渐开线齿轮泵及柱塞泵因其各自的结构局限性,均限制了其应用范围,为此,提出和设计了一种压力等级介于齿轮泵和柱塞泵之间的自增压泵。该液压泵充分利用渐开线齿轮啮合时形成的可变容腔变小对油液的挤压升压效应,同时通过配流窗口实现油液的吸排油。在分析其工作原理的基础上,建立了对应的三维流体模型,通过Pumlinx对其流量特性、压力特性、径向不平衡力及空化特性等进行了数值模拟,结果表明:自增压泵每旋转1个齿,压力及流量均呈现2次小波动;径向不平衡力较传统齿轮泵更为显著;进口及齿轮啮合可变容腔变大处,空化较为明显;通过两级连续升压可实现输出压力的大幅提高。验证了自增压泵原理是可行的,为进一步设计验证提供了理论和设计依据。

飞机上由发动机驱动的恒压变量液压柱塞泵或者燃油柱塞泵,在特定工况尤其是特定转速下会出现异常现象,通常表现为压力脉动加剧、压力突变、振动加剧等,有时甚至出现压力丧失、主轴异常大幅窜动等导致飞机事故征候的极端现象。通过对若干型航空柱塞泵的试验数据进行分析,发现流量调节机构与出口压力脉动耦合,以及壳体容腔液体与结构、运动部件内部谐振等均有可能导致不同转速下的航空柱塞泵异常现象的发生。斜盘调节机构构型、活门组件参数、壳体容腔布局、运动和受力特性等多种因素的耦合作用,导致难以对此类异常现象成因进行准确定位。针对特定转速下的输出压力脉动加剧这一特定现象进行分析,建立了零输出流量状态下恒压柱塞泵动态模型,通过理论分析了特定转速下压力脉动机理;然后通过仿真和试验数据对提出结论进行了验证;最后,定性分析了柱塞泵结构和工况参数对异常工况发生转速点的影响,为设计时避免此类问题发生提供借鉴和参考。

确定垂直轴风力机(Vertical-axis Wind Turbines, VAWTs)的放大准则是研发大型垂直轴风力机和预测性能的关键技术。首先,分析了采用单一无量纲参数恒定的放大准则(叶尖速比恒定、雷诺数恒定)研发大型机组的研究现状,讨论了此准则在放大过程中的不足;其次,基于理论分析梳理了双参数耦合恒定的放大准则,并分析了采用雷诺数-叶尖速比耦合恒定、叶尖速比-雷诺数耦合恒定的放大准则在风力机放大过程中所取得的研究成果,进一步探讨了耦合恒定放大准则的准确性及局限性,发现耦合恒定的放大准则可以获得气动性能相似性较高的大型垂直轴风力机。

为了研究不同叶片安放角的诱导轮对液化天然气(Liquefied Natural Gas,LNG)泵空化性能的影响,以LNG泵为研究对象,基于SST k-ω湍流模型和Zwart空化模型进行数值模拟。结果表明:减小诱导轮出口安放角,能够提高LNG泵的必需汽蚀余量;采用更小叶片出口安放角的诱导轮,可以使得LNG泵中的空泡体积分数更低;并且不同的叶片安放角影响着诱导轮叶片表面的压力分布,得到诱导轮出口角取16.3°,进口角取12°为最优角度。为抑制LNG泵空化现象的发生,提高泵的运行稳定性提供了参考。

深海液压锁作为深海液压锁紧系统的核心元件,其工作性能直接影响执行元件及系统的可靠性。为研究深海液压锁特性,首先,对深海工况下液压锁的结构与工作原理进行了详细阐述,对深海液压锁中阀芯阀套的受力及阀口流量进行了理论分析;然后,基于AMESim仿真软件,建立了模拟深海工况下液压锁及系统的模型,通过模拟,分析在不同深海环境压力下,稳态液动力、油液温度、阀芯锥角半角等重要参数对阀芯前后压差和位移的影响。仿真结果表明:其阀芯位移与压差都随深海环境压力的增大而增大,且考虑稳态液动力时阀芯前后的压差,比不考虑时大0.25 MPa;油液温度在3 ℃,压差增大量明显大于50 ℃及位移变化在3 ℃时逐渐趋于平缓,在50 ℃时逐渐加剧,最大分别为0.740 mm和0.985 mm;阀芯锥角半角在45°时压差最小,相比30°和60°时均小于超过0.15 MPa,且阀芯位移最大,故深海液压锁优先考虑将阀芯锥阀半角设计为45°。为深海液压锁设计及后续参数优化提供了一定的理论指导。

针对高压水射流喷水推进系统喷嘴的气穴现象,提出了将出口背压水引至喷嘴处的气穴抑制方法。结合湍流模型、两相流模型和气穴模型,构建了锥形喷嘴的2D仿真模型,通过出口流量理论值和试验值比较验证模型,对比分析了有引流和无引流喷嘴的压力、速度和气体体积分数分布等流场特性,并在不同出口压力下研究了引流角度对引流喷嘴气穴抑制性能的影响。结果表明,引流后减小了喷嘴真空区域面积,改善了其压力分布,减小了引流口及其后端的气穴,但其亦会使反推力略微下降;引流角度对引流喷嘴气穴抑制性能有着重要的影响,喷嘴引流口倒角可提高其抑制气穴性能,且正负倒角的引流喷嘴具有最佳的气穴抑制性能,但其反推力则小于其他倒角喷嘴,在低出口压力时会产生涡流气穴,压力增高时涡流气穴减小甚至消失。

大管径输水管道非恒定流量状态导致具体的流量偏差存在波动,以固定的PID系数对其进行控制无法适应波动的流量偏差,导致输水管道下游水位与设计值拟合程度较低,为此,提出基于模糊自调整PID的大管径输水管道流量控制方法。引入微分方程对大管径输水管道非恒定流量下水体的运动方程和连续方程进行表征后,结合管道内流速及水头的变化规律,求解流量参数。将具体的流量偏差作为模糊自调整PID的输出参量,将闸门开度作为控制量,通过RBF神经网络整定PID系数,输出针对具体流量偏差的控制参数。测试结果表明,所提方法在输出收敛的PID系数基础上,能够输出与设计值高度拟合的流量,下游水位与设计值达到了高度拟合。

煤矿液压机械在间歇工况运行时,易因负载不确定导致振动特性动态变化,难以有效确定振动产生因素,使得不同工作模式的振动特征相互混合,造成振动模态难以分离、无法获取最佳振动抑制力以及抑制效果欠佳等问题,为此,提出一种间歇条件下煤矿液压机械负载不确定振动自动抑制方法。通过构建煤矿液压机械数学方程,深入分析间歇工况条件下煤矿液压机械的动态特性,确定煤矿液压机械产生流体振动的因素;基于确定的阀芯位移因素变化情况,构建考虑水平与竖直方向振动传播特性的振动微分方程,并引入分离变量法对混合振动模态进行有效分离,通过振动抑制技术获得最佳振动抑制力,实现对负载不确定振动的自动抑制。试验结果表明,该方法能够实现精准的煤矿液压机械振动抑制,抑制后振动幅度均低于0.5 mm,振动抑制率均高于98%,最终机械运行稳定性均高于99.5%,有效验证了该方法能够提升煤矿液压机械设备运行稳定性与安全性,有助于煤矿液压机械智能化管理。

为了解决传统液压与气压传动系统试验和研究中存在的高昂设备成本、有限试验条件及固定试验内容等问题,提出了一种基于虚拟仿真的试验平台。结合了Automation Studio和MCD软件,并通过OPC协议实现了行为模型与物理模型的高效耦合。通过虚拟仿真技术,该平台不仅有效地模拟了液压与气压传动系统的动态特性,还能够在虚拟环境中进行各种试验和操作,减少了对昂贵设备的需求,显著降低了试验成本。通过对照试验评估,该仿真平台在相同的时间内相比于传动试验平台时域幅值变化曲线衰减波动值更小,收敛更快,系统性能更强。因此,这一平台不仅在液压与气压传动试验中具有重要应用价值,也为相关领域的研究提供了新的工具和方法。

针对化工管道系统在输运高温水蒸汽时,调节阀阀杆常发生大幅振动与介质外泄等问题,以高温高压调节阀为研究对象,基于计算流体动力学(CFD)和热流固耦合技术,探究了其流场压力脉动特性与结构共振响应,并求解了阀杆共振幅值。研究结果表明:小开度工况时,阀芯与阀笼节流部位存在明显的速度梯度变化,并出现了局部的高速射流;同时,阀芯下方与阀笼流体出口域均出现了涡流回旋,强烈的涡旋不仅会加剧流体动能损耗,同时易激发大幅压力脉动。经热流固耦合模态分析,发现阀门第一阶、第三阶与第四阶固有频率与流体域大幅值压力脉动频率接近,导致阀门与液流系统产生流激共振。经谐响应分析,发现调节阀在10％和30％开度运行时,阀杆在109.6 Hz和154.3 Hz附近产生振幅突变,最大幅值分别为1.912 2 mm和1.556 mm。阀杆大的振幅不仅造成填料产生大的变形,引发泄漏问题,同时会对阀盖造成严重磨损。为了避免调节阀发生共振,应尽量减少调节阀在小开度工况下工作。

为了从根本上解决化工生产输送介质中所含有的颗粒物引起离心泵叶片磨损,使之失效问题,以乙烯装置输送焦油介质的单级离心泵为研究对象,通过ICEM CFD软件分别计算了颗粒物体积分数为4%,5%,6%,粒径为1,2,3 mm,以及球形度为0.67,0.84,1时离心泵叶片的磨损量,分析了离心泵内颗粒物的分布和叶片磨损的位置。结果表明,随着体积分数的增加,叶片磨损量增大,颗粒物的停留数目增加,叶片磨损分布由点状过渡为片状;随着粒径的增加,叶片磨损量增大,叶片磨损分布从点状过渡为带状;随着颗粒物球形度的降低,叶片磨损量增大,叶片磨损分布由点状过渡为带状,叶片尾部磨损最为严重。通过适当增大叶片入口角和减小叶片出口角,使叶片抗磨损性能得到了显著改善。

超低温阀门是液化天然气等物质运输的关键结构,为了优化超低温阀门结构的强度与密封性,构建了超低温阀门结构的参数化模型,对超低温阀门结构的设计参数进行了分析;建立了确定性优化方程,并采用多岛遗传算法(Multi-island Genetic Algorithm,MIGA)与非线性二次规划(Nonlinear Quadratic Programming,NLPQL)算法,对确定性优化方程进行求解。结果显示,经过优化后,超低温阀门结构填料最低温度、密封比压、流阻系数均有所降低,其中填料最低温度下降22.8%,密封比压下降2.73%,流阻系数下降11.15%。提出的超低温阀门结构优化方法,可有效优化超低温阀门的密封性,提高超低温阀门的确定性。

在大型火力发电厂中,发电机组的小汽机控制对于整个发电系统的高效、安全和稳定运行具有至关重要的作用。为此,研究提出了数字电液控制方法,并针对电液伺服系统提出了一种基于指数趋近律与模糊比例-积分-微分控制的滑模控制器,将其应用于单抽汽小汽机控制中,并构建了相应的物理模型。结果显示,改进滑模控制器的初始响应时间相对于比例-积分-微分控制器略微增加,但超调量明显降低,均低于2%;运行30 s后,其调整时间明显更短,超调量低于1%。所提出的滑模控制器具有更低的系统超调量以及更高的稳定性与抗干扰性能,为小汽机数字电液控制系统提供了可靠的技术支持。

根据国标GB/T 24747—2023《有机热载体安全技术条件》,动态监测了矿物油型有机热载体在某油田采油轻烃工区导热系统关键性能指标变化,并分析了指标变化的原因。结果显示,随着使用时间的增加,矿物油型有机热载体外观呈红棕色,酸值先上升后下降,40 ℃运动黏度先下降后上升,闭口闪点先明显下降后缓慢上升,残炭含量先上升后趋于稳定,水分含量逐渐下降,轻组分馏出温度(0%～10%回收率)先快速下降后期趋于稳定,中组分馏出温度(30%～70%回收率)保持相对稳定,重组分馏出温度(90%～100%回收率)轻微上升。

气动调节阀是一种利用气动力来控制流体流量的调节阀。为了确保气动调节阀的质量和性能符合标准要求,基于型式试验对气动调节阀的主要性能参数进行了评估。评估结果表明:气动调节阀的主要性能指标如基本误差、回差、死区、始终点偏差、额定行程偏差、泄漏量等符合相关标准。气动调节阀在密封性能、气动性能、流量特性以及耐压性能等方面均表现出良好的性能。通过对气动调节阀的性能参数评估,可以确保其在实际应用中的性能和安全性,满足工业生产和安全标准的要求,从而用于指导气动调节阀的设计与开发。

介绍了飞机液压油箱的分类,并对非隔离式液压油箱的油箱增压系统功能进行了说明。针对起落架收放过程中出现的瞬时掉压现象进行原因分析,分析结果表明,液压油箱增压系统中的油箱压力调节器故障是导致液压系统瞬时掉压的直接原因,同时对油箱压力调节器产品的分解检查结果也表明,其内部活门上的橡胶材料有较明显的膨胀情况。经分析研究,提出更改活门橡胶材料的办法,通过试验证明效果明显,达到了预期目标。

针对石化行业液压夹管系统传统阀控方案存在的系统复杂、能效低等问题,提出并验证了伺服泵控压力调节系统的应用方案。通过AMESim仿真建模,系统在压力阶跃变化时表现出良好动态性能,压力变化稳定时间不超过3 s,波动小于0.5 MPa。实际改造应用进一步验证其工程适用性:系统4 MPa至21 MPa范围内的逐级调压稳定时间控制在10 s内,伺服电机转速优化在100~500 r/min 范围内,降低了功耗。方案创新性地采用模块化设计架构,实现了负载端阀块高度集成化,同时缩短了连接管路,研究结果为液压系统绿色节能化改造提供了理论依据与实践案例。

油气弹簧是车辆悬架系统中的重要组成元件,主要用于缓冲吸收随机路况引起的振动。变阻尼油气弹簧在传统油气弹簧的定阻尼节流口形式基础上进行改进,采用叠加阀片的方法实现不同振动速度下的阻尼调整,能够在路况出现极端变化时保持车身的整体稳定,并减少阻尼发热。对叠加阀片式变阻尼油气弹簧的数学物理模型进行了讨论,并采用ANSYS进行仿真,结果表明,简支梁简化的阀片与完整阀片的变形量偏差不大于1%,可用于简化计算。设计生产了变阻尼油气弹簧实物,并进行了产品实物试验验证,油气弹簧实物的阻尼系数范围在0.1~0.5范围内,基本满足设计要求。

介绍了现行静液压平地机的行走制动液压系统和存在的问题,针对静液压平地机行走制动液压系统发热量大、低速时冲洗流量不足进行了改进。根据理论公式计算了行走过程中车速和流量损失关系,使用泵、马达实际效率对结果进行了修正。结果表明,将制动泵油液引入行走液压系统,并增大冲洗流量,可以充分利用制动系统流量,提高系统散热能力。