风力机在沙尘天气中运行时叶片表面会出现颗粒冲蚀磨损现象,导致叶片形貌发生变化,使其气动性能下降。基于流-固-侵蚀耦合模型的动态侵蚀预测方法,对NREL S809直翼段进行冲蚀过程模拟,研究颗粒冲蚀S809直翼段造成的表面磨损动态演化过程,分析了不同颗粒粒径工况下对S809直翼段表面形貌变化及其对气动性能的影响。研究表明:随冲蚀时间推进,S809直翼段表面前缘冲蚀磨损的累计效应明显,颗粒对翼段表面造成的磨损程度加剧,冲蚀小坑的深度逐渐增加,造成翼型表面压力系数波动和静压力紊乱程度加剧。随着前缘磨损形貌逐渐变化,翼段吸力面转捩位置逐渐混乱。

针对高性能设计液膜润滑螺旋槽机械密封端面结构问题,结合熵产损失分析方法,开展了螺旋槽机械密封三维湍流流场数值计算与端面结构优化设计;分析了不同密封槽型结构流场压力分布,计算了密封在不同转速与槽深下泄漏率、开启力与熵产损失。研究结果表明:最优螺旋角为20°,槽堰比为0.42,槽坝比为0.63,槽深为13 μm,最优密封端面动压开启能力大,流动熵产损失小;密封泄漏率与开启力随转速与槽深线性增大,熵产损失随转速呈抛物线形增大,随槽深变化小。构建的螺旋槽机械密封结构多目标优化设计方法可为低泄漏、低能耗机械密封结构提供设计指导。

针对目前的离心泵水力设计仅能满足设计工况的问题,提出一种离心泵三工况的水力设计方法,利用离心泵的基本原理,推导出叶轮出口几何参数关于离心泵理论扬程、实际扬程及流量的计算关系式。选取WEZ80×50型离心泵为研究对象,以离心泵叶轮出口关键几何参数为目标变量,通过建立水力损失模型计算得出非设计工况点的性能参数,编写程序进行设计方法验证,采用阈值迭代法确定一组最优的离心泵叶轮几何参数,用数值模拟及试验的方法检验设计方法准确性。结果表明:经过重新设计的离心泵叶轮性能均能满足设计要求且扬程、水力效率误差均在5%以内,提出的设计方法能满足离心泵在三工况运行的设计要求。

作为土方机械的主要传动部件,行星变速箱因其结构紧凑、功率密度高的特性极易出现温升速率过快的问题。通过可靠的功率损失分析,量化了变速箱多种工况下的功率损失,确定了高速轻载工况下变速箱的功率损失主体,基于箱体与外界的对流传热机制快速预测了不同工况下的油液温升特性。针对高速轻载工况,提出了面向功率损失主体的系列工程化优化方案,经过台架测试,优化后变速箱的空载功率损失平均下降了40%,温升速率平均降低了59.75%,为解决电动工程机械产品高速行车工况变速箱的热失稳问题提供了重要参考。

以某公司自主研发的水下新型化学注入计量阀(Chemical Injection Metering Valve,CIMV)设备为研究对象,对水下CIMV设备中压差与化学药剂注入量之间的关系进行了研究。通过对压差与注入量之间的关系进行数学公式拟合,得到了以0.542 7 MPa为分段点的分段函数,该函数可经过实时压差计算水下CIMV设备的实时注入量,计算值与实际流量值平均误差分别为0.044 3 L/h、0.076 6 L/h。

鉴于全球对化石燃料依赖性增加导致的环境和资源问题,风能作为一种可持续的能源解决方案受到重视。垂直轴风力机(VAWT)因其独特的优势,被视为未来风能技术发展的关键。采用计算流体动力学(CFD)模拟方法,详细评估了单台及双台(VAWTs)在同向旋转(co-rotation)和反向旋转(counter-rotation)配置下的气动性能。并且还通过控制变量法,对比分析了不同叶尖速比(TSR)下单台机组与双台机组的气动特性。研究结果显示,反向旋转的VAWTs在横向上的尾流发散程度略大于同向旋转,且间隙处的流动加速效应更为明显。随着TSR提升,尾迹迅速恢复,间隙风速加速增强,但加速区域收窄。优化TSR对增强VAWTs功率和改善尾流至关重要。这些发现对于指导VAWTs的设计改进、优化风电场布局以及推动风能技术在城市和近海区域的应用具有重要价值。

针对煤化工管路系统中黑水阀的冲蚀磨损问题,以V型调节球阀为研究对象,基于计算流体动力学(CFD)和冲蚀磨损理论,对V型球阀进行冲蚀磨损数值模拟,得到了V型球阀流体域内流速、压力及冲蚀形貌的分布规律,并与实际工程中失效阀门进行了对比分析。研究结果表明:小开度工况时,V型球阀内存在明显的负压,且负压值远低于黑水在170 ℃时的饱和蒸气压,阀门易产生流动空化;典型开度工况下,球体内流道迎流面因V口高速射流形成明显的靶心状高压区,在含固体颗粒介质的高速冲刷下,靶心状高压区域易产生明显的磨损蚀坑。V型球阀磨损严重区域主要分布在阀前座、球体内流道迎流面、阀体以及阀后座,当阀座密封副区域受到颗粒严重的冲刷磨损时,易造成密封失效问题。此外,其阀门壁面最大磨损率与平均磨损率均随着开度增加逐渐降低,当相对开度大于40%时,磨损率显著降低,为了延长阀门使用寿命,应尽量减少V型球阀在小开度下工作。

地铁排水系统的可靠性运行对地铁各系统的安全运营具有重要意义。针对地铁排水系统的关键设备排水潜污泵进行可靠性评估,可以为地铁排水系统智能运维决策提供支持。针对地铁排水潜污泵存在多失效模式的情形,对于潜污泵的机械密封使用退化失效过程描述,并采用维纳过程进行建模;同时对于潜污泵突发失效时间,采用威布尔模型进行拟合。退化失效与突发失效在竞争关系下的可靠度模型是通过结合潜污泵的性能退化数据和突发失效数据建立的,在不同失效情况下完成对潜污泵的可靠性评估,最后通过仿真分析验证了模型能够有效、准确的评估潜污泵的可靠性。

氢气是易燃易爆气体,氢气的开采、输控、储运等过程均离不开氢气输控系统,轴流式控制阀(也称调节阀)作为氢气输控系统的重要控制节点,对于氢气的接通、调节和切断输送以及整个输控过程的安全保障具有重要作用。分析了氢气输控用轴流式控制阀的产品结构,研究了设计比压对氢气输控用轴流式控制阀密封性能的影响;给出了平衡式密封圈的尺寸链,并开展了试验验证。结果表明样机的密封性能安全可靠,满足工业标准要求,可实现轴流式控制阀在氢气开采、输控、储运等过程中的安全和国产化替代。

在节能减排趋势下,根据抑尘车液压系统组成及功率需求,从发动机-液压系统-负载全局匹配出发,通过液压系统与负载的映射数据分析出变量泵和变量马达的高效工作区间;通过发动机的性能特性曲线分析出发动机的燃油经济区。在分析液压系统高效区及发动机燃油经济区的基础上,提出了基于抑尘车的发动机-液压系统-负载的整体匹配节能控制方案,并对采用节能控制方案的抑尘车进行了现场测试。试验数据表明,采用此节能系统的抑尘车相比于之前综合节能50%,同时提高了系统的稳定性,对其他工程机械也具有参考和借鉴作用。

针对在一些液压缸只能用非对称结构又需要采用闭式系统的场合,提出了对称泵驱动非对称液压缸的系统方案,即在常规的闭式系统结构之上再设计一套流量平衡系统,并对方案进行了设计计算和仿真测试,得出系统的静态特性和动态特性。针对动态特性中出现的瞬间吸空问题,给出了解决的办法并进行了实机试验验证。

液压系统作为一种重要的动力传输和控制方式,广泛应用于各个领域。作为液压系统中的关键元件,伺服阀起到调节和控制液压油的作用,蓄能器是液压系统中的能量储存和释放装置。在一些特殊的应用场合,大流量伺服阀与蓄能器组合构成高速响应的大功率液压系统。针对伺服阀与蓄能器这两个关键的元件组合能否满足系统对时间与能量的需求,通过对试验台伺服阀大流量的特性与蓄能器的能量释放特性进行计算分析,得知蓄能器能量释放后压力降为8.8%,伺服阀动作时间为0.09 s,满足了液压系统的试验要求。

在变转速载荷作用期间,选煤胶带机液压滚动轴承出现了明显的螺旋桨叶频激励。因此在分析其测点故障响应特征时,须考虑这种变转速激励表征在振动传递效应下,形成的特有动力学特征,建立典型故障与振动信号中动力学响应特征之间的映射关系是准确开展故障诊断的必要前提。为此,深入分析变转速工况下故障液压滚动轴承的动力变化,提取变转速工况运动条件液压滚动轴承的振动信号特征,获得液压滚动轴承的变转速载荷激励周期,得出故障轴承的固有共振频率,量化表征液压滚动轴承的故障特征,得到故障振动信号时频脊线估计结果和对应故障振动信号的瞬时频率。根据量化后的液压滚动轴承特征瞬时频率和对应故障振动信号的瞬时频率,分别在非缺陷部位和缺陷部位条件下,建立对应的动力学特征响应。经验得出:故障越大,表达出对应的动力学冲击特征越丰富,冲击响应也越多。

飞机液压系统对污染度要求很高,若污染度超出标准要求,会造成液压系统附件卡滞等功能丧失,导致液压系统失效,故此在液压系统中设置油滤。高压油滤布置在液压系统高压线路上,滤除高压管路中的杂质。高压油滤进出口连接导管,管接头有直通拧入式,接头内设置胶圈,保证在高压下密封可靠,但是在飞机进入修理阶段,发现由于高压油滤螺纹的磨损、压力冲击等原因,高压油滤螺纹与管接头螺纹间隙变大,也就导致密封间隙变大,胶圈从间隙处挤出磨成粉末状,造成密封失效,进而导致液压系统失效,对飞行任务的完成和飞行安全造成影响。对常规的密封失效机理、密封结构进行改进和验证,提高了密封可靠性,保证液压系统正常运行及飞机的飞行安全。

油田的水下控制模块液压系统长期处于高压、高温和腐蚀性环境下,面临着极高的故障风险。针对液压系统进行有效的故障诊断和预防性维护,研究将基于动态贝叶斯网络(Dynamic Bayesian Network, DBN)构建液压系统的故障诊断模型。实验结果表明,液压系统历史故障概率与实验预测的故障概率值均随时间的增加而增加。在T=0时,预测的液压系统故障概率值为0.106,与历史液压系统故障概率0.117非常接近;在T=20时,预测故障概率为0.194,历史故障概率为0.198,两者的诊断概率差值略有增加。此外,从T=0到T=20,模型故障诊断精确性均在85%以上,其中在T=0时的模型预测精确度最高为96.2%,T=20时,模型预测精确度最低为85.7%。研究表明,所提出的诊断模型在故障诊断时具有较好的精确性和稳定性,为油田水下控制模块(Subsea Control Module,SCM)液压系统的智能故障诊断提供一种新的解决方案。

对减压活门故障造成正常刹车功能失效原因进行分析,根据机理分析、试验验证、理论计算等得出现有架构下有效降低故障发生的优化方案。提出人为操纵力相对电磁力、液压力有限,应增加液压系统中需人为操纵活门的使用频次,避免因长时间不操作使得附着物累积,导致其内部卡滞,从而引起严重后果。

通过结合炼钢工艺实际需求,设计一种具有防松自锁功能的新型液压管夹。该管夹利用棘轮棘爪机构以固定螺栓,使得螺栓在液压管路冲击振动载荷大的工况下不会发生松动。该管夹投入实际运用后,几乎完全避免了管夹松动类故障,现场点检频率大幅降低,保证了现场生产顺行,创造了较大的经济效益。利用Autodesk Inventor软件进行有限元分析,验证了该管夹的结构有效性,能够满足现场工况需要。

针对液压泵效率测试过程中,测试数据处理工作量大、效率低的问题,提出了一种基于零压力截取法的自动化处理数据的方法。在试验过程中,对流量进行压力和温度补偿,并利用最小二乘法对误差点进行排除,编写了基于该方法的MATLAB算法,研究表明:通过排除误差点使测量空载排量具有较高的精度,同时运用MATLAB算法进行数据处理大大提高了泵空载排量的测试效率。