基于变深环境作用的油液介质变刚度特性研究

为研究变深下液-固-气三相复合作用时油液介质等效刚度特性,建立变深下含气量模型并分析其变化规律,获得浅(0~830 m)、中(830~2 000 m)、深(2 000~7 000 m)海层下油液介质变刚度模型。对模型计算结果进行误差分析,得到其最大误差分别为1.74%、1.92%,验证了模型的合理性。综合上述模型,建立以水深为变量的油液介质变刚度模型,以Tellus VG 32液压油为例,分析各海层下介质等效刚度的变化规律。结果表明:各海层下介质等效刚度分别以1.997、0.119 9、0.043 7 MPa/m的速度变化,即呈急剧增加、缓慢增加、渐进增加的变化规律;在浅水层下环境压力对油液介质等效刚度起主导作用,在中水层下海水温度对油液等效刚度的影响增强,但总体上环境压力的影响仍大于海水温度,在深水层下,两者变化对油液等效刚度影响甚微。     

基于变深环境模型的油液黏度特性变化规律研究

针对变深环境下油液黏度随温度、压力等环境参数的改变而变化的问题,建立变深下以环境压力、海水温度为环境特征参数的变深环境模型。采用"模态方程"推导油液黏度变化规律模型,通过对ISO VG 32与ISO VG 46理论结果进行误差分析,得到其最大误差分别为6.9%、8.4%,验证了该模型的合理有效性。基于上述模型提出以水深为自变量的油液黏度理论分析模型,揭示出随下潜深度的增加油液黏度依次呈快速增加、过渡调整、稳定增加的三段式动态变化规律。变深环境下油液黏度特性变化规律为水下液压介质的择选及变深液压设备的性能分析奠定了理论基础。     

变深下环境适应性液压源的性能研究

因变量泵具有良好的节能和高精度控制特性,成为深海探测中重要的液压动力源。现有深海液压源多借助高压模拟舱内反复试验来定型,存在耗时多、研制成本高等问题。提出一种深水环境适应性变量泵,采用环境自适应性检测方法和控制原理以满足深海工况要求。基于变深环境和油液介质模型,分析了该泵的控制特性及稳定性。结果表明,泵的相对出油压力和输出流量与各自的输入控制信号成比例关系,并不受水深环境的影响,同时指出控制系统的幅值裕度和相位裕度随水深增加而增加,且浅深下0~1000 m更为显著。高压模拟舱下的测试结果与前述理论分析结果相吻合。     

液压油多参量品质诊断研究

提出了一种油液多参量诊断方法,研究了污染因素对液压油介电常数、黏度和密度的影响,得出40 ℃下3个参数的使用阈值,并采用信息融合技术建立了油液综合品质诊断模型。试验结果表明,介电常数、黏度、密度随温度变化规律明显,3个指标可从不同方面反映出液压油含水率、酸值的变化,可作为液压油失效的判断依据。油液污染因素与多个参数关系的研究可保证监测信息的全面性和可靠性,为液压油品质的多参量在线监测以及液压系统中机械元件的故障诊断提供了实验研究基础。     

深海液压动力单元振动噪声跨介质传播建模

为有效减少深潜器耐超高压装备仓的体积，深海液压动力单元多封装在箱体内，并置于舷外，通过压力补偿器实现单元内外压力的平衡。然而，由于缺乏壳体屏蔽，置于舷外液压泵的振动噪声更易于被声呐捕捉，造成深潜器隐身能力降低。深海液压泵的振动噪声传递需跨越油液-油箱壁-海水等多种介质，且液体介质属性随海水深度而变化，噪声传递机制异常复杂。采用声-固耦合的声学仿真方法，合理简化液压动力单元的深海液压泵和壳体壁面模型，研究在不同海深下，液体介质属性、深海背压、声速等多种参数对深海液压泵噪声传播距离以及噪声衰减幅度和指向性的影响规律，为提升深潜器隐身性能提供理论依据。     

液压系统油液有效体积模量的在线软测量

液压油的有效体积模量不仅是影响液压控制系统性能的重要参数,也是反映液压设备运行状态的特征参数.以液压油有效体积模量的在线监测为研究目的,利用瞬变流理论和气液两相流理论,在频域内建立液压系统管路中油液的固有频率、压力、气泡体积分数与有效体积模量关系的软测量模型,并对其进行数值仿真分析.该模型应用的关键问题是如何在线测量油液的同有频率,可行的解决方案是在液压动力系统选定的两个油液压力波动监测点安装压电式压力传感器,通过在线激励动态测量油液的压力频率响应函数,从而识别油液的固有频率.在液压动力系统多源诊断信息获取试验装置上对该模型进行试验验证.研究结果表明,该模型可以方便、有效地用于液压油的有效体积模量在线监测.     

单相及两相水润滑介质的物性参数获取

核主泵轴承水介质在高温下受热出现两相现象,气液两相对核主泵轴承性能有一定的影响,有必要对单相及两相下水介质物性参数进行研究。研究核主泵轴承工况的水介质物性情况,获取水介质在单相及两相的物性参数。研究结果表明:单相(液相或气相)水介质在一定的压力和温度下,可建立单相水介质密度和黏度随压力和温度的关系或直接查表获得物性参数(密度、黏度);两相水介质物性参数的确定可以采用两相均质混合模型方法进行计算,从液态变成全气态的水介质黏度和密度连续下降至全液态时的1/6。     

被污染液压油的再利用

当前,随着液压件产量不断地提高,产品试验中使用的工作介质——液压油的消耗量也不断增加。污染度超标的液压油不能继续使用,必须更换。这对频繁试验出厂产品的试验台,既造成了液压油的浪费,也加大了产品的试验成本。为此,我们自行设计了一套加热过滤装置,对被污染的油进液行沉淀,使污染超标的油液得到再利用,取得了较好的经济效益。 一、工作原理与结构 一般情况下,油液被污染是由于固体污染颗粒混在油液中使油液污染变色的结果。分子热运动原理表明,加热后液体的油液粘度下降,固体污染物在其中悬浮不住,便自由下沉。根据这一原理,我们在一个油液沉淀箱内安装了一套由3个(6组)加热器串联起来组成的加热     

金属橡胶包覆阻尼结构高温力学建模与试验

针对高温管路系统的减振难题,利用等效线性化方法建立了管路金属橡胶包覆阻尼结构的高温力学模型,分析了金属橡胶刚度和响应幅值随温度的变化规律。搭建了高温管路振动测试试验平台,以插入损失为评价指标,对不同环境温度、不同金属橡胶密度的管路包覆阻尼结构减振性能进行了试验验证。试验结果表明,减小金属橡胶密度能有效增加管路减振效果,环境温度对管路金属橡胶包覆阻尼结构的影响较小,说明金属橡胶包覆阻尼结构能很好地在高温环境下工作。     

工作油液温度对液力变矩器性能影响计算流体力学分析及试验研究

采用计算流体力学(Computational fluid dynamics,CFD)仿真分析和台架试验手段相结合的方法,分析工作油液温度对变矩器原始特性参数(变矩比k、能容系数λ和效率η)、泵轮所受转矩Tp和涡轮所受转矩Tt的影响。由于工作油液温度主要影响油液的密度和黏度,所以采用CFD仿真分析方法研究单变量变化情况下,工作油液密度和黏度分别对液力变矩器性能的影响。结果表明,工作油液温度对变矩器性能影响体现在油液密度和黏度耦合交互的综合影响,并且黏度影响起主导作用;随着工作油液密度的减小,λ、k和η不受影响,Tp和Tt逐渐减小。随着工作油液黏度的减小,Tp、Tt、λ、k和η均逐渐增加;随着变矩器工作温度的增加,工作油液黏度和密度均有所减小,Tp和λ逐渐下降,Tt变化很小,k和η有所提高。因此,在不影响密封件密封要求及油液寿命的前提下,应尽量提高液力变矩器工作油液温度,可以改善其工作性能。     

液压缸活塞内部冷却油液的动态特性研究

为避免液压缸活塞温度过高,引发密封圈失效,建立活塞冷却腔内的两相流模型,基于Fluent对油液的流场及传热特性进行数值模拟。选用VOF多相流计算模型和SST k-ω湍流模型,结合液压缸活塞行程特性,通过UDF方法定义入口参数,得出不同活塞位置下的油液液相比例分布、油液速度场和对流换热系数变化规律。研究结果表明:冷却油液的瞬时比例和速度有着密切的联系,提升油液速率是改善传热性能的重要手段;该多相流模型的可靠性高,通过近壁模型法与壁面函数法得出的平均对流换热系数没有明显的差异。     

油液内气泡半径和含气量模型研究

针对液压油液内空气析出现象,研究压力变化时气泡尺寸和含气量变化规律。在分析气泡界面受力基础上,推导气泡半径和油液含气量的解析模型,通过与数值计算结果对比验证解析公式具有较高精度,理论分析气体随压力升高而发生的溶解和扩散现象对气泡半径和含气量的影响。搭建气泡尺寸测试试验台验证解析模型可准确计算气泡半径。对初始半径为0.095mm和2.9 mm的两个气泡跟踪测量结果表明气泡溶解和扩散导致气泡半径缩小加快,其影响程度决定于气体在油液的溶解度;对不同含气率的油液测量表明气泡分布呈现对数正态分布特点,经数据拟合气泡半径分布函数可由统一公式表示。最后,根据含气量模型推导其变化率的表达式,研究表明油液压力及其导数是影响含气量变化的主要因素。     

基于Fluent的柴油机冷却环道流动特性分析

 为缓解柴油机活塞的过热问题,对冷却环道内的气液两相流动状态及传热特性进行了研究。根据计算流体力学方法确立柴油机冷却环道流动的湍流模型和相界面模型。采用有限元方法,建立冷却环道两相流仿真模型,针对柴油机不同的转速、油压和油温条件分别进行仿真计算,得出油液的体积率和平均换热系数随曲轴转角的变化规律。通过发动机喷流试验台的验证可知,冷却环道内两相流动状态的实验与仿真结果具有良好的匹配性。研究结果表明：喷油压力对油液体积率和平均换热系数的影响非常小;油体积率和平均换热系数的变化趋势不存在一致性;冷却环道的换热能力主要由油液黏度和振荡强度决定。     

基于CFD的深海柱塞泵配流副流场特性分析

为预测深水环境下压力、温度及油膜分布等变参数对柱塞泵使用性能及工作寿命的影响规律,建立深水环境工况模型,基于雷诺(Reynolds)方程求解配流副稳态油膜控制方程,采用CFD方法仿真分析工作参数、水深环境参数等变化时油膜压力场、温度场变化规律。结果表明：当工作水深从海平面增加至7000 m时,排油腔高压油块A、上死点B及吸油腔低压油块C 3点处的轴向压力不断增大,油膜呈现楔形分布,而温度场分布在海平面至1000 m处温度急剧下降,之后降幅减小。随着水深的增加油膜受到的压力增大,温度减小,进而导致稳定性下降。指出变深环境对配流副油膜压力场、温度场影响显著,为深水环境下柱塞泵配流副的流场特性分析及性能优化打下基础。     

X70管线钢在海水中的腐蚀特性与防腐涂层性能研究

研究常温和40℃的温度环境下,X70钢在模拟海水中的腐蚀性能。介质为模拟海水,分别对表面抛光和表面带有防腐涂层的X70钢试样进行浸泡腐蚀试验,对其产物观察取样并进行SEM和XRD扫描,得到其腐蚀垢层微观形貌图和成分分析图。对X70钢进行电化学腐蚀测试,结果表明,同温度下,腐蚀电流密度随着浓度的增加而增大,腐蚀速率随着浓度的增加而增大;同浓度下,腐蚀电流密度随着温度的升高而增加,腐蚀速率随着温度的升高而增大。对X70钢在海水条件下的腐蚀速率、腐蚀产物以及防腐涂层性能等进行了全面的分析,所得数据真实可靠,为海水所用X70钢的腐蚀性能分析及防腐方法提供了理论和试验依据。     

流体介质中沉没辊模型附加质量和附加阻尼试验研究

为准确分析不同流体介质中沉没辊模型附加质量和附加阻尼的变化规律,建立理论计算分析模型,对4种模型在4种流体中进行模态试验。利用锤击法,分别对加杆和不加杆的沉没辊模型进行空气中模态试验,两者结果一致性较高。加杆沉没辊模型的试验结果分析可知,水和液压油中前六阶的频响函数曲线峰值明显,甘油中仅前三阶明显;甘油的黏度变化对模型固有频率的影响较小,但随其黏度的增大其附加阻尼因数增加;随着液体密度增加,模型各阶振型对应的附加质量因数均呈线性增加,且当结构的质量和刚度增大时,其增加的斜率减小;随着结构密度增大,模型附加质量因数减小;所有模型(1,2)和(2,2)振型的附加质量因数大于弯曲振型。     

基于超重力净油装置的三相分离数值仿真研究

液压系统的工作可靠性与油液的清洁度有密切关系,固体颗粒和水是液压油中污染物的重要组成成分,因而对于这两相的滤除是提高油液清洁度的关键。该研究基于一种新型超重力净油装置,借助于计算流体力学（CFD）软件FLUENT对该装置内涉及的两类流场--超重力流场及旋流分离流场进行数值仿真分析研究。通过获取旋流场内的固 液分离特性及超重力场内的液 液分离特性,进而对超重力净油装置的净油效果进行综合评估。仿真结果表明,该种新型超重力净油装置能有效去除液压油内5 μm左右的固体颗粒污染物和其中含有的水分,该研究的实施为提高我国污染控制水平提供一种新思路。     

电感-电容双模式液压油污染物检测传感器

提出了一种电感-电容双模式液压油多污染物检测新方法,所设计的传感器由硅钢片和平面电感线圈构成,通过切换检测模式,既能作为电感传感器区分检测液压油中的铁磁性颗粒和非铁磁性颗粒,也能作为电容传感器区分检测水滴和气泡。较传统的电感式传感器,该双模式检测传感器不仅可对多种污染物进行检测,而且硅钢片能够有效增加检测区域磁场强度,从而提高了电感检测的精度。在搭建的检测系统上,使用该传感器对油液中的污染物进行检测试验,在电感模式下成功检测到了30μm铁颗粒和110μm铜颗粒,在电容模式下可对油液中130μm水滴和170μm气泡进行检测。该研究对液压油液污染物的综合检测提供了技术支持,对于预防液压系统的故障和延长液压设备工作寿命具有重要的意义。     

海水液压技术在深海装备中的应用

海水液压技术由于其与海洋环境相容、具有海深压力自动补偿功能、运行成本低、工作介质易处理、难燃、系统组成简单、清洁等优点,已在国内外的深海装备中得到了成功应用。介绍海水液压技术的优点及国内外研究简况。分析液压元件与系统采用海水直接作为工作介质所面临的关键技术问题,同时分析深海环境对元件的性能产生影响,包括海深压力和温度对介质特性的影响、海水介质的颗粒污染、海深压力对摩擦副的影响等;从新原理、新材料、新结构、新工艺等方面分析相应的解决措施。介绍几个海水液压技术在深海装备中应用的实例:①潜水器浮力微调采用海水液压浮力调节系统,替代油压和气压浮力调节系统,具有结构简单,性能可靠等优点,是目前大深度潜器普遍采用的形式;②海水液压驱动水下作业机械手,是今后水下作业机械手驱动方式发展的新方向;③海水液压水下作业工具,直接以海水作为工作介质,同油压工具相比,具有系统组成简单、压力损失小、效率高、维护方便等优点。     

大深度潜水器海水液压浮力调节技术研究进展

海水液压技术由于其与海洋环境相容,具有海深压力自动补偿功能、运行成本低、工作介质易处理、难燃、系统组成简单、清洁等优点,已在国内外的深海装备中得到了成功应用。采用海水液压浮力调节系统替代油压和气压浮力调节系统,具有结构简单、性能可靠等优点,是目前大深度潜水器采用的主要形式。介绍了海水液压浮力调节的国内外简况,分析了深海环境对元件性能产生的影响,包括海深压力和温度对介质特性的影响,海水介质的颗粒污染、海深压力对摩擦副的影响等;从新结构、新材料、新工艺等方面提出了相应的解决措施。最后,重点介绍了我国在海水液压浮力调节技术研究方面的进展。