φ175 mm涡轮钻具叶片型线结构参数优化研究

以φ175 mm涡轮钻具为研究对象,研究了不同叶片型线结构参数对涡轮钻具效率及扭矩的影响。基于五次多项式理论和计算流体力学基本原理,开展了涡轮钻具水力性能仿真分析;结合正交试验法和响应面优化法,研究了叶片的前缘和后缘半径、前缘和后缘楔角、进口和出口结构角对涡轮钻具效率和扭矩的影响程度,并通过对极差分析,确定以入口结构角、出口结构角和后缘楔角为影响因素,以效率和扭矩最大化为目标,进行响应面优化;通过响应面法建立了叶片结构参数与扭矩和效率的回归方程,得到了涡轮钻具优化后的工作效率和扭矩。研究结果表明:影响效率的主要因素是出口结构角、后缘楔角和后缘半径;影响扭矩的主要因素是出口结构角、入口结构角和后缘楔角;优化后的涡轮钻具其扭矩提高了42.6%,效率提高了2.4%。研究结果可为涡轮钻具叶片型线结构的参数设计和优化提供理论支持。

利用代数-阿基米德双螺线构建变截面涡旋齿组合型线

变截面涡旋机械组合型线由于不同类型曲线采用不同的模型参数,型线的数学模型较为复杂且连接条件不易通过显性计算获得.针对上述问题,提出由代数螺线-阿基米德螺线双螺线组合的新型涡旋型线.首先,基于共轭啮合理论求解螺线类涡旋型线曲线极角与主轴转角之间的关系,推导出螺线类涡旋型线的归一化数学方程.其次,根据组合型线的光滑连接条件建立双螺线涡旋型线连接点的约束方程,得到两类双螺线涡旋型线的几何模型.然后,定量分析了第一类双螺线组合型线参数(螺线指数、螺线系数和连接点极角)对涡旋齿几何性能的影响.最后,对比研究了双螺线组合涡旋型线的性能优势.结果表明:第一类双螺线组合型线几何表征简洁、无需进行齿头型线修正即可直接使用;在涡旋齿径向尺寸相同条件下,与传统圆渐开线涡旋齿相比,行程容积提升了7.61%,压缩比提升了27.42%,面积利用系数提升了7.61%.

基于壳外换热的水下航行器壳体型线优化

针对水下航行器壳外换热形成的舷外鼓包对总阻力的影响,该文对水下航行器壳体和鼓包型线进行整体优化。首先,以水下航行器壳体型线和舷外鼓包型线设计参数为设计变量,以主尺度为约束条件,以水下直航总阻力为目标建立目标函数;然后,以初始主尺度进行参数化建模,同时,建立计算域参数化网格模型;最后,利用计算流体力学(CFD)方法分析水下航行器水下直航状态速度场、压力场分布,并根据流场信息对水下航行器壳体入流段、去流段和舷外鼓包区域型线进行优化。优化后的水下航行器摩擦阻力稍有增加,但黏压阻力和总阻力下降明显。通过该文型线优化降低壳外鼓包对总阻力的影响,该文研究结果可为基于壳外换热的水下航行器总体设计提供参考。

大型冷库螺杆压缩机几何特征及型线优化研究

目的针对大型冷库系统用螺杆压缩机的型线设计与优化问题,建立型线几何特征计算数学模型,为螺杆压缩机型线设计与优化提供理论依据。方法以目前广泛采用的GHH型线为研究对象,基于本文采用的型线几何特征计算方法,发现GHH型线的接触线不连续。采用圆弧-圆弧包络线共轭曲线对代替原始GHH型线中的圆弧-圆弧共轭曲线对,实现接触线的连续,提出修正的GHH型线。进而以修正的GHH型线为研究对象,分析节圆半径、齿高、双边长度等型线参数对接触线、啮合线、泄漏三角形等型线几何特征的影响。结果研究发现,泄漏三角形的面积与节圆半径、导程呈线性正相关,与齿高、双边长度呈线性负相关,其中双边长度对泄漏三角形的面积影响最大。具体地,当节圆半径由48 mm增大至60 mm时,面积利用系数由0.462减小为0.427,接触线长度由174.5 mm增大至182.2 mm,泄漏三角形面积由1.7 mm^(2)增大至8.2 mm^(2)。结论本文建立了转子型线几何特征快速计算数学模型,对GHH型线进行了优化,实现了螺杆转子接触线的连续,揭示了型线参数对型线几何特征的影响规律,为转子型线优化提供了理论指导。

新型无困油齿轮泵齿轮副型线优化与工作过程模拟

齿轮泵齿轮副的型线对齿轮泵性能影响极大。传统的渐开线型齿轮泵齿轮存在困油现象,产生局部高压,对其运行产生极大的危害。通过型线设计,来解决齿轮泵困油现象。基于曲线啮合理论,采用圆弧和高次曲线,构建一种新型双圆弧-高次曲线齿轮副,消除了齿轮泵的困油现象。进而,建立其几何模型并推导出型线方程,通过数值模拟,分析新型无困油齿轮泵的流场变化规律,并与现有齿轮泵进行对比。结果表明:新型齿轮泵消除了困油现象,型线组成简单,便于优化设计;此外,新型齿轮泵的工作性能更佳,流场更均匀。

三尾船型参数化建模及型线优化设计

文中以某型三尾船为研究对象,采用CAESES软件进行全参数化建模,通过改变控制船体曲面的设计变量,基于布置约束以及静水力约束以三尾船的总阻力作为优化目标,对其首尾型线进行优化.结果表明:该船型在设计航速下的总阻力得到了有效降低.

一种新型罗茨真空泵转子型线研究与应用

提出了一种罗茨真空泵三叶直线圆弧型转子型线设计方法,给出了型线方程和针对ZJ-5000型罗茨真空泵转子型线的主要结构参数;对新型罗茨真空泵进行有限元分析,研究了其在不同进气压力下的抽气速率;基于该转子型线进行了实际产品生产,并与双叶转子罗茨泵的抽速和其他性能指标进行了对比。结果表明:新设计的三叶直线圆弧型转子型线具有容积效率高、曲线光滑过度、加工方便、定位准确、工作噪声低的特点,相对于两叶转子,其强度增强,能够承受更大的压差载荷,与传统三叶转子相比抽气效率得到了提高。

喷射速率型线对氨-柴双燃料发动机燃烧过程的影响

面对全球气候变暖的压力,在内燃机中使用无碳燃料减少排放受到了广泛关注。为了研究柴油喷射策略对氨-柴双燃料发动机的燃烧以及排放特性。以Caterpillar 3401柴油发动机为研究对象,利用CONVERGE软件建立仿真模型,研究了在40%氨能分数、相同喷油量和喷油持续期的条件下不同喷射速率型线(梯形、楔形、斜面、三角形和矩形)对氨-柴双燃料发动机燃烧及排放特性的影响。结果表明:柴油喷射速率型线对柴油、氨气及空气的混合有着显著影响,从而影响燃烧及排放。当喷射速率型线为梯形时,在喷油中期喷射速率高并且氨-柴混合时间长,使得氨-柴混合更加均匀,相应的未燃氨的排放最低。相较于矩形喷射速率型线,梯形、楔形、斜坡形和三角形喷射速率型线指示平均压力分别提高4.36%、0.76%、1.09%、3.08%。由于最高温度差异较小,导致每种喷射速率型线下的氮氧化物变化较小。本文提出了一种改善氨-柴双燃料发动机燃烧及排放性能的喷射速率型线方案。

考虑跨洋特征及碎冰对快速性影响的极地探险邮轮型线优化

[目的]全球减碳背景下,为应对极地船舶设计建造的环保要求,需开展跨洋航行时碎冰水域对极地探险邮轮船体型线优化设计的影响规律研究,以获得最佳节能型线。[方法]针对极地探险邮轮的跨洋航行特征,采用航区权重方法进行量化评估,分析碎冰对阻力和推进效率的影响。应用计算流体力学耦合离散元法(CFD-DEM)来分析螺旋桨的碎冰水域性能,建立以联合自航功率为目标的优化模型,进而对全船参数化模型开展设计航速下的优化计算。[结果]计算结果表明,优化后的船型可以满足排水量要求,有效降低了2种水域下的航行功率,其联合自航功率降低了9.71%。[结论]研究成果验证了基于权重优化方法的可行性和合理性,可为极地探险邮轮的型线和推进器优化设计提供参考。

成型铣刀盘安装孔与刀杆间隙安装误差对螺杆转子型线的影响

在转子加工过程中存在各种影响转子型线加工精度的误差,大多研究都是针对中心距和安装角调整误差对转子加工的影响进行分析,但铣刀盘安装孔与螺杆铣床刀杆间隙引起的安装误差对转子型线造成的影响还有待研究。此安装误差可表现为刀盘几何轴线与回转轴线间的偏心、两轴线间的偏转、偏心与偏转的耦合三种形式,本文研究了三种形式的安装误差对转子型线的影响规律和影响大小,此研究结果对转子型线的精度分析与误差控制有一定的指导意义。

支板型线对压气机中介机匣性能影响的试验研究

为了明确支板对中介机匣气动性能的影响,本文针对某一舰船燃气轮机压气机中介机匣的2种不同支板开展了对比试验研究。试验结果显示:在0.2、0.3和0.4Ma工况下,改型支板较原型支板中介机匣的出口总压损失系数分别降低37%、79%和77%,原型支板尾迹损失远大于改型支板,但主流区域油流和气动测量结果相似。这说明主流区域轴向压力变化不受支板型线影响,但相较于原型支板,改型支板能够有效降低中介机匣的气动损失。

基于降低摩擦功耗的活塞型线优化设计

混合动力汽车对发动机提出高热效率需求,而降低摩擦功耗为提高发动机热效率的有效措施。活塞连杆系统摩擦损耗占整个发动机摩擦损耗的40%~60%,活塞裙部良好的型线设计,可使活塞与缸套间具有合适的油膜间隙,从而产生最佳的流体动力润滑效果,降低活塞摩擦功耗,提高内燃机的热效率。针对某混合动力用高效发动机活塞进行设计优化,使活塞平均磨损载荷降低56.4%,并通过耐久试验验证。

基于AVL EXCITE TD的发动机配气凸轮型线优化

针对某发动机凸轮磨损问题,基于AVL EXCITE TIMING DRIVE(EXCITE TD)软件对原机配气机构进行建模,并优化其凸轮型线。在其它条件不变时,凸轮型线优化后,凸轮桃尖处最小曲率半径、丰满系数、最小弹簧裕度和最小润滑系数均增大,凸轮与挺柱最大接触应力减小,凸轮磨损问题得到了明显改善。

滚轮型线加工工艺研究

滚轮作为与凸轮磨合的重要运动件,有一定概率发生咬卡现象。分析了滚轮的结构特征,介绍了滚轮型线的加工方案,并进行了滚轮型线检测。

叶片型线与离心泵性能优化的研究

以某型离心泵为研究对象,研究了叶片出口边倾角与某型离心泵性能的关系以及叶片包角对某型离心泵性能的影响。在所有外在条件保持不变的前提下,设定相应的叶片出口边倾角;通过实验对比不同叶片出口边倾角下的叶轮性能,得到某型离心泵的最佳叶片出口边倾角为76°。在保持最佳叶片出口边倾角的前提下,选择不同的叶片包角来设计相应的叶轮,最终经过实验对比分析得出:在最佳叶片出口边倾角为76°的前提下,当叶片包角为195°时,可以使某型离心泵性能最高,比其他叶片包角设计的叶轮性能高3%左右。

基于变螺旋角设计理论的离心风机蜗壳型线优化

针对常用蜗壳型线设计方法不能使蜗壳螺旋角与叶轮出口气流角相匹配的问题,基于变螺旋角设计理论对某离心风机的蜗壳型线进行重新拟合,对风机进行流场和声场数值模拟,对比分析蜗壳型线优化前后风机内部流场及远场噪声的变化情况。研究结果表明,在设计流量工况下,优化风机的全压提高了0.9%,效率提升了1.44%,优化风机的噪声特性得到明显改善。

利用Excel求解螺杆压缩机转子型线几何参数的方法

叙述了一种求解螺杆压缩机转子型线几何参数的方法。基于解析包络法分别列出阴、阳转子型线对应的曲线参数方程。对方程所需的几何参数一一求解。有些参数由于求解过程复杂,在没有专业的数学计算软件帮助下,利用excel对其求解。最后求得满足设计需求的几何参数。

膜式空气弹簧变活塞型线对静刚度特性的影响

现代汽车悬架技术的快速发展,要求汽车在操纵稳定性、行驶平顺性等方面进一步提高性能。高度和刚度可调、吸振能力较佳和使用寿命较长的空气弹簧在中高端乘用车上得到使用。活塞型线对空气弹簧的刚度特性影响较大,不同的活塞型线会直接影响空气弹簧的有效作用直径。文章以乘用车膜式空气弹簧为研究对象,设计了四种不同的活塞型线(L型、S型、O型、反O型),基于有限元分析软件ABAQUS研究分析了不同初始内压下活塞型线对空气弹簧刚度特性的影响。结果表明,O型活塞空气弹簧的承载能力最强,反O型与O型活塞成对称结构,其承载能力最弱,随着初始内压的增大,其承载能力的差距会愈发明显,S型活塞空气弹簧的承载能力介于O型与反O型活塞之间,并表现出理想的反S特性。

一种跃度连续的配气凸轮型线研究

针对内燃机配气凸轮无法在全工作段保持跃度连续的问题,提出一种新型的分段低次方组合式凸轮型线模型。通过对该凸轮型线模型运动规律的分析,得到了通过设计参数计算各段角度和表达式的方法,并对相关设计参数的约束条件进行了研究。基于该模型,对某内燃机进排气凸轮进行了设计,并与现有凸轮型线进行了对比。结果表明,该模型设计的凸轮型线在缓冲段、基本段和各段连接处都能保证跃度曲线连续;在指定的设计参数下,该模型不需要进行优化和调整,就可以快速得到唯一确定的凸轮型线,还可以自动调整分段数,并保证得到最大速度和最大丰满系数;通过与类似型线比较得知,该凸轮型线在相同限值的情况下,丰满系数>1%~12%,最大速度>1%~13.5%,最大跳度<20%~70%。

深海布放L型线列阵拖曳系统设计

为开展深海近底层仰视探测,文章设计了一种用于深海布放L型线列阵的拖曳系统,主要由水面浮体、拖缆、触底拖体、水平线列阵和垂直线列阵构成。对拖曳系统的静稳定性和低速拖曳下的动态稳定性进行了仿真与校核,结果表明系统具有拖曳稳定性。海试过程中,根据回传的航向及深度传感器数据,将两条大尺度的线列阵布放在深海近底层,组成L型线列阵。触底拖曳后,拖体最终坐底深度为4378 m,水平阵各子阵段的航向角与拖体航向角基本保持一致,表明水平阵处于近乎完全伸展拉直的状态;垂直阵各子阵深度差保持120m左右,与各深度传感器实际距离一致,表明垂直阵姿态竖直绷紧;水平阵和垂直阵成功组成近正交的L型阵列,实现了一缆拖双阵的探测系统从海底到海面的高可靠性坐底系留与布放回收。