空蚀、磨损及其联合作用研究进展

空蚀、磨损及两者联合作用是目前流体机械破坏的重要原因，通过实验及数值模拟研究得到空蚀、磨损及两者联合作用的机理是发展流体机械优化设计方法、提高流体机械抵抗空蚀磨损破坏能力的基础．由于影响空蚀、磨损及两者联合作用行为的因素既有速度、压力等流场参数，又有沙粒和材料特性等，近年来此领域的研究在空蚀磨损及联合作用机理、各因素间的相互影响及高抗破坏材料等方面展开．基于此，本文选择性的分析了相关的报道文献，为进一步开展流体机械过流表面快速破坏机理的研究提供理论支持．     

不锈钢转轮叶片断续切削加工技术

不锈钢转轮叶片外圆加工是转轮精加工中的难点工序,切削加工时产生震动并形成抖纹,叶型也容易变形,造成转轮出力不合要求。本文通过对不锈钢材料断续切削加工的特点分析,进而对车削刀具选用进行了探究,结合转轮叶片悬臂的特点,对此类零件的装夹及工艺加固进行了针对性改进,从而提高了加工效率,保证了转轮加工的精度及外观要求。     

湖南镇3号水轮机减振增容改造

介绍了乌溪江水电厂湖南镇电站3号机HL741-LJ-250水轮机在运行中存在空蚀、转轮叶片出现裂纹、设计水头偏低等问题，提出通过更换转轮，提高设计水头及其他技术措施可成功实现减振增容的双重目标。     

水泵转轮叶片的涂复措施及处理方法

对某些场合下使用的水泵，转轮叶片是一个易损件，保护和处理方法是否得当，会直接影响机组寿命。介绍了几种叶片的涂复措施和处理方法，对泵站机组大修、正确处理转轮叶片及有关过流部件的修复和保护有一定的参考价值。     

水轮机转轮参数优化研究

通过分析水轮机转轮流态，确定不同流态下水轮机工作状态。通过计算叶栅前后速度差，确定转轮过流截面平均速度，在相同的单位转速及效率条件下，分析过流能力与单位流量之间的关系，以此优化水轮机叶栅稠密度。分析叶片扭角、单位转速与单位流量之间的关系，确定轮缘及轮毂截面相对半径，以此优化叶片扭角参数。计算转轮圆柱截面轴向速度，优化叶片厚度参数。由仿真实验结果可知，该方法在轮毂空蚀和桨叶空蚀情况下，水轮机最终运行速度比优化前分别快2.2和6.1 m/s，具有较好的优化效果。     

轴流泵能量特性试验分析

结合江苏某泵站，对轴流泵进行了能量特性试验研究，试验分别对两个模型转轮进行了能量试验。试验结果表明叶片翼型对水泵性能影响较大，采取较小的弯度和较大的叶栅稠密度能有效提高水泵工作效率。     

氮化处理粉末烧结材料耐磨性研究

利用MM－200磨损试验机研究了气体氮碳共渗和离子氮化处理铁基粉末烧结材料的氮化层对基磨损特性的影响，同时对其磨损机理进行了分析，研究结果表明，气体氮碳共渗和离子氮化处理改善了铁基粉末冶金材料的耐磨性，提高了磨损过程中的承载能力，离子氮化粉末冶金材料比气体氮碳共渗的粉末冶金材料具有更好的耐滑动磨损性能，氮碳共渗的粉末冶金试样在低于200N载荷对主要为氧化磨损，在高于200N载荷时为剥层磨损，离子氮化处理的铁基粉末冶金材料在给定试验条件下主要为氧化磨损。     

三峡水电站过机泥沙粒径对水轮机叶片空化空蚀的影响

由于紊流中布满的涡体,利用涡成因说分析涡体对脉动、空化的影响和脉动与空蚀的关系。从涡与泥沙粒径的影响关系和空化及空蚀的两种机械破坏模式、空蚀和磨损的形态特征等方面入手,分析空蚀破坏机理,探讨了泥沙粒径对空化空蚀的影响。结合三峡水电站水轮机的磨蚀情况,得出不同颗粒粒径的磨蚀破坏机理之间的差异。此外,对于三峡水电站,空泡在水轮机含沙水流中溃灭时,空蚀与磨损具有存在性与普遍性,且耦合共同作用导致叶片破坏。     

不同比例长短叶片对混流式水轮机内部流场的影响

为探究不同比例长短叶片对混流式水轮机各过流部件内部流场的影响,采用RNGk-ε湍流模型和三维时均N-S方程,对不同比例长短叶片混流式水轮机进行全流道三维定常数值模拟。计算结果表明在不影响转轮区流态的情况下,适当增加短叶片长度,水轮机抗空化空蚀性能有所提高,尾水管进口低压区覆盖面积有所减小。但随着短叶片长度的增长,水轮机效率降低,且固定导叶尾部、活动导叶头部以及蜗壳鼻端高压覆盖面积增大。以上结论对长短叶片混流式水轮机的设计、优化和改型等研究具有一定的指导意义。     

空蚀磨损试验装置及其数据处理系统

设计了一套空蚀磨损水洞试验装置,为了实现数据的实时采集处理,采用Visual C 6.0作为开发平台,介绍了空蚀磨损试验台流场参数控制及数据实时采集处理系统的组成,软件设计及试验结果验证,表明该系统完全可以实现流场参数的有效调节和数据的实时采集处理。     

长短叶片混流式水轮机转轮内部流场数值模拟研究

多泥沙河流运行的水轮机的泥沙磨损一般都很严重,尤其是高水头混流式水轮机。本研究对一多泥沙河流上的高水头长短叶片混流式水轮机的内部流动特性进行了数值预测。数值结果表明,小流量和设计工况下,水轮机流场及压力分布均较为平稳,泥沙浓度最高区域位于叶片头部及出口靠近下环处,泥沙速度最高区域位于长叶片背面,设计工况下转轮长短叶片表面泥沙速度明显高于小流量工况。根据转轮叶片表面的泥沙浓度分布和流动特性情况,可以进一步预测水轮机转轮叶片的磨损情况,为多泥沙河流电站水轮机泥沙磨损研究提供参考依据。     

中锰球墨铸铁热处理工艺的试验研究

中锰球墨铸铁的热处理工艺试验用淬火和中温回火工艺对锰球墨铸铁进行了3种不同的热处理，用MM200型磨损实验机研究了热处理后材料的耐磨粒磨损性能。结果表明，当对用中锰球墨铸铁铸造的旋耕刀进行900℃×40min保温后油淬、350℃×1h回火后，该旋耕刀具有很好的耐磨性能及抗冲击性能。     

离心泵转轮内流动特性及磨损数值预测

我国黄河沿线取水泵站水泵机组存在严重的泥沙磨损问题。研究对象为一双吸离心泵，采用固液两相流数值模拟预测了泵内粒子运动规律和磨损特性。结果表明：流量对转轮内粒子的运动特性和磨损特性有着显著的影响。在不同流量工况下，转轮内的磨损位置和磨损率明显不同，叶片壁面总磨损率与流量工况成正相关变化，随流量的增加而增加。在小流量工况下，转轮内存在的漩涡和二次流对颗粒的轨迹有较大的影响。漩涡的存在会改变粒子浓度分布，加剧局部的摩擦磨损。研究结果为泵内磨损预测和设计提供理论指导，具有重要的学术意义和工程价值。     

卧轴双转轮混流式水轮机的优化设计

采用CFD计算分析了国外某电站的卧轴双转轮混流式水轮机组效率较低、空化性能较差的原因：主要是流道复杂,水流不畅,导致水力损失较大.由于不允许对流道进行调整,因而只能对转轮部分进行优化研究.转轮优化从3个方面进行：采用不同的叶片翼型、调整转轮上冠线的曲度和左右转轮叶片位置.基于N-S方程和Spalart-Allmaras湍流模型,采用SIMPLIC算法,对优化后水轮机的全流道进行了三维定常湍流计算,获得了各过流部件的流动细节,预估了水轮机的性能.计算结果表明：采用Ⅲ型叶片转轮、B形上冠线,并且当左右2个转轮叶片位置不同这一方案时,水轮机过流量增大到28.55 m3/s,左转轮效率达92.24%,右转轮效率达91.78%.同时分析了计算转轮上的绝对压力值,得到了分别采用Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ型叶片转轮的空化情况,结果表明：Ⅲ型叶片转轮的空化性能最好.     

含沙水流中翼型空蚀磨损试验

模拟水力机械内部流动环境,在收缩-扩散型试验段中对翼型进行了空蚀、磨损及两者联合作用破坏试验,观测表面破坏微观形貌并测量破坏深度分布规律.空蚀形貌呈较为规则的近圆独立蚀坑,其分布较为随机.根据颗粒对表面作用的不同,磨损形貌表现为冲击、铲削、犁耕及切削等类型.在较高固相质量浓度下,联合作用破坏形貌大多在极端的角度(90°或0°)以颗粒磨损形式出现,其尺度特征在翼型表面随位置后移远大于磨损形貌,宏观破坏深度明显比单纯磨损大;而在低固相质量浓度下,微观形貌为空蚀磨损共存.     

水力机械空化空蚀问题的研究进展

从水力机械空化现象的产生机理出发,综述了国内外空化空蚀问题理论分析、数值模拟和试验研究的现状,简要叙述了各种研究方法的优点和特点.通过分析归纳理论分析、数值模拟和试验研究这三者之间的内在联系,指出空化模型理论和可视化空化试验是目前的研究重点.在对相关研究进行总结的基础上,阐述了水力机械空化空蚀研究的发展趋势为,数值模拟理论和技术的深入完善、可视化技术的广泛应用和空蚀在线监测系统的开发;而空化空蚀问题的确切机理将是未来研究工作的重点.     

混流式转轮叶片数对鱼类撞击死亡率的影响

鱼类在通过水轮机流道时会受到其内部高速旋转的转轮叶片撞击而出现伤亡。为了优化某电站混流式转轮的鱼类通过生存率,综合计算流体动力学分析方法与鱼类-叶片撞击的数学模型,研究了不同优化转轮方案下的鱼类撞击死亡率及机组能量性能,获得了混流式水轮机过流量及转轮叶片数对鱼类死亡率的影响规律。研究结果表明,在额定水头下,鱼类通过转轮的撞击死亡率与转轮的流量以及叶片数呈正相关关系;对于原始转轮,当流量增加到额定流量时,鱼类通过转轮的撞击死亡率达到了16.85%;而叶片数为13和11的两个优化转轮则使额定流量下的鱼类撞击死亡率比原始转轮分别降低了2.93和5.3个百分点。最后,通过分析两个优化转轮的鱼类生态性能与能量性能,选择采用13叶片的优化转轮作为最终方案。     

含沙水流中翼型空蚀磨损试验

模拟水力机械内部流动环境,在收缩－扩散型试验段中对翼型进行了空蚀、磨损及两者联合作用破坏试验,观测表面破坏微观形貌并测量破坏深度分布规律。空蚀形貌呈较为规则的近圆独立蚀坑,其分布较为随机。根据颗粒对表面作用的不同,磨损形貌表现为冲击、铲削、犁耕及切削等类型。在较高固相质量浓度下,联合作用破坏形貌大多在极端的角度(90°或0°)以颗粒磨损形式出现,其尺度特征在翼型表面随位置后移远大于磨损形貌,宏观破坏深度明显比单纯磨损大;而在低固相质量浓度下,微观形貌为空蚀磨损共存。     

球阀密封面激光熔凝强化工艺及性能的研究

课题组采用激光熔凝强化技术对球阀密封面进行强化处理。在常见阀门材料304不锈钢表面构造出弓字形的强化层,对试样强化层的硬度和耐磨损性能进行测试,研究激光重熔对球阀耐磨性的影响。仿真结果表明,激光熔凝处理显著改善了304不锈钢阀门的表面性能,强化层的厚度达到179.7 μm,单道熔凝层显微硬度最高值可达290 HV_0.3以上,熔凝层平均硬度约为250 HV_0.3～280 HV_0.3,较基材提高了25%以上。熔凝试样主要磨损机制为磨粒磨损,大大减少了粘着磨损,熔凝层耐磨性能明显提升。     

基于PRO/E的水轮机转轮三维造型

利用Pro／E和AutoCAD的良好接口直接调入已有的混流式转轮二维木模图的叶片截面图形，对于上冠和下环附近叶片延展时的不确定性和容易出现的畸变问题采用了虚拟上冠和确定叶片尖点的方法，进行了转轮的三维造型。造型完成后，可直接利用Pro／E下的分析功能得出叶片真实厚度、重心位置、体积、表面积、转轮开口、转轮质量等相关数据。实现了转轮三维几何设计与流体动力学设计的一体化．为转轮内流动CFD分析、性能预测和CAM奠定了可靠的基础。