EXPERIMENTAL STUDY ON HIGH-SPEED CENTRIFUGAL PUMPS WITH DIFFERENT IMPELLERS

The experimental study is carried out on high-speed centrifugal pumps withthree different impellers. The experimental results and analysis show that high-speed centrifugalpumps with a closed complex impeller can achieve the highest efficiency and the lowest headcoefficient followed by those with half-open impeller and open-impeller, and can obtain much easilystable head-capacity characrastic curve, while those with a half-open complex impeller can't. Thecharacteristic curve with a open impeller is almost constant horizontal line before droppingsharply. The results also show that the axial clearance between pump casing and impeller caninfluence greatly on the performance of centrifugal pumps.

诱导轮对高速液氧泵空化流场影响研究

高抗空化诱导轮可以改善液氧泵的空化特性,提高大推力火箭的可靠性。基于计算流体力学方法,建立了高速液氧泵的流动仿真模型,通过三组试验工况验证了模型准确性,研究了诱导轮叶片数对液氧泵性能和空化特性的影响。结果表明:使用诱导轮可以减小离心轮空化面积,代偿离心轮的汽蚀,提高液氧泵扬程;在入口流量和出口压力不变的条件下,增加诱导轮叶片数,液氧泵的效率增加,扬程降低,离心轮空化面积增加,诱导轮代偿离心轮汽蚀能力削弱。综合考虑液氧泵性能参数和空化特性,三叶片诱导轮能够满足大推力液体火箭的高可靠性要求。

高速轴向柱塞泵空化机制研究与优化

为降低高速轴向柱塞的空化程度,以某型号轴向柱塞泵为例,利用Pumplinx软件搭建CFD仿真模型,探究不同转速与不同吸油口压力对泵空化程度的影响,并结合MATLAB软件对离散的仿真结果进行拟合,得到转速、吸油口压力与吸油效率的变化规律曲线。研究结果表明:当柱塞腔内气体体积达到12%以上,柱塞泵吸油效率下降甚至无法吸油;通过提高吸油口压力可以有效降低柱塞腔的空化程度,提高柱塞泵吸油效率;为了保证泵在5000~6000 r/min下能够正常吸油且有较高的吸油效率,可以使吸油口压力值介于0.25~0.30 MPa之间,此时柱塞腔空化程度和吸油效率均达到相对稳定。

高转速背景下涡轮分子泵的发展机遇与挑战

传统直叶片结构的涡轮分子泵在高转速的背景下面临着新的发展机遇与挑战,为了突破当前遇到的“涡轮分子泵的抽气速率随着涡轮转速增加到一定程度以后就不再增加,仿佛进入了一个饱和状态”的瓶颈问题,文章从分子气体动力学基本原理出发,采用蒙特卡洛方法,分析了涡轮转速提高以后给涡轮分子泵的抽气机制带来的新变化,发现了传统直叶片结构的抽气叶列和抽气模式与目前达到的高转速不匹配限制了抽速的提升,但高转速背景下又为其抽气性能的提升提供了可能。理论分析和研究发现在涡轮叶列中设置随叶片半径变化的扭转叶片是突破瓶颈的途径,论述了设置扭转叶片的根本原因,提出了高转速小角度的设计理念和新型扭转叶片的几何建模的方法,以期实现最佳叶列结构的设计与求解,为研制高转速下高性能、高适应性涡轮分子泵提供理论依据与技术支撑,也为将来涡轮分子泵的结构优化设计提供了一个方向。

复合叶轮出口角及分流叶片偏置对高速燃油泵性能的影响研究

为研究叶轮出口角以及分流叶片布置方式对高速超低比转速燃油泵扬程和效率的影响规律,选取复合叶轮的4个因素,叶片出口角β_(2)、叶片数z、分流叶片周向偏置度θ和偏转角α,基于正交试验设计法设计16组不同参数及结构的复合叶轮,对正交试验结果进行极差分析后得出各因素对扬程和效率的影响规律以及主次顺序,并最终得到高速燃油泵复合叶轮的最佳设计方案。其次,基于CFD数值模拟对常规无分流叶片设计方案与最佳设计方案进行外特性及流场分析,结果表明:最佳方案的扬程和效率在整个模拟工况内均有所提升,其中在实际工况Q为0.5 m~3/h下扬程较常规方案提高了10.4%,效率提高了4.8%。除此之外,最佳方案实际工况下的内流场压力分布与速度分布更加均匀,有效削弱了叶轮流道内的大尺度旋涡以及间隙泄漏对主流的干扰作用。

高速运行齿轮泵的吸油空化与抑制

为揭示齿轮泵高转速运行时的空化发展规律,对装载机用大功率双联齿轮泵的吸油特性展开研究。通过全流域仿真模拟及试验,分析了转速、吸油压力对双联齿轮泵空化现象及输出流量特性的影响。结果表明,双联齿轮泵发生明显吸油空化的临界转速为2400 r/min,当转速大于2400 r/min后,泵内的气体含量骤增,严重影响输出流量的连续性和稳定性;双联齿轮泵的临界吸油压力为0.19 MPa,继续增大吸油口压力会增大泵出口的流量脉动,与入口为0.1 MPa相比,吸油压力为0.19 MPa时齿轮副1和齿轮副2的气体体积分数分别降低0.059和0.067,有效流量分别增大7.96%和9.24%。通过增压装置增加泵的入口压力,对齿轮泵空化的抑制以及有效流量的提升有明显的改善作用,具有工程实际意义。

不同几何形状环形槽对高速诱导轮空化性能的影响

为进一步探究提升航空航天用高速离心泵空化性能的方法,研究环形槽几何形状对高速诱导轮空化性能的影响,设计了矩形、单曲率、双曲率3种不同几何形状的环形槽.使用原模型泵的外特性和空化性能试验验证了数值模拟方法的有效性,对不同方案进行数值模拟,分析不同几何形状环形槽对高速诱导轮离心泵空化性能、流道内能量分布以及诱导轮入口流态的影响.结果发现:在高速诱导轮上游设置环形槽可以降低泵的必需汽蚀余量,其中单曲率槽可以使离心泵的必需汽蚀余量降低得更多,为27.0%,双曲率槽和矩形槽分别使必需汽蚀余量降低14.7%和5.4%;环形槽可以减小叶顶间隙回流对上游主流的影响,诱导轮叶片上湍动能分布更加均匀,诱导轮流道内的压力明显提升;回流在单曲率槽中的过渡更为平滑而对周向旋涡的抑制作用较弱,矩形槽和双曲率槽吸收壁面旋涡的能力更强,可以削弱上游不对称涡向诱导轮流道的发展和影响.

轴向柱塞泵热特性及热力学建模实验研究

针对轴向柱塞泵在高压和高速工况下发热过快的问题,对柱塞泵热特性和热力学建模进行了仿真分析与实验研究。首先,在摩擦副发热理论基础上,考虑了泵内油液搅动摩擦与轴承摩擦发热源,研究了柱塞泵内发热机理和传热分析的热特性理论;然后,根据柱塞泵部件复杂和固流态域区分度高的特点,阐述了所采用的控制体积法原理,将泵划分为5个控制体积后,建立了以各个控制体温度变化为导向的热力学模型;最后,采用光纤光栅温度传感器和蓝牙无线温度传感器,针对不同的控制体节点设计了传感器封装结构和布置方法,共同组成了轴向柱塞泵在线热监测系统,并进行了在不同压力条件下的对照实验,对理论模型进行了有效性验证与分析。研究结果表明:对比实验和仿真结果,模型温度变化与实际误差值在5%左右,验证了该模型能准确地反映和预测泵热力学变化过程。该结果为柱塞泵热力学状态监测提供了故障诊断基础,并为液压系统热管理系统设计提供了理论基础和设计依据。

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。

超高比转速离心泵的高效设计

为研究叶轮结构参数对提升n_(s)在300~450间的超高比转速离心泵设计点效率的影响,以某超高比转速单级单吸立式离心泵为研究对象,选取叶轮出口宽度b_(2)、叶片进口安放角β_(1)、叶片出口安放角β_(2)和叶片包角φ为试验因素,建立L_(9)(4~3)正交试验方案,在0.9Q_(n)~1.1Q_(n)工况内对各方案模型进行数值计算,分析各因素对泵水力性能影响的主次顺序,进而得到叶轮结构尺寸的最佳参数组合。按照最佳尺寸优化叶轮,将优化后的泵外特性试验结果与原型进行了对比分析。结果表明:(1)高效设计时超高比转速离心泵叶轮结构参数对效率影响的主次顺序为φ→b_(2)→β_(2)→β_(1),影响水力性能的主要因素为φ,以便指导超高比转速离心泵的高效设计;(2)确定了高效设计时叶轮结构参数的最优水平组合;(3)优化后泵设计点效率较原型提高约4.2%,高效区扩宽至0.75Q_(n)~1.1Q_(n)工况,效率整体提升2.5%以上;(4) 0.75Q_(n)~1.2Q_(n)工况优化后泵轴功率与原型相比降低5.8%~15.8%,利于节能减排。

航空高速齿轮泵齿轮端面摩擦副的润滑特性

针对航空外啮合齿轮泵齿轮端面摩擦副磨损严重的问题,在齿轮端面开设仿特斯拉阀型槽和椭圆孔组合的新型复合织构以改善润滑特性。基于流体动力润滑理论和有限元仿真计算方法建立齿轮织构端面摩擦副的润滑理论分析模型,分别在有无织构条件下仿真分析了端面液膜内流体的压力分布和速度分布,研究了工况和结构参数对齿轮端面开启性和密封性的影响规律。结果表明:织构产生的流体动压力可使齿轮端面摩擦副非接触运行,对减摩增效具有积极作用;综合考虑齿轮端面摩擦副的开启性和控漏性,织构结构参数即槽深取7~9μm、高度差取5~6μm、倾斜角取0°~10°、形状因子取0.4~0.5为宜。

国产高速泵运行稳定性的研究与改进

通过对国产高速泵润滑油系统、密封油系统、机械密封结构以及齿轮箱型式的研究,逐步落实改进方案与措施,极大地降低了高速泵运行的故障率,从而提高了装置运行的稳定性和安全性。

低抖动快锁定10.9~12.0 GHz电荷泵锁相环

基于65 nm CMOS工艺,设计适用于高速SerDes串行链路的低抖动高速电荷泵锁相环(CPPLL)电路.通过优化环路带宽以及压控振荡器(VCO)、电荷泵和鉴频鉴相器的电路结构,抑制电压纹波和内部噪声引起的抖动,以在满足SerDes链路需要的宽频范围和高速要求的同时,电荷泵锁相环能够获得较小的抖动偏差和稳定的时钟信号.包括整个焊盘在内的芯片面积为0.309 mm2.测试结果表明,电荷泵锁相环能够实现10.9~12 GHz的输出时钟信号,其在10 MHz频偏处的相位噪声、参考杂散和品质因数(FoM)分别为-111.47 dBc/Hz、-25.14 dBc和-223.5 dB.当输入参考频率为706.25 MHz时, CPPLL能够在600μs后输出稳定的11.3 GHz时钟信号,且RMS抖动为973.9 fs,约为0.065 UI.在电源电压为1.2 V下,电路的功耗为47.3 mW.所设计的锁相环(PLL)电路能够适用于20 Gb/s及以上的高速通信链路系统.

面向新型电力系统的输电网与分布式变速抽水蓄能联合规划

针对高比例新能源场景下分布式变速抽水蓄能的容量配置及其在电网中的位置接入问题,提出了输电网和分布式变速抽水蓄能的联合规划方案。首先,考虑了各类抽水蓄能的运行和库容约束、火电机组的出力和爬坡约束以及输电网的传输能力,以分布式新能源的经济消纳为优化目标,建立了分布式变速抽水蓄能和输电网间的联合规划模型。然后,通过凸松弛方法将该模型转化为混合整数线性规划模型,以两阶段优化方法求解得到了分布式变速抽水蓄能与输电网的联合规划方案。最后,采用两个标准测试系统对比验证了所提含分布式变速抽水蓄能的联合规划相较于定速抽水蓄能的规划方案,能更好地与其他灵活性资源相协调以消纳风光可再生能源,总体上可降低约20%的成本。

玻璃破碎新鲜表面吸气特性及其诱导下快速抽气新方法研究

高真空获得及维持技术对微纳材料制备、微电子设备制造、真空电子器件工艺优化等领域的科学研究及工业应用至关重要。文章面向高真空获得及维持过程中吸气材料吸气机理解析及寻优材料替代之关键科学问题,致力于克服传统高真空技术维持高真空状态能耗高、传统高真空获得方法依赖于昂贵设备和复杂操作等缺陷,提出了一种基于玻璃破碎新鲜表面诱发高真空获得及压力下限突破的新方法;文章首先开展了吸气成分及分压力测试实验及最大有效抽速实验研究。实验结果表明新鲜玻璃破碎表面具备吸气效应;解析玻璃新鲜表面吸附的主要气体成分及分压力变化,剖析出主要吸附气体组分为氢气和氮气;定量评估了新方法的抽气能力,利用蒙特卡洛方法仿真分析了泵出口管道的传输概率,获得新方法的最大有 效抽速。相比现有真空获得和维持技术,文章所提出的新方法具有易激活、材料性价比高、抽速可观等优势,有助于为狭小 空间高真空获得及维持提供新型技术途径及应用有效性参考。

高速纸机真空系统改造与节能实践

本研究以文化用纸生产线为例,对高速纸机真空系统进行改造,用磁悬浮透平真空泵替代水环式真空泵,对相应的工艺流程进行了优化,在确保纸机运行稳定的前提下,对高速纸机网部、压榨部真空分布及节能效果进行了分析。结果表明,经改造后纸机真空系统能耗降低30%,吨纸能耗下降21 kWh。

自增压高速航空柱塞泵前置诱导轮及涡轮组件的设计与仿真

为减轻高速航空柱塞泵的空化现象,提出了一种带前置诱导轮及涡轮的自增压高速航空轴向柱塞泵结构。以0.3 MPa的增压值为目标,根据柱塞泵的工况参数以及边界条件确定了离心涡轮和诱导轮的参数,并通过流场数值仿真研究了有/无诱导轮以及不同诱导轮结构和参数对离心涡轮的水力性能和抗气蚀能力的影响。结果表明:增加诱导轮可使离心涡轮的抗气蚀能力增强48.5%,扬程提高3.4%;诱导轮几何参数的改变主要影响了离心涡轮的抗气蚀能力,三叶片诱导轮比四叶片诱导轮的抗气蚀能力强24.8%;圆锥形诱导轮比圆柱形诱导轮抗气蚀能力强14.7%;1 mm轮缘叶片厚度抗气蚀能力最强,比2 mm与3 mm分别增强了11.8%,31.1%。研究结果可为高速航空柱塞泵诱导轮涡轮组件的设计提供理论参考。

一种高转速小排量伺服电机泵性能研究

伺服电机泵是电静压伺服机构能源转换、传动和控制装置,对整机性能有决定性影响。提出了一种高转速小排量伺服电机泵设计方案,转速最高达20000 r/min,运用Ansoft、Pumplinx及AMEsim软件进行磁、流及综合性能仿真,分别获得伺服电机最大工况点仿真数据、不同转速下泵转子组件摩擦搅油损耗及最大工况点AMEsim系统仿真数据。搭建试验系统,完成不同工况下的性能测试,得出不同转速空载及15000 r/min下不同压力负载试验数据,并分析了影响性能的主要因素。结果表明:该种伺服电机泵能够较好地满足瞬时高过载等应用要求,对于高速及高压等高工况,摩擦和搅油损失及高速电机铁芯损耗是影响性能的主要因素,提出了结构优化和改进方向。

基于空化特性的高速轴向柱塞泵配流盘优化设计

以某型号高速轴向柱塞泵为研究对象,搭建其带空化模块的CFD数值仿真模型,并以此为基础,对柱塞泵在旋转过程中的空化情况进行分析。结果表明:空化主要发生在柱塞腔内,充液率不足及射流角过大是发生空化的主要原因。针对空化的产生机制,利用仿真数据与理论数据相结合的方法,对配流盘开口角度进行优化。根据流场情况,提出一种两端具有一定斜度的配流盘结构,并对该结构进行优化。在配流盘开口角度和结构优化后,柱塞腔内的整体空化程度下降了74.2%,对空化具有明显的抑制效果。

超高速涡轮泵机械密封热弹流润滑特性研究

以超高速涡轮泵用机械密封为研究对象,针对超高速工况下密封界面多场耦合变形行为和热弹流润滑特性不明等问题,建立密封动静环和润滑液膜的耦合数学模型,研究不同转速和密封压力下的密封界面润滑特性和端面变形行为,分析相应的密封性能变化规律。结果表明:超高速工况下密封端面产生沿泄漏方向收敛的液膜间隙,密封动环的高温热变形是主因;随密封压力的增大,液膜间隙的收敛角减小,最大膜厚和泄漏率增大,端面温升明显减小;随着转速的增大,液膜间隙的收敛角、端面温升和泄漏率增大,摩擦扭矩减小。建立的流固热力耦合模型可为超高速涡轮泵用机械密封端面的优化设计提供理论指导。