轴流式水轮发电机组不对中-碰摩耦合故障振动特性分析

针对轴流式水轮发电机组因联轴器偏角不对中引起的碰摩转子-转轮系统振动问题,基于修正的LuGre摩擦模型,该研究推导了联轴器不对中故障下转轮叶片碰摩力表达式。在此基础上,搭建了综合考虑不平衡磁拉力等外激励作用下系统动力学模型。采用数值方法研究了不对中角度对系统振动特性的影响,并结合Floquet理论分析了以转速为控制变量的系统周期解稳定性。结果表明,不对中的存在增大了系统发生失稳可能性,显著改变了系统动态特性。此外,不对中角度对转子与转轮振动响应的影响具有较大差异,随着不对中角度的增加,转轮振动变化明显且碰摩程度较为恶劣。该研究结果可为轴流式水轮发电机组安全运行及稳定性分析提供有益借鉴。

叶片安放角对微型轴流式水轮机性能的影响

为探究叶片安放角对微型轴流式水轮机水力性能的影响,以一比转数为548的微型轴流式水轮机为研究对象,在不改变其他几何参数的前提下,仅偏置转轮叶片各翼型剖面,得到7个不同叶片安放角的转轮;在试验验证的基础上,通过全流场数值计算,分析了改变叶片安放角对微型轴流式水轮机水力性能的影响.结果表明:随着叶片安放角的减小,在相同流量下水轮机的水头与出力均增大,高效率区域向小流量区域偏移,水轮机可高效运转的范围有一定程度的增大;随着叶片安放角的增大,水轮机的水头与出力减小,高效率区域向大流量区域偏移.适当减小叶片安放角的水轮机能在较大水头(流量)变化范围内维持较好的性能.其中,安放角为-4°的水轮机最高效率达到82.13%,高效率区的范围最大.该研究可为微型轴流式水轮机转轮的设计提供一定参考.

基于Kriging插值代理模型的轴流式止回阀多目标优化

基于Kriging插值代理模型,对轴流式止回阀的各项性能进行综合优化,具体的优化目标为:降低正向流阻;减小阀芯振动;提升止回性能。通过试验设计方案找到影响轴流式止回阀正向流阻的主要结构参数因素,并以其作为优化对象,通过Kriging插值法拟合主要结构参数对应的性能样本点,在保证拟合精度的情况下,使用NSGA-II遗传算法同时对3个主要结构参数进行多目标优化,得到了三目标Pareto前沿,经过权衡不同因素对性能指标的影响大小,最终得到了综合性能最优的结构参数为:阀瓣丰满度系数α_(1)=2.199,阀芯长度L=386.322 mm,阀芯半径R=113.997 mm。其对应的止回阀性能为:正向出口流量Q=161.839 kg/s,正向出口流速v=3.30235 m/s,止回阀进口压力p=97632.2287 Pa。相比优化之前,阀门正向流阻减小了1.2%,阀芯振动降低了0.24%,止回性能提升了2.3%。

轴流式对旋除尘风机的结构优化与性能研究

为了提高轴流式对旋除尘风机的除尘性能,研究各个参数相互之间的干扰,对其一级叶轮叶片数量、二级叶轮叶片数量、一二级叶轮距离、风筒直径和叶轮至进口距离这5个主要的结构参数进行优化改进和参数匹配。采取正交试验法,通过FLUENT对各结构参数下的风机除尘过程进行模拟仿真试验,分析风机除尘作业时内部流场和进出口速度、压力分布情况,给出综合评价风机除尘性能公式,得到轴流式对旋除尘风机各个参数的影响程度由大到小分别为一级叶轮叶片数量、风筒直径、二级叶轮叶片数量、一二级叶轮距离、叶轮至进口距离,并通过计算分析得到风机结构的最佳参数组合。

喷雾降尘对旋式轴流风机结构参数设计优化

随着中国城市化和工业化的快速发展,粉尘污染问题日益突出。通过对喷雾降尘对旋式轴流风机的结构参数即一级叶轮叶片数、二级叶轮叶片数和导流叶个数进行单因素实验,将风机射程、流量及全压效率等作为评价指标,获得优化方案并仿真验证。研究表明:通过单因素分析,确定各结构参数的优选数值分别为一级叶轮叶片数为9,11,13,二级叶轮叶片数为8,10,12,导流叶个数为4,5,6;通过单因素实验及优化选定,确定优化方案为一二级叶轮叶片数分别为13,12,导流叶个数为6,优化方案较初始模型在射程提高了5.90%,流量提高了69.64%,全压效率提高到70.88%。

自循环机匣提高轴流泵稳定性的参数化研究

为了探究有效扩大轴流泵稳定运行范围的方法,针对轴流泵进行自循环机匣处理的单通道定常数值模拟,分析周向覆盖比例、抽吸口位置和喉部高度对水泵扩稳性能的影响规律,并揭示自循环机匣对轴流泵扩稳的改善机理.结果表明,抽吸口位置保持不变,扩大周向覆盖比例和喉部高度都可以增大流量裕度,但设计点效率降低;喉部高度为1.8 mm的自循环机匣流量裕度随着抽吸口位置的后移先增加后降低,效率先降低后增加,说明在叶顶上方存在一个最佳位置.在研究的范围内,流量裕度最大达到5.93%,设计点的效率最低降低1.12%.通过自循环机匣处理,使叶顶泄漏流与主流在叶顶上方相互作用形成的堵塞区面积有所减小,从而可以扩大轴流泵流量范围和提升小流量工况效率.该研究可为轴流泵在自循环机匣的端壁处理方式下扩稳提供参考.

基于热负荷均匀分配原则的直接空冷系统轴流风机转速灵活调节策略

在直接空冷电站中,轴流风机功耗占厂用电比例较高。为获得更为高效的风机运行调整策略,以某典型2´600 MW直接空冷机组为例,基于热负荷均匀分配原则,采用数值模拟方法,研究轴流风机转速灵活调节策略。获得不同环境温度和风速条件下,各轴流风机转速分布规律以及通过空冷凝汽器单元的冷却空气质量流量分布规律。最终,计算得到不同环境气象条件下不同轴流风机转速调节策略风机总功耗变化规律。结果表明,基于热负荷均匀分配原则的轴流风机转速灵活调整策略明显优于轴流风机转速整体调节策略,结果可为直接空冷机组优化运行和深层次节能提供参考。

高速水下航行器低比转速轴流推进泵设计方法

对于水下航行器轴流泵喷水推进系统,现有升力法设计的高比转速轴流泵无法满足在浅水高速工况下正常工作的需求,为解决这一问题,提出一种针对低比转速轴流泵的设计方法。考虑所选NACA66_(a=0.8)翼型的叶栅特性,通过改变攻角和升力系数等参数的设计关系,建立适用于高航速工况的轴流泵模型,并运用SST k-ω湍流模型和多重参考系模型对设计泵的流场运动情况进行仿真。结果表明:设计工况下,设计泵的扬程和水力效率与设计值误差均控制在8%以内,同时测试了设计泵在不同水深下的抗空化性能,进一步探索设计泵工作的最小航深。

轴流泵在叶轮和泵壳间隙不足情况下运行的碰磨振动特性研究

为提高水泵碰磨故障的诊断效率,以轴流泵在叶轮和泵壳间隙不足情况下运行的碰磨振动特性为研究对象,根据轴流泵发生碰磨时的受力情况,分析了其受到离心力、水体对叶轮的反作用力、碰撞摩擦力和各种激励外力的作用下产生的异常振动的振动特性,并用数值模拟和模型试验加以验证。得出了叶轮和泵壳间隙不足时,轴流泵的碰磨振动特性主要表现在频谱图中各整数倍频较为突出,奇数倍频和叶频的整数倍频相对其他频率更为突出,存在杂频和高频成分,当碰磨较为严重时,可以看到1/2倍频等分频成分等结论。研究成果在水泵振动特性研究和泵站故障诊断方面有一定的指导意义。

大型连续式跨声速风洞轴流压缩机故障分析与预测

大型连续式跨声速风洞是开展飞行器外形精确模拟、气动弹性评估和机体/推进一体化设计技术研究的重要地面试验设备,具备运行范围宽、动态指标要求高、系统组成复杂和投资规模巨大等特点。轴流压缩机是连续式跨声速风洞的动力源,被称为风洞的“心脏”,对风洞性能指标实现、安全稳定运行具有决定性作用。风洞轴流压缩机与工业轴流压缩机、航空压气机相比有其相似性,也有其独特性。系统分析工业轴流压缩机中常见的故障类型、诊断预警方法、故障处理方案和健康监测等,对大型连续式跨声速风洞轴流压缩机设计制造和运行维护具有重要的借鉴意义。通过分析国内典型轴流压缩机故障处理案例,结合大型连续式跨声速风洞轴流压缩机关键技术研究,为大型连续式跨声速风洞轴流压缩机研制提供了参考建议。

叶片背面改型对轴流风机性能和压力脉动特性的影响

以小型轴流风机为研究对象,设计了光滑、凸槽、凹槽3种不同叶片背面形式的风机模型,并采用SST k-ω湍流模型研究其定常性能和非定常压力脉动特性。研究结果表明,3种轴流风机模型的全压-流量特性曲线基本一致,差别不明显,即叶片背面增加凸槽或者开槽对轴流风机的外特性影响较小。此外,叶轮和导叶各个监测点处的压力脉动规律一致,其脉动主频均位于叶频及其倍频处,脉动幅值随着倍频增加而减小。模型model 1由于凸槽叶型对流体的调制作用,叶轮流域内流体分布更加均匀,其压力脉动强度最低,而模型protype 0和model 2的叶片调制作用较弱,其内部流体脉动较为强烈,压力脉动的幅值也较高。综合轴流风机效率和噪声指标,模型model 1不仅能保证风机的全压性能,还能实现较小的脉动,其综合性能最佳。

加速型IGV对高负荷轴流风扇性能影响研究

目的为了进一步提升小型高负荷轴流风扇在微小空间的高通流及高负荷能力,提出一种加速型进口导叶(IGV)结构设计方案。方法采用三维设计软件Pro/E设计不同加速型IGV,通过数值模拟方法研究其对风扇不同流量系数下的压力系数、全压效率以及流道损失的影响。结果采用加速型IGV使得风扇流道内通流能力增强,叶片尾缘气流延缓分离,下游流动更加均匀;随着进口气流加速程度的提高,设计工况点全压效率基本呈单调递增的趋势;相比无加速IGV风扇,当IGV加速程度为1.1、1.2时,在设计工况点,风扇压力系数提升百分比为1.61%,1.24%,效率分别提升了3.49%,5.05%;IGV的加速程度从1.0增至1.5时,风扇效率提高6.69%。结论在小型高负荷轴流风扇中,加速型IGV与无加速IGV相比,加速型IGV对风扇压力系数以及效率的提升具有更优的效果,并且IGV加速程度也并非越大越好,当加速程度为1.1、1.2时风性能表现最优,为小型高负荷轴流风扇的研究提供相关设计参考。

进口导叶载荷分配对小型高压轴流风扇气动性能的影响研究

目的针对小型高压轴流风扇气动性能的优化设计,提出对进口导叶与动叶不同载荷分配进行研究,寻找合适的分配规律以达到气动性能优化的目的。方法根据进口导叶与动叶分配的不同载荷比,设计相应的进口导叶预旋角度、动叶安装角,利用Pro-e三维建模软件建立风扇模型,并通过数值模拟,采用ICEM进行网格划分,在Fluent求解器中选择合适的控制方程与边界条件进行计算,对不同风扇模型的气动特性、压力分布、速度分布、湍动能分布及内部流场进行研究分析。结果在小型高压轴流风扇设计中,进口导叶因负偏转而承担的载荷不同,对风扇气动性能影响较大。进口导叶气流预旋角在30°~50°区间内变化时,在设计工况附近,进口导叶负预旋偏转角越小,即设计载荷比例越小,风扇整体压力系数则越高。在设计运行工况点,5种风扇模型的压力系数差异可达9.54%,全压效率相差2.49%;当气流预旋角度大于30°时,即设计载荷比例ξ超过32%时,高负荷轴流风扇压力系数从0.332逐步下降到0.303,全压效率也呈下降趋势。结论当进口导叶气流预旋角度控制在30°以内时,叶片中后部压力梯度较小,圆周方向上的速度梯度减小,叶片尾缘处的附面层分离得到改善,气体流动平稳,降低了动叶进口的气流畸变,有效控制了进口导叶与动叶之间的流动损失。

采用仿海鸥翼型叶片提升轴流风机气动性能的研究

为提升轴流风机的气动性能,受到具有良好滑行飞行性能的海鸥翅膀独特的翼型结构的启发,本文研究通过提取海鸥翅膀特定截面位置处的翼型结构应用于轴流风机的叶片设计中,考察了叶片仿生设计对空调器用轴流风机气动性能的影响。首先采用数值计算方法求解定常流动雷诺时均Navier-Stokes方程,对仿海鸥翼型叶片的轴流风机的气动性能及其内部流场进行分析,然后采用大涡模拟方法和FW-H声类比方法对轴流风机的气动噪声进行数值预测。结果表明:在相同的设计转速下,仿海鸥翼型叶片的轴流风机的气动效率提高了3.1%;在相同风量条件下,仿海鸥翼型叶片的轴流风机的噪声相比于原型风机降低了约1.0dB(A)。采用仿海鸥翼型叶片,风机叶片表面的静压分布均匀,叶片中段的压力脉动明显减少。同时,在风机进口轮毂处和叶顶区域,流动分离被抑制,叶片尾迹涡脱落引起的气流脉动和气流不均匀性相对减弱,这就有效提升了轴流风机的气动性能。

浅析英格索兰META-1512型轴流压缩机改造

为了解决催化裂化装置英格索兰META-1512轴流压缩机长期运行叶片磨损导致效率及安全可靠性下降的问题,本文从英格索尔META系列轴流压缩机与国内AV系列压缩机结构进行对比,制定了定子、转子专项改造方案,分析了轴流风机国产化的难点。最终通过改造库存的大流量轴流压缩机转子并结合风机入口过滤器的改造解决催化裂化装置主风机风量不足的瓶颈,提高了轴流风机的效率和安全可靠性,保证了催化装置长周期运行。

多级高负荷轴流压气机喘振特征分析

针对某十级高负荷轴流压气机,在第一级和第九级机匣壁面上布置动态压力传感器,通过减小排气阀门开度的方式进行逼喘试验,获得了不同转速下多级高负荷轴流压气机喘振时的动态压力数据,采用时序、FFT结合滤波分析方法研究了多级高负荷轴流压气机在不同转速下的喘振特征。结果表明:在高转速下,该压气机喘振模式为深度喘振,喘振引起的高温气体倒流使得入口总温瞬时升高约80 K,喘振由出口级的模态波扰动导致流动堵塞引起,模态波频率约为16%~20%转频,喘振时入口级工作于压升特性增长阶段而出口级工作于压升特性顶点位置;在低转速下,该压气机喘振模式为经典喘振,未发生气体倒流,喘振主要由尖脉冲扰动引起,压气机前后级工作于特性线的增长阶段。高转速喘振恢复阶段,伴随着明显的旋转失速和喘振特征,而低转速下在喘振的第一个周期内以喘振特征为主,之后喘振频率的幅值波动迅速减小,旋转失速频率的幅值逐渐增加并占主导。高转速下喘振恢复时间约4.1 s,而低转速下喘振恢复的时间为0.56 s。

交替静叶布局对轴流压气机气动稳定性的影响

为揭示交替静叶布局控制角区分离的流动机理,提升压气机性能,实现压气机的扩稳,采用了数值模拟方法对某高负荷跨声速压气机展开交替静叶设计研究。通过改变静叶叶尖进口几何角,调整叶片的布局方式,得到一种改叶型弯角交替静叶,在此基础上结合叶片弦长进一步优化,得到另一种改弦长交替静叶。数值研究表明:改叶型弯角交替静叶布局压气机的稳定裕度相对原型提升了34.7%,改弦长交替静叶使改叶型弯角交替静叶的压气机稳定性进一步提高,但会造成压比和效率的小幅下降,即以损失部分性能的代价换取了压气机稳定性的提升,改弦长交替静叶压气机在前者基础上将稳定裕度进一步提升了9.7%。新型的静叶布局使得相邻流道的流场结构产生差异,在周向上形成上、下角区分离交替分布的格局,促进了相邻流道出口流体的汇聚。叶型弯角的改变使角区低能流体区引入了更多高能流体,抑制了低能流体在角区堆积,提升了静叶的扩压能力。而弦长改变的同时增加了叶片前掠,阻隔了部分气流,实现了气流的重新分配,一定程度上平衡了两侧气流流量的不均匀性,从而改善了该压气机的气动稳定性。

JWF1109型单轴流开棉机的技术特点及生产实践

文章介绍了JWF1109型单轴流开棉机的基本结构及工作过程,简述了该设备的技术特点,并对落棉及后道设备生条、成纱等指标进行了分析。生产实践的结果表明,JWF1109型单轴流开棉机提高了清梳联中第一个落杂点的清洁效率,设备运行平稳可靠,各成纱指标均达到了较高水平,得到了下游用户的认可。

燕麦收获机切-轴流脱粒防缠装置参数优化试验

针对燕麦机械收获过程中因茎秆破碎效果差易导致的茎秆缠绕、筛板堵塞问题,利用自行研制的切-轴流脱粒试验台开展作业优化试验,分析试验台组合参数对作业脱粒质量和防缠绕能力的影响规律。以试验台滚筒工作状态转速差和脱出物中籽粒质量为主要性能指标,开展了轴流滚筒转速、切-轴流双滚筒水平方向中心距和垂直方向高度差的正交试验。结果表明:在轴流滚筒转速800r/min、滚筒水平中心距800mm、垂直高度差50mm时,脱粒装置防缠绕性能较好,轴流滚筒转速波动在0~16r/min范围内;在轴流滚筒转速900r/min、滚筒水平中心距750mm、垂直高度差为0时,组合装置的脱粒效果较优;试验台优化后参数组合可信,破碎防缠效果提升显著,滚筒工作状态平稳。研究结果可为燕麦及其他杂粮收获机械的研制改良提供参考。

轴流风机叶片的模态与动力学响应分析

以矿用轴流风机叶片为研究对象,通过SolidWorks建立叶片的三维模型,在ANSYS中对轴流风机的叶片进行模态和动力学响应分析。研究发现,振型位移的峰值出现在第11阶固有频率;叶片在运行过程中,应力集中发生在叶片、叶轮联接处,叶尖处易发生大变形。为轴流风机叶片的结构改进和优化提供理论基础。