高速电主轴热态特性与动力学特性耦合分析模型

针对高速电主轴的耦合分析,考虑到结合面接触热阻和润滑剂黏温变化对其热态特性影响的同时,以轴承拟静力学模型描述了径向刚度函数,建立了一种高速电主轴热态特性与动力学特性耦合分析模型。分析了轴承离心力软化效应和热诱导预紧力硬化效应联合作用下的支撑刚度变化规律及其对主轴系统动力学性能的影响。仿真分析与实验结果验证了本文模型的有效性。

基于轴承运行刚度分析的超高速磨削电主轴动态特性

高速电主轴正朝着高速重载与超高速轻载的方向发展,其动态特性研究是电主轴开发的关键技术之一。主轴超高速运行时轴承刚度的确定是整个研究过程的难点所在。基于滚动轴承的拟静力学模型,计算轴承的动态刚度,并考虑转速、初始预紧力、热预紧力及油膜厚度对轴承刚度的影响,确定出轴承的运行刚度。再以轴承运行刚度作为主轴支撑刚度,建立面向高速电主轴动态性能分析的参数化有限元模型,对主轴动态特性进行分析。分析结果表明,初始预紧力、砂轮悬伸长度、前后轴承跨距、前轴承对间距及电机转子内径等参数是影响磨削电主轴动态特性的关键因素。

兆瓦级干热岩ORC地热发电系统研究

以目标工程作为设计实例,根据干热岩地热水参数条件,构建1 MW功率等级ORC发电系统.通过分析不同工质下的热力性能,根据热力系统第二效率最大原则,确定R245fa为干热岩地热水发电系统的工质.通过变工况性能评估,分别给出了不同地热水流量、地热水温度、环境温度下的发电模块功率修正曲线.该设计方法已应用于实际工程投标,为系统方案设计提供了有效支撑.

315 kW有机朗肯循环试验样机蒸发器热力性能研究

以315 kW有机朗肯循环试验样机蒸发器为目标,通过理论公式计算沸腾传热系数和换热面积,并结合商用软件HTRI进行对比验证。研究了釜式蒸发器雾沫夹带的主要影响因素,据此为结构设计提供了理论指导。最后通过机组的运行数据,对蒸发器的换热性能积进行评估,试验结果和HTRI软件仿真结果偏差小,蒸发器的换热面积满足设计要求,对ORC的工程应用提供参考。

大型汽轮机油涡轮参数化设计模型与特征属性

润滑油系统是保证汽轮发电机组正常运行的重要组成部分,而油涡轮则是600 MW及其以上大容量机组润滑油系统的核心部件,目前国内大多采用技术图纸引进方式进行制造,而对其内部流动机理与设计方法研究较少。在分析油涡轮部件的基本结构与工作原理的基础上,通过借鉴径流式与冲动式涡轮的设计理论,提出了基于速度三角形与冲量定理建立的油涡轮基本原理模型、特征方程以及关键影响因素,利用经过精度验证的水力性能数值试验模型验证了其正确性,并以此为基础,建立了油涡轮的参数化设计模型,找出了油涡轮的固有属性,为油涡轮的设计提供了相关设计准则。

大型汽轮机组高位油箱方案设计与动态仿真

借鉴压缩机和工业汽轮机配置高位油箱的设计思想,在厂内试验的基础上对其设计边界条件进行修正以适用于大型汽轮机组,针对卧式筒形油箱提出了高位油箱容积计算方法并编制相关程序。选用Flowmaster软件作为仿真平台,根据高位油箱的基本设计方案、设计边界条件,同时调用上述油箱容积计算程序、轴承进口孔板和本体的流动阻力特性曲线,建立了高位油箱系统仿真模型,并以某300MW等级机组高位油箱作为设计实例,验证了其容积计算方法和系统仿真模型的可行性和有效性。

基于仿真技术的两种典型轴头泵润滑油系统特性对比分析

针对两种典型轴头泵润滑油系统——主油泵-油涡轮润滑油系统和主油泵-射油器润滑油系统,根据主油泵、油涡轮、射油器及轴承等关键元件的特征方程和设计参数,利用Flowmaster软件建立了二者的动态仿真模型。通过主辅油泵切换过程仿真分析可知,两种轴头泵润滑油系统在无蓄能器条件下主辅油泵亦能从容切换是其共有特性和优势之一。通过停机惰走过程和高位油箱放油过程的仿真分析,确定了两种轴头泵润滑油系统失去自持能力的转速,也就是断油转速,其自持能力将推迟高位油箱的投入时间从而缩减其容积,机组功率越小、惰走时间越短,自持能力对缩减高位油箱容积的贡献越大,此为两种轴头泵润滑油系统的共有特性和另一优势。上述仿真结果与现场实际基本吻合,仿真模型计算精度满足工程设计要求,为大功率机组润滑油系统的设计和故障诊断提供了数据支撑。

大型汽轮机组全电泵润滑油系统动态仿真

以采用自力式压力调节阀的全电泵润滑油系统为例,根据主油泵、蓄能器、自力式压力调节阀及轴承等相关元件的特征方程和设计参数,利用Flowmaster软件建立了全电泵润滑油系统的动态仿真模型,确定了主辅油泵切换过程中主辅油泵本身参数、自力式压力调节阀参数以及蓄能器放油过程参数的变化规律,分析了有无蓄能器对系统节点压力、自力式压力调节阀开度和动作时间的影响,以定量分析手段获得了油泵切换过程中各参数的变化规律。仿真模型输入参数可靠、关键工况的仿真结果与试验数据基本吻合,可以认为仿真模型计算精度满足工程设计要求,为全电泵润滑油系统的设计和故障诊断提供了数据支撑。

大型汽轮机油涡轮设计方法研究

油系统是保证火电或核电机组安全运行的关键组成部分,而油涡轮是大型和巨型机组油系统的核心部件,目前国内大都通过进口或引进技术生产获得其产品,而对油涡轮的内部流动机理与设计方法研究较少。根据油涡轮部件的基本结构与工作原理,通过借鉴径流式与冲动式涡轮的设计理论,提出了基于速度三角形与冲量定理建立的油涡轮基本原理模型及其特征方程,找出了其关键影响因素,将其与转轮叶片相对于射流的运动规律相结合,建立了油涡轮的参数化设计模型。在分析油涡轮设计边界条件的基础上,给出了油涡轮的基本设计流程,并利用经过精度验证的性能预测模型,通过设计实例及其产品试验说明了设计方法的可行性与有效性。

大型汽轮机组主油泵-油涡轮润滑油系统动态仿真

以某新设计1 000 MW机组为例,根据主油泵、油涡轮及轴承等相关元件的特征方程和设计参数,利用Flowmaster软件建立了主油泵-油涡轮润滑油系统的动态仿真模型。通过甩负荷过程和主辅油泵切换过程的仿真结果分析可知,主油泵-油涡轮润滑油系统超速情况下安全性满足要求,油涡轮部件的油透平与升压泵两部分匹配性能、系统变工况适应性良好。通过停机惰走过程的仿真结果分析确定了系统失去自持能力的转速,也就是断油转速。上述仿真结果与现场实际基本吻合,仿真模型计算精度满足工程设计要求,为大功率高参数机组的安全稳定运行提供了数据支撑。

大型汽轮机组高位油箱容积计算方法

大型汽轮机组正常润滑油量与停机惰走时间都远大于采用过高位油箱的压缩机或工业驱动汽轮机,高位油箱系统设计特别是如何定量计算并尽可能减小油箱容积,成为亟待解决的首要问题。借鉴压缩机和工业驱动汽轮机配置高位油箱的设计思想,在厂内试验的基础上确定出其适用于大型汽轮机组的设计边界条件,而后针对卧式筒形油箱提出了高位油箱的容积计算方法,通过编制的程序可以快速准确地确定高位油箱容积,科学地减小设计余量,最后以某600 MW等级机组高位油箱容积计算作为设计实例验证上述计算方法的可行性和有效性。

多软件环境下主油泵集成设计系统研究

鉴于汽轮机油系统中主油泵的自主设计需求,在流动分析与结构分析理论的基础上,编制了低比转速离心泵水力设计软件,与基于ANSYS WORKBENCH软件平台的水力性能预测模型和结构强度分析模型相结合,构建了主油泵集成设计系统,并以60 Hz-300 MW机组主油泵的全新设计作为设计实例,验证了主油泵集成设计系统的有效性和可行性。

加工中心立柱系统热态特性分析模型与实验研究

在分析加工中心立柱系统主要热源、热汇和热流通路的基础上,根据热源热生成、热阻与热边界条件的经验公式,基于有限元方法建立了加工中心立柱系统热态特性分析模型对其热态性能进行辨识,获得其温度场和热变形,并利用热成像仪与热态特性分析仪通过实验标定机床的温度分布与热位移,修正热边界条件从而获得精度足够的热态特性分析模型,并通过温度控制策略优化加工中心立柱系统的热态性能提高机床的精度,为后续的误差补偿工作提供支撑。

轴向排汽凝汽器真空力平衡装置稳定性评估方法

根据轴向排汽凝汽器真空力平衡装置基本原理,选定合适的压杆稳定性经典计算模型,同时由于真空力平衡装置压杆为新型结构,并无可参考稳定安全系数,先取定安全系数等于6完成单个压杆选型计算,后利用ANSYS WORKBENCH软件建立真空力平衡装置整体压-弯杆系的极限载荷分析模型,应用欧盟EN13445-3压力容器分析设计标准的稳定性准则校核压-弯杆系的稳定性,使用16Mn钢管的压-弯杆系的稳定安全系数计算值为6.7,经弹性、塑性极限承载能力验证,满足稳定性设计要求,说明将上述稳定性准则推广至真空力平衡装置稳定性评估是可行的,找到了真空力平衡装置稳定性评估方法。

水斗式水轮机喷嘴及水斗应力和振形研究

为分析水斗式水轮机转轮断裂失效原因,应用UG软件对转轮和喷嘴建立三维造型,并利用ANSYS软件对运行的单个斗叶进行应力分析,确定了斗叶的应力分布,得到最高应力值点在刃口处,通过模态分析得到了水斗式水轮机转轮和喷嘴的自振频率和振形图,为多喷嘴水斗式水轮机转轮水斗的强度设计和喷嘴的振动研究提供了依据。

基于实例的网络化可重构模块设计技术

为提高模块知识的重用性和模块的可重构性,针对现有模块设计缺乏对模块设计知识充分重用的缺点,提出了面向网络化实例推理的可重构模块设计方法。依据实例推理的模块设计方法,提出了基于网络的模块设计实例检索机制。在检索中对模块采用统一数据结构进行实例描述,通过模糊粗糙集对模块特征属性进行动态约减和权重计算,通过相似度算法进行匹配找出合适的模块实例。以参数化模块实例为基础,通过对实例的重构获得所需模块。以包装企业为例,开发了基于实例推理的网络化模块设计系统,实现了基于实例推理的网络化可重构模块设计。

多喷嘴冲击式水轮机内部流动研究

为了提高冲击式水轮机的出力与比转数,在设计时往往采取增加喷嘴数,但喷嘴数的增加会引起转轮内部流动的相互干涉,降低机组效率。本文采用CFD技术对六喷嘴冲击式水轮机转轮内部流动进行数值模拟,通过水斗数与喷嘴数之间的相互流动计算结果,优化出六喷嘴冲击式水轮机在转轮斗叶数为21个时,正好与喷嘴数相匹配,得到单个水斗接受射流全过程的速度、压力分布以及水流迹线,多个喷嘴同时作用时转轮内部流动的干涉情况。

多喷嘴冲击式水轮机内部流动及部件振形的研究

为了提高冲击式水轮机的出力与比转速,在设计时往往采取增加喷嘴数,但喷嘴数的增加会引起转轮内部流动的相互干涉,降低机组效率。本文采用CFD技术对多喷嘴冲击式水轮机的转轮内部流动进行数值模拟,通过水斗与喷嘴之间的相互流动计算的结果,优化出转轮水斗数,使之与喷嘴数相匹配,得到了单个水斗接受射流的全过程的速度-压力分布以及水流迹线、多个喷嘴同时作用时转轮内部流动的干涉情况。并利用ANSYS软件对水斗进行了应力分析,确定了水斗的应力分布、最高应力值点以及水轮机转轮和喷嘴的自振频率和振形图。本文的研究为大容量、多喷嘴冲击式水轮机转轮流动分析以及水斗的强度设计和喷嘴的振动研究提供了依据,同时也为电站的实际运行提供了参考。

面向企业产品链的可重构模块规划技术研究

针对模块化设计方法研究中可重构模块规划和实施这一重要问题,在对产品链中所有产品的模块进行统一划分的基础上,提出了可重构模块规划和实施的方法。采用粗糙集理论进行模块需求特征属性约简及权重计算,根据相似度计算,将企业产品中的相似模块聚类为通用模块和类模块来实现可重构模块规划。然后对通用模块和类模块及其零部件按照统一的原理和结构进行参数化设计,使通用模块和类模块具有可重构性而实现其在企业不同产品中的重用。该方法在包装机企业的模块化设计中进行了应用验证,取得了较好的应用效果。

ZWX系列轴流泵水力模型的研究

我国轴流泵效率普遍偏低。对传统的升力法公式进行了改进,应用改进升力法设计的叶轮叶片能有效地控制轮毂和轮缘处边界层及间隙内流动,提高了泵的效率。利用Fluent软件进行流动模拟,叶轮叶片表面及轮毂、轮缘处的速度-压力分布也较理想,改进效果良好。