷连轧机组,并对比治理前后的各工艺参数,表明在保证出口板形的前提下大幅度降低了各机架中间辊轴向力,有效避免了中间辊轴向力过大导致的轴承损坏问题,保证了机组的稳定生产。

液力变矩器轴向力三维流动计算及验证

液力变矩器是液力传动的重要元件,以黏性油液为工作介质转换并传递功率,具有无级变速变矩、自动适应等优良传动特性。由于工作介质的高速流动,对各叶轮产生较大的轴向动负荷,同时其内部不同旋转域间存在着较大不平衡面积,使得液力变矩器在工作过程中存在较高的轴向载荷。以某有效直径为420 mm的液力变矩器为研究对象,对带泄漏腔体流域的整体进行三维数值模拟,并分析各个工作轮的轴向力构成,搭建轴向力测试试验台进行试验验证。试验结果表明,三维流场仿真能够较准确地计算轴向力。由仿真分析可知,泄漏区内工作液体的作用所产生的轴向力占比较大;3个叶轮中,涡轮轴向力最小,约为泵轮和导轮的1/5,泵轮轴向力始终使泵轮接近导轮,导轮所受到的轴向力始终使导轮接近泵轮;随着传动比增大,泵轮轴向力先增大后减小,在i=0.3工况时泵轮轴向力最大,导轮轴向力降低,在i=0工况时最大。

导叶叶片数对LNG四级潜液泵轴向力及首级叶轮流场的影响研究

应用CFD技术研究了导叶叶片数对LNG潜液泵首级叶轮压力和轴向力分布的影响,对一、三级导叶同时设计7、8、9三种叶片数,采用K-epsilon湍流模型进行了多工况数值模拟,并采用液氮工质进行了相关外特性试验验证,得到LNG泵内部首级叶轮压力分布以及轴向力特性。结果表明:潜液泵所受总轴向力在导叶数为8时最小,泵的整体效率最优。作用在首级叶轮上后盖板的轴向力大于前盖板。其中,导叶数为8时首级叶轮前后盖板轴向力最小,压力分布最均匀;而导叶数为9时,与叶轮叶片数9相同,运转时会有共同的倍频出现,在相同的倍频上振动累加,并诱发共振,导致前后盖板的轴向受力最大,叶轮前盖板所受轴向力相对于其他方案平均增加了3.45%;后盖板轴向受力绝对值平均增加1.88%。综上,导叶数为8时潜液泵的水力效率最优。

井下管柱的真实轴向力计算与应用

管柱的摩阻计算精度直接关系到完井的质量。国内外学者已经建立了许多管柱摩阻计算模型，其中“刚杆模型”是较为常用的计算模型，但是该模型在计算管柱微元体所受的浮力时，没有考虑到微元体的端面不受液体的静压力，导致所计算的轴向力为有效轴向力。对于只有侧面与液体接触的管柱单元，如果仍把排开液体的重力作为浮力，此时会在管柱单元的两端产生附加轴向力，将在此基础上计算管柱的真实轴向力，得出新的计算公式，提高管柱摩阻的计算精度。为验证模型的准确性，同时采用现有的刚杆模型和笔者所建立的模型，利用Matlab编程求解某一实际井的注水管柱在上提时的受力情况，并将两个模型所求的结果进行比较，发现建立的模型计算结果显示管柱存在中性点，中性点以下受压，中性点以上受拉，该结果与管柱的实际受力情况相符。

微型涡旋压缩机轴向力曲线匹配吸力足机构优化研究

微型涡旋压缩机的轴向气体力随主轴转角而大幅度变化,存在难以实现良好的轴向密封等问题,为此,提出了一种基于永磁体的轴向磁力平衡轴向气体力的吸力足机构。首先,对微型涡旋压缩机的轴向气体力进行了特性分析,确定了目标轴向气体力曲线;其次,基于JMAG建立了三维仿真模型,采用遗传算法对永磁体的位置进行了优化,由此达到了轴向力变化趋势最大的目标;再次,在永磁体位置优化基础上,提出并对比了4种不同的吸力足分块方案,改变了分块吸力足的高度来匹配随动涡盘平动而变化目标的轴向力曲线;最终,对选择方案的分块吸力足高度敏感性进行了分析,固定了敏感性低的分块高度,降低了实际制作和装配的复杂性;通过仿真和实验测试,对优化后吸力足机构轴向力的准确性进行了验证。研究结果表明:改变永磁体在静环的位置,轴向力的最大值提升27.56%;在所有分块方案中,分块数越多,吸力足机构平衡效果越佳,且周向切割优于径向切割,周向切割最优结构的积分差相较于径向切割方案减小了42.91%;经实验验证后,优化的吸力足机构的最大误差仅为6.2%,与仿真结果具有良好的一致性,很大程度上解决了微型涡旋压缩机的轴向密封问题。

Romax在液力变矩器轴向力及轴承计算中的应用

液力变矩器是车辆传动系统的核心部件,其轴向力是影响传动系统可靠性的关键因素,受转速影响明显,轴承的选型和布置对于整个传动系统的支撑和寿命起着关键作用。利用Romax软件在动力传动方面的建模和分析能力,通过建立液力变矩器传动的模型,计算出液力变矩器轴向力,对方案的轴承选型和布置进行了分析比较,并对现有的产品进行优化改进;根据结果分析找到了问题的根本原因,解决了实际问题,为Romax在液力变矩器轴向力的计算和解决实际问题方面提供了参考。

相继增压系统切换过程对增压器辅推轴承轴向力影响与轴承优化研究

采用数值仿真方法研究基本增压器在系统切换过程中的轴向力变化规律,并提出了辅助推力轴承的改进设计方法。首先数值仿真研究了基本增压器的转子系统在切换时的压气机/涡轮关键典型截面气动参数分布情况,分析了在柴油机增压模式切换过程中基本增压器转子轴向力大小和方向变化规律,然后提出了增加轴承承力面及改变承力面材料的优化方案。结果表明:基本增压器辅助推力轴承在切换的5 s时间内轴向力发生翻转,最大约承受2273 N的反向轴向力,是造成切换过程辅助推力轴承磨损的关键原因;优化方案最大承载能力为优化前的4.8倍,显著提升了辅助推力轴承承载力。经增压器平台可靠性验证,改进后的增压器辅助推力轴承在相同时间内未出现碰磨现象。

轴向力对剪切钢板阻尼器抗震性能影响的数值模拟

采用数值模拟的方式,对轴向力作用的剪切钢板阻尼器的抗震性能进行研究,设定5组不同的剪切钢板阻尼器,以探究高宽比和高厚比对阻尼器的影响,同时提出两种轴向自由的新型剪切钢板阻尼器。结果表明:轴向力对阻尼器抗震性能产生不利影响,使腹板更容易发生局部屈曲且屈曲程度更大,有必要做防屈曲措施;当高宽比、高厚比增大时,屈服荷载、极限荷载、初始刚度及屈服后刚度显著降低;当腹板高度保持不变时,增大腹板宽度或厚度,可有效改善阻尼器的抗震性能。

带泄漏通道的半开式离心叶轮轴向力推力数值模拟分析

离心叶轮轴向力的计算是大型、高速离心压缩机设计的关键技术之一。本文以某0.17流量系数离心压缩机半开式叶轮为研究对象,采用数值模拟的方法对该叶轮在设计工况、变工况和变关键几何尺寸条件下的轴向力展开了计算和模拟分析。结果表明:半开式离心叶轮轴向力一维计算方法与本文所采用的数值模拟方法相比,两者误差为5.8%;轴向力随流量的增加呈现先增加后减小的趋势;当叶轮的转速增加时,叶轮轴向力在全流量范围内增加;当进气温度增加时,轴向力呈现线性下降趋势;当进气压力增加时,轴向力呈现线性增长趋势;当密封齿数增加时,叶轮轴向力线性增大,泄漏量逐渐减小。当密封轴颈增加时,叶轮轴向力先减小至平衡状态后再反向继续增加,泄漏量成倍数增长趋势。

涡轮增压器转子轴向力的CFD数值分析

针对汽油机涡轮增压器止推轴承损坏现象,以某型号涡轮增压器为研究对象,使用CFD流体软件分析转子轴向力随转速、质量流变化的一般规律。构建涡轮增压器转子系统的三维模型,然后使用ICEM对三维模型进行网格划分,最后使用CFX求解器对三种不同转速工况下进行涡轮场、叶轮场进行数值分析仿真。分析结果表明,转子系统两端轴向力随着转速增加,涡轮增压器轴向力合力不断增大;同时研究发现涡轮端轴向力随质量流量增加而增大,压气机端轴向力却逐渐下降,两者变化趋势正好相反;同一转速下,增压器轴向合力随质量流增加而减小;质量流不变,涡轮端、压气机端轴向力均随转速提升而增大。

基于数值模拟的多级离心泵轴向力平衡研究

【目的】多级离心泵在运行过程中易产生较大的轴向力,严重影响泵的稳定运行,亟需探究切除部分后盖板以平衡轴向力方法的可行性。【方法】基于修正的SST k-ω湍流模型,利用CFX软件对不同流量工况下多级离心泵的内部流动进行了数值模拟分析,得到了在不同流量工况下离心泵的各级前后盖板压力云图。【结果】1)在所研究的流量工况范围内,多级离心泵由于水力损失严重,一开始的效率和功率整体偏低,随着流量不断增大,效率呈先增后减趋势,功率不断增大,扬程曲线为陡降曲线。2)多级离心泵各级前后盖板所受压力从首级开始呈逐级递增趋势,级数越大盖板所承受的轴向力越大,且轴向力的方向均由前盖板指向后盖板。【结论】选择合适的流量工况对于提升多级离心泵的工作效率十分重要。切除部分后盖板,使前盖板与后盖板的面积相近,受力时更加均匀,能够达到平衡轴向力的效果,证明了设计方法的可行性。

同向双螺杆挤出机螺杆轴向力的数值模拟和实验研究

应用 POLYFLOW 软件模拟计算了组合螺杆元件在流场中受到的轴向力。模拟结果表明,轴向力随螺杆相位角的变化而波动;螺杆构型对轴向力的影响较大;操作条件会对轴向力产生影响。自行设计了拉杆应变测量系统对螺杆轴向力进行了间接测试,结果表明螺杆轴向力由机头静压力和附加轴向力组成,使用实验螺杆组合时,附加轴向力约为机头静压力的0.4～1.6倍。

18辊轧机工作辊轴向力导致止推轴承损坏因素分析及优化措施

18辊轧机工作辊止推轴承在使用过程中易损坏,通过分析发现主要是因为工作辊作用在止推轴承上的轴向力过大造成的,本文主要针对带钢板型呈楔形或镰刀弯、中间辊与侧支撑的作用力的因素讨论分析造成止推轴承损坏的原因,找到了延长止推轴承使用寿命的方法。结合机组运用的实际情况,经过相对应的优化措施改善后,能降低损坏率41.7%。

直联式立式单级泵轴向力试验研究

介绍了一种用于直联式立式单级泵的轴向力测量装置,利用该装置对一台泵进行了多次性能及轴向力测试,进一步完善了叶轮的平衡设计及轴承寿命计算。

角接触向心轴承轴向力计算方法分析

介绍了角接触向心轴承的结构与受力特点,分析了轴承轴向力的2种计算方法,指出了同时依据轴系装配图和轴承受力图计算轴承轴向力的不足,以及仅仅依据轴承受力图计算轴承轴向力的优点,对轴承设计工作中的最优设计方法和高等教育教材中的最优讲解方法提出了建议。

离心泵新型轴向力平衡装置动态轴向力计算及设计方法

采用动静环内半径不变加大其外半径的方法,对轴向间隙为0.1~1.0mm时其内的液体压力分布、泄漏量、动环上轴向力进行了数值计算及分析.结果表明:轴向间隙液体压力沿半径方向逐渐增大,其关系曲线是斜直线,但动静环外半径与内半径比值和轴向间隙大小对其斜率有明显影响;在相同的动静环的外半径与内半径的比值时,隙径比增大,泄漏量系数具有先急剧增大然后趋于平坦的变化规律,而轴向力系数具有先急剧减少然后趋于平坦的变化规律.从控制轴向力减少液体泄漏量的角度,提出了过渡区隙径比可作为轴向间隙设计的理论依据.对平衡腔内不安装平衡装置时平衡腔液体压力进行了测试,对比分析了平衡装置减少轴向力的效果.