基于ANN的ESPCP系统转子转速调控技术研究

分析了潜油螺杆泵采油系统转速的主要影响因素.计算出螺杆泵理论排量并采集其输入端的压力、温度和井口压力、流量作为原始输入,通过二级神经网络,确定螺杆泵转速与其主要影响因素之间的非线性映射关系.基于ANN的转子转速在线调控系统不仅有效地减少衬套的磨损,增加螺杆泵使用寿命,而且能够获得稳定且较高的工作效率,提高了控制的灵活性和准确性.     

几种人工神经网络在潜油螺杆泵转速预测中的比较

在潜油螺杆泵的使用中,转速的选择与控制十分重要,同时转速的预测能够有效地避免泵效下降、延长泵的使用寿命。目前在分析各因素对螺杆泵转速影响的基础上,采用人工神经网络方法建模并进行预测其后续转速已成为研究的热点。在对螺杆泵转速影响因素的分析基础上,采用BP网络、RBF网络和Elman网络分别对转速进行实例研究并观察其误差。结果表明,三种典型的神经网络模型均能够很好地描述任意温度、原油粘度和泵端压差等工况条件下的螺杆泵转速变化特性,实现螺杆泵转速的预测。RBF神经网络训练速度最快且误差值最小,Elman神经网络和BP神经网络的预测误差接近,但前者的训练误差要比后者平滑。     

基于改进BP神经网络的螺杆泵转速预置模型研究

在螺杆泵的采油过程中,因受到多方面因素的影响,而不能对转子的转速进行准确、实时的调整,为了解决这一问题,提出了一种基于改进BP神经网络的螺杆泵转速预置模型。首先,利用基于L-M算法的BP神经网络方法,预测了螺杆泵当前条件下的最优转速;然后,将所预测的螺杆泵最优转速传递给转速调整模块;最后,通过PID控制调节电机转速,构成了转速预置模型,该模型可以根据实时测得的原油温度、原油黏度、泵端压差、容积效率等数据来预置该条件下螺杆泵的最优转速。仿真实验结果表明:该模型对螺杆泵各工况下的最优转速预测平均相对误差为0.96%。研究结果表明:该模型对螺杆泵转速实时预置具有较好的效果,可为潜油螺杆泵采油系统中转速的实时调整打下基础,有利于提高螺杆泵的使用效率和经济使用寿命。     

螺杆泵腔室内流场的数值模拟研究

在SolidWorks软件中建立了螺杆泵定子与转子模型,并成功地进行装配,运用Fluent提供的UDF功能建立描述螺杆泵转子运动的动网格;运用Fluent求解器对螺杆泵腔室内的非定常流动进行数值模拟,得到流场的速度分布、压力分布和应力场;分析流体粘度、转子转速以及螺杆泵偏心距对流场的影响。计算结果表明:当转子要离开定子的两端面时,泵内流场总会出现十分明显的涡流;粘度仅影响速度、压力和应力数值的大小,而对分布规律的影响不大;转子转速对速度分布影响比较大,流场速度随转子转速的增大而增大;此外,偏心距对流场有较大的影响,且偏心距越大流场参数变化幅度越大,这表明偏心距对螺杆泵的稳定性影响很大。     

煤层气排采螺杆泵定、转子接触应力研究

为了研究煤层气排采中螺杆泵定、转子的接触应力状况,以螺杆泵转子近圆心位置的两点为对象,建立了运动方程,并比较了在纯滚动状态下的有限元分析结果与赫兹(Hertz)接触应力的误差,得出与赫兹(Hertz)接触应力相近的结果,在过盈量为0.05 mm至0.3 mm范围内,最大误差值为2.46%,最小误差值仅为0.048%;考虑定、转子接触非线性,用罚函数法引入接触界面约束条件,用ANSYS Workbench软件来求解定、转子接触应力。结果表明,螺杆泵在工作时,定子与转子的接触应力受接触位置、过盈量的影响显著;当定、转子摩擦系数不为0时,摩擦系数对接触应力的影响不敏感;当转子转速较高时,转速对接触应力的影响不敏感。     

螺杆泵容积效率影响因素分析

井下螺杆泵的容积效率存在一定的波动,这对螺杆泵转子尺寸的设计以及定转子选配带来一定的困难,影响了螺杆泵的应用。从定子内腔尺寸、转子尺寸、试验环境这几个方面进行分析,总结出螺杆泵容积效率的影响因素。     

螺杆泵井选泵规律研究

建立了不同转子尺寸下螺杆泵容积效率-压力之间的关系曲线和不同压力下螺杆泵容积效率-转子尺寸之间的关系曲线。以此为基础建立了螺杆泵定转子配合公差确定方法、螺杆泵定子制造公差检测方法,达到螺杆泵定转子完全或不完全互换的目标。提出了螺杆泵定子大小径尺寸检验方法,建立了应用环境温度、螺杆泵额定压力、流体介质对螺杆泵定子尺寸影响的检测方法,测定了载荷对螺杆泵定子尺寸的影响,确定了螺杆泵井选泵规律。     

不同过盈量和工作压力下螺杆泵定子与转子接触压力的有限元分析

螺杆泵定子与转子间接触压力对其使用寿命至关重要，而定子与转子间过盈量和工作压力对螺杆泵定子与转子间接触压力有重要影响。建立螺杆泵的三维模型，采用有限元方法研究螺杆泵装配条件下不同过盈量(0.4～0.7 mm)和工作压力(0.03、0.06、0.09 MPa)对螺杆泵定子与转子接触压力的影响。结果表明：随着过盈量的增大，定子与转子的接触压力增大，定子与转子的接触面积也随之增大，且接触压力的最大值出现在密封线吸入端的螺旋段部分；但随着过盈量的增加，接触压力的增大趋势变缓；定子与转子的接触压力随着工作压力的提高而增大，工作压力导致螺杆泵的最大接触压力向排出端偏移，接触压力的最大值出现在靠近介质排出端的螺旋段上。     

多头螺杆泵几何建模方法研究

假设在已知多头螺杆泵断面具体型线方程的条件下,即不讨论多头螺杆泵的断面的具体型线方程,沿多头螺杆泵的轴向给出了螺杆泵的定、转子型面表述矩阵方程式.在确定了螺杆泵转子断面的具体型线方程后,就可以很方便地进行螺杆泵的定、转子空间型面的数学建模,为其数控加工程序的编制和型面精度测量提供理论依据.     

高精密点胶螺杆泵的参数分析与性能研究

针对电子封装对胶液分配具有高精度的控制要求,基于单螺杆泵的运动学特性建立边界条件,采用三维计算流体力学软件对精密螺杆泵流场模型进行数值分析,研究了螺距、偏心距、转速和压差等参数对高精密点胶螺杆泵压力和流量稳定性的影响,得到使螺杆泵性能较优的T/D,T/e区间和适宜的转速区间,为确定合理的高精密点胶螺杆泵的结构参数和运行参数提供了理论依据。     

齿轮传动转子系统弯扭耦合振动研究

为分析齿轮传动复杂轴系的振动问题,根据有限元法和拉格朗日法,考虑陀螺效应、油膜支承等因素,得到了转子-轴承系统的弯扭耦合振动模型;在此基础上,根据齿轮副运动过程中啮合刚度和啮合阻尼的变化,得到了齿轮副系统的弯扭耦合振动模型。然后,根据齿轮副的实际排列方式,引入方位角,使得转子模型与齿轮副模型坐标统一化,并将其耦合到一起,得到了更加接近实际的齿轮转子模型,并且计算了其临界转速和振型。研究结果表明,耦合后转子的临界转速低于单转子的临界转速,齿轮传动对转子轴系振动有着明显影响。     

新型机械增压器转子系统静力结构分析

由新型机械增压器4叶、160°扭转角转子系统,在工作过程中的受力特点以及转子系统的结构和装配要求可知,主动转子承受的载荷大于从动转子,从校核的角度只需对主动转子进行校核即可。建立主动转子的受力模型,设定2种不同的转速、压差工况,求出在这2种工况下转子上所受各种载荷的大小。将转子系统进行合理简化后利用三维造型软件进行实体建模,然后对建好的转子实体模型进行网格化离散处理,施加各种载荷、约束等边界条件,设置求解选项并求解。求解后得到系统的总变形、应力和应变等静力学参数,与转子系统各材质的力学性能参数进行对比。结果表明,所采用的分析方法可以较好地反映机械增压器转子系统的力学性能,为新型机械增压器的实际设计提供了可靠的理论依据。     

Unbalance response of rotor disks supported by fluid film bearings with a negative cross coupled stiffness using influence coefficient methodReponse de desequilibre d'un rotor multidisque sur paliers lisses par a methode des coefficients d'influence

The dynamic response of a multidisk rotor system supported by fluid-film bearing using the method of influence coefficient is presented. The stiffness and the damping coefficients have been considered as speed dependent. The two bearings, which support the rotor shaft, are dissimilar. The dynamic response is calculated by varying parameters such as spacing between the disks, the viscosity ratio of the oil of the bearings, the bearing clearance ratio and the relative mass of the rotor disks. The effect of damping on the rotor response and the critical speed is also presented.     

高速滚动轴承柔性转子试验机

支承高速柔性转子的滚动轴承的寿命、可靠性及失效形式十分复杂,很难得到准确的理论分析结果。因此新研制了高速滚动轴承柔性转子试验机,可以模拟轴承的载荷、转速、润滑等工况条件,测试支承柔性转子系统的轴承性能,为高速轴承性能分析提供准确的试验数据。对支承柔性转子的滚动轴承进行了试验,验证了试验机的可靠性,发现与刚性转子系统相比,柔性转子系统振幅增大且轴心轨迹复杂,这将影响支承轴承的动力学特性。     

The reduction of the vibration level in high-speed rotor systems by means of floating seal rings

The dynamics of high-speed rotor systems is studied during the rotation of the rotor in floating seal rings considering the effects of the hydrodynamic interaction forces between the rotor and the seal rings. A dynamic analysis of the “flexible-rotor-hydrodynamic-medium-floating-rings” system shows that the floating seal ring becomes a broad-band hydrodynamic oscillation damper when the rotor speed coincides with the partial frequency of the ring. Under transient conditions, it is practical to vary the speed slowly during the speedup/shutdown. The effect of the hydrodynamic forces also leads to the disappearance of the rotor critical speed since the rotor’s stiffness increases on the hydrodynamic layer more rapidly than the speed. The parameters of the seal rings of a multi-mass rotor system of turbo-driven pump assemblies for liquid-propellant rocket engines, such as the pressure drop and the masses, that ensure the damping of the oscillations are found.     

基于最优控制的转子不平衡补偿的研究

磁悬浮转子高速运行过程中,不平衡振动是影响其运行动态品质的主要原因,由于振幅过大、功放饱和等问题,导致系统无法继续提升转速.文中介绍了永磁偏置磁轴承的工作原理和数学模型,在零电流原则基础上,研究了一种基于最优控制的高速磁悬浮转子不平衡振动补偿的方法.仿真结果表明,该方法在转子高速运转时有效地减小了磁轴承功放的控制电流和转子的振动,提高了系统的可靠性和稳定性,为进一步提高磁悬浮转子转速创造了条件.     

高速转子动平衡补偿技术研究

在对高速回转系统进行平衡措施以减少振动量的研究中,结合电磁式间接在线动平衡头和电磁式在线混合动平衡头的优点,开发一种节能的高速转子在线动平衡补偿装置;利用电磁场的耦合作用,无接触地在加重平面处形成与所需离心力等效的旋转电磁力,实现在线实时精密补偿;并运用影响系数法控制策略,利用旋转极坐标合成矢量力,使转子质心落回旋转中心;同时,时空旋转电磁力消失,转子系统在极坐标合成力的作用下实现最终动平衡。     

风力机与液力变速传动装置匹配工作特性研究

通过对液力变速传动装置应用于风力发电系统运动规律的分析,得到了适应变化的风轮转速、保持恒定发电机输入转速的风轮转速与液力变矩器涡轮输出转速应保持的关系。根据传动系的功率分流原理及能量平衡方程,推导了液力变矩器泵轮输入功率占风轮功率的比例以及液力变速传动装置的总体传动效率关系式。结合风力机特性进行了液力变矩器涡轮输出工作特性的分析,综合评价了影响传动效率的主要因素。针对低转速比和高转速比两种型号的液力变矩器进行了系统的匹配计算,为液力元件的选型与设计、差动轮系及定轴轮系关键结构参数的选取提供了参考。
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基于谐波分量的转子系统碰摩故障定量诊断方法

提出一种利用碰摩转子系统响应中的高次谐波分量进行碰摩位置和碰摩力定量诊断的新方法。基于谐波平衡理论分析碰摩故障转子系统的动力学特性,证明了碰摩故障转子系统中任意两节点之间高次谐波分量之比等于无故障转子系统频率响应矩阵的相关元素之比。根据此关系,提出转子系统碰摩故障模型诊断方法和步骤:利用正常转子系统与故障转子系统响应的任意一阶谐波分量之差,结合转子系统的动力学模型,就可以诊断出碰摩的位置;进而可以根据故障转子系统响应的各次谐波分量还原出碰摩力分量。为验证该方法的有效性,对一转子系统进行偏碰和整周碰摩时的数值仿真,并分析支撑刚度及噪声对诊断方法的影响;又在模型转子试验台上进行了试验。该方法仅利用一个转速下两个节点的振动响应即可实现碰摩故障的在线定量诊断,因此便于在实际旋转机械上实行。     

齿轮-转子-轴承系统的动力特性试验研究

在具有不对中和质量不平衡的齿轮 -转子 -轴承系统试验台上 ,通过改变系统的转速、速比和齿轮的位置 ,进行了动力学试验研究。试验结果证明了理论研究所得出的结论 ,即一个转子上的不平衡质量能够导致系统中每一个转子产生同频振动 ;当某一子系统存在不对中故障时 ,不仅在单转子 -轴承系统的响应中 ,而且 ,在整个系统响应中 ,将含有倍频成份