气吸式大豆精密排种器排种性能试验研究

在精密播种机中,精密排种器是其工作的核心部件,工作性能直接制约了播种机播种性能的优劣。为了探究影响气吸式排种器工作性能的主次因素,以大豆气吸式排种器为研究对象进行了台架性能试验测试。试验确定排种盘转速为影响排种器排种性能的主次因素,气室负压为次要因素;排种盘转速为20 r/min,气室负压为5 k Pa时该大豆气吸式排种器排种性能最优,合格指数高达91.13%。该研究结果对排种器结构改进以及性能优化提供了参考依据。     

气吸滚筒阵列式棉花精密排种器设计与试验

针对气吸式棉花精密排种器输气管路结构复杂、能耗大以及排种单体只能实现单行播种等问题,采用阵列吸孔吸种、侧向气吹清种等方式,设计了一种气吸滚筒阵列式棉花精密排种器,确定了该排种器关键零部件的结构参数,建立了充种过程的力学模型。以棉花种子为播种对象,以滚筒转速、吸孔直径、气室负压为影响因子,以合格指数、漏播指数和重播指数为排种性能指标,进行二次旋转正交组合试验,建立各影响因子与排种性能指标之间的回归模型,分析了各因子对排种性能的影响规律。采用多目标优化方法,确定最佳参数组合:滚筒转速为15.5 r/min,吸孔直径为3.5 mm,气室负压为4.2 k Pa,此时排种器的合格指数为93.5%、漏播指数为2.0%、重播指数为4.5%。经试验验证,试验结果与优化结果基本一致,满足棉花精密播种的要求。在此基础上进行了排种适应性试验,试验对象为几何特性存在一定差异的新陆早48号、新陆早52号、新陆早60号3种棉花种子,结果表明:合格指数均大于92%,漏播指数均小于3%,重播指数均小于5%,说明该排种器对不同品种的棉花种子具有一定的排种适应性。     

气吸式玉米精密排种器排种性能试验研究

精密排种器是精密播种机的核心工作部件,排种器的排种性能决定了播种机的播种质量。为此,以气吸式排种器为研究对象进行了台架性能试验测试。试验结果表明:对于气吸式排种器,影响其排种性能的主要因素是排种盘转速,当排种盘转速为39r/min、气吸室真空度为4.5kPa时,粒距合格指数为91%,排种器的排种性能最佳。     

气吸滚筒式棉花精密排种器流场数值模拟与试验

针对气吸式精密排种器充种、携种阶段存在充种精度不高的问题,从提高排种器充种性能和精度出发,以气吸滚筒式精密排种器为研究对象,建立流场模型,利用Fluent软件对影响充种性能的滚筒负压腔负压与吸孔直径进行数值模拟,探究不同影响因素对排种器内部压力场与速度场变化规律的影响。通过试验对仿真进行验证,并以滚筒转速、吸孔直径、负压为影响因素,对排种器合格指数、漏播指数和重播指数进行试验研究,结果表明:在滚筒转速15.38r/min、吸孔直径3.59mm、负压5.04kPa时,排种器的排种合格指数为93.3%,漏播指数为2.58%,重播指数为4.25%,排种效果最好。     

转速对磁吸滚筒式精密排种器工作精度的影响

通过分析种子在滚筒壁上的受力,在保证种子被吸附于滚筒壁上且不滑动的前提下,找出了所需的磁吸力与其所处位置的关系,并分析了滚筒允许转速与磁吸力的关系.分析结果表明,滚筒允许转速与种子质量、种子比磁化系数、种子质心处磁场力、滚筒半径及种子与滚筒壁摩擦系数等因素有关.最后,对油菜种子进行了穴盘播种试验,其结果表明:当磁吸头采用锥头形式、线圈电流强度为0.2A、匝数为2000、滚筒转速为15r/min时、排种器单播率达93.334%.     

正负气压组合管针式西洋参集排器设计与试验

针对西洋参种植农艺要求窄行距单粒精密播种、但缺乏适用精密播种技术与装备的问题,设计一种采用负压吸种、正压卸种的管针式集排器。分析了集排器的工作原理,确定了主要结构参数,开展了集排器并联各行气流分配均匀性仿真分析,构建了排种器吸种和卸种环节力学模型,通过台架试验测试了集排器性能。仿真分析表明,各行排种针末端种子吸附面气流流速的变异系数为2. 923%,集排器并联各行排种针流场分配较均匀;台架试验表明,集排器的单行合格指数可达90%以上;二次回归正交旋转组合试验结合响应曲面分析表明,影响合格指数的因素主次顺序为排种轴转速、吸种负压、卸种正压,集排器最佳性能工作参数组合为排种轴转速13. 10～17. 70 r/min、吸种负压4. 25～4. 50 k Pa及卸种正压2. 90 k Pa时,集排器单行的排种合格指数大于88. 50%、漏播指数小于5. 00%、重播指数小于7. 50%;选取该范围内不同工况条件进行集排器整体排种性能测试,结果表明,集排器各行排种合格指数均大于86. 30%,行间合格指数一致性变异系数小于1. 80%,各行合格指数稳定性变异系数均小于6. 20%,排种器工作性能稳定,满足西洋参精密播种要求。     

气吸双层滚筒式精量排种器设计与试验

为降低播种动力消耗,提高播种质量,适应杂交水稻精量育秧播种农艺要求,设计一种气吸双层滚筒式排种器。阐述该排种器的工作原理、关键部件结构及参数设计,通过对排种过程的种子进行受力分析,确定播种质量与滚筒转速以及吸孔负压的关系。选取合格率和重播率为试验指标,振动频率、滚筒转速以及滚筒负压参数作为试验因素进行中心复合试验。试验结果表明:当振动频率为51.8 Hz、滚筒转速为8 r/min及滚筒负压参数3.4 kW时,平均合格率为93.21%,平均重播率为3.97%,该排种器能够满足播种要求。     

气吸滚筒式棉花精密排种器的设计与试验

针对气吸滚筒式排种器能耗大、吸孔易堵塞等问题,采用气流清种、隔压板隔开气室减小负压气室空间及滚轮式清堵装置对吸孔进行清理等方式,设计了一种基于气流吸种的滚筒式精密排种器,对其工作原理与主要部件结构参数进行了介绍,并进行了相关台架试验。试验以滚筒转速、吸孔直径、负压大小为影响因子,进行正交试验,并通过极差分析与方差分析确定了影响排种性能的主次因素与最佳参数组合。试验验证表明:滚筒转速10 r/min、负压-4.5kPa、吸孔直径3.5mm时、合格率为93.2%,漏播率为2.1%,重播率为4.7%,排种性能最好,满足棉花精密播种的种植要求。     

气吹供种的滚筒式排种器性能的试验研究

针对如番茄、油菜、花卉等小颗粒作物种子外形不规整、流动性差、难于实现精量播种的难题,提出基于气流悬浮理论供种的设计方案,研制了一种气吹供种滚筒式排种器。针对研制的排种器,以番茄种子为试验对象,以种箱气室正压力及滚筒吸孔孔径、滚筒转速为试验因素,进行正交试验,并利用数据处理软件对试验结果进行极方差分析,确定影响排种性能指标的因素优水平、主次顺序及优化组合,合理配置适于取种性能指标的结构参数、工作参数。试验结果表明:气室正压力及滚筒吸孔孔径为影响排种性能指标的主要因素,在滚筒吸孔孔径1.4mm、气室正压力2k Pa、滚筒转速12r/min条件下,排种器的单粒指数可高达92.3%,漏播指数为2.5%,满足穴盘播种的精度与工作效率要求。     

针吸滚筒式水稻排种器设

基于针吸滚筒式排种器设计,对吸种理论进行了分析.针对杂交稻辽盐188芽种进行了播种试验.试验表明,针吸式排种器设计满足播种杂交稻芽种的超低播量和低伤种率要求.通过对试验结果的分析表明,影响排种器播种性能的因素主次顺序依次为真空度、吸针端面角和滚筒转速,且在滚筒转速为5 r/min、吸针端面角度为30°、滚筒内真空度为4.8 kPa时,播种效果最好.     

离心叶轮设计系数选用原则

离心叶轮设计系数的选用决定了叶轮设计的优劣,以汽蚀余量最小为目标函数对单吸式和双吸式离心叶轮的进口设计系数进行了分析,结果表明,单吸式和双吸式叶轮的进口条件不同,相应得到的进口设计系数选用曲线也不同,在低比转速条件下,以汽蚀余量最小为优化目标得到的结果小于斯捷潘诺夫的推荐值．根据对速度和扬程的要求分析了离心叶轮的出口设计系数,对于单吸式叶轮,计算结果要大于斯捷潘诺夫推荐值,而双吸式叶轮的计算结果与后者的选用值推荐非常接近,结果表明,斯捷潘诺夫的推荐曲线适用于设计效率较高的双吸式离心叶轮．     

双吸离心泵蜗壳面积比对水力性能的影响研究

双吸离心泵具有流量大、扬程高的特点,被广泛应用于农业输水灌溉等工程。双吸泵的蜗壳和叶轮间具有动静干涉作用,两者之间的匹配形式会对水泵的水力性能产生影响。将CFD数值模拟和已有试验数据相结合,通过研究不同比转数的双吸离心泵蜗壳面积比对水力性能的影响,得出不同比转数下双吸离心泵最优蜗壳面积比规律。研究发现,当蜗壳面积比在原有基础上增加时,其最高效率点向大流量工况偏移,且扬程和效率有下降的趋势,设计工况附近的平均效率降低;当蜗壳面积比减小时,其在一定范围内扬程和效率均出现上升,最高效率点偏向于小流量工况,但是当降低到一定程度时,扬程和效率均会出现急剧的下降,最终通过总结各个比转数双吸泵的最优蜗壳面积比,得到随着比转数的增加,最优蜗壳面积比增加,高效区范围逐渐加宽这一规律。     

多工况高抗汽蚀性能的诱导轮设计

针对某流量调节范围（最大流量/最小流量）为30的低比转数高速离心泵,基于能量匹配法,设计了等螺距和变螺距2种结构形式的诱导轮.采用SST湍流模型和Rayleigh-Plesset空泡动力学模型,对离心泵多工况下的全流场进行汽蚀数值模拟,分析了离心泵多工况下的汽蚀断裂特性和气泡分布等流场特征,揭示了不同工况下带诱导轮离心泵的汽蚀断裂机理.在高速试验台上进行了离心泵外特性水力试验,试验结果与计算结果吻合较好.研究结果表明：能量匹配法是指导高抗汽蚀诱导轮设计的基本方法;随着进口压力的降低,带诱导轮离心泵在各工况下的汽蚀断裂特性不尽相同,大流量工况下的扬程断裂曲线呈大斜率形状快速下降,中流量工况下扬程断裂曲线呈直角形,小流量下扬程断裂曲线呈小斜率形状缓慢下降;相对于等螺距诱导轮,变螺距诱导轮具有更小的冲角和更高的扬程,使高速离心泵具有更宽的稳定工作区间.     

高扬程大流量离心泵CFD水力优化设计

选哈电A934模型叶轮作为对象叶轮,以预定的泵扬程流量特性(H-Q)为目标参数,在保证出口角不变的情况下,将对象叶轮出口直径延拓到目标叶轮直径,形成待优化的目标叶轮．使用CFX-TASCFlow软件进行改型设计,针对干河泵站最大扬程、最小扬程以及设计扬程对应的工况点,优化叶轮的轴面形状、叶片数量、叶片翼型以及进出口安放角等参数,直至CFD预测的H-Q特性接近或达到预期的目标,获得满足目标参数的目标叶轮．在此基础上,使用Ansys CFX对目标叶轮进行全通道水力设计,优化流道几何参数,匹配进水管、固定导叶以及蜗壳的几何形状,改善泵进出口区域的流场特性．在哈尔滨电机厂有限责任公司高水头试验II台上进行的模型试验表明,基于CFD技术开发的新型高扬程大流量离心泵在高海拔地区复杂工况条件下,扬程、流量、效率、空化性能等指标均达到了预定的设计目标．     

水泵水轮机转轮三维反问题设计与特性研究

采用全三维反问题设计方法,按照水泵工况确定设计参数,从水轮机方向进行流场计算,完成某一中高水头水泵水轮机转轮的水力设计。针对设计开发的转轮,通过模型实验测试其在不同运行工况下的性能。结果表明,设计的水泵水轮机转轮在水泵工况下的最高机组效率达到91.34%,且机组运行平稳;水轮机工况的最高机组效率为88.5%。基于全流道粘性数值计算的转轮内部流动分析表明,水泵工况下,水流光顺地通过流道,转轮内部流动损失较小;水轮机工况下,转轮进口附近存在较严重冲击损失且叶片背面低压区面积较大,影响转轮的作功能力。     

射流泵装置性能预测方法

提出了一种射流泵装置性能预测方法,并进行了试验验证.以射流泵试验所得射流泵的流量比与压力比曲线,以及离心泵的流量扬程曲线作为预测初始条件,通过射流泵装置2种吸上高度4.5和9.0 m的性能试验,比较各流量比时装置工况点试验值与预测值精度,发现数值解法整体误差较小,能更好地反映射流泵扬程随流量比变化的情况,但与试验值相比仍存在误差且个别工况点误差较大,需进一步修正.引入预测值与试验值的比值作为修正系数,通过Plackett-Burman试验设计,从吸上高度、面积比、喷嘴直径、流量比、喉嘴距、喉管长径比、泵转速等因子中筛选出对射流泵扬程影响效应显著的面积比及流量比作为修正公式的关键参数,利用遗传算法和公式自动搜索拟合,得到射流泵扬程的计算公式,且相关系数超过0.99.通过射流泵装置在吸上高度为3.5和8.0 m的试验结果比较,表明具有较高的可信度.     

具有诱导轮的高速离心泵汽蚀特性试

采用闭式流体输送试验台,对具有前置诱导轮的高速离心泵进行了汽蚀特性试验研究,比较分析了无诱导轮、单个及串联诱导轮3种工况下诱导轮对离心泵性能及汽蚀性能的影响.发现前置单个或串联诱导轮对离心泵的性能影响并不显著,单个诱导轮的离心泵性能相对于无诱导轮的离心泵性能稍有下降,具有串联诱导轮的离心泵扬程和效率与无诱导轮离心泵相比稍有增加;但采用串联诱导轮可有效提高离心泵的汽蚀性能.     

双吸离心泵叶轮内泥沙磨损非定常特性研究

双吸离心泵广泛应用于黄河沿岸的泵站中,其主要部件叶轮普遍存在磨损问题。叶轮是高速旋转的部件,存在动静干涉作用,导致叶轮内的磨损特性是非定常的。采用欧拉-欧拉方法对双吸离心泵进行固液两相流非定常计算,分析了不同工况下,叶轮壁面上的磨损率、冲击角、固相体积分数和速度的非定常特性。结果表明,叶轮表面磨损率、冲击角、固相体积分数和速度均具有周期性,等于叶轮旋转周期;定常计算的磨损率远小于非定常结果,定常计算不能准确预测磨损率。磨损最大部位为叶片头部和尾部。冲击角对磨损损失具有增强或减弱的作用,冲击角脉动曲线与磨损率脉动曲线相似。固相体积分数对磨损脉动特性影响较小,对磨损率有所影响。固相速度对磨损率影响显著。     

基于三元设计及数值试验轴流泵抗空化性能

为了提高轴流泵抗空化性能,采用泵的三元设计理论与数值试验相结合的方法,研究了汽蚀比转数为1 290的轴流泵抗空化性能.在相同的流量、扬程、转速等设计指标下,采用泵的三元设计理论对具有不同叶片数和过流通道形状的轴流泵模型分别进行了设计;并采用数值试验手段对所设计轴流泵模型性能进行计算和分析,得到了适合于该轴流泵的过流通道形状和最佳叶片数.运用相同的方法对不同叶片负载分布规律的轴流泵叶轮分别进行了设计,并采用数值试验手段计算了各水力模型的扬程、功率和效率特性曲线,对比和分析了不同负载分布规律对泵效率和抗空化性能的影响,得到了有利于轴流泵空化性能提高的负载分布规律.最后,根据数值计算结果,对如何有效提高轴流泵抗空化性能提出了建议:叶轮叶片后部重载光顺无阻塞的过流通道、适当增加叶片数将有利于轴流泵抗空化性能的提高.     

导叶开度对混流式水轮机转轮叶片表面空化性能的影响

由于在一些中小型水电站中,其水轮发电机组的转轮叶片表面常常会发生空化现象,较大程度地影响了机组的安全可靠运行。从某水电站的转轮叶片空化问题出发,首先对该混流式水轮机进行三维建模,然后进行全流道数值模拟,分别对不同导叶开度下转轮叶片表面压力、空泡体积分布规律进行分析。研究发现:随着水头的增加,吸力面低压区面积进一步扩大。特别是40%开度时叶片吸力面低压区面积增大最多,且随着水头的继续增加,低压区有向叶片中部移动的趋势;同时在40%开度下叶片表面空化受水头影响较大,而在100%开度下叶片表面空化受水头影响并不大,但随着导叶开度的增大,叶片表面越容易发生空化,特别是叶片吸力面出水边靠近下环处空化更明显。研究结果可为该水轮发电机组的安全稳定运行提供理论参考依据。