水泵叶轮结构动态特性改进设计

叶轮是潜水搅拌器的重要部件,它的动态特性影响着潜水搅拌器的主要特性:动力性、振动与噪声、经济性等.结合实验模态分析和有限元理论计算,对叶轮的动态特性进行研究,对两者结果进行分析,在得出两者存在强相关性基础上,给出了基于动态特性的叶轮结构改进方式.     

基于FLUENT的潜水搅拌器搅拌流场分析

对于潜水搅拌器的搅拌流场,采用基于雷诺时均方程和标准k-ε方程的湍流模型,以及贴体坐标和交错网格系统对N-S方程用有限体积法进行离散,采用交错网格存放变量,用SIMPLEC算法求解N-S方程,应用Fluent软件对三维不可压湍流搅拌流场进行数值模拟。结果表明:搅拌器叶轮运行时产生旋向射流,中心速度较快,向外做扩展运动,利用体积流来输送液体。通过调整潜水搅拌器的安装深度和改变搅拌器叶轮的重要设计参数轮毂比的大小,对所得到的模拟结果进行对比分析,提出优化的安装和设计方案。     

拉杆对锚式搅拌器搅拌效果影响的数值模拟

对锚式搅拌器的研究大多采用试验的方法,现采用数值模拟软件对锚式搅拌器进行研究。对无拉杆、带水平拉杆和带水平垂直拉杆等3种锚式搅拌叶轮在不同雷诺数的流体中进行数值模拟,得到了槽内流体的流场特性,分析对比了拉杆对锚式搅拌叶轮功率消耗的影响。结果表明,放置水平拉杆的锚式叶轮对功率消耗无明显影响,而且同时放置水平和垂直拉杆的锚式叶轮,对功率消耗也无明显影响。模拟结果与文献试验结果相符。     

大流量工况高比转速潜水排污泵空化性能分析及优化

为提升高比转速潜水排污泵在大流量工况下的空化性能,通过增大叶片进口安放角、减小包角的同时前移叶片进口边的方法,在不改变叶轮外形尺寸的基础上对叶轮叶片进行优化。基于CFD数值计算,预测了3个流量工况下的优化方案(方案二)高比转速潜水排污泵的外特性性能和空化性能,并与原有方案(方案一)的性能进行了对比分析。结果表明:随着空化余量的降低,叶轮进口边附近逐渐产生低压区,主要集中在叶片进口边背面。在叶轮外形尺寸不改变的基础上,增大叶片进口安放角、减小包角的同时前移叶片进口边,不仅可以提高高比转速潜水排污泵的外特性性能,还可以提高大流量工况时的空化性能。在流量为1 500 m~3/h时,必需空化余量仅为5.37m,比原有方案的空化性能提升了6.24m。     

潜水搅拌机叶轮改型及数值模拟分析

利用Faro三坐标测量机扫描出实际叶轮的三维模型,在三维软件Geomagic Studio中进行处理和建模。基于环流理论与毂帽鳍节能理念对原潜水搅拌机叶轮进行改型,根据毂帽鳍直径参数设计出三组叶轮改型方案,并对改型方案进行建模,然后把三维模型导入Fluent软件中,对所改型的用叶轮搅拌的污水处理池进行数值模拟,计算全池内流体的宏观流场与各个截面的速度分布,分析潜水搅拌机的轴向有效推进距离与水体截面有效扰动半径,同时对潜水搅拌机的功率进行研究,得出最佳设计方案。     

潜水排污泵的失效分析及改进

通过对QW型双流道潜水排污泵叶轮失效原因进行分析,得出潜水排污泵叶轮产生磨损的主要原因是因高速含固体颗粒的水流对过流部件的磨损破坏和汽蚀与磨损的联合破坏的结果,根据分析结果提出相应的解决方案。按此方案对该泵进行综合改造后,经运行半年后解体观察,叶轮部分无明显腐蚀,效果良好,达到预期效果。     

井用潜水泵锥形套极限偏差的合理设计

针对泵轴和叶轮是用锥形套联接并传递扭矩方式的井用潜水电泵,给出了并用潜水电泵叶轮内孔及锥形套外径极限偏差的合理设计方案,解决了潜水电泵由于锥形套的接触面积不够大,在运行中经常出现叶轮脱落的现象,并举实例进行计算。     

BQS140/340/315型矿用潜水排沙泵的研制

介绍BQS140/340/3 15型矿用潜水排沙泵的总体结构。分析了普能矿用潜水排沙泵叶轮寿命短的原因。介绍BQS系列潜水排沙泵叶轮的不同结构形式,叙述了泵的前置搅拌叶轮、后环迷宫平衡鼓、双机械密封的轴封、高性能防爆感应电机等部件的结构和优点,列述了该泵性能试验曲线和应用。     

潜水排污泵叶轮水力设计改造

某污水处理厂潜水排污泵在实际运行中,实际运行工况大大偏离设计点工况,导致泵出现较强的振动现象,且潜水排污泵性能范围无法满足实际工况需求。针对此问题,对该泵叶轮进行了水力设计改造,改善水力性能,通过三副叶轮试验比较,择优选出的叶轮,满足了实际工况要求,扩大了潜水排污泵的使用性能范围。     

离心压缩机叶轮振动特性实验研究与仿真分析

研究了离心式压缩机叶轮振动特性的实验测试和仿真分析。首先自主设计搭建了接触式实验测试系统;其次,利用该系统针对压缩机叶轮进行了动态实验研究,完成压缩机叶轮振动信号的采集和分析;然后,根据试验中的实际叶轮建立离心式压缩机叶轮三维物理模型,并利用有限元方法对叶轮进行了仿真分析;最后,将离心式压缩机的仿真分析结果与现场实验结果相对比分析,验证仿真结果的正确性。通过对比分析发现,仿真结果与动态试验结果吻合较好,仿真方法可以用于进行离心式压缩机叶轮的设计和分析。     

螺旋式纸浆离心泵的研究进展

介绍了螺旋式离心泵的基本结构和原理,对新产品设计过程中需要解决的技术问题进行了总结。分析了螺旋式离心泵工业应用、理论设计、试验研究、内部流动数值模拟、叶轮受力和动平衡等方面的国内外研究进展,指出了水力模型设计、内部流动数值模拟、定量测试的研究方向。     

基于特征值灵敏度修改的叶轮结构改进设计

在应用Ansys软件进行叶轮模态计算时，确定叶轮的结构尺寸是建立实体的重要步骤。在引入特征值灵敏度修改理论，给定第一阶固有频率修改数值的条件下，对叶轮的刚度进行了修改。确定出关键尺寸后，对叶轮进行了有限元计算和实验模态分析；比较了二者结果和分析了误差并最终给出了符合设计要求的定型叶轮。     

基于ADAMS的复合轮式海底车动力学建模与仿真

针对深海富钴结壳和热液硫化调查区复杂多变的底质环境特征,设计了一种具有高越障性能的复合轮式海底车.利用ADAMS软件建立海底车的三维仿真模型,对其垂直越障过程进行动力学仿真分析,获得了海底车关键部件和整车的动力学特性曲线,为海底车路径规划和运动控制系统提供了理论依据.     

大型螺旋桨五轴加工中基于方向包围盒层次树的全局干涉碰撞检测

针对大型螺旋桨五轴加工中重叠区存在的全局干涉碰撞，构建了一种基于动态OBB层次树的检测算法：建立螺旋桨和特殊铣刀头的方向包围盒层次树，利用多刚体系统的运动学理论，获得螺旋桨和特殊铣刀头在每个加工位置处包围盒的动态坐标变换矩阵，根据分离轴理论，实现每个加工位置的全局干涉碰撞检测。通过包围盒分组以及运动趋势判断，提高了全局干涉碰撞检测算法的效率。     

Dynamic stress of impeller blade of shaft extension tubular pump device based on bidirectional fluid-structure interaction

Current research on the stability of tubular pumps is mainly concerned with the transient hydrodynamic characteristics. However, the structural response under the influence of fluid-structure interaction hasn’t been taken fully into consideration. The instability of the structure can cause vibration and cracks, which may threaten the safety of the unit. We used bidirectional fluid-structure interaction to comprehensively analyze the dynamic stress characteristics of the impeller blades of the shaft extension tubular pump device. Furthermore, dynamic stress of impeller blade of shaft extension tubular pump device was solved under different lift conditions of 0° blade angle. Based on Reynolds-average N-S equation and SST k-ω turbulence model, numerical simulation was carried out for three-dimensional unsteady incompressible turbulent flow field of the pump device whole flow passage. Meanwhile, the finite element method was used to calculate dynamic characteristics of the blade structure. The blade dynamic stress distribution was obtained on the basis of fourth strength theory. The research results indicate that the maximum blade dynamic stress appears at the joint between root of inlet side of the blade suction surface and the axis. Considering the influence of gravity, the fluctuation of the blade dynamic stress increases initially and decreases afterwards within a rotation period. In the meantime, the dynamic stress in the middle part of inlet edge presents larger relative fluctuation amplitude. Finally, a prediction method for dynamic stress distribution of tubular pump considering fluid-structure interaction and gravity effect was proposed. This method can be used in the design stage of tubular pump to predict dynamic stress distribution of the structure under different operating conditions, improve the reliability of pump impeller and analyze the impeller fatigue life.     

离心压缩机叶轮内部流场的数值模拟

利用Fluent软件建立叶轮轴向截面流道内流体模型，采用simple算法进行仿真计算，取不同的叶轮出口角和进口角的叶轮来进行模拟，得出不同几何结构的叶轮的内部流场的速度、雷诺数和压力的变化规律，找出了最优的几何结构，进而提高了离心压缩机的效率。     

基于Kriging近似模型的轨道主冷叶轮多目标遗传优化

为最大限度地减小叶轮质量,通过反求模型和网格密度精度的分析,对叶轮结构进行数值计算,并构造了拉丁超立方试验设计模型和Kriging近似模型,得到叶轮结构的采样空间和高精度的近似模型用来代替数值分析,提出了轨道轴流风机叶轮结构多目标遗传优化方法。采用该方法分析了主要技术参数对叶轮结构受力的灵敏性,并找出了对叶轮结构应力影响最大的参数。叶轮结构通过优化后,质量减小了31.7%,大大节省了材料的成本,最大应力值也由初始方案的21.5MPa变为16.5MPa,有效地提高了叶轮的力学性能。优化后通过滑环引电器和动静态应变测试系统对风机叶轮进行动静态试验,并设计了叶轮旋转机械的工艺工装和试验方案,试验结果与计算结果十分吻合,且动应力相对很小,因此,叶轮具有良好的力学和振动性能,在工程应用中具有较高的价值。     

Performance of a cross-flow fan with various shapes of a rearguider and an exit duct

A cross-flow fan having forward curved blades relatively produces higher dynamic pressure at low rotating speed because a working fluid passes through an impeller blade twice. Most of this dynamic pressure is transferred to the static pressure in a rearguider and a stabilizer as a scroll in the centrifugal fan. The effect of a rearguider and a stabilizer on the performance of a cross-flow fan is higher than that of the impeller. Therefore, it should be considered how the shape of a rearguider and an exit duct affects on the performance and the flow fields. The purpose of this study is to investigate the reciprocal relation to the flow field and performance among the design parameters. Two-dimensional, unsteady governing equations are solved using FVM algorithm, sliding grid system and standard k - ɛ turbulence model. Verlocity profiles with various parameters are depicted. Furthermore, the meridional velocity profiles around the impeller are plotted at fixed rotating speed and design flow rate. This paper was presented at the 9^th Asian International Conference on Fluid Machinery (AICFM9), Jeju, Korea, October 16–19, 2007.     

离心压缩机闭式叶轮晶粒黏着失谐动力特性研究

基于铵盐结晶在叶轮流道内非均匀分布形成的失谐,使用有限元方法,计算了失谐叶轮的固有频率和动力响应,并与协调叶轮固有频率和动力响应进行对比,提取振动特征量计算了模态局部化因子和振动局部化因子,研究了这一类不同程度的失谐对叶轮模态特性和动力响应特性造成的影响。