Sizing and performance features of rotary and reciprocating positive displacement pumps

An overview of some popular rotary and reciprocating positive displacement( PD) pump types is given with the objective of presenting and comparing the respective sizing relationships and performance features. Reciprocating pumps discussed are the piston and plunger types. Rotary pumps addressed are gear( external and internal),vane,lobe,screw,and liquid ring pumps. To put the relative pump sizes in perspective,attention is fixed on the rotors or reciprocating elements of PD pumps,just as impellers indicate the sizes of rotodynamic pumps. The size of a PD pump is found from a dimensionless combination of displacement flow rate,rotative speed and diameter. The flow rate,head( or pressure rise) and power are related through the component efficiencies. The cavitation coefficient,often close to unity,connects the rotor tip speed or piston speed with the required NPSH,which can also be affected by the pressure rise of the pump due to leakage across the internal clearances. Operational effects due to cavitation,ingestion of gas or abrasives,and viscous and non-Newtonian fluids are discussed.

基于支撑力平衡的柱塞泵滑靴副油膜厚度动态求解方法

通过改进轴向柱塞泵的滑靴副与柱塞的结构设计以稳定建立滑靴油膜,这是轴向柱塞泵当前的研究热点之一。柱塞泵滑靴副油膜厚度的动态特性对分析柱塞泵滑靴副的支撑特性至关重要,为此,提出了一种基于支撑力平衡的柱塞泵滑靴副油膜厚度动态求解新方法。首先,对滑靴副的受力平衡机理进行了分析,并构建了柱塞泵运动学和动力学模型;然后,构建了柱塞泵整泵流场仿真模型,求解了包含滑靴底部支撑力、柱塞腔压力等在内的滑靴副支撑动态边界,并采用容积效率试验数据验证了整泵流场仿真的准确性;最后,建立了滑靴副油膜承载模型,分析了滑靴副油膜支撑特性,提出了基于插值计算理论的柱塞泵滑靴副油膜承载尺度动态求解方法,对1600 r/min与600 r/min两种典型工况的滑靴副油膜动态进行了计算。研究结果显示:大排量柱塞泵转速为1600 r/min时,柱塞惯性力导致高压侧油膜厚度进一步减薄,高压转低压过程中,柱塞腔内出现压力骤降,使滑靴副油膜无法形成,导致滑靴与斜盘发生刚性接触,在该区域内发生异常磨损;而在低转速工况(600 r/min)时,滑靴底面能够有效形成油膜,保证柱塞泵低速运行的可靠性。这表明基于支撑力平衡的柱塞泵滑靴副油膜厚度动态求解方法可以快速地对不同工况下的柱塞泵滑靴副油膜厚度进行求解。

球形泵变转速下空化特性及性能分析

球形泵是机电产品中的一种新型结构泵,空化现象仍然是影响水泵性能的重要因素。针对球形泵在工作时因转速所导致的空化问题,对变转速下的球形泵的空化特性及性能进行了研究。首先,采用计算流体动力学方法,并运用动网格技术,模拟了球形水泵的内部流场;然后,根据模拟仿真结果分析了转速对工作腔内空化过程的影响,获得了水泵容积效率的变化规律;最后,根据模拟结果对球形泵吸液口进行了改进。研究结果表明:球形泵工作时产生的空化现象主要发生在吸液阶段;在吸液初期与末期,较小的吸液口面积会造成工作腔内的液体压力迅速下降,吸液孔口附近和工作腔中部区域发生较明显空化;高转速时,较大的工作腔容积变化率导致空化加剧,容积效率先增大后减小;当转速为500 r/min~3000 r/min时,吸液末期腔内空化体积分数为1.01%~8.08%,球形泵容积效率为91.16%~85.51%;改善吸液口可以增大进液通道的有效工作面积,容积效率由85.51%提高至90.15%。该研究可为新型球形泵的优化设计提供参考。

丁苯橡胶装置溶剂泵叶轮腐蚀原因分析与对策

本文针对丁苯橡胶装置溶剂泵叶轮的腐蚀,从工艺流程、机泵情况、分析检测数据、理化检验等方面进行分析,并提出解决对策。

偏心状态下柱塞泵柱塞副油膜特性仿真研究

为了完善柱塞泵柱塞副性能分析理论体系,研究了不同转速对偏心状态下柱塞副油膜润滑特性的影响。首先,建立了柱塞副油膜厚度场、压力场和温度场的数学模型;然后,采用有限体积法对雷诺方程和能量方程进行了离散化处理,并且采用超松弛(SOR)迭代算法对其进行了求解;最后,采用MATLAB软件对柱塞副油膜特性进行了仿真分析,获得了转速在一个周期内对压油区油膜压力场、温度场的影响规律。研究结果表明:柱塞偏载产生挤压效应,随着转速增加,油膜压力峰值增长得越剧烈,当转速为3000 r/min时,压力峰值达到63.87 MPa;不同转速下柱塞副油膜温度场形态基本一致,转速越高,柱塞偏心程度越大,温度增长速度越快,当转速为3000 r/min时,油膜出口处局部温度峰值达到62.2℃。该研究结果可以为进一步改善柱塞泵柱塞副的润滑性能提供一定的理论依据。

压电悬臂梁负载阻抗匹配分析及其在隔膜泵驱动中的应用

利用悬臂梁结构的不同位置作为对外激励源时,为了使负载获得更多的能量,使悬臂梁的能量输出达到最优,同时隔膜泵的流量输出达到最大,实现隔膜刚度最佳匹配的目的,提出了一种压电驱动悬臂梁结构的负载阻抗匹配概念,研究了隔膜泵的性能与悬臂梁结构对外输出刚度之间的关系。首先,选取悬臂梁结构的根部、中部和端部3个特征位置,利用有限元仿真软件,对悬臂梁-弹簧-质量块模型的能量输出进行了阻抗匹配分析;其次,选取隔膜容积泵作为驱动负载,根据其结构及工作原理,建立了压电悬臂梁驱动隔膜容积泵的简化动力学模型,分析了隔膜泵的性能与悬臂梁驱动结构参数之间的关系;最后,搭建了压电悬臂梁驱动隔膜泵的刚度匹配实验平台,对不同圆盘直径下,悬臂梁不同特征位置处的隔膜泵输出流量进行了测试。研究结果表明:在悬臂梁根部、中部以及端部位置处,隔膜泵输出流量最大时的活塞圆盘直径分别为20 mm、18 mm以及16 mm,随着悬臂梁不同位置对外输出刚度的减小,隔膜匹配的最佳刚度应随之减小;若悬臂梁结构与负载参数一定时,对应的最佳负载匹配刚度逐渐增大。

基于GADF和ResNet的轴向柱塞泵复合故障诊断研究

轴向柱塞泵是液压动力系统的重要组成部分,由于其发生故障时会产生严重的危害,所以对其进行故障诊断是非常有必要的。然而大量的工程实践表明,轴向柱塞泵往往会同时在不同的部位,以不同的形式表现为复合故障。由于轴向柱塞泵复合故障振动信号的多分量耦合调制特征及特征参数较难确定,所以针对此问题,提出了一种基于格拉姆角差场与深度残差网络相结合(GADF-ResNet)的轴向柱塞泵复合故障诊断方法。首先,对轴向柱塞泵原始振动信号进行了格拉姆角差场(GADF)转换,将其转换为二维数组,将数组以灰度图形式存储,得到了特征样本,并将其分为训练集与测试集,以多标签的方式进行了标记;然后,将样本输入到深度残差网络(ResNet)中,通过前向传播和反向传播方式确定了网络最佳结构和参数;最后,采用实验的方式,通过测试集验证了该模型的可行性和鲁棒性。实验结果表明:采用基于GADF-Resnet的轴向柱塞泵复合故障诊断方法对轴向柱塞泵的复合故障进行识别,其准确率可以达到87%以上。研究结果表明,该方法可以有效地识别轴向柱塞泵的复合故障。

小样本下基于原型网络的轴向柱塞泵故障诊断模型

在实际工程应用中,有限的故障样本数量及噪声都影响轴向柱塞泵故障诊断的效果,所以,如何提高模型在小样本、噪声条件下轴向柱塞泵故障诊断的性能是一个亟待解决的问题。在样本数量有限、噪声条件下,采用基于深度学习的故障诊断方法会出现过拟合、诊断准确率下降的问题,为此,提出了一种小样本条件下基于原型网络的轴向柱塞泵故障诊断模型(方法)。首先,搭建了轴向柱塞泵故障诊断模型,并等量随机抽取了每个故障的样本以构建多个任务,模型使用一维卷积神经网络作为主干,每个任务中包含当前模型、支持集、查询集;然后,利用模型将样本映射到特征空间,在特征空间中,模型使用支持集的同类样本构建了原型点,并逐个将查询集样本与多个原型点进行了距离度量,实现了轴向柱塞泵不同故障的分类;最后,为了验证基于原型网络的轴向柱塞泵故障诊断模型的有效性,采集了轴向柱塞泵不同元件发生故障时产生的振动信号,并使用上述诊断模型对此进行了故障识别实验;为了验证该诊断模型的优越性,将其与基于卷积神经网络等的模型进行了性能对比。实验结果表明:在样本有限的条件下,采用基于原型网络的轴向柱塞泵故障诊断模型的准确率达到85%以上;同时,在噪声条件下,采用基于原型网络的模型的准确率也能达到85%以上。研究结果表明:基于原型网络的模型的诊断性能优于卷积神经网络模型与传统方法。

斯特林发动机结构特性分析及应用前景展望

介绍了斯特林发动机的系统组成与技术特性,对其在车用动力、热泵、发电、太阳能、空间动力、水面船舶动力、潜艇动力及人造心脏等领域的应用进行了详细阐述。将斯特林发动机与内燃机、汽轮机、燃气轮机及氦气轮机(闭式循环燃气轮机)进行对比,从外燃式热力发动机及广义内燃机的概念出发,并给出了往复机械及旋转机械的定义,重点针对容积式机械设备与速度式机械设备的特点,对相关热力发动机的结构特性进行了详尽研究。最后,对斯特林发动机的应用前景进行了展望。尽管目前斯特林发动机仍存在着成本居高不下及密封要求较高等问题,但考虑到其较广的燃料适应性、良好的扭矩及转速特性、较好的静音性及排放性,其在发电、热泵及船舶动力领域依然有着较好的应用前景。

伺服电机双泵驱动动臂能耗特性实验研究

传统的伺服电机驱动单变排量泵系统的稳定性较差,同时因其节流损失大,会引起系统的能耗过高,针对这些问题,对37 t液压挖掘机动臂差动缸系统的动臂能耗特性进行了研究。首先,根据双泵驱动动臂控制的工作原理,给出了“伺服电机和双定排量液压泵相结合,共同驱动动臂差动缸系统”的方案,推导出了差动缸的数学模型,利用UG软件建立了液压挖掘机的三维机械模型;然后,进一步在仿真软件SimulationX中,建立了37 t液压挖掘机动臂系统的仿真模型;最后,对变转速伺服定量泵直控差动缸系统的位置、速度控制特性以及能耗特性进行了仿真研究;为了验证上述仿真模型的有效性,搭建试验样机进行了实验,并将所得的实验结果与模型仿真结果进行对比分析。实验结果表明:在空载工况和带载工况下,动臂差动缸输出能耗分别降低了约40%和44%;与空载工况相比较而言,带载工况下的提升阶段,动臂运行时间缩短了1 s,下放阶段延长了0.5 s,整个工作周期时间减少了0.5 s。研究结果表明:系统的能耗与运行特性符合预期结果。

某型液压柱塞泵壳体回油特性试验研究

针对高回油压力条件下航空液压柱塞泵壳体回油特性不明的问题,以某型航空液压柱塞泵为研究对象,对其壳体回油特性进行了仿真分析和试验研究。首先,在求解配流副润滑模型的基础上,考虑缸体倾覆、油液温度、回油压力等因素的影响,分别建立了配流副、柱塞副和滑靴副的泄漏模型;然后,对各摩擦副的泄漏模型进行了数值求解,分析了不同因素下各摩擦副的泄漏变化规律;最后,基于各摩擦副的泄漏量,计算了泵壳体回油压力-流量特性,并测试了不同回油压力下泵的壳体回油流量,对计算结果的有效性进行了验证。研究结果表明:在缸体倾斜角度较大和壳体回油压力较高时,配流副和滑靴副对壳体回油流量的贡献为负值,而柱塞副对壳体回油流量的贡献始终为正值;泵的壳体回油流量随着回油压力的升高而减小,当壳体回油压力为1.37 MPa时,壳体回油流量下降至0。

基于模糊控制的容积式泵工作性能测试系统研究

针对植保机械用容积式泵工作性能测试系统中环境、温度、水质的不确定性和满足分级测试的需求问题,设计了以气动隔膜调节阀、进出水回路调节系统等部件组成的测试系统,并运用质量法进行了测定。研究了在测试过程中如何调节气动隔膜保持容积式泵出水压力恒定的控制方法,提出了一种自适应模糊PID控制策略,设计了模糊PID控制器,并应用于基于组态软件、可编程控制器和高精度仪表的恒压力控制系统;通过PLC编程,分别实现了传统PID控制和模糊PID控制,并对两种控制方法分别进行了测试。研究结果表明:与传统PID的测试系统相比,基于模糊PID的测试系统响应速度快,超调量降低近20%左右,工作效率提升近30%左右,各项指标均符合测试要求,且测试系统稳定可靠。

反渗透海水淡化能量回收装置的研究现状及展望

能量回收装置是反渗透海水淡化系统的核心元件之一,通过回收高压盐水的压力能来降低能耗和节约成本,加强其基础研究并突破技术瓶颈是缓解我国水资源危机的战略选择。根据工作原理将反渗透海水淡化能量回收装置分成液力透平式、正位移式和泵-马达式3类,主要从结构、原理、效率和应用等方面对国内外研究进展进行综述和分析,并对我国能量回收装置的发展方向和关键技术进行总结展望。研究表明,液力透平式装置已逐渐被市场淘汰,占据市场主流地位的正位移式装置也存在技术缺陷,而泵-马达式装置的集成化设计和降低工作能耗是未来的重要研究方向。

多柱塞阀配流往复式容积泵新型流量调节方法研究

针对多柱塞阀配流往复式容积泵的结构特点,提出了通过使进液阀在排液行程阶段延迟关闭的方法来实现泵出口流量调节的目的。为探究这种新型流量调节方法的有效性,利用AMESim建立了仿真模型并进行了仿真分析。结果表明:以曲轴转角位置作为控制信号,从曲轴处于排液行程位置开始,控制各个柱塞腔进液阀依序延迟关闭一定的曲轴转角角度,可使已进入柱塞腔的部分液压介质经进液阀回流至液箱,进而使流经排液阀进入后续液压系统的流体体积减少,最终实现了流量调节目的。相较于现有的基于变频技术和电磁卸荷技术的流量调节方案,提出的新型流量调节方法可避免由于曲轴转速反复变化引起的泵动力端润滑质量下降以及由于卸荷阀反复启闭引起的后续液压系统压力波动频繁等问题。

正排量泵喷水推进理论研究

介绍了正排量泵喷水推进器的组成及其推进原理,比较了正排量泵喷水和负排量泵喷水的优缺点;在传统喷水推进理论基础上,引入动量/动能修正系数、边界层对来流动量的影响系数及泵吸收来流动量系数,对正排量泵喷水能量转换过程及推进理论如推进推力及效率等进行了详细研究;分析了推进推力及效率与各系数之间的关系。研究结果为设计高性能的正排量泵喷水推进器提供了理论依据。

容积式凸轮泵的设计与应用

阐述了容积式凸轮泵的工作原理与结构特点,分析了其转子廓线、轴封及同步传动齿轮的无键联接等几个关键问题的设计思想和注意事项,介绍了凸轮泵在油脂行业的使用范围及应用前景。

乳化液泵配流机理的试验研究

乳化液泵属于多柱塞阀配流往复式容积泵,以进、排液阀完成配流任务,实践中为了达到流量调节目的往往采用变频驱动技术。采用线性可变差动变压器(Linear Variable Differential Transformer,LVDT)位移传感器测量了进、排液阀阀芯和柱塞位移规律,并同步采集了泵出口处的压力数据。试验结果显示:排液阀阀芯在不同曲轴转速下的行程是变化的,且均未达到由限位结构决定的限位高度;排液阀阀芯在开启过程中存在着抖动,这种开启行程中的反向运动是由泵出口处的压力脉动导致;进、排液阀开启过程均存在滞后,而排液阀关闭滞后不明显,进液阀关闭滞后随着曲轴转速的下降而缓解。为了降低这类泵曲轴转速降低时引发的压力脉动加剧现象,可考虑采用主动控制进液阀启闭时刻的方式实现流量调节目的。

正排量泵喷水推进技术

喷水推进是一种高性能的船舶推进方式.针对当前船舶推进器存在的问题,介绍了一种新型以正排量泵为核心的喷水推进方式,比较分析了正/负排量泵喷水推进两者的优缺点,得出正排量泵喷泵喷是一种能进一步改善船只性能的推进技术.

容积式真空泵结构型式的探讨

对容积式真空泵的结构型式进行分析 ,整理归纳其优缺点 ,指出结构缺点的不可消除性以及这些结构的发展趋势 。

全金属螺杆泵定转子配合优化及特性试验研究

为确定全金属螺杆泵定转子的最优间隙值,针对全金属螺杆泵定转子间隙配合的特点,分别采用有限元热力学分析方法和大涡模拟(Large eddy simulation,LES)模型,分析了金属螺杆泵内流动特性及温度、黏度对全金属螺杆泵定转子配合间隙的影响规律。根据优化分析结果,确定全金属螺杆泵定转子最优配合间隙区间为0.1~0.3 mm,并试制全金属螺杆泵样机进行试验。模拟结果表明:当转速相同时,黏度小于0.05 Pa·s的介质,泵效受间隙值影响效果显著,间隙值达到0.6 mm时,泵效降为0%;当介质黏度大于0.50 Pa·s时,间隙值对泵效的影响明显变小;介质黏度和转速是泵效的主要影响因素,提高转速可以改善泵效,但介质黏度对泵效的影响更为显著。现场测试结果表明:研制的全金属螺杆泵使用性能满足设计要求,其运转特性与室内试验结果基本一致,运行过程平稳可靠,泵效基本无变化。研究结果可为全金属螺杆泵的现场应用提供指导。