Strapdown Navigation Using Geometric Algebra: Screw Blade Algorithm

The rigid body motion can be represented by a motor in geometric algebra, and the motor can be rewritten as a trinometric function of the screw blade. In this paper, a screw blade strapdown inertial navigation system (SDINS) algorithm is developed. The trigonometric function form of the motor is derived and utilized to deduce the Bortz equation of the screw blade. The screw blade SDINS algorithm is proposed by using the procedure similar to that of the conventional rotation vector attitude updating algorithm. The superiority of the screw blade algorithm over the conventional ones in precision is analyzed. Simulation results reveal that the screw blade algorithm is more suitable for the high-pre- cision SDINS than the conventional ones.

双锚片螺旋锚倾斜拉拔承载特性与承载力计算方法研究

目前对多锚片螺旋锚倾斜拉拔承载特性机制的认识尚不全面,承载力计算方法也还不成熟。采用自制模型试验装置开展了双锚片螺旋锚的多角度倾斜拉拔模型试验,分析了荷载倾角、埋深比对荷载−位移曲线和抗拔承载力因子的影响规律。通过量化水平向和竖向的控制程度分析了两个方向的耦合效应;基于数值模拟标定了锚片间距和荷载倾角对锚片上土压力的影响,提出了锚片上土压力影响系数计算方法,引入考虑位移影响的土压力近似计算方法和p-y曲线法,构建了双锚片螺旋锚倾斜拉拔力学模型,提出了双锚片螺旋锚倾斜拉拔承载力计算方法和相应步骤,并在3个试验案例的计算中取得了较好的效果。所提模型和计算方法的研究思路可推广至其他多锚片的情况,但螺旋锚需满足属于刚性短桩的前提条件。

砂土中多锚片螺旋锚上拔承载力计算方法研究

对于砂土中多锚片螺旋锚上拔承载机理和承载力学模型的研究,目前存在人为引入临界值将连续演化问题分割为特殊工况,但临界值取值标准又难以形成统一认识的问题。基于数值模拟分析了砂土中螺旋锚锚周土体滑动面的连续演化规律和理论表征方法,并进一步研究砂土中多锚片螺旋锚上拔力学模型和上拔承载力计算方法。所得主要结论为:1)多锚片螺旋锚上层锚的承载性状仅与其埋深比有关,与单锚表现一致;2)随着间距比的增大,下层锚承载性状受间距比的影响逐渐减小,直至独立承载;3)各层锚片锚周土体滑动面均可用椭圆的部分圆弧刻画,间距比很小时,椭圆的长短轴比取决于间距比而与埋深比无关,其余情况下椭圆的长短轴比均随埋深比的增大而减小;4)多锚片螺旋锚的上拔承载力学模型可通过各层锚的承载模型组合而成,下层锚力学模型的演化受埋深比和间距比的影响可分为3个连续阶段;5)与3个试验案例的对比计算证明了连续演化+组合式力学模型构建思路的合理性,相应的承载力计算方法也具有较好的精度和稳定性。

反动式工业汽轮机超高转速大流量低压级组优化

杭汽轮引进的西门子反动式工业汽轮机低压扭叶级组在转速和热力性能方面已经无法满足现有市场的需求。针对上述问题,采用优化算法对该系列叶型进行优化,同时,引入了斜T型叶根和枞树型叶根,改进了T型末叶根骑缝螺杆锁紧结构,提高了叶片和转子的材料等级,此外,还通过分析已运行的同类型低压级组的运行数据,推算出优化后级组的最大许用质量流量。综上,优化后的级组子午面尺寸未发生改变,总总效率较优化前最高提高了2.5%,最高连续转速提高了20%,且通流能力保持不变。

螺旋输送机的结构分析与探究

螺旋输送机的结构形式多种多样。通过对其传动方式、轴承选型、防堵门和叶片形式进行探讨分析,总结其适用物料、工况和优缺点,为螺旋输送机设计和使用提供参考。

生物质螺旋给料机的结构优化设计

对单轴生物质螺旋给料机的主要结构螺旋主轴、叶片螺距、调风装置等进行了优化设计,并使用ANSYS Workbench有限元分析软件对优化前、后的螺旋主轴进行了静力学分析。结构优化后的生物质螺旋给料机具有运行稳定、耐高温、给料均匀等优点,能够满足长期连续使用的要求。

松软煤层用泡沫发生器结构优化及发泡效果模拟

【目的】空气螺杆钻进技术用于松软煤层瓦斯抽采孔钻进,存在粉尘污染严重、钻头寿命低、钻孔净化困难等问题。采用空气螺杆泡沫钻进技术是解决问题的有效途径,拥有良好发泡性能的泡沫发生器是实现泡沫钻进技术的关键之一,但目前大多泡沫发生器无法满足要求。【方法】针对此问题,基于螺旋式泡沫发生器,增设空气动能转化装置,设计了一款小尺寸泡沫发生器。采用数值仿真分析方法,对空气动能转化装置结构设计的合理性和涡轮搅拌段搅拌叶片的安装角度进行了评价和优化。【结果和结论】结果表明:(1)空气动能转化装置能有效驱动泡沫发生器的主轴转动,在0.8 MPa空气压力条件下,叶片平均转速可达621.61 r/min。(2)完成动能转化后,气体可以继续进入泡沫发生器内部,与泡沫基液进行气液混合,达到设计目的。(3)通过混合相的迹线分布、流体域湍流分布、气相分布以及气泡粒径分布等情况对比分析,安装角度为30°的搅拌叶片,其搅拌效率和气液混合效果好。研究成果为空气螺杆泡沫钻进工艺在松软煤层瓦斯抽采孔的成功应用奠定了基础。

螺旋卸船机垂直螺旋叶片修复工艺研究与应用

针对散粮卸船作业中螺旋卸船机垂直螺旋叶片磨损较快、更换成本较高的问题,本文根据螺旋叶片工作原理,结合实践经验,提出螺旋叶片的修复方法并将其应用于实际生产中。结果表明,该修复方法简单易行,延长了设备使用寿命,节约了采购成本,对相关螺旋设备设计和改造具有一定的指导意义。

砂土中螺旋锚极限抗拔承载力研究

目的提出螺旋锚上拔极限承载力计算方法.方法通过室内试验对试验数据进行曲线拟合,利用回归分析方法对试验数据进行了分析.结果在相同埋深的条件下,单锚片上拔极限承载力随锚片直径的增加而增加.在锚片直径不变的情况下,浅埋时其承载力随埋深的增加而增加,当埋深达到临界埋置深度后,承载力不再随埋深的增加而增加.双锚片螺旋锚在埋深不变的情况下,当两个锚片的间距较小时,其极限承载力比单锚片螺旋锚的极限承载力高,但远远小于两个单锚片螺旋锚极限承载力之和.当两个锚片的间距较大时,其上拔极限承载力与两个单锚片的极限承载力之和相接近,两种计算模式的分界间距是4倍锚片直径.结论可以通过增大锚片直径提高承载力,也可通过增加埋深提高承载力,但最大埋深不宜超过临界埋置深度;对于双锚片螺旋锚,可以通过增加两锚片的间距提高承载力.

双锚片螺旋锚极限抗拔承载力研究

目的分析砂土中双锚片螺旋锚的工作性能及破坏模式,给出双锚片螺旋锚上拔极限承载力,为指导工程实践提供理论依据.方法通过室内获得实验数据,选定拟合曲线对实验数据拟合,用回归分析的方法进行分析.结果在埋深不变的情况下,变化实验两个锚片的间距,当两个锚片的间距较小时,其极限承载力比单锚片螺旋锚的极限承载力高,但要远远小于两个单锚片螺旋锚极限承载力之和.当两个锚片的间距较大时,其上拔极限承载力与两个单锚片的极限承载力之和相接近.结论可以通过增大锚片直径提高承载力,也可通过增加两锚片的间距提高承载力.有重要的学术价值和广阔的应用前景.

螺板轧机锥辊理论辊缝

通过轧机调整参数的研究，提出实用的共轭理论辊缝解析法，结合考虑其它影响参数的修正，可对螺旋叶片轧制参数调整起到重要指导意义．

钻具稳定器结构对复合钻井导向力的影响

单弯螺杆钻具+PDC钻头复合钻井已广泛在钻井提速和井眼轨迹控制作业中应用,对该类钻具组合导向力分析也有成熟的方法,但常常忽略螺杆稳定器结构的影响。为此,基于油气田现场作业应用的直棱和螺旋棱稳定器结构,讨论了螺杆稳定器外径和支点位置变化对钻具导向力的影响,建立了稳定器实际偏心距计算模型,提出了考虑螺杆稳定器结构影响的钻具复合钻井导向力分析方法。通过对单弯螺杆单稳定器钻具组合、单弯螺杆双稳定器钻具组合复合钻井导向力的分析,结果发现:①忽略螺杆稳定器结构的复合钻井导向力分析方法计算结果与钻具导向合力差别较大;②直棱稳定器由于棱槽包角的存在,等效外径周期性变化使得钻具组合导向力发生周期性增加或降低,变化幅度最高达50%,影响钻具导向稳定性能和疲劳寿命。进而提出建议:①计算复合钻井导向力时应采用考虑螺杆稳定器结构影响的钻具复合钻井导向力分析方法;②现场复合钻井时选用带棱槽包角为零的螺旋式稳定器或选用带棱槽包角小的直棱稳定器的螺杆钻具。

双叶片螺旋离心泵非定常压力脉动数值分析

为了分析双叶片螺旋离心泵内部流动压力脉动特性,以ZJ200-25型螺旋离心泵为研究对象,采用Navier-Stokes方程和标准SST k-ε湍流模型对其内部流场进行了多工况全流道非定常数值模拟。在叶轮与蜗壳耦合面上以及泵进出口处设置了7个监测点,计算得出了各监测点的压力脉动时域及频谱特性。计算结果表明,各工况下螺旋离心泵内压力波动呈明显的周期性变化规律;轴频和叶频是流道内压力脉动的主频:叶轮与蜗壳耦合处以及隔舌处的压力脉动主频基本为轴频,进、出口压力波动主频接近叶频;进口脉动幅值相对出口及泵内脉动幅值很小,高频成分也相对减少;同一监测点在不同流量下主频相同,但主频振幅各不相同,设计流量下的主频振幅最小,小流量下的主频振幅最大;叶轮与蜗壳耦合面上的监测点,在距离隔舌越远处,其压力脉动强度越低。

带小叶片螺旋离心泵压力脉动特性分析

为了研究带小叶片的单叶片螺旋离心泵压力脉动特性,采用Navier-Stokes方程和标准的k-ε湍流模型对带小叶片和单叶片的螺旋离心泵的内部流场进行非定常数值计算。通过模拟分别获得了带小叶片和单叶片的螺旋离心泵蜗壳出口以及蜗壳内部压力脉动特性,并对其进行对比分析。结果表明:各个工况下,带小叶片和单叶片的螺旋离心泵蜗壳出口以及蜗壳内部压力脉动特性呈周期性变化,且主频均为各自叶片通过频率,压力波动的幅度大部分集中在低频区域;采用小叶片后周期变为原模型周期的一半,蜗壳及蜗壳内部出口压力波动的幅度明显减小,脉动幅值也明显减小,且高频脉动有所减少。研究表明单叶片螺旋离心泵叶轮小叶片的添加可以有效改善泵内部压力脉动特性,且对降低蜗壳上的振动噪声有一定积极作用。

不同叶片倾角单螺旋锚桩竖向拉拔破坏机理分析

力学模型的构建是螺旋锚桩抗拔极限承载力理论计算的前提,而极限状态下破裂面的准确描述则是衡量模型是否合理的关键。已有力学模型中破裂面的假定均建立在水平叶片的基础上,具有对称性,未考虑实际叶片倾斜状态的影响。通过对9种叶片倾角工况下单螺旋锚桩竖向拉拔过程的有限元数值计算,揭示了叶片倾角对极限状态下破裂面特征的影响规律,并在此基础上提出了可考虑叶片倾角影响的2种破裂面模型。其成果进一步深化了单螺旋锚桩竖向拉拔破坏机理的认识。

背叶片对固液两相螺旋离心泵轴向力与流场的影响

基于相对坐标系下的雷诺时均N-S方程和RNG湍流模型,采用非结构化混合网格技术和SIMPLEC算法,对带有叶轮背叶片的螺旋离心泵进行全三维数值模拟.通过改变叶轮背叶片数目和宽度设计出5种不同螺旋离心泵叶轮方案,并分别以清水和固液为介质,对各种方案下泵内流动进行全三维数值模拟,获得螺旋离心泵叶轮无背叶片和不同背叶片数目及宽度下流场及轴向力变化趋势和规律.结果表明:清水介质以及不同固相颗粒体积分数下轴向力具有几乎一致的变化规律,且轴向力大小随固相颗粒体积分数的增大而增大.背叶片对叶轮轴向力大小和方向均有影响,背叶片数目、宽度对于平衡轴向力均存在最优值且对后腔及蜗壳内部流动有较大影响.背叶片对后腔间隙及蜗壳内固相颗粒体积分数分布及压力分布影响较大.背叶片消耗一定的轴功率,其宽度变化对轴功率影响较大,数目对轴功率的影响有最优值.

叶顶间隙大小对螺旋离心泵内部压力脉动的影响

叶顶间隙大小是影响半开式螺旋离心泵内外特性的重要因素之一,为充分探究叶顶间隙大小对其内外特性的影响程度及作用机理,该文以一台比转速237的单叶片螺旋离心泵为研究对象,通过设计叶顶间隙专用调节机构,分别调整叶顶间隙大小至0.3、0.5和0.8 mm,与叶轮外径的比值分别为0.13%、0.22%和0.35%。针对3种叶顶间隙大小情况,同时进行外特性试验和压力脉动试验研究。压力脉动的监测点包括叶轮进口边、叶轮中部、蜗壳第三断面和蜗壳隔舌附近。结果表明叶顶间隙大小与叶轮平均直径的比值应介于0.13%~0.22%之间。同时,结合压力脉动试验获得的实测压力波形图、压力系数波形图及频域图,分析了单叶片螺旋离心泵内部压力脉动的规律,为半开式螺旋离心泵的减振降噪提供参考和借鉴。

叶切面最大厚度的数值计算方法

叶切面最大厚度计算是螺旋曲面加工准备过程中必要的环节。探讨适合于叶切面最大厚度的数值计算方法。详细介绍叶切面厚度数值计算所包括的叶切面最大厚度区域搜索、叶切面最大厚度精确计算过程。

流固耦合作用对螺旋离心泵流场影响的数值分析

为研究流固耦合作用对螺旋离心泵内部流场的影响,以ZJ200-25型螺旋离心泵为研究对象,应用计算流体力学软件CFX12.1和有限元软件ANSYS Workbench对螺旋离心泵进行了考虑内部流场和结构相互作用的两场交替联合求解,并以相同的设置对不考虑流固耦合作用的内部流场进行了计算。对比分析两种计算方法得到的流场发现,考虑流固耦合作用后:泵进口处的压力波动加剧,出口压力波动强度降低,进出口波动频率不变,但相位有改变;速度分布满足共同的规律,但在小流量工况下差别最大,同时在叶片与隔舌处于相干位置时,隔舌附近流动也受到明显影响;径向力大小随时间变化规律一致,但波动范围减小;考虑流固耦合作用后叶轮流道内流动更加不对称。

螺板异面锥辊轧制工艺研究

通过理论分析与生产实践的结合，详尽地讨论螺板轧制工艺参数定量定性的调整方法，将有助于有效控制螺板变形，提高轧机调整效率．