密封结构参数对安全阀磁流体密封压力的影响

为探讨安全阀磁流体密封性能与结构关键参数的关系,以安全阀磁流体密封装置作为研究对象,利用有限元分析软件计算出密封间隙内磁感应强度变化值,计算在不同密封结构关键参数下密封间隙内耐压值并对其进行分析,最终得到各参数之间的相互关系从而为提高密封能力提供指导。研究结果表明:当极齿齿槽宽度为3mm时,密封压力最大值在极齿宽度2mm处;当极齿宽度为3mm时,密封压力最大值在齿槽宽度2.5mm处;将矩形极齿改为单侧斜角极齿30°,密封压力会整体上升且最大值在极齿齿槽宽度3mm、极齿宽度1.5mm处;改变剩磁大小会影响磁感应强度但磁感应强度差值不变,对于密封压力最优值没有影响。这些规律为安全阀磁流体密封装置的设计提供了理论参考。

改变导叶翼型对水泵水轮机“S”特性的影响

针对水泵水轮机“S”特性区域的不稳定性问题,提出使用改型活动导叶翼型进行性能提升.以某水泵水轮机模型为研究对象,采用SST k-ω湍流模型对水泵水轮机全流道进行三维数值计算,通过对活动导叶翼型的改型设计,得出流量-转速模拟曲线,分析水泵水轮机组“S”特性改善情况.将计算与试验结果进行对比,并对改型活动导叶翼型前后机组的无叶区进行压力脉动分析.结果表明:在保证整体效率依然保持在92%附近的前提下,新的活动导叶翼型对机组的“S”特性依旧具有改善效果;无叶区压力脉动主要是受到活动导叶叶栅区域的分流在此重新聚集影响,并且与转轮叶片的动静相互扰动引起的;改型后的活动导叶降低了无叶区的压力脉动幅值,提升了水泵水轮机运行中的并网稳定性.

基于谐响应分析的冲击式水轮机转轮共振预测

冲击式水轮机水斗的疲劳断裂与转轮的周期性振动密切相关。以六喷嘴冲击式水轮机模型机组转轮为研究对象,采用基于模态叠加的谐响应分析法,获取转轮在实际工作载荷激励下的形变与应力响应并评估薄弱部位,结合坎贝尔图确定共振转速。结果表明,在实际运行工况下转轮三阶模态振型最易被激发,最大形变值为21.50mm,位于水斗尖端;七阶与八阶频率下被施加最大简谐载荷的水斗等效应力值较大,从根部向水斗尖端缺口处递减,最大应力值出现在分水刃根部,发生明显的应力集中;坎贝尔图显示易发生谐共振的转速为587r/min、660r/min、785r/min,在实际运行中应进一步测试与避免。

离心式铁磁流体微泵的设计及流动特性分析

铁磁流体微泵由于其自润滑性和自密封性,使其更加符合微流控技术应用在生物医学、生命科学、化学分析、航空航天等领域的需求,而在目前的结构设计中无法同时满足加工简单、可靠性高、流动稳定等优势,因此限制其应用及发展。为提高铁磁流体微泵的可靠性和稳定性,促进其发展和应用,本研究基于铁磁流体的外场控制原理、磁流变效应及介质流体的流体力学行为设计了一种离心式的新型铁磁流体微泵,并应用数值计算分析了介质流体流动特性。结果表明:该微泵可以有效实现泵送过程,当转速为10 r/min时,一个周期内的泵送净流量可达0.07 kg/T,且在两股铁磁流体的交替作用下可以阻断泵腔进口与出口的介质流体质量交换;由于铁磁流体与泵腔结构的动静干涉作用,导致出口流量存在轻微脉动(数量级为10^(-5)),但仍处于层流状态(Re<1),并且由于惯性力与特征尺寸相关而黏滞力与特征尺寸无关等力学因素,导致泵送动力对出口尺寸长度非常敏感,在转速4 r/min、出口段长度9 mm时无法实现有效泵送。同时对铁磁流体与泵送介质流体之间的相界面压力波动和自密封性能进行分析,得到相界面上的压力波动峰值远小于铁磁流体自密封性能,相差3个数量级,从铁磁流体的密封稳定性和界面稳定性角度验证了离心式铁磁流体微泵的可行性。

新型高转速柱塞泵转速变化压力特性研究

为了研发高转速、高流量的燃油泵,以新型双斜盘柱塞泵为原型,搭建其流域简化数值仿真模型,研究不同转速下柱塞腔压力脉动机制及演变规律。对比不同转速下柱塞泵压力脉动,探究转速变化对压力大小影响;结合柱塞泵旋转过程中柱塞腔和配流盘的位置和压力变化,研究运行过程中柱塞腔内部压力波动成因。结果表明:随着转速的增加,柱塞腔内部各点压力值提高,但整体压力波动趋势一致;柱塞腔内部压力波动受到与配流盘接触情况和柱塞泵活塞一侧往复运动的影响。

基于熵产-涡量的水泵水轮机转轮能量损失特性

为探究水泵水轮机组因频繁改动活动导叶开度而引起的机组不稳定运行机理,基于熵产理论与涡量理论,采用数值模拟与试验相结合的方法,针对水泵水轮机小流量、高效率和大流量这3种工况开展能量损失特性分析.结果表明:随着活动导叶开度的增加,转轮区域总涡量值增大,高涡量值分布区域及主流区熵产率先减小后增大,壁面熵产率增大;能量损失与流态紊乱程度呈正相关,转轮区域的旋涡流、冲击、摩擦等现象是引起能量损失的重要原因.对相同工况模型进行试验,其结果与数值模拟结果类似,此研究结果为水泵水轮机的设计与效率提升提供了重要依据.

基于转轮进口水流角的贯流水轮机最优工况应用

贯流式水轮机是农村小水电电网中的重要组成部分,其低水头、大流量的特点,易导致电站机组效率低下、出力降低.而贯流式水轮机运行中的最优运行问题很少引起学者关注,目前最优工况的研究仅仅局限于某点或线.该文从转轮水力损失的角度,理论上分析了影响贯流式水轮机效率的翼型阻力损失、端部损失与撞击损失,依据现场实际导叶与桨叶翼型,在定水头、定桨叶方式下,通过改变转轮进口水流角,对转轮进、出口速度三角形进行计算,从能量角度,进行工况优化,得到转轮10°工况下导叶在53.9°~58.8°的最优特性区域,效率可提高约3%~8%.利用数值仿真技术,对其工况做相应的数值仿真,并进行流场分析,在此基础上,进行真机试验,结果与理论分析相符,与数值仿真计算的误差小于2%,采用此方法对电站机组的全工况进行了计算,全工况范围内进行区域工况优化,得到转轮在7°~42°,导叶在0~78°的最优特性曲线,通过一段时间运行,数据显示机组的能量特性与稳定性效果比较理想.

基于运行工况的低水头水轮发电机不圆度分析

由于结构的特殊性,农村电网中低水头、小容量发电机在运行中圆度变化较大,影响着发电机的稳定性。为了改善该类型发电机运行品质,提高低水头水轮发电机可靠性,该文针对发电机运行参数进行数据分析、并进行理论解析方程及ANSYS仿真分析计算,对造成发电机不圆度机理进行研究,发现作用在低水头水轮发电机特殊结构上的不平衡重力及交变离心力导致发电机偏心,从而造成发电机不圆度增大。同时偏心引起的不平衡磁拉力对机组稳定性影响较大,反过来不平衡磁拉力又使发电机不圆度增大。依据该文研究结论提出了低水头、小容量发电机安全运行措施,经过实际运行考验,证实运行效果比较理想。该研究可为农村小水电发电机安全运行提供一种解决方法。

水轮机磁悬浮导轴承动力学特性

水轮机磁悬浮导轴承是一种无油轴承,其工程可靠性一直没有很好的解决。作者应用理论分析方法及基于其Halbach阵列的动力学特性ANSYS仿真,对水轮机径向混合磁悬浮导轴承动力特性的非线性模型及其线性化方程进行研究,设计了一种水轮机径向混合磁悬浮导轴承。研究表明在单一自由度上水轮机径向混合磁悬浮导轴承具备自稳定的特性,其负刚度可以通过轴承永磁特性调节;单元磁环厚度越大,Halbach阵列的水轮机磁悬浮永磁导轴承径向磁力越大,一定程度内表现为近似线性,之后过渡到非线性趋势,最后磁力趋于某一定值;计算结果与仿真结果偏差小于0.69%。该研究结论为水轮机径向磁悬浮导轴承装置在工程应用中提供一定指导。

机械加工极齿倒角对磁流体密封装置耐压的影响:仿真分析

以常规磁流体密封装置为研究对象,考虑极齿的机械加工倒角影响,对比分析了矩形、单侧斜角和双侧斜角极齿倒角前后的耐压特性。研究结果表明:不考虑倒角影响时,矩形极齿、单侧斜角极齿和双侧斜角极齿密封压力理论值分别为0.218 MPa、0.235 MPa和0.224 MPa,矩形和双侧斜角形极齿理论密封压力接近,单侧斜角形理论密封压力最大。考虑倒角影响时,随着倒角半径的增大,矩形极齿理论密封压力近似呈指数递增;单侧斜角极齿理论密封压力先缓慢增大,后近似线性递增;双侧斜角极齿理论密封压力缓慢增大。矩形极齿理论密封压力对倒角变化最为敏感,单侧斜角形极齿次之,双侧斜角形极齿影响较小。这些规律为磁流体密封装置中极齿的实际加工对密封性能的影响提供理论参考。

BaO-6Fe_2O_3磁粉质量分数对丁腈橡胶磁学性能的影响

在BaO-6Fe_2O_3磁粉质量分数为10%~17%的区间,按照1%的BaO-6Fe_2O_3磁粉添加组分,制备了8种BaO-6Fe_2O_3磁性丁腈橡胶复合材料。利用U5-10型充磁机和PG-5型特斯拉计对8种BaO-6Fe_2O_3磁性丁腈橡胶材料进行磁学实验。实验结果表明:随着BaO-6Fe_2O_3磁粉质量分数的增加,BaO-6Fe_2O_3磁性丁腈橡胶的磁感应强度、磁学矫顽力、最大磁积能和剩磁先缓慢递增,接着再以较大的斜率增加。此外,磁性丁腈橡胶的磁感应强度在磁粉质量分数为12%时递增趋势变大;磁学矫顽力、最大磁积能和剩磁都在磁粉质量分数为12%时增大趋势突变变大。所以,随着BaO-6Fe_2O_3磁粉质量分数的提高,BaO-6Fe_2O_3磁性丁腈橡胶复合材料的磁学性能变化特异,表现出特异的磁学性能。

SrO·6Fe_2O_3丁腈橡胶复合材料在中小型水轮机导轴承密封中的应用

水轮机水导轴承漏油问题在学术层面与应用领域一直没有彻底解决,其漏油造成的污染以及设备稳定性问题长期威胁着水轮机的安全运行,中小型机组尤为突出,在水力发电行业基于新型材料的水导轴承密封问题的研究迫在眉睫。本项目通过对磁性SrO·6Fe_2O_3丁腈橡胶复合材料的摩擦磨损情况、老化现象以及使用经济性等方面进行研究,在水导轴承密封中进行应用,得到很好的效果。

磁性液体动静密封时界面形状仿真分析

对磁性液体动静密封时界面形状的研究是解决密封液体界面不稳定的关键。由于磁性液体密封装置材料的限制,利用试验的方法观察密封时的界面形状存在一定困难。基于数值计算和理论推导相结合的方式,对磁性液体动静密封时的界面形状进行研究。研究表明,静密封时,密封压力和密封间隙处磁感应强度分布是决定磁性液体界面形状的主要因素,当外界压力为理论密封压力最大值的50%时,界面形状呈现双曲线函数轮廓,有利于界面稳定;当外界压力为理论密封压力最大值的75%时,界面形状存在凸起,严重影响界面稳定性;当密封压差为理论密封压力最大值时,界面形状呈现S型,界面稳定性较好。动密封时,界面形状受转速、轴径、外界压力、磁感应强度分布共同影响,对动密封时界面形状推导了理论公式。

黄河干流上灯泡贯流式水轮机组经济运行分析

在黄河干流上运行的低水头、大流量的灯泡贯流式水轮机组,均属于中小型机组,其发电量易受上游来水、运行水头、设备可靠性等因素的影响。根据该机组的运行特性并结合水情及设备可靠性等情况,分析研究了灯泡贯流式水轮发电机的经济运行特性。图4幅,表1个。

纳米Fe_3O_4磁性复合丁腈橡胶在水轮机伸缩节密封中的应用

水轮机伸缩节漏水是中小水电机组普遍存在的问题,该漏水问题轻则导致厂内渗漏泵负担、增大维修工作量,给电厂带来经济损失;重则会导致水淹厂房的恶性事故;因此解决水轮机伸缩节漏水问题刻不容缓。通过对水轮机伸缩节漏水原因和磁性复合橡胶的性能进行分析,提出以Fe_3O_4复合丁腈橡胶材料作为伸缩节的密封圈,并对其防漏效果进行试验及应用,可有效解决水轮机伸缩节的漏水问题。

螺旋离心泵内回流涡空化特性

为了研究回流涡空化特性,对一台螺旋离心泵内部的空化流动进行了可视化研究,在一定的工况下该泵内部发生了回流涡空化,捕捉到了不同流量下螺旋离心泵内部回流涡空化形态,发现回流漩涡空化中存在2个旋转的空化云,并且随着流量的减小,回流涡空化云体积逐渐减小;对该泵进行了数值模拟,发现随着流量的减小,泵进口外部形成的回流区域变小,从而导致回流涡空化云体积逐渐减小。该文对螺旋离心泵内回流涡空化体积演变机理的深入研究提供了参考。

灯泡贯流式水轮机尾水管流动特性分析

采用基于气泡动力学的两相流方程 ,对灯泡贯流式水轮机进行全流场的非定常湍流数值模拟 ,计算了在大流量工况下水轮机内部发生空化时的能量特性和尾水管内涡带的演变特点.计算结果表明 ：当水轮机在大流量下运行时 ,尾水管会出现“柱状”空腔涡带 ,随着时间的变化 ,空化涡带体积发生大幅度增加 ,在涡带尾部有“环形水跃”现象出现 ,此时在尾水管内壁处压力脉动也随之增大 ;在不同的空化系数下 ,压力脉动从转轮出口处开始增加 ,由于空泡的体积波动主要发生在尾水管内 ,因而压力脉动振幅在尾水管内达到最大 ,压力脉动会沿着尾水管向下游传播 ,逐渐减小 ;尾水管内压力脉动以低频为主 ,涡带主频为转频 ,其余频率由涡带公转产生的以2~5倍主频的次频.

永磁压缩弹簧式溢流阀的设计与试验研究

针对螺旋压缩弹簧在液压元件使用过程中的疲劳断裂、氢脆断裂、腐蚀断裂、松弛、塑性变形、永久变形等失效模式,提出了非接触式永磁压缩弹簧式液压阀的设计理念,对永磁压缩弹簧式溢流阀的基本结构、工作原理、电磁力、刚度特性进行了研究,通过解析法和试验验证法对永磁压缩弹簧进行了设计,充分利用磁场力优于螺旋压缩机械弹簧的特性段,设计出了永磁压缩弹簧式溢流阀,并对设计出的溢流阀进行了试验验证.结果表明,当永磁阀芯与永磁底座之间的间隙为0.4～1.2 mm时,磁场力保持70±5 N基本不变;在溢流阀的阶跃响应试验中,永磁压缩弹簧式溢流阀的压力波动比为11.7%,小于螺旋压缩机械弹簧式溢流阀压力波动比22.8%;在相同技术指标的条件下,永磁压缩弹簧式溢流阀的体积较螺旋压缩弹簧式溢流阀小37.5%.因此,可以充分利用永磁压缩弹簧的优势在液压阀设计方面进行深入研究.

搅拌反应器气液两相流混合过程的涡旋效应数值模拟

为研究气液两相搅拌釜桨叶对釜内流动结构及气液混合性能的影响,本文以直叶片和推进叶片为研究对象,采用ICEM软件对搅拌釜流场进行六面体结构网格划分,基于SST-DDES湍流模型及欧拉-欧拉多相流模型对搅拌釜内部流场进行三维非定常计算,获得两种桨叶下搅拌釜内部涡结构及其演化过程,并分析搅拌釜内瞬态气相分布和瞬时流场的分布规律。研究结果表明:由于叶片旋转而产生的涡有撕裂、合并、衰减和耗散的演化过程;直叶片相较于推进叶片,其涡耗散速度较快,涡产生到消失的周期较短;由于叶片结构不同,主流的运动方向也随之改变,直叶片沿径向分布,推进叶片沿轴向分布。前者在釜内形成上下两层循环区,不利于气相扩散。后者在釜内形成一个大循环区,加剧釜内流动循环,造成后者的气相扩散能力大于前者。比较两者T0.95分布,推进叶片要小于直叶片,推进叶片搅拌釜T0.95近似为直叶片搅拌釜T0.95的50%。

导叶扩散度对核主泵水力性能影响的数值分析

CFD分析和试验表明,导叶对核主泵水力性能影响显著。为提高核主泵的整机效率,在最优比面积的基础上,提出了导叶扩散度的概念。选取控制扩散度大小的三因素及两水平,基于正交试验方法,获得了导叶几何参数的最佳匹配关系。研究表明:在叶轮-导叶比面积恒定的条件下,导叶扩散度对上游叶轮性能的影响较小,对导叶及下游蜗壳的水力性能的影响较显著。当导叶扩散度从零开始逐渐增大时,泵的效率先增大后减小,扩散度为0.025时泵的效率最高,此时导叶和蜗壳内的水力损失最小,导叶叶片的载荷分布合理。通过调整导叶扩散度提高整机水力效率的方法,将为核主泵的水力设计提供理论参考。