摘要：为了对JP75型卷盘式喷灌机水涡轮进行能量转换分析、参数优化及探究其内部流动性能,采用CFD技术,对转速为250 r/min下的水涡轮进行三维建模、多面体网格划分以及数值模拟.分析水涡轮压力云图和速度云图,发现进口管道中不合理的弯道、喉部、喷嘴设计导致了水涡轮运行效率偏低,来流中的压力势能未能转化为有效的叶片冲击动能,大量能量仍以势能的形式储存在液流中.分析过流断面流线图,发现叶片间隙及出口管道入水口处有大量涡旋产生,造成部分能量损失,从而表明现有的JP75型水涡轮进出口设计和叶片设计需要改进.对进水管道喉部之后的射流段和转轮这两处进行能量转换计算,平均效率分别为26.31%和45.44%,转换效率明显偏低.对现有JP75型卷盘式喷灌机水涡轮进行了参数优化设计,经计算,初步确定了优化模型的标称直径为0.201 m、射流直径为0.021 m、设计水头为13.65 m.

摘要：传统泵站使用中存在大量鱼类死亡现象.为了提高鱼类流经泵站流道后的存活率,采用与试验值吻合度较高的叶片撞击模型,预测了原型泵不同工况下的鱼类死亡率:理论上设计流量点鱼类死亡率高达68%.基于叶片撞击数学模型,提出了提高鱼类存活率的鱼友好型设计方法,分析了各鱼友好型设计对提高鱼类存活率的效果,其中叶片数和转速是影响撞击概率的主要因素,而叶片数是导致扬程变化灵敏度较低的因素;前缘弯掠大幅降低了垂直前缘的撞击速度分量,是影响撞击死亡率的主要因素,加厚型线头部是影响撞击死亡率的次要因素,但两者会加剧径向流动,降低叶片效率及汽蚀性能.经鱼友好型设计后,鱼类死亡率整体控制在30%以下,设计工况点下的鱼类死亡率由68%降低至13%,效果显著.该研究可为鱼友好型泵及泵站的开发应用提供参考.

摘要：为了扩大卷盘喷灌机的调速比范围,加大传动比以及提高其效率,以直流电动机驱动的JP75型卷盘式喷灌机为基础,重新对该型号机器进行了基于蜗轮蜗杆的大传动比结构的设计与优化.新型传动结构根据喷洒车运行速度将其分为两档传动,以蜗轮蜗杆传动代替部分直齿圆柱齿轮传动,降低了传动的级数.针对初步确定的传动系统设计参数,运用Matlab遗传算法工具箱,以传动效率最高与齿轮减速箱体积最小为目标函数进行多目标连续离散混合变量的遗传算法优化.对初始分配的链传动,直齿圆柱齿轮传动以及蜗轮蜗杆传动各级齿数,齿宽系数等关键参数进行了相关优化,优化后的结果和试验测试表明:与初始设计参数对比,第一档传动总效率提高了13.77%,第二档传动总效率提高了13.11%,同时总体积减少了10.30%.新设计的传动系统方案为新型转盘喷灌机的研发升级提供有益的借鉴.

摘要：为解决喷水推进器传统设计方法中目标求解设计参数在实际工作中与理论最佳工况点存在偏差,导致相应喷水推进器效率普遍偏低的问题,文中选取SDPM-450喷水推进器为研究对象,以最高喷水推进效率为目标,围绕喷水推进器最佳工况点展开效率分析,进而优化参数选取办法.首先,基于极值理论推导了喷水推进器最佳工况点的充要条件,即航速比数值上等于2倍的伴流系数;其次,运用数值仿真中的UDS反向追踪法验证了理论推导的正确性,偏差分析后确立了最终判别式为K=2εα;最后,基于判别式优化设计参数选取办法,提出了以喷嘴直径和伴流系数为基础变量的参数求解方程组,为喷水推进器的高效设计奠定基础.

摘要：针对目前卷盘式喷灌机配套单喷头车水力能耗高,而水力能耗低的桁架式喷洒车不能折叠的问题,设计了1种新型三折叠喷洒臂桁架结构,确定了各杆件的长度以及连接关系,建立了基于多刚体系统动力学理论的拉格朗日法机构动力学方程,结合ADAMS虚拟样机技术仿真分析了三折叠喷洒臂结构在正弦函数驱动下的各杆件运动响应以及动力学特性.根据分析结果对结构进行了改进,结果表明,三折叠喷洒臂结构折叠过程运动平稳,完全收拢后内侧杆件折叠角为86.2°,各杆的最大受力突变出现在折叠收拢角为85.6°时,此时液压缸输出最大推力为2 800N,各杆最大应力为10 MPa,远远满足管用防锈铝合金材料130 MPa的许用应力要求.由此表明,三折叠喷洒臂结构具有较好的折叠收拢效果,各杆件受力满足结构强度要求,为验证三折叠喷洒臂结构设计的合理性及加工物理样机的可行性提供了依据.

摘要：为了研究蜗壳和超厚离心泵叶片匹配时的应力分布和变形,采用单向流固耦合方法对3种蜗壳结构产生的变形、等效应力和模态进行了数值分析和优化.蜗壳基圆直径与叶轮直径的比值(D_3/D_2)是蜗壳结构动力特性的主要影响因素,所以选取不同的D_3/D_2设计方案,进行数值模拟.当D_3/D_2较小时(方案A),超厚叶片出口的射流一尾迹现象导致蜗壳流道内压力分布不均匀,其诱导的蜗壳变形量较大;随着D_3/D_2逐渐增大(方案B,C),蜗壳的动力特性参数数值明显减弱,且数值趋于稳定.在设计工况下,方案A变形量最大值为544μm,等效应力最大值为15.7 MPa;方案B和方案C最大变形量分别降低为方案A的2.6%,2.8%,最大等效应力分别降为方案A的14.8%,22.9%.数值计算结果表明,3组对比方案中,方案B和方案C的结构动力特性相近,方案B的各指标最好,其运行可靠性更高.因此推荐具有超厚叶片的离心泵蜗壳D_3/D_2取1.13(方案B所取值)左右,以获得较优的结构动力特性.

摘要：利用正交试验法对导叶进行优化设计,选取导叶进口安放角、扩散角、喉部面积为因素,根据正交表选取9组作为试验组,采用计算流体动力学(CFD)方法对各试验组进行数值计算分析,与原导叶性能对比并对结果进行极差分析.结果表明:不同的导叶参数对炉水泵性能影响程度不同,3个因素影响的主次顺序为进口安放角、喉部面积、扩散角,其中进口安放角对炉水泵扬程与效率影响程度不同,对扬程影响较大,其余对炉水泵扬程和效率影响程度相同;根据正交法所选取的最优试验组合为α_3=16.2°,θ=8°,F_3=37×50 mm^2.最后通过原导叶的模拟结果与真机试验数据的对比可知,数值计算方法是可行的.由此可知,正交法可用于炉水泵的优化设计,通过调整主次因素来提高炉水泵的性能,更好地为火电厂水循环提供保障.

摘要：为研究设计工况下叶片包角对高比转数离心泵性能的影响,以一台比转数为185的单级单吸离心泵为研究对象,在保证泵体和叶轮其他几何参数相同的前提下,将叶片包角分别设计为110°,115°,120°,125°和130°.应用ANSYS CFX 14.5软件对离心泵内流场进行数值计算.结果表明:叶片包角对外特性有显著影响,包角过大,扬程和水力效率整体下降;当叶片包角增大到130°时,最佳效率点向小流量偏移近20%;同时,随着叶片包角的增大,叶轮进口低压区增大,更容易发生汽蚀;叶片包角从110°增大到115°时,蜗壳内流动更加平顺.当叶片包角增大到125°时,隔舌附近出现明显的低速旋涡区,随着包角进一步增大,旋涡区域扩大且向出口处移动;此外,当叶片包角为120°时,各监测点的压力脉动幅值较低,说明对于动静干涉作用的影响,叶片包角存在一个最优值.针对叶片包角为120°的模型泵进行了性能试验,对比发现数值计算的结果与试验结果趋势一致,表明数值计算方法是可信的,对高比转数离心泵水力设计具有一定的参考价值.

摘要：为提高已有两级离心泵中径向导叶的水力性能,按照正交试验要求,选取径向导叶的喉部面积、扩散角、反导叶数、反导叶高度4个因素,每个因素取3个水平,设计9个导叶.基于ANSYS CFX软件,选取k-ε湍流模型,并结合全隐式耦合算法对装配具有不同几何参数径向导叶的两级泵全流场进行数值计算,获得了9组设计方案在额定工况下的扬程、效率.以泵的扬程和效率作为试验指标,利用极差分析法分析了所选几何参数对于两级泵扬程、效率的影响规律,以及影响径向导叶性能的主要因素和次要因素,提出了性能较优的径向导叶方案.径向导叶喉部面积对两级泵的扬程、效率影响较大.经数值计算可得,较优方案的额定工况下的扬程为211.70 m,效率为47.63%,较之优化前的径向导叶,扬程提高了1.24 m,效率提高了4.00%,取得了较好的优化效果.

摘要：为研究大流量自吸离心泵机组轴与曲轴的振动特性,基于ANSYS有限元分析软件对大流量自吸离心泵机组轴与曲轴的模态特性进行研究,分析了大流量自吸离心泵机组轴与曲轴前5阶振型图及固有频率,并对其各阶固有频率对应的临界转速进行研究.研究表明,大流量自吸离心泵机组轴在支撑间距以及形式的影响下,主要体现出扭曲振动,且第4阶发生了2次扭转变形,呈现对称变化分布.与此同时,大流量自吸离心泵机组轴的设计转速为2 200.00 r/min,而大流量自吸离心泵机组轴的最低临界转速达到2 848.07 r/min,高于实际转速2 200.00 r/min,从而避免了发生共振的可能.采用合理的结构设计可以有效地避免大流量自吸离心泵机组轴与曲轴发生共振,通过模态分析得到振型图和动画显示,清晰地展现出大流量自吸离心泵机组轴与曲轴的动态特性,为系统的安全运行、振动分析以及结构的优化设计提供重要的理论依据.