真空气力输送泵研究及应用

为实现地下隧洞施工高效排污及排渣,开发了一款适用于掘进机设备的真空气力输送泵系统。详细介绍了气力输送系统及组件,通过负压吸送、正压压送方式实现污水、泥渣、固体颗粒等气力输送,实现无旋转叶轮部件的流体输送。采用CFD方法,运用Fluent软件对气体喷射器结构仿真分析得出设计参数,运用EDEM⁃Fluent流固耦合仿真方法探究渣石与空气或水输送状态,得出使用边界条件,有效指导了设计及应用。同时真空气力输送泵系统提高了地下隧洞掘进效率和隧道文明施工水平。

基于抗磁悬浮的气流能量采集器

研究了一种由外壳、提升磁体、上热解石墨板、线圈、永磁体转子和下热解石墨板构成的气流能量采集器,自由悬浮于两热解石墨板之间的永磁体转子可在外界气流的作用下转动,并在线圈中产生感应电压。采用有限元软件COMSOL Multiphysics 5.3和ANSYS Maxwell 16.0建立仿真模型,对能量采集器的悬浮特性、驱动特性和输出特性进行仿真分析通过实验验证,发现当喷嘴为83°时转子所受的气流驱动力矩最大;实验测试永磁体转子悬浮高度56.5 mm,与仿真高度57.5 mm误差仅为1.77%;能量采集器稳定工作的气流量范围为137 sccm^733 sccm,最大输出电压可达160 mV。

抗磁悬浮永磁体转子的理论分析与实验

研究了一种由提升磁铁、上热解石墨板、永磁体转子和下热解石墨板构成的抗磁悬浮结构,沿圆周方向均匀分布设有3个叶片的永磁体转子自由悬浮于两热解石墨板之间,可在外界气流的驱动下转动,研究中采用喷嘴提供气流。采用有限元软件建立仿真模型,分析了永磁体转子所受气流驱动力矩与喷嘴角度的关系,发现当喷嘴与水平方向夹角为83°时永磁体转子所受的气流驱动力矩最大。通过实验验证,发现当喷嘴为83°时转子所受的气流驱动力矩最大,实验结果很好地验证了仿真结果。进一步通过实验研究了在该最优角度下永磁体转子的旋转速度与气流流量的关系,发现当气流流量为1.01 L/min时永磁体转子最高稳定转速可达475 r/min。

基于抗磁悬浮的电磁感应式气流能量采集器

提出了一种基于抗磁悬浮技术的气流能量采集器,其由提升磁体、上热解石墨板、永磁体转子、针孔喷嘴和下热解石墨板构成。利用有限元软件COMSOL对能量采集器的磁场和流场进行模拟分析,同时使用ANSYS对线圈中的感应电压进行模拟分析,对所提出的气流能量采集器的悬浮特性、旋转特性和输出特性加以研究。实验中由于永磁铁转子受到重力和提升磁体施加在转子的磁吸引力以及热解石墨板的抗磁力,永磁铁转子受力平衡并自由悬浮于两个热解石墨板中间,在两个水平对称布置的喷嘴气流作用下旋转。通过理论分析,模拟和实验研究了能量采集器的输出特性,输出电压与能量采集器的气流之间的关系是二次函数,输出电压与转子转速之间的关系是线性函数。结果表明,当气体体积流量为2748 cm3/min时,能量采集器的最大输出电压为3 V,最大输出功率为55.8 mW,悬浮转子最大转速可达20000 r/min。当气体体积流量达到质量流量控制器的最大值时,能量采集器的输出电压仍然根据二次函数的趋势上升。由于实验中质量流量控制器的量程限制,此时的最大输出电压并不是气流能量采集器的输出电压上限。通过降低气流能量采集器各部件之间的机械摩擦,能够有效收集气流能量。

抗磁-气流混合悬浮理论及仿真分析

提出了一种抗磁-气流混合悬浮结构,利用提升磁铁和气流使悬浮转子稳定地悬浮于热解石墨板上方。通过理论分析和有限元数值分析方法对该抗磁悬浮结构的悬浮特性开展研究;利用压缩氮气作为气源进行实验测试研究。在标准温度和压力下,当气流量为2198 sccm时,悬浮转子转速达到16666 r/min,悬浮间隙为0.7 mm。通过调整喷嘴的垂直位置,悬浮转子可以在悬浮间隙为0.2~0.8 mm的任意高度上稳定悬浮旋转。当气流速度达到2748 sccm时,悬浮转子的转速增加到22300 r/min。采用混合悬浮结构的悬浮转子具有较大的悬浮间隙和较高的旋转速度。这种悬浮结构有望应用于气流驱动下的传感、能量采集和空气轴承。

盾构推进液压系统节能技术分析与验证

为解决盾构推进液压系统能耗高的问题,以常见的“泵控调速+阀控调压”与“阀控调速+阀控调压”两种控制系统为研究对象,对其工作原理进行详细地说明;通过理论和仿真对比分析两种推进系统的节能效果,得出“泵控调速+阀控调压”推进系统相对于“阀控调速+阀控调压”的节能比达到30%~40%,其推进系统节能效果更明显;最后通过工程应用对理论和仿真结果进行验证,为盾构机节能技术的研究提供一定参考依据。