JP75型卷盘喷灌机传动效率分析与试验

为验证理论计算公式在卷盘喷灌机传动效率上的适应性,通过对卷盘喷灌机传动效率影响因素的分析,计算出卷盘喷灌机的传动效率,同时设计了一套卷盘喷灌机传动系统测试试验台。该试验台采用永磁无刷直流电动机代替原有机型的水涡轮实现卷盘的驱动,转矩转速传感器用来测试电动机的输出转速和转矩,负载端通过定滑轮和钢丝绳悬挂不同质量的配重来模拟卷盘喷灌机在田间工作时的阻力。结果表明:在同一挡位时,传动系统效率随负载的增加逐渐提高。在相同负载时,输入转速的增加导致传动系统效率下降。在常用输入转速和输入扭矩的范围内,使用理论公式计算得出的传动效率值与试验值相对误差不大于7%。该理论计算公式为卷盘喷灌机传动系统的设计与优化提供了依据。     

卷盘式喷灌机用斜击式和切击式水涡轮外特性试验与对比分析

【目的】了解斜击式和切击式卷盘式喷灌机水涡轮的外特性。【方法】构建了水涡轮外特性试验装置,测试了一定转速下2种型式水涡轮的流量、进出口水压力、扭矩、转速等外特性数据,获得了2种型式水涡轮流量-水头、流量-轴功率和流量-效率特性曲线以及一定水头下2种型式水涡轮的转速特性,即转速-效率、转速-功率曲线。【结果】斜击式水涡轮的最优运行转速在300 r/min左右,最高效率仅为13.8%,而切击式水涡轮的最优运行转速在600 r/min左右,效率为33.7%。在2种型式水涡轮效率最高时,切击式水涡轮的轴功率增加了34.3%,运行流量减少了约29.7%,效率提高了19.9%。【结论】切击式水涡轮总体性能高于斜击式水涡轮。     

卷盘喷灌机水涡轮性能测试系统数据校正

为保证卷盘喷灌机水涡轮性能测试数据的真实可靠,需要对卷盘喷灌机水涡轮性能测试系统进行数据校正。为此,通过建立卷盘喷灌机水涡轮性能参数采集数据的数学模型,推导出水涡轮参数采集数据与实际数据的函数关系,得到参数测量误差与实际信号的对应关系;在保证性能测试系统试验条件与试验环境相对稳定的条件下,计算出各性能参数的校正参数,并基于Lab View开发平台对卷盘喷灌机水涡轮性能测试系统数据校正进行软件设计。通过误差分析表明:本研究对卷盘喷灌机水涡轮性能测试系统的数据校正符合GB/T3216-2 0 0 5《回转动力泵水力性能验收试验1级和2级》的规定,可以有效提高卷盘喷灌机水涡轮性能测试系统测试数据的准确性。     

JP50卷盘式喷灌机水涡轮水力性能的试验与模拟

针对目前国内卷盘式喷灌机用水涡轮的外特性和内部流场分布规律的研究较少,设计了水涡轮试验台,对JP50卷盘式喷灌机配套使用的水涡轮进行试验,得到了外特性曲线.采用全流场和结构化网格技术对水涡轮内部流动进行了数值计算,分析水涡轮在不同流量下的压力分布和速度矢量分布,得到了内部流动分布规律.结果表明：水涡轮的工作效率很低,最高效率仅为13%,最高效率点前效率曲线比较陡峭,最高效率点后效率曲线相对较为平坦;最高效率的数值计算与试验结果相对误差为6.87%;高压水通过水涡轮主要工作叶片后压力迅速递减,造成了较大的水力损失;进出口压差随流量的增大而逐渐增大,与水涡轮的水头-流量及轴功率-流量曲线相吻合;水涡轮叶轮出口处出现回流现象;水涡轮出口管道下壁面附近存在低压区,并且随着流量的增大低压区的面积逐渐减小,随之出现了涡流现象.     

基于正交试验的斜击式水涡轮优化与分析

参考斜击式水轮机结构设计方法,使用正交试验法对JP75卷盘喷灌机水涡轮的主要几何参数进行优化试验,并对优化结果进行相关系数及主成分分析,最后确定影响效率的主要因素及水涡轮最优参数组合.使用优化后的参数建立水涡轮最优模型,并采用CFD数值计算方法对流量为500～900 r/min、转速为18～40 m3/h下优化模型的性能进行计算及分析;在此基础上,分析了水涡轮外特性曲线,优化模型在非设计转速下具有较高的稳定性和高效性.在流量区间内,优化模型最高效率点提升了近31%;研究了水涡轮优化模型的内部流场分布, 相比于原有模型,内部流场更为合理流畅,进口管道内压力分布均匀,且能够形成有效射流,同时,水涡轮叶片的优化设计解决了存在的局部高压区和叶间涡问题;与原有模型进行能量转化率比较,验证了转轮处能量有效利用率明显提升了42.71%.     

电驱动卷盘式喷灌机驱动与控制系统

针对现有电驱动卷盘喷灌机无法实现作业信息无线物联和控制的问题,设计了一种基于手机APP的卷盘式喷灌机无刷直流电动机驱动与控制系统.以直流电动机代替机械式水涡轮作为卷盘喷灌机的驱动装置,分析并建立了卷盘喷灌机现场作业工况模型;采用STM32作为系统控制器,引入了增量式PID电动机调速,设计了可以远程监控卷盘喷灌机作业的手机客户端,系统完成自动校正.经过试验测试表明,驱动电动机可以稳定在设定转速上,在10%的负载扰动下转速可以较快回到设定值,手机客户端可以远程监控卷盘喷灌机的运行剩余时间、PE管长度电动机转速、卷盘转速和PE管回收速度等作业信息,为实现喷灌机智慧灌溉提供了前台保障.     

卷盘式喷灌机水涡轮性能测试系统研究

为了测试卷盘式喷灌机水涡轮的水力性能,设计了基于MSP430F169单片机的测试系统。该系统分为水力参数测量模块、输出轴参数测量模块和制动器控制模块。其中,水力参数包括入口压力、出口压力和流量;输出轴参数包括转速、扭矩和轴功率;制动器控制模块控制磁粉制动器的输出扭矩。设计并研制了各个模块的软硬件,实现了对水力参数和输出轴参数的实时采集和显示。通过调节阀门和制动器输出扭矩,得到了在不同转速下水涡轮的性能参数,并对实验数据进行了误差分析。结果表明,该系统能对测试参数进行同步采集,测试精度较高,得到的试验数据为水涡轮的优化设计提供了依据。     

JP75卷盘式喷灌机水涡轮水力性能分析与结构改进设计

为了揭示JP75卷盘式喷灌机切击式水涡轮的水力性能及内部流动特征,采用电涡流制动器阻力代替喷灌机负载,进行水涡轮水力性能试验,并基于SST k-ω模型对水涡轮内部流动进行数值模拟。在此基础上,通过模拟正交试验对影响水涡轮水力性能的主要因素进行分析。研究结果表明,水涡轮进出口水头差及输出功率随流量增加近似呈抛物线型增加,不同工况下水涡轮效率均低于35%;水涡轮喷嘴出口处存在回流区,回流区的低速流动降低了喷嘴射流速度,造成水涡轮驱动力矩下降;叶轮内存在一个主过流叶片通道,喷嘴出流在叶轮内主要由主过流通道流经叶轮,主过流通道内叶片工作面压力高于其他区域;叶片出口侧环形流道内流速相对较高,对叶轮内非主过流通道流动起阻滞作用,导致叶轮区形成回流漩涡;喷嘴出口直径和叶片侧端间隙大小对水涡轮水力性能有显著影响,模拟正交试验获得了喷嘴出口直径24 mm、叶片侧向切削点与叶轮旋转轴径向距离52.7 mm、叶片侧端间隙6.8 mm的水涡轮改进方案;与原型水涡轮相比,不同工况下,改进方案水涡轮的进出口水头差降低了20%~30%,输出功率提高了10%~15%,效率提高了12~17个百分点,最高可达52.21%。     

卷盘式喷灌机水涡轮发展与研究现状

为解决国产水涡轮效率低的问题,回顾了国内外卷盘式喷灌机的发展及研究历程和早期对水涡轮的研究,综述了近5 a国内研究人员围绕国产JP50和JP75两种水涡轮所开展的外特性试验、CFD分析和改进措施等研究现状.概述了国外目前常见的冲击式和径流式两种水涡轮的结构类型,重点介绍了国内学者针对引进国外的一种进口为射流冲击式结构的水涡轮所开展的创新性研究,在试验和CFD模拟的基础上,发现这种结构水涡轮的内外特性比国产水涡轮有很大提高,并通过正交试验分析了各种参数对性能的影响,采用GA_-BP优化算法进行了进一步优化设计,获得了一种优化的水涡轮模型,CFD分析和试验都证明,优化水涡轮的内外性能全面超过了国外水涡轮.最后,总结了水涡轮研究存在的不足,提出了今后对水涡轮研究的改进建议.     

进水方式对卷盘式喷灌机水涡轮水力性能影响的数值模拟

为揭示卷盘式喷灌机切击式与蜗壳式水涡轮的内部流态特征与水力性能差异,在叶轮与出水管道相同的情况下,采用基于SST k-ω模型的数值模拟方法,对2种进水方式的水涡轮内部流动进行计算分析,并将切击式水涡轮外特性预测结果与试验数据进行对比验证.结果表明:切击式水涡轮叶轮流道内存在大尺度回流旋涡和强烈的叶片侧端间隙泄漏流动,蜗壳式水涡轮叶轮内部压力与流线分布相对均匀,叶片侧端间隙泄漏流动沿周向无显著差异;不同流量下,切击式水涡轮各主要过流部件的水力损失占比基本保持恒定,叶轮内水力损失约占总水力损失的55%,蜗壳式水涡轮各部件水力损失的占比随流量发生变化;2种进水方式的水涡轮外特性曲线变化趋势基本相同,相同工况下蜗壳式水涡轮的效率相比切击式水涡轮效率高18%~22%,两者最高效率分别为35.6%和59.6%.研究结果可为卷盘式喷灌机水涡轮水力设计及结构改进提供一定依据.     

曲轴摆缸式阀配流水液压马达工作特性研究

为解决盘配流和轴配流低速大扭矩水液压马达配流副存在的磨损和泄漏问题,提出一种新型阀配流结构的低速大扭矩水液压马达,柱塞配流通过配流凸轮控制配流阀的通断实现。研究柱塞运动学规律和马达输出扭矩形成,揭示配流阀推杆位移、阀芯通断、柱塞进回液间的对应关系,分析马达角排量波动随转角、结构设计参数K的变化规律,当结构设计参数K为0.13时,马达输出扭矩波动率为6.59%。在AMESim中建立了配流阀及单柱塞配流过程的仿真模型,分析配流阀的工作特性及单柱塞动态配流性能,工作中配流阀产生最大压降为0.08MPa,进/回液配流阀无高低压串液。为验证阀配流结构在水液压马达中的工作性能,建立阀配流单柱塞试验台,并研究不同工况下的配流工作特性。试验结果表明,配流阀在马达转速0~60r/min、压力0~21MPa的工况下稳定配流,进液阀口压力在柱塞腔进回液转换时存在瞬间小幅压力波动,但对配流过程基本无影响,阀配流结构能够满足曲轴摆缸式马达柱塞的配流需求,为低速大扭矩水液压马达的配流提供了思路。     

植保机械用液泵性能测试系统的研究

介绍了一种自动化水平、测试精度和测试效率都很高,而且非常实用的植保机械液泵性能测试系统。该系统采用工控计算机,配12位模拟量数据采集卡和12路16位计数定时器卡,对两个压力、一个流量、一个扭矩和一个转速共5路传感器信号同时实时取样,实时处理,同步显示,试验结束后即可屏显回归的性能曲线和符合标准格式的试验报告,可分别打印输出。该系统可广泛应用于植保液泵性能测试台上。     

高温高速大流量内啮合齿轮泵组的研制及测试

介绍了高温、高速、大流量,内啮合齿轮泵组的研制及测试情况,对泵组的关键技术提出了解决方案,重点介绍了新开发的计算机数据采集和处理系统,该泵组适用于大功率农田基本建设机具和大型特种车辆。     

轴向间距对贯流式水轮机水力性能的影响

为了寻找贯流式水轮机中导叶与转轮轴向间距的合理取值,在保证其结构紧凑性的同时,获得良好的水力性能,在其他主要参数不变的情况下,通过试验与数值计算相结合的方法,分别对导叶与转轮之间轴向间距s值为30, 40, 50, 60和70 mm 的微贯流式水轮机模型进行全流场数值计算,研究轴向间距对贯流式水轮机水力性能的影响.结果表明:水轮机的水头随着轴向间距的增大而增加,水轮机的轴功率随着轴向间距的增大呈现先上升后稳定的趋势;综合各流量条件,水轮机通常在适中的轴向间距下取得较高的效率,该模型在s=40 mm时效率达到最高.选择适中的轴向间距可以改善转轮叶片表面压力分布和流态;过大的轴向间距会导致转轮进口发生负撞击,出现脱流现象;转轮出口的湍动能随着轴向间距的扩大而减小.在最优工况下,轴向间距从30 mm扩大至70 mm的过程中,转轮内部的水力损失逐渐增加,增加幅度达到15.6%,而出水管中的水力损失则减小了19.7%,总水力损失呈增加趋势.综合考虑,选用s=40 mm 作为最终方案.     

单跨圆形喷灌机反冲式水马达动力与水力特性研究

在下注水反冲式水马达装置满足整机喷洒均匀性和塔架车田间通过能力的前提下,对其动力性能和水力性能进行了研究。建立了单跨水动圆形喷灌机反冲式水马达驱动力矩、转速和工作流量的计算模型,分析了影响水马达驱动扭矩和转速的因素。研究结果表明:通过改变水马达工作压力调控转速实现所需灌水深度的方法比增大喷嘴直径来增加水马达工作流量和加长旋转臂长度更有效、操作性更强;水马达结构及水力设计必须与整机通过性能和喷洒均匀性优化组合,才能满足整机通过性能要求,并使整机喷洒均匀系数符合农业灌溉要求。     

卡伦Ⅲ水电站2号机组效率试验研究

效率试验是评估水轮机性能的一个重要方面。电站的经济运行就是基于水轮机的效率特性。近些年来,许多电站进行了原型水轮机组的效率试验。文章阐述了水轮发电机组现场效率测试的常用方法。并以卡伦Ⅲ水电站2#机组为例介绍了超声波效率试验的内容, 包括测量方法和仪器,试验步骤,试验的不确定度和试验结果分析。总结了采用超声波法进行水轮机效率测试的经验, 为今后开展水轮发电机组的效率测试工作提供了有益的借鉴。     

液力涡轮制动停机瞬态过程的数值模拟

为研究液力刹车制动系统液力涡轮在停机过程中的制动性能,建立液力涡轮三维CFD计算模型,合理设置边界条件,利用SST k-ω湍流模型模拟其制动过程.分别采用准稳态计算方法和瞬态计算方法对液力涡轮的制动过程进行模拟计算,根据计算结果对液力涡轮制动过程中有代表性意义的不同工况点进行研究,并对比准稳态计算方法与瞬态计算方法模拟出的液力涡轮性能的异同.模拟计算结果表明,在液力涡轮制动初始阶段,准稳态计算与瞬态计算结果基本相似,流动无明显的回流涡结构,但制动力矩差别较大;瞬态计算方法结果表明,当转速降低至2 000 r/min后,叶轮出现了失速现象,随着转速的降低失速越来越明显,低转速下流线呈不规则状;失速发生前,瞬态计算的转轮内部压力明显高于准稳态结果,说明转轮中的能量损失大于准稳态计算结果.     

Effects of outer rim of rotors on performance of turbodrills

Two turbine rotors with outer rim and without outer rim were designed to analyze the influe-nce of outer rim of rotors on the performance of a turbodrill. Two 3D models of the turbine rotor with different structures were established by SolidWorks. Numerical simulation analysis of the turbine with different rotor structures was carried out based on software of fluent and then the performance of them at different rotating speeds was obtained. The results showed that the torque, pressure drop and hydraulic efficiency of the turbine rotor with outer rim were greater than those of the turbine rotor without outer rim. By comparing the turbine rotor with outer rim with that without outer rim, its torque increased 20.1%, pressure drop increased 8.7% and hydraulic efficiency increased 10.4% at the maximum efficiency point. The related research is of guiding significance to further optimization of turbine rotor structure.