基于正交试验的高压应急提水泵优化设计

为了提高高压应急提水泵的水力性能,分析叶轮几何参数对泵效率的影响顺序,对BB4型多级离心泵首级叶轮和次级叶轮分别进行正交试验设计.首级叶轮需考虑抗汽蚀性能,故选取叶片前盖板流线进口安放角、中间流线进口安放角、后盖板流线进出口安放角、叶轮进口直径、叶轮外径和叶片包角等7个几何参数作为设计因素.次级叶轮选取叶轮前盖板流线进出口安放角、中间流线进出口安放角、后盖板流线进出口安放角和叶片包角等7个因素,每个因素取3个水平,共设计18组方案.采用STAR-CCM+软件对单级叶轮进行数值模拟,分析了叶轮内流场变化,并通过极差分析得到各几何参数对叶轮效率的影响显著.将优化后首级叶轮和次级叶轮替换成三级泵模型初始叶轮,通过数值模拟得到优化后多级泵外特性参数.结果表明:在一定范围内适当增大包角和叶片进口安放角、减小叶轮外径能提升叶轮效率,改善叶轮抗汽蚀性能;在叶轮基本尺寸不变时,适当减小叶轮进口安放角,增大包角能提高叶轮效率;分析对比优化前后外特性参数,验证了正交试验设计方法结合数值模拟能对高压应急提水泵进行优化设计.

基于熵产理论的多级液力透平能量耗散机理分析

液力透平作为一种液体余压能回收装置,在小水电建设和能量回收领域得到广泛应用,但其内部能量损失特性不清。以两级径流式液力透平为研究对象,基于熵产理论和Omega涡识别准则分析了各过流部件内能量耗散机理。结果表明:速度脉动和壁面效应是能量损失的主要来源,设计工况下二者总占比为98.03%。叶轮和导叶是透平内能量耗散的主要区域;小流量工况,叶轮损失占比较高;大流量工况下,导叶损失占比较高。叶轮内的能量损失源于叶片前缘分离涡、吸力面回流涡以及叶片尾缘涡等不稳定流动现象,而相对液流角与叶片进口安放角的不匹配是导致叶轮内产生不稳定流动的根本原因;在导叶和导叶Ⅱ-反导叶中,不同流量下导致其能量耗散的因素基本保持一致,叶片前缘失速涡和流动分离等劣态流动引起的动量交换是导致能量损失的主要原因。环形吸水室内流动的非对称性导致导叶Ⅰ各流道内熵产率分布不均匀,而导叶Ⅱ-反导叶通过正导叶的整流减小了冲击效应,各流道内熵产率分布均匀且高熵区较小。

不同转速时液力透平水力性能的试验和数值模拟研究

为揭示不同转速下液力透平的水力性能,以一台比转速为48的离心泵反转作透平(PAT)为例,通过试验研究了液力透平在不同负载下转速随流量、水头变化规律,采用RNGκ-ε湍流模型在不同转速下进行数值计算,分析了各工况下液力透平的水力性能和内流特性。结果表明,随着转速的逐渐增大,透平高效区变宽,高效点明显向大流量偏移。来流参数(流量、压力)对转速有一定的影响,转速随流量呈线性变化,随水头呈幂函数变化。流量越小,叶轮内压力和速度流线分布均匀性越差,透平效率越低。高转速下,叶轮内流动相对稳定,该现象与透平外特性结果相吻合。该研究对低比转速泵反转液力透平高效、稳定运行具有重要参考意义。

SVM方法在某多级离心泵故障诊断中的应用

针对实际工程中多级离心泵故障样本难获取的现象,通过多级离心泵故障模拟试验台模拟实际产品的碰摩、不对中、不平衡三种典型故障,基于支持向量机(Support Vector Machine,SVM)建立故障诊断模型的方法实现故障的分类。采用集合经验模态分解(Ensemble Empirical Mode Decomposition,EEMD)算法提取振动信号的时频域特征,结合时、频域和信息熵特征构造高维特征样本后,以主成分分析(Principal Component Analysis,PCA)优化输入样本质量,实现对故障的高效分类。另外,对比分析SVM和反向传播(Back Propagation,BP)神经网络的分类效果,表明SVM模型分类的效果更好,在多级离心泵的故障诊断中具有良好的适用性。

基于神经网络与遗传算法的离心泵汽蚀性能优化设计

为了研究离心泵发生汽蚀过程时其内部流动规律和对其汽蚀性能的优化设计,在结合传统优化方法的基础上,提出神经网络与遗传算法结合的智能优化方法。通过Plackett-Burman试验设计从离心泵的叶轮进出口直径、进出口安放角、叶片数、叶片包角等7个设计参数中筛选出显著影响的3个优化设计变量。叶片出口宽度、叶片包角和叶轮出口直径3个优化设计变量,其影响汽蚀性能的显著性由大到小。运用拉丁超立方抽样方法抽取30组设计方案,分别进行数值模拟计算,得出相应的汽蚀余量值。建立神经网络模型,结合遗传算法在规定范围内进行寻优,得到最优设计变量组合及最优汽蚀余量值。取优化后的参数进行数值模拟计算,优化后的离心泵在相同工况下汽蚀余量降低了43.1%,说明优化后的离心泵抗汽蚀性能显著提高。

高温铅铋轴流泵叶轮冲磨蚀特性研究

为研究铅铋轴流泵叶轮冲磨蚀特性,基于液态铅铋的冲磨蚀破坏机理分析,利用边界层理论建立冲磨蚀数学模型,采用SST k-ω湍流模型对0.8Q_(d)、1.0Q_(d)和1.2Q_(d)三种方案下泵内流动进行数值计算,获得了叶片冲磨蚀分布及壁面流速、流态、壁面熵产率与冲磨蚀的影响关系。结果表明:高冲磨蚀区域主要分布在叶片进口边靠近泵壳一侧;随铅铋泵入口流量增加和壁面流态紊乱加剧,叶片受冲磨蚀影响增大;当液态铅铋的最大流速不高于10m/s时,叶片受冲磨蚀影响较小,而最大流速高于10m/s时,叶片表面冲磨蚀急剧加重;叶片表面高冲磨蚀区域是高壁面熵产率主要分布区域,且液态铅铋的冲磨蚀行为与壁面熵产率呈正相关关系。

基于多目标优化算法往复隔膜泵机座轻量化设计

隔膜泵机座结构的轻量化设计对隔膜泵加工、生产具有重要的影响。基于某型号隔膜泵机座结构展开研究,针对实际工作环境建立等效模型并进行有限元分析,根据分析结果定义设计变量,从而提高计算效率。采用均匀试验设计法进行试验设计,通过仿真拟合计算出设计变量与应力、变形量之间的关系,利用多目标优化算法对隔膜泵机座结构建立轻量化优化数学模型,在满足性能要求的前提下,使得一些材料得到合理配置,同时使得隔膜泵机座结构应力、变形量、固有频率尽可能小。对轻量化优化设计后的机座结构进行仿真分析,并与优化前结构进行对比。结果表明,轻量化后机座结构属性基本不变,且质量由25372 kg减少至24582 kg,减少了790 kg,减重效果较好,同时最大应力值减少了45.1%,最大变形量减少了12.3%,优化效果显著,为新型隔膜泵结构有限元分析与轻量化优化设计提供了基础支撑。

基于振动信号的控制棒驱动机构滚轮早期故障诊断研究

针对现有研究未充分关注控制棒驱动机构(control rod drive mechanism,CRDM)的早期故障诊断问题、很难将故障特征定位至具体部件以及人工引入的故障样本与装备实际故障特征存在差异等不足,提出了一种基于振动信号的CRDM滚轮早期故障诊断方法:首先,利用寿命考核试验时机采集了某密封磁阻马达式CRDM的滚轮全寿命振动信号,基于经验模态分解(empirical mode decomposition,EMD)和Hilbert变换方法进行解调分析,获得与滚轮退化状态相关的模态成分;然后,采用时、频域分析方法获得了11个能够直接表征CRDM滚轮磨损状态的特征量,并根据退化趋势提取出与实际故障特征高度吻合的早期故障样本;最后,分别基于BP神经网络和支持向量机两种方法实现了CRDM滚轮早期故障的多特征智能诊断。结果表明:提取的滚轮早期磨损故障样本与实际运行过程保持了较好的一致性,证明所提CRDM滚轮早期故障诊断方法具有较强的工程应用价值。

基于响应面法和MOGA的重载曲轴形貌优化研究

重载曲轴是大型隔膜泵动力端的关键零部件之一,其强度对于整个动力端的平稳运行至关重要。而重载曲轴的失效形式往往是由于圆角处应力集中导致的疲劳破环。针对这一问题,从圆角处结构特征的角度出发,对曲轴进行形貌优化。通过静强度应力分析确定曲轴工作过程中的最危险工况,以此作为曲轴优化过程中的计算工况。以各圆角处的最大应力值和整体最大变形量为优化目标,以圆角处结构特征参数为设计变量,进行试验设计,基于Kriging插值法构建优化目标关于设计变量的响应面模型。最后,建立多目标优化模型,应用多目标遗传算法寻找非支配解解集。结果发现,优化解集中的曲柄斜面倾斜角都接近90°,这为今后的重载曲轴的结构设计提供一定的参考。

基于DPM固液两相流仿真的单向阀冲蚀特性研究

基于计算流体力学(CFD-DPM),结合k-ε湍流模型,建立了一种颗粒-流场双向耦合冲蚀磨损模型,以单向阀为研究对象,分析阀芯开度、颗粒粒径和浓度对过流部件壁面的冲蚀磨损影响。结果表明:阀隙是颗粒运动的高速区,磨损严重部位是阀芯底角和阀座锥面,且阀座锥面处磨损相对严重;随阀芯开度的增大,颗粒在阀隙内速度降低,对过流壁面磨损量减少;阀芯冲蚀速率随粒径增大而减小,阀座冲蚀速率随粒径增大而增大,当粒径为0.5 mm时,阀座最大冲蚀速率和平均冲蚀速率接近极大值;阀芯与阀座冲蚀速率与颗粒浓度呈正相关,阀座处磨损面积随浓度增大而增大。

数字化背景下企业成本管控实践应用探讨

随着进入数字化时代,企业迎来了前所未有的发展机会,同时也面临着转型升级的严峻挑战。在企业成本管理方面,采用数字化技术能够有效降低成本并提高效率,同时还能显著提升成本管理的水平。为实现企业的转型和持续发展,我们必须加大对数字化技术和成本控制的关注。本文分析了数字化和成本控制的基本概念,并探讨了它们为企业带来的机遇与挑战。进一步提出了具体的实施策略,旨在帮助企业提高成本管理的数字化水平。

相同外径不同壁厚管对接焊缝的超声波检测技术研究

外径相同但壁厚不同的管对接焊缝,在进行超声波检测时,按常规单面双侧检测需根据壁厚选择检测工艺,按薄壁管厚度检测,不满足厚壁管要求;按厚壁管壁厚检测,不满足薄壁管要求,易出现漏检。为此,文中采用5P6×6×2K2.5F5和2P6×6K1.5F10这2种探头分别在焊缝两侧进行检测,然后通过机械打磨的方式来验证缺陷的位置和大小。结果表明:采用2种不同K值探头在薄壁一侧进行检测,所得到的缺陷位置及大小与实际情况基本一致。

基于响应面法和Kriging模型的螺旋密封结构优化研究

螺旋密封结构对密封性能和稳定性影响较大,且螺旋密封的结构之间存在着交互性影响。针对这一问题从螺旋密封的槽深、相对槽宽和螺旋升角对比研究出发,对螺旋密封结构进行优化。通过修改螺旋槽的3个参数,对泄漏量、轴功率、径向力和轴向力的影响进行分析优化。采用Kriging模型设计15组试验,利用MOGA作为优化参数与优化目标之间求解寻优,并对寻优结果进行试验验证,最终优化得到螺旋密封在螺旋槽深1.2 mm、相对槽宽0.3、螺旋升角5°时具有较好的密封能力和稳定性。在标准工况下,泄漏量下降了29.72%,轴向力下降了36.51%。研究结果为螺旋密封在工程设计中的应用提供了基础。

面向能效最优化的低比转速轴流泵正交水力设计方法探讨

在当前我国既需应对能源短缺挑战又需保护环境的双重背景下,轴流泵作为一种核心水力设备,其能效的精确控制变得至关重要。特别是低比速轴流泵,因其独特的水动力学特性,传统设计方法在节能效果上往往难以达到预期。因此,我们以节能为核心目标,深入研究了基于小比速轴流泵的正交设计理论。在研究中,我们运用了正交试验法,对轴流泵的主要结构参数,如叶片倾角、叶片数量和叶片宽度等,进行了系统而全面的探索。借助数值仿真技术,结合多元方差分析和信噪比评估等方法,我们精确地量化了这些主要参数对水泵性能的影响程度。基于这项研究,我们将提出一套专门针对低比速旋转轴流泵的高效优化策略,旨在实现更高的能效和更优化的性能。这不仅有助于缓解能源危机,还能促进环境保护,为我国的可持续发展贡献一份力量。

水泵轴系转子动力学计算分析

总结了水泵转子轴系转子动力学计算分析方法,给出了考虑密封影响的水泵轴系转子动力学计算分析方法。以某高压水泵轴系为例,利用转子动力学专业计算分析软件Madyn 2000,对轴系各种支承状态进行了临界转速计算分析,与实际测试结果对比。同时也进行了考虑密封的频率响应分析,分析了密封对频率响应的影响。

水泵在运行中产生的振动原因及对策

近年来我国各类基础工程的兴建,都离不开水泵在其中发挥的重要功能。尤其是对于灌溉工程而言,水泵更是为作为其系统当中不容小觑的设备而存在且发挥了极大的作用,尤其是在我国的农业发展中做出了巨大的贡献。而近年来我国各类基础科技的进步,也为水泵类型的丰富和使用水平的提升提供了充足的动力。而为了使其运行更加顺畅,就必须对其使用过程中的常见问题作深入的分析和探讨,振动问题就是其中之一。其存在不仅会使得水泵原有的使用效率大大降低,还会对其质量和寿命产生负性影响。因此,本文尝试针对这一现象进行探讨,并提出为水泵运行解决其振动问题的策略。

整流栅对Savonius水力透平功率特性的影响

Savonius水力透平尾流场中形成的大尺度旋涡易作用于叶片背面,使转轮负扭矩增加,导致其功率系数降低。以DN50的管道式Savonius水力透平为研究对象,分别于距S转轮旋转中心0.8D(D为转轮直径)、1.2D和1.6D处,设置3种不同结构的整流栅,并利用CFX进行数值计算和分析,研究整流栅对S转轮功率特性及内流场的影响。研究结果表明:当叶尖速比r为0.91时,距离S转轮旋转中心1.2D处设置4叶片整流栅,其扭矩系数和功率系数均最高,其值分别为0.273和0.192,比无整流栅的扭矩系数和功率系数分别提高了2.5%和2.3%。研究还发现:在转轮后设置整流栅后,尾流场中旋涡尺度较无整流栅时明显减小。转轮后的流体速度分布较为均匀,一方面减少了二次流引发的流动损失,另一方面能有效降低尾流场中的压力脉动。

山区和边远灾区应急供水系统提水装备发展现状

为提升中国山区和边远地区应急供水保障能力,针对山区和边远灾区应急供水中“提水”环节所需的各套装备的国内外发展历程进行了论述,介绍了目前应急装备供水体系和主要工作原理,总结了水泵、车载系统及二次加压泵站等具体救援装备的发展现状:应急提水装备涉及多个泵产品,性能与国外差距逐渐缩小,产品性价比高、型号丰富,但受限于加工制造精度和成本要求,可靠性还有待提升;基于柴油机驱动的“机-泵-管”平台针对提水泵的运行、驱动动力源的运行稳定性及高效的运行过程,不断提高车架的疲劳强度、可靠性和轻量化,但受限于繁多的零件与复杂的布置,整机的优化还有所欠缺,悬置系统从单一目标优化过渡到多目标优化,改善了乘坐体验、车厢的振动;管道水击和管道泄漏监测都依赖于更加周全的算法和更高的求解精度,数字孪生是应急提水管网控制的趋势,依靠物联网、5G、大数据和云计算等新技术,完成从基础数据到数字化模拟,再到指挥调度和决策支持,实现由自动化、信息化、数字化到智慧化的升级,将大大提高应急救援的效率.

颗粒直径对混流泵叶轮及空间导叶磨损特性的影响

为探究颗粒直径对混流泵叶轮及空间导叶磨损特性的影响,基于颗粒轨道模型,采用RNG k-ε湍流模型和Tabakoff磨损模型,对混流泵进行固液两相流磨损数值计算.对比分析了叶轮和空间导叶区域不同颗粒直径条件下的颗粒轨迹、颗粒对壁面切应力、磨损云图及平均磨损率分布情况.结果表明:叶片进口及叶片与后盖板连接处、导叶与外壁连接处及工作面头部、背面出口区域是最容易发生磨损的位置.随着颗粒直径的增大,叶轮和空间导叶内颗粒的运行轨迹更加紧凑,叶轮区域颗粒轨迹由叶片背面逐渐靠近叶片工作面;空间导叶区域颗粒在导叶中前段主要沿着工作面运行,在导叶后段主要沿着背面运行.同时,颗粒直径越大,其对壁面的切应力越大,叶片和导叶的磨损面积越大、平均磨损率越高,并且叶片和导叶的增幅最大,说明叶片和导叶是最容易受到磨损破坏的部位,对比3种颗粒造成的平均磨损率发现,直径3 mm颗粒造成的平均磨损率比0.1 mm颗粒的大2—3个量级.

基于优化SVM的多级离心泵定转子碰摩故障诊断

针对工程实际中多级离心泵碰摩故障诊断准确率不高的现象,提出了一种基于优化支持向量机(SVM)的多级离心泵碰摩故障诊断方法,其特点是能从小样本振动信号中提取最有效的故障特征,优化模型的输入样本质量和参数并完成诊断。通过多级离心泵故障模拟试验台,获得实际产品的碰摩信号,采用集合经验模态分解(EEMD)算法进行时频域和信息熵特征的提取,并采用顺序特征选择(SFS)算法进行特征选择,结合网格搜索(GS)和粒子群优化(PSO)算法进行模型参数优化,建立了基于SVM的故障分类模型。实验结果表明,该方法对多级离心泵的碰摩故障有较高的识别精度,具有良好的实用性,可以为多级离心泵的碰摩故障诊断提供一定的参考价值。