多相流下剪切阀连续波发生器水力转矩参数化建模与分析

振荡剪切阀连续波发生器(shear valve continuous wave generators, SVCWGs)具有信号传输速率高、鲁棒性强的特点,具有广阔的应用前景,而对于作用于剪切阀转子的水力转矩规律不明确制约了其发展。目前关于多相流影响下作用于具有任意形状阀口的振荡剪切阀的水力转矩的研究尚不充分,对于水力转矩的变化规律尚不明确。为此,基于流体动量定理,采用有限元方法,建立了分流量负载转矩分析模型,并采用计算流体力学(computational fluid dynamics, CFD)仿真加以验证,并分析了井深及钻井液性质对于水力转矩的影响。结果表明：作用于振荡剪切阀的水力转矩呈先增大后减小趋势,且方向始终为使通流面积最大的方向;水力转矩随井深的增加略有减小;水力转矩随固相含量和液相密度的增加而增大;钻井液气相含量对水力转矩的影响很小。研究成果可为剪切阀连续波发生器设计提供理论参考。     

液流旋启式止回阀阀内流场数值模拟

为了研究液流旋启式止回阀在工程实际中的动态特性以及产生的振动、噪声及阀瓣运动特性,采用了计算流体力学方法建立阀瓣运动模型和三维几何模型,对其在开启、稳定、关闭阶段的阀瓣运动特性与流场变化情况进行仿真计算,通过可视化研究,获得阀内流场的速度矢量图、压力云图以及阀瓣的运动曲线。数值模拟结果表明:由于液流旋启式止回阀自身结构问题,阀瓣旋起造成径向上受力不平衡,开启时流速较大区域位于阀瓣四周缝隙处,最大流速随着进口压力的线性递增不断增加并以射流的形式往出口喷出,伴有振动和噪声;稳定工作时,阀瓣旋启,阀门处于完全开启状态,流道畅通,最大压力分布区域位于止回阀底部;关闭时进口端压力减小,阀瓣自重导致阀门关闭,阀门出口处产生涡流,造成涡动与水击。模拟研究结果可为液流旋启式止回阀的结构参数设计和优化提供参考。     

一种减小磁悬浮开关磁阻电机损耗的新方法

为满足飞轮储能、生物、医疗等应用领域对磁悬浮电机低功耗运行、温升小的性能要求,提出一种减小磁悬浮开关磁阻电机(BSRM)运行损耗的新方法.基于麦克斯韦应力法,建立转子偏心时的悬浮力与转矩模型,利用有限元方法验证该模型的有效性与精确性.分析转子偏心对悬浮电流与转矩的影响,构建电机铜损耗与铁心损耗模型,并建立了控制系统,利用Matlab软件对BSRM在不同转子稳定平衡位置下的铜损耗、铁心损耗和平均转矩进行仿真比较.结果表明,当转子稳定平衡位置偏心50 μm时,BSRM铜损耗和铁心损耗分别降低15.5％和10.8％,同时平均转矩增加4.8％;在BSRM稳定悬浮运行区间内,通过转子的偏心控制可以实现BSRM稳定可靠的低损耗运行.     

传动装置中磁流变液瞬态流动特性的数值计算

为了了解在突加磁场情况下磁流变液在传动装置中的瞬态流动特性,基于Bingham模型和纳维-斯托克斯方程,利用有限差分法对传动装置中磁流变液的瞬态流动特性进行了数值计算.结果表明：工作间隙产生磁场后,磁流变液剪应变率和角速度分布变化明显,临界屈服面在主动转子的内表面形成,随后其半径逐渐减小,达到稳态后保持不变;当传动装置的流变响应时间随外加磁场增大而缩短时,滑差转速越大滞后时间越长;在工作间隙产生磁场时,主动转子传递转矩逐渐减小,从动转子传递转矩逐渐增大,最终两者趋于一致.该结果为磁流变传动装置的设计和性能评估提供了理论依据.     

削弱轴向磁场永磁同步风力发电机齿槽转矩方法的研究

齿槽转矩是电机转矩脉动的主要来源,严重时会使电机产生振动和噪声,出现转速波动,使电机不能平稳运行,影响电机的性能.为了减弱轴向磁场永磁风力发电机的齿槽转矩,在提议的10 kW双转子单定子轴向磁场风力发电机电磁方案的基础上,使用三维有限元法从定子半磁性槽楔、斜极和两转子盘相对偏移对电机齿槽转矩的影响等方面进行研究,并对电机进行优化设计和仿真,仿真结果证明,通过增加磁性槽楔并在槽楔中间开槽,转子磁钢斜极和偏移两转子盘相对位置等措施可以有效减弱轴向磁场永磁电机的齿槽转矩.     

涡轮式水力振荡器结构参数优化及流体仿真

大位移长水平井开发的后期,存在着大摩阻的问题,严重制约钻具向更远目标的快速钻进,在世界范围内引起了广泛关注。水力振荡器是油井开发后期降摩减阻的重要工具。针对该问题提出了一种涡轮式水力振荡器。该水力振荡器通过静阀与转阀流道口之间的相位变化将钻井液的动能转化为周期性脉冲压力,有效地解决了钻井过程中出现的托压和自锁问题。分别对圆形流道口、扇形流道口与正方形流道口进行优化设计,发现正方形流道口的降摩减阻效果最好。运用理论计算与FLUENT流体仿真分析,研究静阀与转阀的运动规律以及流道的尺寸和长度对阀组压降的影响,得到一组最优的阀组尺寸：中间流道口的半径为14.2 mm,正方形外流道口的边长为27 mm,流道长度为30 mm。研究结果表明该结构可以提供0.096～2.96 MPa的稳定脉冲压力。     

叶片摩擦系数对液压凸轮转子伺服马达转矩性能影响

为研究叶片摩擦系数对液压凸轮转子伺服马达转矩性能的影响,建立了马达转矩的力学模型.通过对叶片进行受力分析,推导了叶片/叶片槽之间的摩擦系数与凸轮转子对叶片的正压力以及叶片对凸轮转子的阻力矩的关系式.利用MATLAB对力学模型进行仿真计算.结果表明,叶片/叶片槽之间摩擦系数的增大会减小叶片之间正压力,从而增大叶片对凸轮转子的阻力矩,导致马达的输出力矩出现明显波动.阻力矩的最大值和平均值与摩擦系数基本呈线性关系.减小叶片和叶片槽之间的形位公差与表面粗糙度能够改善伺服马达的低速特性.     

基于转矩角正切值的车用异步电机转子时间常数辨识

针对异步电机转子时间常数随温度和磁场饱和而变化,从而破坏定子电流励磁分量和转矩分量解耦条件,影响按转子磁链定向间接矢量控制系统动、静态性能的问题,提出了一种通过对比给定转矩角正切值与反馈转矩角正切值,并利用PI控制器来实时辨识异步电机转子时间常数的方法。对转矩角正切值与转子时间常数之间的关系进行了理论分析,推导了异步电机反馈的转矩角正切值计算公式,建立了MATLAB/Simulink环境下异步电机矢量控制系统的数学模型及基于转矩角正切值的转子时间常数辨识模型,并进行了仿真验证。仿真结果表明,这种基于计算转矩角正切值的异步电机转子时间常数辨识方法能够准确辨识出电机的实际转子时间常数,验证了该方法的正确性和可行性。     

基于状态观测和反馈的伺服系统位置控制器

为了提高永磁同步电机伺服系统中的位置控制性能,提出一种基于状态观测器和状态反馈的位置控制器.状态观测器可以利用较低精度的位置传感器来准确观测负载转矩、转子位置和转速.基于状态空间算法的位置控制器通过合适的零极点配置,可以提高位置控制性能.利用观测的负载转矩可以把负载的变化作为系统扰动进行补偿.仿真和实验结果表明: 该控制器与传统的比例积分微分控制器相比,位置控制快速准确并且没有超调,在负载变化时系统仍然能够保持很好的稳定性和控制精度.     

采用分体式双转子电机的混合动力系统的控制

针对装有分体式双转子电机的混合动力汽车传动系统的结构,考虑主、副电机的机械耦合关系,建立了分体式双转子电机的数学模型.利用直接转矩控制方法对分体式双转子电机的主、副电机分别进行转速差和转矩差控制.通过Matlab/Simulink建立仿真模型并进行仿真.仿真结果表明,主、副电机能够根据内燃机和负载的转矩变化进行转矩合成控制,同时主电机的内转子转速能跟踪发动机转速,副电机转速能跟踪负载转速,实际车速能跟踪目标车速.     

负载力矩对旋转阀转速的影响分析及转速控制研究

旋转阀的转速控制关系到钻井液压力信号的产生。旋转阀负载力矩随旋转角的变化规律是影响转速控制的关键。根据旋转阀转子的受力情况分析了旋转阀负载力矩的组成及影响因素。通过理论分析结合计算流体力学(CFD)仿真分析建立了负载力矩的计算模型。研究表明,旋转阀负载力矩随旋转角呈严重的非线性变化,负载力矩与钻井液流量的平方有关,与钻井液密度呈线性关系,与钻井液黏度无关。负载力矩的非线性特性对旋转阀转速产生严重影响。基于负载力矩的计算模型,采用负载力矩的前馈补偿进行旋转阀转速控制系统的线性化校正,通过转速负反馈形成PID(比例-积分-微分)闭环实现旋转阀转速的快速随动控制。MATLAB/Simulink仿真结果表明,旋转阀转速闭环控制系统具有快速跟随调相脉冲变化的能力;同时对流量测量误差及负载力矩计算模型偏差产生的干扰影响具有较强的抑制作用,可以满足对32 Hz的压力载波进行相移键控(PSK)调制,实现16 bit/s的数据传输速率。     

转子磁极分段移位斜极对永磁同步电机转矩的影响

为了降低齿槽转矩和转矩脉动对电机性能的影响,采用电机转子磁极分段移位斜极方法达到减振降噪、提高永磁同步电机性能的目的.基于此方法对电机的齿槽转矩进行理论计算,并利用有限元法在Maxwell中建立8极48槽内置式永磁同步电机模型,分析转子磁极分段移位斜极方法对齿槽转矩和转矩脉动的影响.研究结果表明:齿槽转矩中除了次数为转子磁极分段数及其倍数次的谐波外,其余谐波基本得到消除,并且随着转子磁极分段增加,齿槽转矩峰值逐渐降低,尤其在磁极分三段时,齿槽转矩峰值下降5.22 N·m,对齿槽转矩的削弱效果最为明显;负载转矩和转矩脉动随着转子磁极分段数的增加逐渐降低,转子磁极分两段时降低幅度较为明显,与转子磁极不分段相比下降60%,并且随着转子磁极分段数增加,转矩脉动趋于平稳.     

Research on two-step throttle characteristics of double-rotation valve port for hydraulic servo joint

The hydraulic robot with large output torque is widely used in industry,however,its precision is not high.In order to solve this problem,this paper presents a new structure of rotary valve with double-rotation valve port,which can improve the two-step throttle characteristics of the valve port,reduce the cavitation phenomenon of the valve port,and increase the output accuracy of the hydraulic servo joint.Firstly,the internal flow field of the rotary valve is simulated by using the sliding grid technology of FLUENT software,and the changing rule of the throttle position in the working process of the structure is analyzed.Secondly,compared with the simulation results of rotary valve with single-rotation valve port,it is shown that the two-step throttle characteristics of the structure are less affected by the change of the opening of the rotary valve,and the cavitation index of the joint valve port is reduced.Finally,the influence of the rotation speed of the valve core,oil supply pressure and key dimension of valve core on throttle characteristics of rotary valve have been analyzed.     

凸轮转子叶片马达的过渡曲线中心角参数优化

提出了针对凸轮转子外轮廓过渡曲线段的参数优化设计方法.通过对马达关键参数解析式推导及分析,得出了压力角、叶片干扰转矩、流量脉动、泄漏量与过渡曲线中心角之间的关系.通过解析计算及仿真,得出了该类型叶片马达凸轮转子设计的理论依据和优化参数.经过实验验证,基于该中心角优化参数设计的凸轮转子叶片马达取得了良好的伺服精度,证明了凸轮转子过渡曲线段中心角参数优化设计的正确性和可行性.     

无磁仿真转台用凸轮转子马达叶片干扰力矩

介绍了一种新型的无磁仿真转台用凸轮转子连续回转电液伺服马达的工作原理及特点.通过对其叶片的系统受力分析,得出马达波动力矩产生的机理.利用Matlab软件对马达低速运行时,叶片产生的干扰力矩进行了仿真,并对不同减压阀出口油压及不同叶片厚度下的干扰力矩进行对比,得出相关参数对该类型马达力矩波动产生的影响.为解决该类液压马达存在的低速速率波动现象提供了一定的理论依据.     

转子流道倾斜式的外驱旋转压能交换器性能研究

为提高外驱式旋转压能交换器性能,设计了转子流道倾斜式的外驱式旋转压能交换器,以能量回收效率和体积混合率为性能指标,利用商业CFD软件Fluent对模型求解计算,并与直流道外驱式旋转压能交换器模拟数据对比分析。结果表明,处理量相等的情况下,能量回收效率和体积混合率均随转子转速的升高而降低;同一转速下,转子倾斜角度改变,能量回收效率变化不超过0.04%,而对体积混合率有明显影响。研究结果对于提高外驱式旋转压能交换器设备性能具有一定指导意义。     

转子流道倾斜式的外驱旋转压能交换器性能研究

为提高外驱式旋转压能交换器性能,设计了转子流道倾斜式的外驱式旋转压能交换器,以能量回收效率和体积混合率为性能指标,利用商业CFD软件Fluent对模型求解计算,并与直流道外驱式旋转压能交换器模拟数据对比分析。结果表明,处理量相等的情况下,能量回收效率和体积混合率均随转子转速的升高而降低;同一转速下,转子倾斜角度改变,能量回收效率变化不超过0.04%,而对体积混合率有明显影响。研究结果对于提高外驱式旋转压能交换器设备性能具有一定指导意义。     

旋转直接驱动电液压力伺服阀稳定性分析

针对最新研制的旋转直接驱动电液压力伺服阀(RDDPV)出现输出压力振荡问题,建立了数学模型和简化框图,得到了RDDPV稳定性判据,并提出了解决方案.RDDPV取消了传统压力伺服阀的机械和液压反馈,采用马达转角内闭环和输出压力外闭环的电反馈伺服控制.研究表明,当阀芯处于进回油口中间位置附近,稳态液动力表现为阀芯位移的正反馈作用,导致整阀机械液压部分刚度为负,稳定性差,此时,马达转角内闭环电反馈刚度对整阀稳定性至关重要.数值模拟和试验表明,增加马达转角电反馈系数,增加了伺服阀电反馈刚度,提高了伺服阀的稳定性.     

侧钻开窗过程中铣鞋受力分析

在侧钻开窗过程中,选择动力钻具、确定钻压和转速等参数的重要依据是铣鞋在开窗过程中的受力状态。建立套管-铣鞋的相互作用模型,并编制计算程序对铣鞋受力情况进行分析,获取不同施工参数(如钻压、切入角度和转速)对开窗铣鞋的受力和钻进速度的影响;并进行多组套管开窗实验验证所建立套管相互作用模型以及仿真结果的正确性。结果表明:在整个开窗过程中,随着铣鞋铣入套管的深度加深,侧向力逐渐变小,变为0后反向增加;钻压越大铣鞋上的扭矩和钻进速度越大;切入角度越大铣鞋上的侧向力和扭矩越大。