大跨度平面闸门的自振特性研究

以西南水闸的动力学问题为背景，考虑水体对闸门自振特性的影响，应用ANSYS软件对大跨度平面闸门的自振特性进行了详细的分析研究。结果表明：按平面简支梁与按空间结构计算的结果存在一定差异，流固耦合效应对闸门结构自振特性的影响不容忽视，闸门边界约束情况对其自振特性有一定影响，改善闸门结构设计方案能提高闸门的抗振性能，该结果对同类闸门结构的设计计算有参考意义。     

一体化闸门泵结构设计优化及抗振效果分析

为解决内河排水动力不足、建设用地困难等问题，结构紧凑、占地面积小的一体化闸门泵受到广泛关注，其中较大口径的一体化泵闸在国内应用时间较短、实例较少。以盐河泵闸工程为背景，采用三维参数化计算模型，进行门叶厚度、板厚度等参数设计优化分析，以及穿墙管、腹板薄弱处的加固分析；同时针对闸门泵振动、防腐等关键问题进行了分析论证。研究得出，门叶厚度不宜增加过大，应同时对区隔较大的面板、腹板结构进行适当加固，以控制共振频域；当闸门宽高比小于0.6且泵外径与闸门宽之比接近0.5时，宜采用12～16 mm范围内的板厚组合；穿墙管加固应横、纵、斜肋同时考虑；通过动态模拟分析，盐河泵闸设计能够避免一体化泵闸发生共振，且有一定的安全余量。     

水工弧形钢闸门振动及启闭机械维护分析

水工弧形钢闸门振动问题对水利枢纽营运安全具有重要意义。分析结构形式、工作性态与水力环境特点,得到环境边界条件、水流特性与结构自身形式对振动特性影响规律。数值计算与监测资料分析表明,开启角度、相对水深和结构形式均影响闸门振动位移、振动加速度、基频、自振频率等变化规律。     

大跨高比平面钢闸门抗震性能模型试验研究

设计中的沙井河口中孔闸门具有跨高比大、自重大、悬挂运行、闸墩高耸等特点,为保证闸门的安全运行,在振动台上进行了该闸门完全水弹性相似模型抗震试验。试验结果表明,无水和反向挡水时,闸门与闸墩的前六阶自振频率分别为1.28-20.15 Hz和1.65-5.22 Hz,均与计算值接近。选择迁安波、ELCENTRO-NS波、TAR_TARZANA波作为试验用地震波,试验中迁安地震波作用下闸门和闸墩的动应力较大,其次为TAR_TARZANA波,而ELCENTRO-NS波作用时结构的动应力最小。钢闸门最大动应力17.01 MPa,最大加速度0.22g,发生在TAR_TARZANA波沿顺河向发生时。混凝土闸墩最大动应力1.57 MPa,最大加速度0.69g,发生在迁安波沿顺河向发生时。顺河向地震为不利工况,闸门悬挂对闸墩结构抗震不利。选择合适的止水材料有利于闸门减震。     

油压控制自动闸门

自1976年以来我省开始设计,并陆续建成用油压系统控制的各种规格的自动翻板闸20多座。这种用油压控制的自动闸门,既保持了翻板闸门在设计水位情况下因可靠水力作用面自动开关的特性,又可用油压系统在非设计水位情况下,根据需要使翻板闸门随意开关。油压系统不但可以抑制翻板闸门部分开启时的有害振动,还可用油压系统调单闸门开度,避免闸门在某一水位某一开度情况下可能产生的拍打现象,保证闸门运行安全。     

一种新型振动泵的设计及试验研究

针对我国西北部地区地下水水位较深、含沙量较大的特点,提出了一种新型磁力驱动振动泵的设计方法,减小了此类泵的体积和重量,使结构更加紧凑。阐述了振动泵的工作原理和突出优点:小流量、高扬程、无堵塞和具有自吸性,并对样品泵进行了试验研究,得到了振动泵的外特性。分析试验结果表明,样泵的各项性能均达到设计要求。证明了磁力驱动振动泵设计方法的可行性和准确性,为实现产业化生产提供充分的理论依据。     

末级渠道量控水装置水力性能试验

为了适应灌区末级渠道量水需要,设计了一种使用便捷、量水精度较高、农民易接受的量控水新装置。以U型渠道为闸墩,通过调节布置在渠道内的平板闸门来实现量水与控水一体化,并对5种开度下闸前、闸后水位与对应的流量进行了组合试验。试验结果表明:水位和流量的相关系数均大于0.98,相对误差小于5%,适合末级渠道量控水。     

广州南沙滨海景观带上卧式闸门结构设计

目前城市防洪排涝工程建设越来越重视景观协调性,传统平面直升闸门已无法满足广州南沙滨海景观带建设的要求,万顷沙挡潮闸推荐上卧式闸门,采用液压启闭机起吊,该类型闸门地面以上无高耸建筑,做到建闸于无形。通过受力系统简化,对面板、主梁进行了计算。将闸门简化为平面问题,采用静力学方法对不同水位组合情况下的启闭力进行计算,为启闭机容量选择提供依据。同时通过受力平衡分析,计算得到了中铰的支座反力,从而为中铰牛腿的结构计算提供荷载要求。     

永湖泵站机组及厂房异常振动分析和研究

针对永湖泵站二期工程机组振动偏大、厂房局部结构振感强烈、水泵口环磨损严重等问题,展开了现场检测.通过对现场检测结果的分析研究,得出了水泵进水渐缩管收缩过快导致机组振动偏大;局部结构自振频率与水泵叶频一致诱发共振导致振感强烈;水泵口环材质使用不当造成运行磨损严重等结论.根据结论改进后,该泵站的建筑物振感强烈情况消失,机组...     

大型轴流泵站超驼峰运行过渡过程研究

基于刚性水锤和水泵全特性理论,建立数学模型并计算分析采用虹吸式出水流道的轴流泵过渡过程。启泵时,以最不利工况分析了出水闸门不同的开启时间对系统参数造成的影响;事故停机时,确定了极限超驼峰水位,并在此基础上,对闸门两阶段关闭过程进行了寻优。计算结果表明:为保证机组在启动过程中不发生超载,闸门的开启时间不应超过60 s;为确保泵站的安全运行,外江极限运行水位超过驼峰底部高程的值应小于1 m;在正常停机情况下,闸门10 s快关总行程的62.5%,90 s慢关余下的37.5%为最优关闭过程。     

双向钢闸门反向挡水启门力CFD分析与减载对策

为解决工程中发生垂直提升式双向挡水钢闸门反向挡水时,启门力过大,常规选用的启闭机启门力不足等问题,以江苏省某闸站的节制闸为研究对象,对反向挡水启门过程中的闸门进行受力分析,采用CFD方法计算闸门不同开高时的过流流场和水流对闸门的作用力,计算启门力,并实测验证,分析启门力影响因素和增大的原因,提出采用增大横梁排水孔面积的方法减小启门力,采用Ansys Workbench对排水孔加大后的闸门横梁强度进行校核.结果表明:启门过程中,下泄水流冲击闸门底部主梁上表面,造成上下表面压力差,是启门力增加的主要原因;增大排水孔面积,启门力呈线性规律下降,同时,由于水流对闸门水平作用力减小,主梁最大应力减小,强度能够保证.当排水孔面积增大到原面积8倍时,启门力下降7.6%~11.9%,效果显著.成果对于改进双向挡水闸门设计、减小启门力、保障启门安全具有重要意义.     

离心泵水力诱导激振试验研究

离心泵的水力诱导激振影响泵的安全稳定运行。为了揭示离心泵水力诱导激振特性,以一台单叶片离心泵为试验对象,采用两个垂直布置的涡电流位移传感器测量离心泵空转及抽水时叶轮口环的瞬态位移,获得了叶轮口环瞬态位移的时域图、频域图以及口环位移轨迹图。基于霍尔感应器的键相信息,采用华科水力机械综合测试仪获得了离心泵在不同流量工况的水力诱导激振特性。试验结果表明,离心泵空转及抽水时时域图、频域图相似,波形均为周期性重复的畸变正弦曲线,主频均为叶轮转频,口环位移轨迹图均为畸变的椭圆形,但抽水时口环位移幅值有所减小。离心泵的水力诱导口环位移轨迹图在不同流量工况下均为畸变的椭圆形,在210°~300°之间出现一个突变区域,水力诱导激振在小流量工况显著增强,在额定工况及大流量工况水力诱导激振基本不变。     

叶片数对离心泵内流诱导振动噪声的影响

基于虚拟仪器数据采集系统和泵产品测试系统在离心泵闭式试验台上建立了泵空化诱导振动噪声试验测试系统,实现了泵能量性能参数和流动诱导振动噪声信号的同步采集．以一台比转数为93的5叶片单级单吸离心泵作为研究对象,在保证泵体和叶轮其他几何参数不变的情况下,将叶轮叶片数分别设计为4,6和7片．测量了不同叶片数下模型泵在全流量范围内的能量性能、振动强度和噪声信号,并对振动和噪声信号数据进行了处理．试验结果表明：模型泵内部流动诱导的振动对泵体的影响最大,5叶片时模型泵的振动强度最高;随着流量的增大各测点振动强度大致都呈现先基本不变后显著上升的趋势;泵的噪声信号主要集中在0—2000Hz的范围内;在小于设计流量时,随着叶片数的增大,轴频的峰值逐步增大．研究结果对于建立低振动低噪声离心泵水力设计方法具有重要的参考意义和指导作用．     

带分流叶片水泵水轮机转子强度及模态分析

以带分流叶片的水泵水轮机为研究对象,基于CFD与FSI方法分析其泵工况下转子的振动特性,对3种开度即小开度9.8°、最优开度17.5°和大开度24.8°下的流场进行数值模拟,将额定工况下的流场结果导入转子结构实现单向流固耦合,对带预应力的转子模型进行形变与等效应力分析.此外,还计算了转轮的干湿模态,对比分析了不同条件下转轮的振动特性.结果表明:不同开度对应的预应力下转轮形变与等效应力分布规律相似,转轮形变主要发生在上冠低压侧.按ND(节径数)在转轮圆周方向划分振动扇区描述振型规律时发现,各扇区内转轮上冠、下环低压侧的振幅较大.湿模态下水介质对转轮振型影响不大,但会明显降低转轮的振幅.预应力对转轮固有频率影响较小,可忽略不计,但在湿模态下,转轮固有频率会显著下降,这表明分析结构振动特性时应充分考虑水介质作用.     

高扬程离心泵振动特性的试验研究

针对一台小流量高扬程离心泵组,通过调节流量和转速等手段对离心泵进行变工况振动测试研究,分析了泵组振动的基本特性,探讨了与泵组振动相关的内部流动形态,并借助泵组出口旁通阀进行分流抑制泵组振动测试研究,研究了系统小流量运行工况下控制泵组振动水平的方法.测试及研究结果表明:随着流量的增大,泵组总振级呈先减小后增大趋势,设计流量下泵组总振级最低,相比关死点工况,总振级低约9 dB,且尤其体现在1倍叶频和1.5~3 kHz宽频段,这主要与泵组不同流量下内部流动激励有关;泵组总振级随转速的增大呈增大趋势,且在1倍轴频和低频10~315 Hz范围内振级影响更显著;泵组振动强度随旁通流量的增大呈先减小后保持稳定的趋势,最佳旁通流量下总振级降低约2 dB,这说明对于系统要求在小流量工况运行的泵组,可通过合理控制旁通流量有效缓解和控制离心泵组振动.     

超低比转数自平衡多级离心泵转子模态分析

为了掌握多级离心泵转子振动特性,避免泵运行中发生共振,保证水泵运行的稳定性,基于软件ANSYS Workbench对超低比转数自平衡多级离心泵转子进行模态分析.计算对比干态无流场预应力、干态有流场预应力及湿态有流场预应力3种情况下泵转子各阶次的固有频率,并提取泵转子的前8阶模态对应振型进行分析.结果表明:3种情况下,转子各阶反进动固有频率均小于同一阶次下的正进动频率;干态有流场预应力相比无流场预应力情况下各阶固有频率略有提高,说明流场预应力对泵转子起到一定的应力刚化作用;湿态下水对转子的质量力、黏性以及阻尼的影响会显著降低了泵转子各个阶次的固有频率,湿态下水的附加力对转子的模态影响更为明显;对比转子的前4阶振型,发现3种情况下转子各阶次的振动形式和最大振幅出现位置基本相同,其中第三阶为绕轴心的扭转振动,其余3阶振型对应为不同方向和不同形式的弯曲振动.     

变频液压可控周期性激振测试系统设计与仿真

为研究能够人为产生和主动控制的液压激振水击波,首先建立了系统数学模型,设计了变频液压激振测试系统.然后通过给定的偏微分运动方程,采用矩形网格特征差分法编程求解出激波器在变频条件下产生的激振压力和流速沿管道断面随时间的变化情况.数值模拟表明沿管道各断面输出的为简谐振动,且油缸处激振压力和流速随激波器频率的增大而增大.系统实测数据与仿真结果接近,说明通过对激波器进行调频可以实现对液压缸激振压力和运动频率的可控调节,为液压激振的振动特性及可控性研究提供了部分理论依据.     

不同结构形式对串并联离心泵振动特性的影响

为了研究串并联离心泵不同结构形式对泵外特性及其振动特性的影响,选取叶轮匹配螺旋型压水室和叶轮匹配导叶匹配环形压水室2种结构形式,并参考优秀水力模型采用速度系数法对2种结构形式的串并联离心泵的叶轮进行水力设计,按照标准专门搭建了外特性与振动试验台,对串并联离心泵2种结构形式下的外特性及不同监测点的机脚加速度的1/3倍频程进行数据采集、测试与分析.研究结果表明:叶轮匹配螺旋型压水室的原始结构形式的效率比叶轮匹配导叶匹配环形压水室的新型结构形式的效率要高;串并联离心泵采用叶轮匹配导叶匹配环形压水室的结构形式对于泵组的减振降噪具有良好的作用,新型结构比原始结构在全频段各个监测点振动噪声减小3~4 dB;各个监测点的振动在各个频段的变化无规律可循,监测点的振动噪声也有所变化,监测考核时应布置多个监测点进行综合评价.     

旋耕刀结构优化设计与动力稳定性分析

为了解决土壤和草根对旋耕刀的阻力和刀尖受到的摩擦力及振动冲击而造成的疲劳失效问题,利用有限元软件对旋转对称六刀刃旋耕刀进行了强度评价并对其结构进行了5次优化改进,并分别对5种优化改进结构建立了数值模型,且进行了静态和模态数值分析。静态强度分析结果表明:随着旋耕刀结构的优化改进,其最大应力集中和最大变形量明显减小。动力学分析结果表明:第3次优化改进后的3种弧形旋耕刀各阶固有频率都提高于100Hz并避开了工作频率。最后,通过对比分析5种优化改进结构的强度、固有频率、振型和动力稳定性等提出了飞轮性旋转对称弧形刀刃圆角旋耕刀。该旋耕刀的特点是,应力和变形量比改进前的分别降低2倍和4倍以上,第1阶固有频率由改进前的12Hz提高到170Hz。新提出的旋耕刀型应力集中很小、固有频率很高,具有可提高疲劳寿命、耐磨性好与使用寿命长等特点,是旋耕机上最适合用的刀片之一。如果不考虑偏心率的影响,在工作频率范围内弧形旋耕刀不会出现振动和共振现象。