石油钻机液力变矩器轴向力的分析与计算

对石油钻机液力变矩器各工作轮中液体的静压力分布进行了分析,由此得出了液力变矩器各工作轮轴向力的理论计算公式。实例计算发现,泵轮的轴向力拉动泵轮向涡轮靠近;涡轮的轴向力拉动涡轮向泵轮靠近;导轮的轴向力拉动导轮向泵轮靠近。三个工作轮的轴向力随着变矩器的工况变化,在起动工况时达到最大值。泵轮的轴向力最大,且变化起伏较大;其他两轮的轴向力变化较平稳,且数值也较小。轴向力除了与供油压力有关外,主要是与泵轮转速的二次方和循环圆有效直径的四次方有关     

石油钻机液力变矩器轴向力的分析与计算

对石油钻机液力变矩器各工作轮中液体的静压分布进行了分析,由此得出了液力变矩器各工作轮轴向力的理论计算公式。实例计算发现,泵轮的轴向力拉动泵轮向涡轮靠近;涡轮的轴向力拉动涡轮向化靠近;导轮的轴向力拉动导轮向泵轮靠近。三个工作轮的轴向力随着变矩器的工况变化,在起动工况时达到最大值,泵轮的轴向力最大,且变化起伏较大;其他两轮的轴向力变化较平稳,且数值也较小。轴向力除了供油压力有关外,主要是与泵轮转速的二     

连续可变能容双泵轮液力变矩器的设计及分析

以某高性能普通三元件向心涡轮液力变矩器为参考样机,确定循环圆有效直径为425 mm,采用相似设计法得到同性能液力变矩器,并将其作为基准型,通过合理分割基准型泵轮叶片得到双泵轮液力变矩器的循环圆和叶片.设计了滑差离合器结构,给出了滑差离合器及摩擦片的主要技术参数.运用计算流体动力学(CFD)方法对所设计的双泵轮液力变矩器进行数值模拟,分别获得双泵轮状态、单泵轮状态及滑差状态3种状态下的能容特性和原始特性.通过对比分析可知,所设计的双泵轮液力变矩器能够通过滑差控制实现能容的连续可控性,可应用于装载机发动机与变矩器的变能容匹配.     

基于DSMC方法的涡轮分子泵跨流态抽气性能研究

基于直接模拟蒙特卡洛(DSMC)方法，可以计算获得涡轮分子泵叶列在不同稀薄气体流态下的抽气性能.通过改变涡轮叶列旋转速度、气体入口结构尺寸及被抽气体温度等参数，能够得到涡轮分子泵最大抽气效率和最大压缩比的变化情况.比较各参数在不同流态下对抽气性能的影响程度，并计算不同流态下涡轮叶列返流的变化.计算得出增大叶片速度在分子流态下对涡轮分子泵性能的提升最为明显，缩小气体入口面积可以提升涡轮分子泵压缩比等结论.从而为提升涡轮分子泵抽气性能提供了手段，拓展了涡轮分子泵的工作范围.     

特种涡轮驱动混流泵瞬态空化特性

为了研究水泵液压系统瞬态特性,建立了水泵液压系统运动物速度和泵转速的瞬态数学模型,分析了涡轮泵启动瞬态过程中0.73,0.90和1.00s三个典型时刻运动物速度与加速度、泵流量及其空化特性.数值模拟结果表明:不同NPSH工况叶片表面空泡分布规律一致,在叶片弦跨度0.7~1.0区域,空泡体积分数向轮缘方向迅速增大,在轮缘区达到最大值;在运动物出舱工况下,当装置空化余量为14.23m时,轮缘圆周面上平均空穴面积达到33%左右,空泡堵塞了叶片流道,导致泵扬程下降了约61%,满足不了水泵液压系统运动物的加速度要求.模型泵试验结果表明:水泵液压系统涡轮泵启动后,泵转速近似线性加速,泵的必需空化余量值随之迅速增大,在运动物出舱时涡轮泵转速、流量和必需空化余量均达到最大值,为了避免涡轮泵叶轮空化诱导运动物出舱失败,应规定水泵液压系统最小潜水深度.     

喷水推进器进流面获取方法及其应用

针对国际拖曳水池会议(ITTC)推荐的动量流量法需要确定喷水推进器流道进流面的问题,提出了简单实用的基于流线法的进流面获取方法,并采用MATLAB语言开发成程序,使这一过程大大简化,提高了效率.在此基础上,采用稳态多重参考系(MRF)模型,通过求解RANS方程对不同转数下喷水推进器的性能进行了数值计算与分析.研究结果表明:该方法可以准确获得进流面形状,并可给出进流面形状的参数化表达;进流面形状、泵前进口面速度分布以及唇部流动分离点位置都随转速变化而变化.所提出方法具有一定的实用性,可用于喷水推进器性能的预报.     

启动阶段涡轮阻尼器流场特性数值仿真研究

为了研究启动阶段涡轮阻尼器的水力性能,基于动网格有限元分析方法,建立了涡轮阻尼器参数计算模型,分析了启动阶段涡轮阻尼器的内流场和转矩特性,并与试验结果比较.结果显示:涡轮阻尼器启动阶段内部流动和输出转矩具有显著的特性.启动阶段,流动首先形成布满叶片间隙的主漩涡,随着时间的进展主漩涡靠近外圆区域开始出现分离的小漩涡,进而发展形成多个漩涡群;泵轮叶片间压力梯度逐渐增加,开始在背流面叶尖部位形成低压带,而后低压带逐渐向叶片中部移动并形成低压区,具有典型的非定常过渡特性.涡轮阻尼器启动阶段转矩仿真结果和试验结果总体上符合较好,说明采用该计算模型来预测涡轮阻尼器启动阶段的动态特性是合适的.     

基于DOE及RSM的液力变矩器叶片数对性能的影响及优化

为解决一维束流理论难以有效地对液力变矩器叶片数进行优化的问题,建立液力变矩器三维流动设计分析平台,利用实验设计方法,研究了各叶片数对液力变矩器性能的影响,并在响应曲面基础上对叶片数进行了优化.结果表明,泵轮、涡轮叶片数对最高效率和起动转矩比有较大影响,泵轮、导轮叶片数对泵轮扭矩系数有较大影响.优化后,液力变矩器各性能指标均有提高.     

基于动网格的冲焊型液力变矩器流固耦合分析

以液力变矩器冲焊型叶轮为研究对象,采用基于弹簧光顺动网格的流固耦合分析方法,计算叶轮强度和形变并分析其影响.分析表明:冲焊叶轮的变形量与应力值随时间产生小幅度波动;涡轮由于油液冲击,在入口处产生较大变形并在涡轮外环与涡轮毂连接处产生应力集中,所受变形与应力及其波动幅值随涡轮转速的升高而降低;泵轮受油液载荷影响的变形较小,主要在叶片出口处发生变形,应力分布较均匀.     

支板对大子午扩张涡轮流动损失的影响

大子午扩张涡轮的端壁流动损失较大,采用前掠宽弦叶型能够大大降低端壁的流动损失,但对支板的气动设计带来了较大难度。通过采用新的支板与导向器位置布局对支板进行设计,对不带支板的前掠宽弦涡轮导向器和带支板的前掠宽弦涡轮导向器进行流动和损失对比分析。探讨了支板对采用前掠宽弦叶型的大子午扩张涡轮导向器流动损失的影响。研究表明:支板的加入只对支板两侧流道产生影响,损失的差异主要集中在支板吸力侧流道的支板吸力面和支板压力侧流道的叶片吸力面区域。且因径向压力梯度,涡系的径向运动剧烈。     

煤粉浓度与风量的热探头测量方法研究

开发了长弦为10 mm、短弦为5 mm的椭圆型热探头,用于煤粉浓度与风量的测量.将热探头放入煤粉-空气输送管中,热探头1的长弦平行于来流,热探头2的短弦平行于来流.研究发现:热探头1对煤粉浓度反应迟钝;热探头2对煤粉浓度反应比较敏感.分析了气固两相流中的弛豫效应,提出了热探头1和热探头2在气固两相流中的换热准则关系式.将热探头1和热探头2的换热准则关系式相耦合,可用于测量煤粉浓度和风量,测量结果的相对偏差分别在20%和10%以内.     

基于计算流体力学的循环圆设计参数对液力变矩器的性能影响预测

为了提高改型设计效率,建立了液力变矩器参数化流道模型并进行三维流场仿真计算,与试验数据对比结果验证了参数化模型的可靠性。在此基础上,分别研究了相对截面积、扁平率、循环圆径向比和进出口半径等循环圆设计参数对液力变矩器性能的影响,并对比分析了各设计参数对液力性能的影响程度。结果表明,相对截面积对失速泵轮能容系数影响最大,但对失速变矩比和最大效率影响最小;扁平率、泵轮出口半径和导轮进出口半径对失速变矩比均有较大影响;而泵轮出口半径对最大效率影响最大。研究结果为液力变矩器的优化设计提供了理论参考。     

多声道超声气体流量计的建模与仿真

基于时差式超声流量计测量原理和Gauss-Legendre数值积分方法，建立了多声道超声气体流量计的数学模型．在建模过程中，根据瞬时流速以流速分布函数按面积积分的公式，推导出在弦向声道处的平均流速按声线积分的表达式，然后推导出在弦向声道处的平均流速加权求和的瞬时流速公式；应用Legendre多项式求解出高斯节点值和加权系数，即确定了各个声道的分布位置．以四声道交叉布置方式的超声气体流量计为例，通过Matlab仿真与误差分析，结果表明：在考虑流速分布的影响下，模型的测量误差不大于0．1％，验证了模型的正确性，因而多声道超声气体流量计完全能满足油气、天然气等气体在输送和分配计量中的精度要求．     

冲焊型液力变矩器叶片回弹规律及抑制技术

冲压焊接型液力变矩器由于便于量产而被广泛应用于汽车,其是自动变速箱的核心部件. 液力变矩器性能直接由叶片形状决定,由于叶片在冲压过程中存在回弹变形,因此针对叶片冲压回弹规律及其对性能的影响开展研究. 首先利用有限元方法对冲压过程及回弹变形进行仿真,并采用流场数值模拟研究了不同回弹程度对变矩器外特性的影响规律,然后通过在叶片中间流线处开设拉延筋抑制叶片冲压起皱和回弹现象,最后制造叶片样件验证回弹抑制有效性,并通过液力变矩器样机试验验证流场数值模型计算精度. 研究结果表明涡轮出口回弹对变矩器性能影响显著,最高效率和起动泵轮能容分别增大了0.067%、8.18%,起动变矩比减小了1.41%. 样机实验验证表明冲压回弹仿真模型与计算流体动力学模型准确度高,其计算结果与实际结果吻合度较好,拉延筋结构可以较好的抑制叶片最大回弹偏差并改善回弹分布.      

液黏传动双圆弧油槽摩擦副油膜剪切转矩研究

双圆弧油槽摩擦副广泛应用于液黏传动,为了研究油槽结构参数对油膜剪切转矩的影响,对摩擦副间流体的流动特性进行数值模拟,得到了油膜剪切转矩.建立了集流场参数化建模(CAD)、数值模拟(CFX)、试验设计方法(DOE)及响应曲面法(RSM)为一体的油槽参数影响分析平台,分析了油槽深度、油槽宽度和油槽数目对油膜剪切转矩的影响并建立了近似响应曲面模型.搭建转矩性能试验台进行试验验证,结果表明:油膜剪切转矩随着油槽深度、宽度和数目的增大均减小,而油槽宽度对转矩的影响最大,油槽深度影响次之,油槽数目影响最小.通过理论和试验研究,应用CFX数值模拟和建立摩擦副油槽参数影响分析平台实现了CAD、CFX、DOE及RSM等技术的高度融合,可以准确地分析摩擦副油槽参数对油膜剪切转矩的影响.     

前轴成型辊锻工艺及三维有限元模拟

分析了前轴成型辊锻与模锻复合成形工艺的优点和工艺路线，采用刚粘塑性有限元方法对其成型辊锻过程进行了模拟，获得了辊锻成形流动过程和力能曲线，揭示了成型辊锻金属流动规律以及模腔设计和成形载荷之间的联系．通过成型辊锻各道次成形力与扭矩数值的比较，表明变形抗力是按辊锻顺序逐道增加的，对此进行了解释．将模拟锻件和实验锻件进行了对比，显示了金属流动的一致性和有限元模拟结果的正确性．实践证明，采用有限元技术研究前轴成型辊锻工艺，能减少工艺设计和工艺调试时间30％以上，有利于快速市场响应．     

冲压叶片厚度对液力变矩器性能的影响

以某型冲焊型液力变矩器为基础，对叶片厚度设计了全因素试验，结合流场数值模拟分析不同叶片厚度对变矩器外特性的主效应影响和交互效应影响.结果表明主效应影响随着叶片厚度的增加而使变矩器能容下降，而叶片厚度的交互效应影响并不明显.进一步分析叶片厚度对于性能影响的数值变化，结果表明叶片厚度的增加导致了液力变矩器传递转矩的下降，并且这种下降程度是由慢到快的.根据性能的影响研究对冲压叶片厚度进行优化，结合实际工程板材厚度确定叶片厚度并进行试验验证.与泵轮转矩随叶片厚度的变化规律类似，涡轮转矩随叶片厚度的增加而下降，尤其是在变矩器低速比区域下降幅度较大.叶片厚度在3 mm之内时，每增大0.5 mm厚度，涡轮转矩值下降幅度在0.5%；当叶片厚度超过3 mm时，涡轮转矩变化加快，每增加0.5 mm，泵轮转矩最大变化约为3.8%.      

不同叶尖间隙处理对轴流压气机性能的影响

采用数值模拟方法,对一台典型轴流压气机级进行提升压气机效率和喘振裕度的叶尖间隙处理研究,除了采用斜沟槽和梯状间隙处理外,还设计了一种新颖的斜坡槽结构。研究表明:斜沟槽和梯状间隙在叶尖前端凸台附近和叶尖中部均分别存在一个回流区,其中梯状间隙对应的后台阶上游出现额外的高熵增区域;斜坡槽可以消除叶尖前端凸台处的回流区,对斜坡槽最高点轴向位置优化后可以减小叶尖中部回流区,进一步降低损失。当斜坡槽前端径向高度为0.2 mm,叶尖前缘与斜坡槽起点高度齐平,斜坡最高点后移至叶尖前缘下游6%叶尖轴向弦长位置时,压气机设计点效率较光壁原型上升了0.12%,喘振裕度提高了8.3%。     

某低速压气机静叶根部间隙内流动结构分析

采用数值模拟方法对某低速压气机静叶根部间隙内的流动结构进行了研究。结果表明,设计工况下,间隙内入口段生成一个中心点结构并快速消散。自35%轴向弦长位置开始,间隙内逐渐生成一系列涡系结构,并在90%轴向弦长位置开始迅速破裂,至95%处全部消散。     

双马达驱动转台中框的模态与变形分析

为了分析双马达驱动系统的输出力矩对考虑弹性的转台中框变形的影响,采用ANSYS有限元工具对转台中框进行了模态分析.利用ADAMS软件的柔性模块,基于模态的线性叠加方法,研究了双马达输出力矩在同步和不同步驱动情况下的转台中框变形响应,分析了转台框架变形的原因.仿真结果表明,合理地施加双马达输出角加速度以及保证双马达输出完全同步转矩可以有效抑制转台中框的变形.