介绍了2012-2022年行业发展的主要成就,回顾2023年,展望2024年行业运行情况,聚焦目前行业发展需要关注的主要问题,提出当前行业的主要任务,从4个方面介绍了液压液力气动密封行业的发展情况。

以一种由半开式离心主泵和内置液环真空泵组合而成的新型半开式除气泵为研究对象,探究其离心叶轮后盖板开设的排气孔的参数以及叶顶间隙对此泵除气性能的影响,由孔径d、孔的径向位置r、孔的周向位置θ、叶顶间隙δ组成四因素三水平的9组正交试验方案,通过正交试验探究出各因素的最优组合方案,得到最终的优化组合方案为d=19 mm,r=70 mm,θ=20°,δ=0.6 mm。对比设计流量下优化除气泵与初始除气泵的除气率发现,优化除气泵的除气率提高了22.82%,达到了优化除气泵性能的目的。观察优化前后除气泵内流场的变化发现,优化除气泵离心叶轮流道内的气相聚集区域更少,湍动能更小,由此可见合理地布置排气孔以及调整叶顶间隙可以改善除气泵内的气液两相分布情况与流动状态,进而提升泵的性能。

核主泵是核电厂的核心元件,核主泵机械密封在其中起到防止介质泄漏的作用。当前,我国核主泵密封装置相关技术和产品受到国外垄断限制,核主泵摩擦副在运行状态下泄漏严重破坏核电系统的稳定运行和长周期服役,其摩擦学性能直接影响核主泵的运行性能。对于动压式核主泵机械密封,若没有处于完全液膜润滑状态,密封装置会出现异常磨损和泄漏率增大导致核主泵故障。针对核主泵摩擦副的液膜特性,从数学模型计算和软件仿真两方面分析。对温度场、速度场和应力场等进行分析,总结了密封环及副密封材料、端面热变形对摩擦学性能的影响,概述了端面形状的动压润滑机理及波度面、槽型结构和加工方法等因素对摩擦磨损的影响,为核主泵密封性能的提高和可靠运行提供理论基础。

基于CFD方法,对极端运行阵风条件下IEA Wind 15 MW水平轴风力机气动性能进行分析。采用ANSYS APDL软件定义复合材料铺层方案建立15 MW风力机叶片有限元模型,并基于Workbench平台对风力机叶片进行模态分析和静力学分析,研究极端运行阵风对风力机叶片结构性能的影响。结果显示:极端运行阵风对风力机气动性能和叶片结构性能影响较大, 风轮推力与转矩极值出现的时间点均迟于风速极值点,沿叶片展向叶片流动分离区域与风速呈正相关;在极端运行阵风期间,叶片位移均是从叶根至叶尖逐渐增大,叶片最大应力出现在叶片主梁并且距叶根0.6R处,同时,由于叶片的叶尖位移和最大应力在短时间内大幅度变化,会使叶片破坏的概率增加。

为了提高钻机拆装效率并简化钻机起升系统结构,越来越多的钻机应用多级液压缸进行井架底座的起升/下放作业,整个作业过程中,液压缸受力情况复杂,理论分析时常将其简化为一根细长压杆,液压缸的安全可靠性关系着钻机起放作业的成败,必须分析校核其强度和稳定性,以确保其安全可靠性。以某出口钻机底座配套的起升用多级液压缸为例,介绍了一种基于SACS有限元分析软件的多级液压缸强度及稳定性分析校核方法。

为了研究灯泡贯流式机组内流状态和磨损规律基于欧拉-欧拉法中的Particle非均匀相模型,对不同固相直径、浓度、导叶开度下水轮机固液两相流工况进行计算。结果表明,固相高浓度区集中在转轮域和尾水管进口处,且随着固相直径和浓度的增加而增加。随着固相直径和浓度的增加,导叶域表面压力、固相速度、固相浓度分布均增加,导叶背面更易发生磨损。在转轮域,固相高浓度区分布在叶片正面轮毂处和进水边,叶片背面整体固相浓度分布较高,且表面固相速度、浓度分布与固相直径和入口浓度呈正相关。

为延长给排水管道橡胶密封圈的使用寿命,通过建筑给排水管道橡胶密封圈老化程度测试,分析其密封性能。以固定质量分数的三元乙丙橡胶、炭黑N115、氧化锌、硬脂酸与不同质量分数的硫磺、防老剂4010NA、促进剂TMTD/NS、增塑剂A为配方材料,制备不同配比的建筑给排水管道三元乙丙橡胶密封圈。采用正交试验法通过在85 ℃污水介质下,研究不同配方材料添加量对三元乙丙橡胶密封圈老化性能指标的影响,获取三元乙丙橡胶密封圈试件最佳配比;通过对试验管道作漏水检测以及不同热氧老化试验,分析试件的耐老化性能与密封性能。试验结果表明:硫磺、防老剂4010NA、促进剂TMTA、促进剂NS、增塑剂A的配比为0.6∶2.2∶1.8∶1.5∶2时,制备的密封圈试件压缩率指标最高、压缩永久变形指标值最小;热氧老化温度为85,100 ℃时,经90 d老化,密封圈试件密封性能最突出;热氧老化温度升至115,130 ℃,分别经17,5 d老化后,其密封性能明显下降;24%压缩率下,管道可承受的最大压力为4 MPa,在该压力下仍能保证管道不漏水。

数字液压风力机可根据风速大小使相应排量液压泵参与工作,使液压风力机在整个工作风速范围内始终保持高效。由于大型风力机不具备开展实验研究的条件,且风力机中的液压系统具有较强的非线性,为了准确研究数字液压风力机多泵切换时系统工作特性的变化规律,提出了一种基于Links-RT的数字液压风力机半实物仿真系统,并对数字液压风力机风轮特性模拟和最大功率跟踪控制进行设计。通过风速阶跃变化、恒定风速时多泵切换、渐变风速多泵切换3种工况下数字液压风力机工作特性的实时仿真测试,验证了数字液压风力机半实物仿真系统的正确有效性,为数字液压风力机的稳定运行和风能高效利用提供理论依据和技术参考。

为了研究阀片式结构的油压减振器相关参数对阻尼特性的影响,通过对阻尼力产生的原理进行分析,采用短孔流量方程、大小挠度变形计算、有限元分析等方法建立了能描述减振器的非线性阻尼力-速度特性的数学模型,并对几种阻尼力计算方式的结果与实际值进行了对比。结果表明:有限元分析法与实际差距最小,而其他建模方法仅在开阀前与试验结果较为接近。表明有限元分析法能更精确地分析弹性阀片的变形量,从而能较准确地描述减振器的阻尼特性,该方法可以作为指导减振器阻尼力设计计算和调试的主要方法。

为了研究液力透平的转速特性,采用Fluent软件动网格中的SDOF求解器对一台比转速为48的离心泵反转作液力透平进行数值模拟,分析了液力透平在启动过程中转速的变化规律。结果发现:随着转速的增大,透平高效区变宽,高效点明显向大流量偏移。流量越大,透平的飞逸转速就越大,各流量工况下的飞逸转速约为额定转速的1.4倍。在负载系数B_g为1.4905时,其负载力矩达到临界值,继续增加负载,叶轮不在工作,此时的水动力矩小于负载力矩。

针对旋挖钻机主卷扬系统,设计了一种滑阀式卷扬平衡阀。在台架上进行了一般性试验和可靠性试验之后,将样件装在某旋挖钻机上进行带载试验。试验过程中出现了主卷扬启动憋压、下放抖动、失速溜杆现象,分析了引起这些现象的原因,并针对性地制定了解决方案,经过优化的平衡阀达到了优越的使用效果。

为解决电力塔材运输问题,设计了一套电力塔材运输车液压系统,此系统以双闭式泵和一开式泵为动力基础,采用轮履复合式底盘液压驱动,对行走系统和功能系统进行了设计计算和液压元件选型,校核了选型参数可以满足使用要求。运用AMESim仿真软件对行走液压系统进行了建模仿真运算,仿真结果表明行走液压系统满足设计要求。

稻麦联合收割机变频驱动液压泵,作为收割机液压系统中重要的动力元件,其在工作中存在非线性时变特征干扰,控制过程中存在的强扰动一直是需要解决的难点,提出一种稻麦联合收割机变频驱动液压控制方法。针对非线性时变特征带来的强扰动问题,设计了降阶负载扰动观测器与转速模糊控制器。将降阶负载扰动观测器、转速模糊控制器与工控计算机、变频器、发动机、液压泵等组件结合起来,构建了强干扰下变频驱动液压泵的自动化控制方法,实现了对液压系统中压力和流量的精确控制。实验结果表明:由该技术控制的收割机转速与流量相对稳定,具有较强的抗干扰性,泵出口压力与最大负载压力的压差较小,高度拟合,且几乎没有溢流损耗,节能效果显著。

井下安全阀试验需要有能够稳定输出气体、人机交互性强以及自动化控制程度高的气源,针对这一问题,从研究气体流动特性入手。首先,对气源系统整体结构进行设计,包括关键部件的分析计算和选型;其次,基于S7-200 SMART PLC和LabVIEW软件进行控制程序编写和主控界面设计,实现数据存储和显示以及绘制气源系统各工作参数随时间变化的功能曲线;最后,搭建实验平台进行测试,实验结果验证了系统设计的合理性,得到输出过程中气体输出流量波动在2.8%、压力波动在5%、温度波动在6%左右,能够简单、高效、精确地控制气体输出,使设计的高压气源系统达到井下安全阀试验需求。

风电机组液压系统为各制动系统提供刹车所需动力来源,是风电机组的重要组成部分之一,该系统对风电机组的安全运行起着关键作用。针对北方某风电场风电机组在冬季低温环境下运行中,批量出现液压系统压力低这一故障,对风电机组液压系统原理进行了阐述,并以液压系统压力低为顶事件建立故障树对引发故障的可能原因进行分析。基于故障树分析,对可能的故障点逐一进行排查,最终定位故障原因为低温环境下液压泵吸油不畅导致液压系统建压失败。对于产生故障的原因,在保障原有性能的基础上,提出了优化解决措施,并经试验和验证,问题得以解决。通过该案例,可以为后续风电机组液压系统的故障处理和维护提供一定的参考。

电动旋挖钻机液压系统朝着高压、大流量和大功率的方向发展,平衡回路的最大流量已经超过1000 L/min,最大压力已经超过50 MPa。过高的阀口流速和复杂的紊流流场,更容易导致平衡阀流量异常引起气穴现象,同步产生严重的阀芯振动和噪声,给单纯考虑单一阈值特征的故障检测方法带来困难。设计一种针对电动旋挖钻机的液压平衡阀流量特性异常故障检测方法。建立电动旋挖钻机液压平衡阀流量动力学模型,建立平衡阀的流量-压差异常的关联特征,避免多个单一特征缺陷;结合压力与振动传感器采集的关联特征数据,结合智能算法提取液压平衡阀流量信号的特征,通过将提取到的特征输入到贝叶斯分类器中,可以根据异常特征对液压平衡阀进行流量异常故障智能检测。实验结果表明:所提方法的电动旋挖钻机液压平衡阀预测流量故障检测准确度更好、时间更短、实际应用效果更佳。

某型号装载机动臂液压缸软管总成外反馈率连续居高不下,软管总成在使用过程中,经常出现软管接头扣压处渗油、爆管、胶管砂眼漏油、外胶龟裂老化等问题。通过对外反馈旧件进行故障分析,查找出造成动臂液压缸软管总成早期失效的根本原因。通过改进设计及措施实施后加以验证,改进后动臂软管外反馈率显著下降。现已推广应用于其他机型中。

针对主机厂反馈的齿轮泵清洁度不合格的现象展开研究,通过对齿轮泵零件外协加工与标准件采购、装配、出厂试验、喷漆过程按照JB/T 7858—2006使用称重法进行清洁度检测。通过3个阶段清洁度检验和质量差法对齿轮泵外协加工和厂内生产的各工序污染物引入质量进行测量,分析得出引起齿轮泵清洁度不合格的污染源是用于侧板分总成的黄油。提出使用高黏度液压油代替黄油的改进清洁度方案,通过试验表明使用高黏度液压油能够有效降低齿轮泵的污染物质量,说明此清洁度检验方法合理,改进措施有效。

某机加工企业因业务发展需要新接收一批零件,但该企业现有气动机床夹具设备不能胜任其定位及加工精度要求,在不增加过多成本的基础上,对现有气动夹具系统改进设计做详细论述,并给出各设计环节的气动系统图、设计说明及设计完成后的气动夹具总图。将设计完成后的夹具系统在Automation Studio 7.0 Professional软件中建模并仿真,分析各缸线性位置-时间关系;各缸起步伸出时在0～50 mm范围内3个缸同步,有效提高了设备的生产效率。在51～250 mm长度范围内夹紧缸运动速度开始降低,实现定位缸先定位。退出时由于夹紧缸垂直布置原因,在250～233.69 mm范围内出现微小波动,其波动范围在16.3 mm;由于此段为各缸退出段,对零件加工精度无影响。正常工作后各缸运行平稳,波动现象消失,满足加工要求。最后将改进后的气动系统和原系统作对比分析,结果表明:改进设计后的气动系统不仅能够完全胜任新零件的加工精度要求,且有效避免了原设备故障率高、维护保养困难、设备成本高、噪声大的诸多不足。