双斜盘轴配流轴向柱塞式液压电机泵的实验研究

研制了一种双斜盘轴配流轴向柱塞式液压电机泵样机，并通过实验研究了样机所能达到的性能：理论排量7 mL/r、额定工作转速6000 r/min下公称压力20 MPa; 5000 r/min下最大工作压力30 MPa;液压泵部分的容积效率达到91%以上。测得液压电机泵总效率最高值到达61%,中等转速区间(2000～4500 r/min)和压力区间(10～30 MPa)范围内总效率在0.56～0.61。实验表明，此类型液压电机泵，转子黏性阻力损失和配流轴间隙处的泄漏损失是两大主要损失，温度对这两大损失分别有明显的减少和增加作用，通过改善散热条件、选取合适的配流副间隙和使用低黏度液压油，有望更进一步提高样机的总效率。结果表明：适度提高液压电机泵的工作转速和提高电机的电流密度可以显著提高液压电机泵的功率密度，但转速过高，会带来较大的黏性阻力损失；采用较低工作转速、偏细长型的转子，采用低黏度液压油和取合适的配流副间隙，并且改善散热条件等，都是提高轴配流液压电机泵总效率的有效方法。     

液压电机泵样机的结构改进与性能试验

为了进一步降低液压电机叶片泵样机的噪声、提高效率,运用有限元分析软件对研制出的液压电机叶片泵样机的部分部件进行应力应变与流场计算和结构改进,获得了改进样机的转子转速、输出流量、噪声声压级和效率随输出压力的变化规律。结果表明:改进后液压电机叶片泵样机有效地解决了内泄漏较大问题,消除了因内部流道狭窄引起的气穴现象;与电机油泵组相比,容积效率基本一致,在输出压力大于13 MPa时,总效率略低,约为2%,噪声声压级降低了11 dB以上。     

一种新型孔式模态转换型超声电机

针对斜槽式模态转换型超声电机工艺复杂,成本太高,研制了一种全新结构的孔式模态转换型超声电机.利用振动理论分析了电机的模态转换原理及工作机理.利用ANSYS软件对电机定子进行了仿真分析,分析了电机定子的工作模态和谐响应.制造了一台原理型样机,测量了样机的工作频率、振型、转速、转矩等.结果表明,这种电机的工作频率约为57.5 kHz,空载转速可达1 000 r/min,最大转矩可达0.15 N·m,其性能与所研制的斜槽式原理样机相近.     

用于高转速球形电机的球形转子变形分析

介绍了一种用于转速为300 r/min的球形电机的球形转子机构。利用ANSYS Workbench有限元分析软件根据工作状况对转子进行了离心力变形、温度变形、压力变形及3种载荷下的多物理场耦合仿真分析,得出了温度和离心力是实心球形转子产生变形的主要原因及其规律,以及采用静力学与瞬态动力学对同一结构计算结果的差异。不仅证明了此类球形转子在300 r/min转速时的可行性,同时为更高转速的球形电机球形转子的变形仿真提供了重要的参考依据。     

一种新型杆式行波型超声电机的研究

以提高新型杆式超声电机转速、负载能力和能量转换效率为目标 ,对电机定子、转子的结构和接触模型进行了研究。以有限元分析计算为基础提出了新的电机定子结构 ,使定子在定子、转子接触面处的振幅加大 ;提出并应用了柔性转子的概念 ,使定子、转子在接触面上的径向相对滑动大为减小。用实验方法对电机机械性能进行了测试和分析 ,得出电机定子 (兰杰文振子 )的预压力以 2 0 0 0N左右为佳 ,定、转子间最佳的预压力 35N。实测工作频率为 38.7kHz时 ,无负载转速为 2 2 5r/min ,堵转力矩为 4 2N·m ,达到了设计要求     

高速永磁电机转子静力学与模态分析研究

高速永磁电机运行时转子产生较大离心力,为了避免电机转子失效,在设计阶段对电机转子静力学与模态分析至关重要。以转速高达90000 r/min永磁发电机为研究对象,通过三维软件UG建立该高速电机转子模型,在ANSYS软件中对转子进行静力学分析,得出电机转子在高速工况下变形和应力分布规律;通过模态分析,得到了电机转子结构固有频率和振型云图,最后进行了样机制作并配套永磁发电机。相关研究工作为高速永磁发电机设计提供了一定参考价值。     

永磁体助磁的双转子双鼠笼异步电机研究

针对异步电机功率因数低的问题,对一种新型电机—永磁体助磁的双转子双鼠笼异步电机进行了研究。介绍了该电机的基本结构和工作原理,创新性地采用了双鼠笼的结构,并对笼间磁轭厚度对电机性能的影响进行了分析。利用有限元分析方法对该电机和双转子单鼠笼异步电机及普通异步电机分别进行了仿真分析,通过比较3种电机在不同负载下的运行状况来研究电机的起动能力和稳态运行性能。仿真研究结果表明,永磁体助磁的双转子双鼠笼异步电机较双转子单鼠笼异步电机和普通异步电机具有更高的功率因数和效率,较双转子单鼠笼异步电机具有更好的起动性能。     

MW级集成式压缩机用高速永磁电机转子结构设计

为直接驱动我国压缩机行业新型大功率集成式压缩机的正常运行,采用理论分析和有限元仿真相结合的方法,设计了一台输出功率10 MW、运行转速8000 r/min的高速内置式永磁同步电机转子模型。通过理论计算,调节电机的额定转速,使电机长径比趋于常规高速电机,保证了转子的机械安全。利用ANSYS workbench有限元软件,求解了转子模型的临界转速大小,以此避开转子共振发生区。结果表明：在保证电机输出功率满足要求的前提下,电机的额定转速最大为8000 r/min,此时可以保证电机具有良好的机械强度性能;转子模型临界转速为14820 r/min,远大于其工作转速,因此转子运行时不会发生共振危险,设计合理。     

立磨选粉机操作参数对分级区压力分布数值模拟分析

转子转速和系统风量是立磨选粉机的两个重要操作参数。针对立磨选粉机改造结构,采用离散相(DPM)流体模型和RNG k-ε湍流模型,对分级区压力分布进行了数值模拟(CFD)分析;对比分析了不同操作参数下压力分布与分级效率的影响,获得转子转速和系统风量对立磨选粉机分级区压力分布与分级效率的变化规律。结果表明:转子转速与系统风量匹配不当导致分级区叶片间压力分布的大幅波动,立磨选粉机的分级效率降低。综合数值模拟与试验分析,5500 m3/min的系统风量与55 r/min的转子转速使选粉机分级区的压力分布最为均匀。     

压缩机用永磁无刷直流电机的多物理场分析

为了降低电动涡旋压缩机的电机电磁噪声,对于有外套的弧形磁片式转子电机在中低频电磁噪声较为明显的情况,提出采用内置V型径向式转子电机,并对样机进行了多物理场联合仿真和实验测试.通过仿真分析得到了内置V型径向式转子电机在1000～6000 r/min的6个转速下的多物理场的振动等效辐射声功率瀑布图以及噪声的远场声压级瀑布图,并在噪声室通过汽车空调压缩机噪声测试运转台测试了样机的振动及噪声,将仿真的数据与实验数据进行对比,验证了基于ANSYS Workbench平台永磁无刷直流电机在多转速下的耦合场分析的准确性.     

轴流泵变转速性能试验及内部流场数值计算

研制比转速550 r/min、转速2 900 r/min型QY90-4.4-1.5潜水轴流泵样机。通过型式及变转速外特性试验,得出轴流泵qV-H、qV-Pa和qV-η性能曲线变化规律;验证qV-H、qV-Pa曲线及各转速最优工况之间换算均不满足相似定律,泵综合特性曲线等效曲线与相似抛物线差别较大;采用计算流体力学(Computational fluid dynamics,CFD)方法进行转速对流场影响数值计算,得到不同转速下最优工况叶片表面速度和静压分布,阐明外特性变化规律内在原因;泵转速提高,叶片表面速度增大,内部流动基本符合圆柱层流面无关性假设;同时叶片所受升力增大,叶片背面所承受的负压强进一步降低,易发汽蚀的可能性增大,可以推测汽蚀是制约轴流泵高速化发展的主要因素之一。轴流泵内部液流轴向运动雷诺数较小,难以达到尼古拉兹试验粘性力相似的自动模型化区,且叶栅与单翼型升力系数的差异,也难以保持变转速工况之间升力的相似,这是不满足相似定律的主要原因。     

变量型阀配流柱塞式液压电机泵的研制

研制了一种双斜盘阀配流轴向柱塞式液压电机泵的样机,并阐述了一种依靠改变左右斜盘相对位置角度关系来实现液压泵排量改变的变量方式。研究表明：样机技术指标达到了额定压力20 MPa,输出流量298 mL/min,容积效率达到96%,并验证了新变量方式的可行性和具有余弦规律的变量特性。实验也证明了适当增大吸入阀弹簧预压紧力以抵消配流阀旋转时所受的离心力,与在吸入阀的前腔设计简易的离心增压装置以利用液体离心力等方式是可行的,不仅使得泵在中速（750~1200 r/min）时可保持较好的排量,而且在高速(1200~1500 r/min)时排量降低不显著。     

中浓纸浆泵运行性能试验研究*

中浓纸浆泵是中浓输送环节的核心设备,其运行性能直接影响着输送系统的效率。为了研究不同运行条件对中浓纸浆泵运行特点和性能的影响,设计一种基于声纳流量测试系统的中浓纸浆泵性能试验台。研究分析了纸浆浓度(质量分数)为7.52%, 9.3%, 12.1%,转速为960 r/min, 1 140 r/min, 1 500 r/min和不同排气抽吸真空度时,泵的扬程、效率、出口含气率及最大极限流量变化特征。试验结果表明：随着纸浆浓度的增加,同一流量下扬程、效率逐渐下降。真空度对泵的性能特性有显著的影响,在不抽真空条件下,中浓纸浆泵可实现7.52%浓度纸浆的输送,但随着流量的增加,扬程、效率明显下降;随着抽吸真空度的增大,扬程逐渐升高,且存在一个最佳真空度值使得泵效率最高,泵出口纸浆的含气率逐渐降低。扬程随转速的增加而升高,泵出口纸浆的含气率降低;所需真空度随转速的增加而减小,表明提高泵转速有利于纸浆中气液的分离从而降低所需的真空度值。泵出口纸浆中含气率随着纸浆浓度的增加而升高,同时所需的抽吸真空度也迅速增加。最大流量极限值随着纸浆浓度的增加而减小,随转速的增加而增加。     

转速对齿轮泵内流场空化强度的影响

针对齿轮泵中齿轮转速在500~3652 r/min的变转速条件下工作的实际工况,该文通过实验的方法研究了转速对某型齿轮泵内流场空化强度的影响。使用现有的齿轮泵测试实验台,对在齿轮泵转速改变的条件下,齿轮泵内流场的空化强度改变进行监测。由于空化无法直接测量,该文根据空化诱导振动理论对齿轮泵的振动进行测量,得到了齿轮泵内流场空化强度随齿轮转速上升而增强的规律。通过Pumplinx软件对内流场进行建模,利用软件特有的空化损伤模块进行了仿真验证,仿真结果表明齿轮泵内流场空化强度随齿轮转速上升而增强,与实验所得规律一致。本文所总结的规律对减弱齿轮泵内流场空化强度,提升使用寿命具有一定的参考作用。     

基于平均功率平衡控制的磁悬浮分子泵电力失效补偿方法

高速磁悬浮涡轮分子泵（Turbo Molecular Pump, TMP）因其高能量密度、微振动、无需润滑等优点被广泛应用于工业领域,但外部电源失效时,高速转子跌落后与保护轴承产生剧烈撞击和摩擦,将给系统带来致命损害。针对以上问题,提出一种基于平均功率平衡法的电力失效补偿控制（Power Failure Compensation Control, PFCC）方法。首先,设计电机能量回馈电路;其次,对Buck-Boost变换器进行数学建模,设计一种双环非线性控制器,其中电流内环使用滑模控制,电压外环使用平均功率平衡控制（Average Power Balance Control, APBC）,并利用Lyapunov函数推导出系统的稳定性条件;最后,通过搭建磁悬浮分子泵PFCC实验平台,对所提出的方法进行实验验证。结果表明：本文所提出的方法具有快速响应和输出鲁棒性,磁悬浮转子由额定转速21000 r/min降至3900 r/min时跌落,电机能量转化效率为96.6%,提高了磁轴承系统的安全性。     

一种新型球塞液压油泵的研制

介绍了一种新型径向球塞液压油泵及其试验装置，该球塞液压泵的工作原理是由主轴带动转子旋转，使其球塞、球塞孔和配流轴之间形成的工作腔体体积发生周期性变化，从而实现吸排液压油。简要说明了该泵在设计加工制造过程中的关键技术，对该泵的流量、压力、噪声进行了全面的性能试验检测，根据其性能曲线进行性能分析，该泵在转速1000 r/min时其流量可达理论流量的88%，压力可达5.8 MPa，噪声65 dB，为液压泵的后续研究提供必要的参考。该泵具体性能指标为最大转速1300 r/min，输出流量范围0~130.6 L/min，输出压力范围0~6.7 MPa，运转噪声最大66 dB，重量33 kg，工作介质为液压油。     

A cost-effective extracorporeal magnetically-levitated centrifugal blood pump employing a disposable magnet-free impeller

In the field of rotary blood pumps, contactless support of the impeller by a magnetic bearing has been identified as a promising method to reduce blood damage and enhance durability. The authors developed a two-degrees-of-freedom radial controlled magnetic bearing system without a permanent magnet in the impeller in order that a low-cost disposable pump-head for an extracorporeal centrifugal blood pump could be manufactured more easily. Stable levitation and contactless rotation of the 'magnet-free' impeller were realized for a prototype blood-pump that made use of this magnetic bearing. The run-out of the impeller position at between 1000 r/min and 3000 r/min was less than 40 microm in the radial-controlled directions. The total power consumption of the magnetic bearing was less than 1 W at the same rotational speeds. When the pump was operated, a flow rate of 5 l/min against a head pressure of 78.66 kPa was achieved at a rotational speed of 4000 r/min, which is sufficient for extracorporeal circulation support. The proposed technology offers the advantage of low-cost mass production of disposable pump heads.     

变转速工况对直线共轭内啮合齿轮泵容积效率的影响

随着液压技术向高压化、轻量化、节能化发展,直线共轭内啮合齿轮泵因具有结构紧凑、流量脉动小、使用寿命长、噪声小等优点,其应用领域逐步扩大。随着内啮合齿轮泵使用转速的变化,其容积效率也出现变化,为了获得内啮合齿轮泵转速对其容积效率的影响规律,采用液压油、纯水两种介质,通过数值计算的方法,研究内啮合齿轮泵转子域空化特性、对比分析出口体积流率。结果表明：随着转速上升,内外齿啮合最小容积腔及吸油口处气相体积分数增加明显,易引起空化、气蚀,从而产生噪声、振动等问题;当转速过高时,介质中的气体析出明显,易出现吸空现象,导致齿轮泵容积效率降低,纯水介质比46#液压油介质下的齿轮泵容积效率更低。因此,要改善高转速工况下的齿轮泵容积效率,需优化内啮合齿轮泵进油口流道,增加入口压力,提升内啮合齿轮泵高转速工况下的综合性能。     

超高速切线泵扬程系数试验

为获得切线泵在超高工作转速下的扬程系数、摩擦功耗损失、温升特性与工作转速关系,针对外径42 mm的8叶片切线泵开展了试验研究,将切线泵装配至涡轮轴系上,通过高压氦吹驱动涡轮轴系进行超高速运转试验。试验过程中通过控制高压气源压力及切线泵输出流量,获得了切线泵在52.8×10³~80.8×10³ r/min转速范围内的输入轴功率、输出压力、输出流量及温升特性数据。通过对实测数据的分析与计算,取得了外径42 mm的切线泵在超高转速条件下泵扬程系数、功耗损失及工作过程中温升特性试验数据。试验结果表明:外径42 mm的8叶片切线泵在52.8×10³~80.8×10³ r/min转速范围内,转速每增长1000 r/min,功耗损失约增加1.486 kW,所耗功率全部用于泵叶轮搅油摩擦损失,同时转速增加内泄增大,导致扬程系数由0.70缓降至0.66,零输出流量时由摩擦损失导致的液体介质温升速率达2.38 ℃/s,试验结束时油温最高达到274.5 ℃。试验研究提供了一种切线泵特性测试方法,可作为切线泵及涡轮泵设计和分析的依据。