基于产学研项目驱动的专业学位硕士研究生培养模式研究——以兰州理工大学温州泵阀工程研究院为例

目前我国专业学位硕士研究生的招生规模不断扩大,提升专业学位硕士研究生培养质量成为重中之重。兰州理工大学以温州泵阀工程研究院为依托,推进产学研项目驱动的专业学位硕士研究生培养模式改革示范。校内特色学科导师为解决企业难题与企业开展科研项目合作,做实研究生“双导师制”和企业实践等培养环节,以项目推动专业学位硕士研究生培养。该培养模式的实施可有效提升学校专业学位硕士研究生培养质量,开阔硕士研究生视野,提升硕士研究生的综合实践能力。

真空扩散对奥氏体灰铸铁渗硼层组织与性能影响的研究

为了改善奥氏体灰铸铁渗硼层厚度不足和脆性过大的问题,研究了渗硼处理和渗硼/真空扩散复合处理对奥氏体灰铸铁表面改性层摩擦磨损性能的影响和影响机理。利用光学显微镜、能谱仪、X射线衍射仪、电子探针等设备对单一处理和复合处理试样的渗层进行了金相组织、元素分布、物相组成、表面硬度、截面硬度以及磨痕分析。结果表明:真空扩散对渗硼层有着增厚的作用,能够有效的将脆性较大的FeB相转化为脆性相对较小Fe2B相,改善渗硼层的耐磨性,但会使得渗层的表面硬度略微降低,渗层中石墨的粗化现象更为加重。

气动控制阀流量特性检测系统的研究与设计

气动控制阀作为流体控制系统的关键设备之一,其流量特性对过程控制有着直接影响。该文设计一套基于LabVIEW的集试验装置,通讯模块,数据采集、分析模块于一体的气动控制阀流量特性检测系统,可对气动控制阀的流量特性进行在线检测和实时评估,最后用Ansys-Fluent分析气动控制阀的流量特性,将仿真结果与检测系统实测数据对比论证,结果表明,该系统能准确、高效地检测出气动控制阀的流量特性。该系统可为气动控制阀制造厂家(质检)、用户企业(维护)、维修企业(检修)提供科学的技术手段。

一种新型插装式溢流阀的稳态性能研究

介绍了一种新型插装式溢流阀的工作原理及结构特点,进行压力-流量特性方程的理论推导,并通过MATLAB软件仿真出压力-流量特性曲线分析了该阀的溢流特性。然后通过模拟不同结构参数下的压力流量特性来分析对溢流阀的调压偏差的影响,最终确定主阀入口直径、弹簧刚度、出口溢流孔直径是影响该种结构阀稳态调压偏差的重要因素,并分析了具体的影响过程,为今后先导球阀型溢流阀的结构参数优化设计提供重要依据。

离心泵轴向力计算方法研究与试验验证

在设计工况下平衡腔液体压力数学模型计算中,引入了泵腔液体压力损失修正系数,解决了有液体泄漏时泵腔进口与后密封环进口液体压力差的计算问题.以降速后的IS80-50-315型离心泵为例,采用改变叶轮平衡孔直径和后密封环间隙来改变比面积的方法,研究了设计工况下平衡腔液体压力数学模型和轴向力的特性.研究结果表明,设计工况下平衡腔液体压力数学模型特性曲线,可以解决轴向力计算中平衡腔区域叶轮后盖板液体压力差计算这一关键问题;平衡腔液体压力是由平衡孔和后密封环构成的2道"闸阀"协联调节的结果,从控制轴向力角度,可通过轴向力特性曲线寻求叶轮平衡孔直径与后密封环间隙的最佳比值.用2个测试实例验证了应用设计工况下平衡腔液体压力数学模型计算轴向力的可靠性.

矿用乳化液泵排液阀阀芯的影响及优化

针对BRW200/31.5型矿用乳化液泵在运行中噪声大、排液阀阀芯容易变形以及断裂等问题进行研究。通过对泵建立AMESim模型,分析得到泵的噪声是由于排液阀阀芯撞击引起的;基于ANSYS静力学仿真,对排液阀阀芯在工作情况下的受力以及变形情况进行仿真分析,并通过改变阀芯的结构参数来进一步优化阀芯,为加工制造提供理论依据。

大排量径向柱塞泵主要结构参数及流量脉动研究

对800m L/r径向柱塞泵主要结构参数的选取进行了全新的设计计算,建立了瞬时理论流量的数学模型确定了主要结构参数;分析了不同参数对径向柱塞泵流量脉动的影响并计算出脉动系数,分析结果表明对于大排量的径向柱塞泵利用几何相似的有关系数进行计算已经不适用。该文对大排量的径向柱塞泵的系列化有一定的参考价值。

渐开线外啮合斜齿轮泵困油特性研究

基于渐开线外啮合斜齿轮泵的困油数学模型和斜齿轮副图形模型，对渐开线外啮合斜齿轮泵的困油特性进行研究。结果表明：当齿宽在23～27mm之间时，随着齿宽的增加，困油经历的角度呈一次比例关系减小，最大困油体积呈二次比例关系增大；当齿宽b=23mm时，在其困油经历的角度内，困油体积随着轮齿转过角度的增大呈抛物线规律变化；随着螺旋角的增大，困油经历的角度呈一次比例关系减小。以上得出的结论可为以后选取和设计困油特性良好的齿轮泵提供理论依据。

阀体件铸造工艺CAD系统开发研究

基于Pro/E的三维实体造型功能及以其应用程序接口Pro/TOOLK作为二次开发工具,根据参数化和模块化思想,开发具有可视化界面的阀体件三维铸造工艺CAD系统。同时,依据企业的铸造实例和经验,建立符合设计实际需要,与设计要求相适应的铸造工程数据库系统。整个系统可以快速准确地进行铸造工艺设计,提高设计效率,优化工艺设计,提高工艺出品率。

蒸汽疏水阀用蜡式热动力元件研究

蜡式热动力元件是以石蜡作为热敏材料,它具有结构简单、动作可靠、温度控制精度较高、无需外部能源等优点,在温度控制阀(thermostatic valve)中得到广泛的应用。该文阐述了关键元件——蜡式热动力元件的热力学模型,探讨了在蒸汽疏水阀中应用的可能性,并进行了实验验证与分析。实验表明:蜡式热动力元件在蒸汽疏水阀的使用条件下,运行稳定、可靠,但是不适合于高温场合。

调节阀噪声分析与气穴研究

以套筒式调节阀为研究对象,通过流体动力学知识和噪声理论对其内部流场进行分析,得到套筒式调节阀产生振动的原因,并找出了调节阀内流道中产生气穴现象的位置。通过CFD数值模拟,计算出在某一开度下调节阀的速度矢量图,并与理论分析的气穴现象进行对比分析。该理论分析和CFD技术的采用,使得低噪声、高性能的套筒式调节阀的设计周期更短,成本更低,效果更好。

离心泵平衡腔压力特性及轴向力的试验研究

设计了针对平衡腔内液体压力的测试装置,采用改变叶轮后密封环直径和平衡孔直径的方法,对离心泵平衡腔液体压力进行了测试.结果表明:对不同直径平衡孔,平衡腔液体压力随后密封环直径增大而增大.为了解决相似平衡腔液体压力的计算问题,绘制出不同直径后密封环时平衡腔压力系数与比面积的无因次曲线,随着比面积的增大,压力系数先急剧减少然后趋于平缓.从控制轴向力提高容积效率角度,提出在不同直径叶轮后密封环时比面积存在最佳的设计范围,计算得出不同直径叶轮后密封环时选择合适的平衡孔能使水泵工作在零轴向力或较小的正负轴向力状态.

AISI 300系列奥氏体不锈钢渗氮层组织和性能研究

目的在AISI 300系列奥氏体不锈钢表面制备单一S相渗氮层,提高该系列不锈钢渗氮层的硬度、抗磨损性能,对比揭示渗氮前后不锈钢的磨损机制。方法采用低温辉光等离子渗氮技术(LTPNT)在AISI 300系列奥氏体不锈钢表面制备渗氮层。利用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、电子探针(EPMA)、X射线衍射仪(XRD)分析渗氮层的截面形貌、元素分布和物相组成;通过比磨损率和磨痕形貌分析渗氮层的摩擦学性能;利用电化学实验考察渗氮前后3种不锈钢的耐蚀性。结果AISI 300系列奥氏体不锈钢经380℃、12 h处理后,其表面获得了厚度为15μm左右、与基体致密结合、组织成分均匀的渗氮层;渗氮层的相结构主要为S相,无CrN相析出;经渗氮后,该系列不锈钢表面硬度均为1100HV左右,较基体硬度提高了5倍左右;不锈钢基体的磨损机理为黏着和磨粒磨损,经渗氮后转变为氧化磨损和微切削;渗氮层的比磨损率约为不锈钢基体的1/20,抗磨损的能力得到显著提升;在25℃环境温度下渗氮后,304L、316L和321的自腐蚀电位下降,腐蚀电流密度增加,腐蚀速率加快,耐腐蚀性能稍有降低。通过对比腐蚀形貌发现,渗氮层仍具有一定的耐蚀性能。结论通过LTPNT可以获得高硬度、组织均匀致密、结合强度高的渗氮层,渗氮层中S相的存在可以显著提高AISI300系列奥氏体不锈钢的表面硬度、抗磨损能力,降低其摩擦因数和比磨损率,对延长不锈钢的服役寿命有着积极的作用。

一种楔式闸阀变形与密封研究及结构优化

选取NPS8—Class300楔式闸阀为研究对象,根据阀门壳体和密封试验条件,运用有限元分析闸阀在试验下的变形、密封情况。选择闸阀阀座厚度、密封面宽度、密封面起始高度3个结构参量,对阀座进行优化,得到密封宽度与密封比压的关系。结果表明:闸阀原始设计满足压力试验要求,但密封性能不足,优化后的最大密封比压降低了24%,小于材料的许用应力。

基于FLUENT的三叶圆弧转子泵流场及流量脉动的研究

以三叶圆弧转子泵为研究对象,分析了泵的内部流场及其输送不同粘度介质时的出口流量脉动特性。在已知转子型线方程的基础上运用UG和ICEM建立仿真模型,运用FLUENT进行流场的动态仿真,最终得到速度、压力分布以及流量变化规律。结果表明:泵内大部分区域流速较低,速度变化梯度不大,间隙处存在剧烈的回流且流速较高;泵内静压呈块状分布,入口部分存在负压,最低压力位于两转子最小间隙处并分别向进出口增大,间隙处的动压与静压分布相反,由最小间隙处向进出口方向减小;转子泵的流量脉动频率与转子的叶数及泵的转速有关,与介质粘度无关,流量不均匀系数会因介质粘度的增加而有所改善。

POB改性Nano–SiO_(2)/PTFE复合材料的摩擦转移特性研究

为了研究填充聚苯酯(POB)对Nano–SiO_(2)改性聚四氟乙烯(PTFE)复合材料转移膜演化及摩擦性能的影响,采用冷压成型、热烧结的工艺方法制备Nano–SiO_(2)/POB–PTFE和Nano–SiO_(2)/PTFE两种复合材料;采用间歇称重法和原位观察法,在LSR–2M型往复摩擦磨损试验机上进行干摩擦试验;利用AXIO Imager.A2m光学显微镜、QUANTA FEG 450热场发射扫描电镜和MicroXAM–800非接触式3维表面轮廓仪分别表征转移膜的表面形貌、微观结构和3维形貌,从微观角度分析摩擦转移机理。试验结果表明,Nano–SiO_(2)/PTFE复合材料的转移膜在对偶表面上形貌变化较快,不断重复“生成–脱落”过程,并伴随严重磨损,且没有形成较完整的转移膜。此外,生成的转移膜分层明显,且脱落痕迹显著,并有大量米粒状的磨屑附在对偶面上,导致反光性较差。而用POB填充Nano–SiO_(2)/PTFE复合材料不仅增强了转移膜在对偶表面上的黏附力,还促进了均匀、连续转移膜的更好形成,对偶表面反光性好;并且,Nano–SiO_(2)/POB–PTFE复合材料的磨损率较Nano–SiO_(2)/PTFE复合材料降低了两个数量级。POB有强黏附性,而Nano–SiO_(2)在摩擦过程中易嵌入对偶面形成机械互锁,故这两种填料共同改性PTFE可形成协同减磨效应,从而有效促进复合材料转移膜的均匀生成及稳固黏附,并大幅降低磨损率。本文的研究结论对斯特林发动机活塞环干摩擦密封材料的研制有良好的指导意义,有利于碟式太阳能热发电系统高性能密封件的研发。

304不锈钢表面激光熔覆铁基中熵合金涂层组织性能研究

利用激光熔覆技术在304不锈钢表面制备Fe_(63.3)Mn_(14)Si_(9.1)Cr_(9.8)C_(3.8)中熵合金涂层,并采用正交试验设计方案,获得制备铁基中熵合金涂层的最佳工艺参数,同时对所得涂层的微观组织、显微硬度及耐磨耐蚀性能进行观察和测试。结果表明:最佳熔覆工艺参数为激光功率1500 W、扫描速度4 mm/s、光斑直径4 mm。Fe_(63.3)Mn_(14)Si_(9.1)Cr_(9.8)C_(3.8)中熵合金涂层为单一FCC相结构。Fe_(63.3)Mn_(14)Si_(9.1)Cr_(9.8)C_(3.8)中熵合金涂层的平均显微硬度为279HV 0.1,约为304不锈钢基体(200HV_(0.1))的1.4倍。在3.5%NaCl溶液中,Fe_(63.3)Mn_(14)Si_(9.1)Cr_(9.8)C_(3.8)中熵合金涂层腐蚀电流密度为2.532×10^(-6)A·cm^(-2),相比于304不锈钢降低了一个数量级,涂层具有明显的钝化行为。在干摩擦条件下,涂层的摩擦系数为0.55,低于304不锈钢,其磨损率为6.26×10^(-4)mm^(3)/(N·m),相比于304不锈钢,降低了34%。Fe_(63.3)Mn_(14)Si_(9.1)Cr_(9.8)C_(3.8)中熵合金涂层耐蚀耐磨性能显著优于304不锈钢,具有良好潜在应用价值。

小口径阀门自动焊接设备的研究

通过改良焊枪的设计,使用PLC和触摸屏对焊接设备进行控制,再辅以焊缝跟踪,实现了小口径阀门的自动焊接。这种方法操作简单,维护方便,无须操作者编制程序,只需对触摸屏进行参数设定即可实现设备的自动运作,从而大大提高了系统的安全性和可靠性。

H13钢激光淬火与离子渗氮复合工艺研究

为了提高热作模具钢的表面性能,研究了激光淬火、离子渗氮以及激光淬火/离子渗氮复合处理工艺对H13钢改性层的摩擦磨损性能和耐蚀性能的影响及影响机理。采用光学显微镜、扫描电镜和能谱仪等设备对不同工艺热处理试样表面形貌、表面化学成分以及微观组织进行表征。结果表明:复合处理工艺可以显著改善改性层的摩擦磨损性能,提高材料表面的耐蚀性。和单一激光淬火和单一渗氮处理相比,复合处理后改性层的平均摩擦系数明显降低,自腐蚀电位明显提高,表明复合处理后改性层的耐磨性显著增加,耐蚀性明显提升。

粗糙液膜机械密封液汽相变研究

以逆向重构的确定性粗糙表面机械密封模型为依据,建立机械密封微间隙三维粗糙液膜流动计算模型;联立黏温效应与流体物性参数,对比光滑模型和粗糙模型的流速、端面压力、温度和相态规律;研究粗糙模型在不同载荷和转速下对液膜密封汽化相变特性以及密封性能关键参数的影响。研究结果表明:粗糙模型受温度变化程度更大,从478 K增加到了493 K;相态分布均随温度的升高而增大,其中同一温度下,粗糙模型的汽相分布更多,且在493 K之后出口相变程度就达到了100%,最大相体积分数增加11.73%。从而推断出:随着压力升高,端面汽相占比逐渐降低,而转速增加促进了汽化的发生。