SCR系统高精度隔膜计量泵设计与试验

针对往复泵因配流单向阀运动不稳定和关闭不及时导致的计量精度不高等问题,设计了一种采用泵控式计量的轻型商用车用高精度隔膜计量泵。阐述了隔膜计量泵的结构及其工作原理,并借助AMESim仿真平台对隔膜计量泵进行了动态模拟,分析了进口单向阀阀芯的响应特性。对进口单向阀的结构进行了优化,在满足阀口最小开度的前提下,通过机械限位限制阀芯的最大开启量x_(max),降低了阀芯关闭时间和尿素液回流对输出流量的影响。最后,搭建了隔膜计量泵性能试验系统。在额定喷射压力2 MPa时,测得隔膜计量泵单次排量为0.09 mL;经结构优化后的隔膜计量泵计量精度由±5%提高至±3%;在150~420 r/min时,喷射尿素液流量可在13.5~40 mL/min范围内调节,且最大流量为2.26 L/h,能够满足轻型商用车SCR系统在不同工况下的尿素液需求。     

隔膜泵液力特性的数值模拟

为丰富往复式隔膜泵隔膜设计理论进而解决隔膜寿命不足的问题,对隔膜泵液力端动态特性进行流固耦合数值模拟计算.结果表明：一个运动周期内隔膜应力脉动幅度很大,最大应力值约为最小应力值5倍;隔膜上边缘为应力集中区域,该结论也符合工程中上边缘为疲劳破坏高发区的事实;活塞冲次不高于50 min-1时对隔膜应力的影响较小,但当活塞冲次较高时隔膜应力增大非常明显;泵排量占隔膜吞吐能力体积分数应低于85%,该比例超过85%时隔膜应力值急剧增大.采用的计算方法较好地解决了由于活塞、隔膜运动所引起的计算区域变化问题,实现了隔膜泵吸、排液过程的流固耦合分析.     

《排灌机械》第25卷（2007年）总目次

序号题目作者期号页码泵理论与技术1泵及泵装置效率表达与换算严登丰等1 12基于实验和CFD分析的QDP-200电泵故障诊断与改进张金凤等1 93轴流式油气混输泵吸入室及压缩级流场分析马希金等1 144隔膜计量泵的改良设计与汽蚀性能的提高柴立平等1 175 HD型石油化工流程泵双蜗壳内部流场数值计算王晓燕等1 216 CFD技术在离心泵优化设计中的应用任涛等1 257单级单吸清水离心泵技术水平分析牟介刚等2 18渣浆泵内部流场数值模拟与磨损特性分析李仁年等2 59 600QW3500-16-220潜污泵自耦装置关键参数朱荣生等2 910高压热水循环泵密封设计计算及改…     

压电共振型隔膜气泵设计

提出了一种利用系统共振原理的压电共振型隔膜气泵.分析了共振泵的工作原理,建立了共振泵的动力学模型,通过计算获得影响共振泵输出流量的主要因素.设计了共振泵样机,使用激光测微仪测得隔膜片的放大位移约是同一支撑条件下的压电振子位移的5.3倍,设计了测量共振泵输出流量的实验装置.通过实验测试得到在不同的振动弹簧刚度、调整弹簧片刚度和隔膜片刚度下输出流量及其相应的变化规律.实验测试表明:在输入电压为150 V、振动弹簧片厚度为0.6 mm、调整弹簧片厚度为1.4 mm、刚性传振活塞与隔膜片半径比为0.5和共振频率为230 Hz时,输出流量可以达到1 650 mL/min.     

外环流活塞泵转子型线对汽蚀性能影响的研究

针对外环流活塞泵运转状况,通过对转子型线与流速变化、汽蚀性能的内在关系的分析,阐述了转子型线对汽蚀性能的影响,建立了转子与定轴之间闭死区域面积的数学模型,并在原型线公式基础上,根据伯努利方程推导出了优化后的转子型线数学公式,通过该泵传统型线与优化型线两种转子的对比,验证了转子型线优化计算式的准确性,为提高该泵的汽蚀性能提供了理论依据.     

屏蔽泵抗汽蚀性能的试验

介绍了低汽蚀屏蔽泵的结构和工作原理，分析了该种泵的性能特点以及汽蚀产生的原因等，提出了提高抗汽蚀性能所采取的措施。从改善叶轮进口几何形状的设计方法方面来降低泵的汽蚀余量，例如叶轮进口直径Dj，叶片进口安放角β1，叶片进口边的形状，叶片数，叶轮进口流道形状等。对两台屏蔽泵进行了性能试验：通过能量性能试验确定出扬程H、输入电机功率N、机组效率ηgr与流量Q之间的关系，通过汽蚀性能试验确定临界汽蚀余量△hc与流量Q之间的关系。结果表明，两种规格屏蔽泵的性能均达到了设计的要求。     

反渗透隔膜增压泵隔膜寿命的研究

针对净水机中反渗透隔膜增压泵隔膜寿命短的问题,运用UG软件对隔膜的受力情况进行流固耦合分析,研究隔膜发生破裂的位置及原因。结果表明,隔膜发生破裂的位置位于小腔体内的圆角边界处,隔膜发生破裂的原因之一是节点应力过大。影响隔膜节点最大位移量的是强迫位移值,与流体静压力关系不大;隔膜节点最大位移量与强迫位移成线性关系,比值为1.092;隔膜节点最大应力值与强迫位移也近似线性关系。     

排湖泵站PNZ2800型水泵装置模型

介绍了排湖泵站更新改造工程的基本情况，对该工程中引进大泵PNZ2800型全调式轴流泵装置进行了关于性能、汽蚀、飞逸特性的模型试验。排湖泵站模型装置性能试验在开式台架上进行，泵段性能、汽蚀及飞逸性能试验在闭式台架上进行。模型泵段根据排湖泵站虹吸式出水流道的渐变型式采用 ＝9.33的比例进行全模拟，保证了对工程中实际泵特性的正确估计。试验中对流量、扬程、效率、汽蚀余量以及飞逸转速等项指标进行了测试和计算。将试验数据与保证工况进行比较，并对该泵的效率、汽蚀进行了综合评价，认为该泵基本能够满足排湖泵站对重新校核确定的特征扬程和流量的要求，其模型泵段效率及汽蚀性能均优于该站原泵型28CJ56模型泵。     

泵汽蚀余量及其试验方法浅议

阐述了泵汽蚀余量和装置汽蚀余量的概念及区别，分析和讨论了泵汽蚀余量的确定，汽蚀试验方法以及影响泵汽蚀性能的几个因素，并对临界汽蚀余量和允许汽蚀余量的确定中存在的问题进行了探讨。     

环状U型隔膜应力分析和结构优化设计

为了降低新型液压隔膜泵用环状U型隔膜总体应力,满足应力均匀分布的设计要求,提高隔膜设计效率,结合有限元法与参数优化法,对环状U型隔膜进行了应力-应变分析和结构优化设计.利用Ansys软件的非线性分析工具,通过对不同位移载荷作用下的环状U型隔膜应力分布图的分析研究,总结了环状U型隔膜应力分布形状以及应力最大和最小位置等规律,并据此对应力最大的隔膜固定、运动支撑端和自由挠曲半圆过渡段进行了结构优化.应用Ansys一阶参数优化方法基本原理,以隔膜的最大应力值作为状态限制变量,以隔膜的单元应力之和作为目标函数,计算出了环状U型隔膜的优化结构相关参数.有限元分析结果表明,经优化设计后的环状U型隔膜在不同位移载荷作用下,最大应力值由0.083 MPa降至0.027 MPa,整体应力值下降,内外表面应力分布均匀,两端支撑部位应力集中趋于缓和.     

高速混流泵汽蚀特性与汽蚀性能改善方法

分析了用于推进系统的大功率混流泵影响汽蚀特性的主要因素。讨论了启动过程的汽蚀特性以及混流泵汽蚀性能与流量、转速、叶轮参数的关系。分析结果表明,启动过程中的汽蚀现象使混流泵瞬态性能迅速下降,汽蚀性能与流量、转速、叶轮参数等有密切关系。选取最佳汽蚀性能工况点为设计工况点,在满足尺寸要求前提下降低转速,采用合理的叶轮参数等手段可有效提高混流泵的汽蚀性能。     

往复泵泵阀流场与阀芯运动的动态耦合特性

为研究往复泵阀芯复杂运动的规律,基于动网格及UDF方法对阀芯的运动分析与阀隙流场的数值模拟进行耦合,并进一步分析泵阀与柱塞运动的耦合特性,探讨弹簧刚度及预紧力、限位器高度对泵阀运动及性能影响规律.结果表明:弹簧刚度或预紧力越大,阀芯升程越小,阀隙流阻增大,吸入性能降低;弹簧刚度及预紧力对阀芯的滞后及泄漏特性的影响与其对水力效率及吸入性能的影响相反;随着限位器高度逐渐增大,阀芯撞击限位器时速度逐渐减小,阀的滞后高度呈现先减小后增大的趋势,其存在最优取值范围;将往复泵柱塞运动与阀芯运动进行耦合分析,得到弹簧刚度及预紧力对阀座的撞击作用的影响与其对阀芯滞后高度的影响规律基本一致;往复泵示功图可以准确地模拟吸入阀及排出阀的关闭滞后特性.研究结果可为往复泵泵阀的优化设计提供一定的参考.     

开缝叶片低比转数离心泵空化性能的数值模拟

为了进一步提高低比转数离心泵的空化性能,对离心泵叶轮叶片进口附近的开缝进行研究.考虑开缝的3个参数,设计6组水力模型探究开缝对低比转数离心泵性能的影响.针对离心泵运行过程中产生空化的流动特点,基于Rayleigh-Plesset方程来描述空泡成长和溃灭过程的空泡动力学模型,采用RNG k-ε模型对在相同工况下的离心泵中两相流动进行数值模拟与分析.模拟结果表明:在叶片进口处开缝可以提高泵空化性能,其中第二组模型的空化性能提升比较明显,空化余量由4.447 m下降到3.910 m,降低了12.1%,水力效率由71.56%上升至76.46%;在相同工况下,开缝叶轮流道内的能量分布更加均匀,而扬程在额定流量下只有很小的变化.该模拟结果对研究低比转数离心泵内部流动特性及性能的提升具有一定的参考价值.     

某柴油机匹配VE泵不熄火问题分析

对某4102柴油机匹配VE型电控分配泵时,油泵进油电磁阀断电,发动机不熄火问题进行分析。油泵进油电磁阀断电时,残余喷油是造成发动机不熄火的直接原因。对VE泵结构原理分析后发现,出油阀结构、柱塞升程相位及柱塞有效升程与油泵的残余喷油有关。最后,通过减小油泵低转速时的柱塞有效升程,实现了进油电磁阀断电时油泵没有残余喷油,解决了发动机不熄火的问题。     

柴油机三大精密偶件密封性对供油特性的影响

柴油机喷油泵的柱塞、出油阀和针阀这三大精密偶件的磨损程度直接影响到柴油机的供油规律和各种综合性能。为此,采用二次回归正交设计的方法,通过大量的试验数据,建立了精密偶件的磨损量与供油量之间的定量关系式,从而更直观、清楚地了解到三大精密偶件的密封性对供油量影响程度的主次关系。     

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.     

油莎豆窝眼排种轮低位集穴排种器设计与试验

结合油莎豆物料特性和黄淮海区域油莎豆种植农艺要求，针对油莎豆种子表面凹凸不平、形状不规则导致的流动性差、充种性能不佳和每穴3粒种子投种时轴向分散等问题，设计了一种油莎豆V形凹槽窝眼排种轮低位集穴排种器。通过对窝眼排种轮直径、型孔以及其表面增设的V形凹槽进行设计，提高了精量分离充种性能；在窝眼排种轮下方加设低位投种集穴装置，既可降低投种高度，又可将分散下落的种子向中间聚集，提高了成穴效果。利用EDEM软件对排种器进行了运动特性仿真，分析了不同结构参数对充种效果的影响，确定了窝眼排种轮的结构参数；以窝眼排种轮转速、种层高度和型孔宽度为试验因素，以合格指数、漏播指数和重播指数为试验指标，进行了二次回归正交旋转组合仿真试验。仿真试验结果表明：影响合格指数的主次顺序为窝眼排种轮转速、型孔宽度、种层高度；当窝眼排种轮转速为22.10r/min、型孔宽度为14.23mm、种层高度为52.59mm时，合格指数为92.11%、漏播指数为2.24%、重播指数为5.65%。最后进行了台架试验，对仿真结果进行了验证，得出油莎豆低位集穴排种器的充种和集穴性能较好，满足油莎豆精密播种要求。     

半开式旋涡泵空化分析及试验

半开式旋涡泵采用新型的半开式叶轮，为研究其空化特性，采用基于雷诺时均方程和RNGk-ε湍流模型的单相模型对其内部流场进行数值模拟，得到了叶片表面速度和压力的分布规律，半开式旋涡泵的叶片根部是发生空化的危险区域．在对空化监测方法进行总结分析的基础上，针对半开式旋涡泵的具体特点，选择能量和噪声结合的方法进行了试验研究，结果表明，半开式旋涡泵工作性能稳定，半开式叶轮改善了旋涡泵的空化性能．在同等条件下半开式旋涡泵比闭式旋涡泵的性能有较大改善，对深入研究半开式旋涡泵的理论计算和设计提供了依据．     

预旋调节对离心泵空化影响的试验与数值模拟

为探究前置导叶不同预旋角度对离心泵空化性能的影响规律,对带有自主设计前置导叶的IS 150-125-250型离心泵进行了空化性能试验,选用Zwart-Gerber-Belamri空化模型进行3D非稳态全流道空化流动数值模拟,结果表明:在一定的角度范围内,负预旋调节可以改善离心泵的空化性能,但超过某一角度后,空化性能将快速恶化;正预旋调节会恶化离心泵的空化性能,正预旋角度越大,恶化程度越明显。对不同预旋角度下叶轮内空泡率分布规律的分析发现,一定范围内的负预旋角会减小叶轮内空化区域,正预旋会增大叶轮内空化区域。