复杂工况下深海采矿混输泵有限元分析

采用流固耦合及有限元方法对布放和混输等复杂工况下3级深海采矿混输泵进行强度计算,分析了泵内流场分布、转子部件应力应变及临界转速,并进行了500 m级深海采矿混输系统海上试验.结果表明:设计流量下,混输泵的计算扬程为124.30 m,相对误差为0.27%;布放工况时,混输泵最大变形仅为0.365 mm,最大应力为73.971 MPa;混输工况时,泵最大变形为0.315 mm,最大应力为58.86 MPa;转子部件前3阶模态仅沿泵轴方向变形,并未发生扭曲,而后3阶模态呈“S”形扭曲变形;转子部件1阶固有频率对应临界转速为2 476 r/min;海试布放过程中混输泵安全可靠,混输工况下泵稳定运行时长超过57 h,实现了2次24 h连续无故障运行,且矿石颗粒体积浓度达到11.7%.     

浆体流量对矿浆泵空化特性的影响

为分析浆体流量对深海采矿矿浆泵空化特性的影响,建立了两级矿浆泵三维流场模型.基于欧拉多相流模型、Schnerr-Sauer空化模型、RNG k-ε湍流模型,利用计算流体力学理论和Fluent软件对矿浆泵进行数值计算.设置矿石颗粒直径d为20 mm,浆体中颗粒体积分数C_V为8%,矿浆泵转速n为1 450 r/min,在该工况下研究矿浆泵输送不同浆体流量时泵的空化特性,比较不同空化特性下矿浆泵内压力分布、气相分布及工作性能的不同,并进行试验对比验证,为矿浆泵空化特性提供理论依据.研究结果表明:深海采矿矿浆泵首级叶轮前端呈现明显的低压区,且该低压区域的面积随着流量的增大而减小;气相体积分数分布区域与低压区呈现类似的规律;空化发生区域出现了速度旋涡现象,增大了流场的不稳定性;随着流量的增加,空化余量增大,空化现象不明显,对矿浆泵扬程的影响也越小.     

离心泵作透平的研究现状

为深入研究离心泵作透平回收工业余能和开发微型水电,综述了离心泵作透平的研究现状.泵作透平的研究主要采用试验研究、理论分析和数值模拟的方法.总结了泵作透平的主要研究内容:泵作透平的选型及性能预测,特别是透平高效点性能参数的预测;透平过流部件的优化设计与性能提高;透平运行稳定性.着重介绍了泵作透平的选型及性能预测方法:通过试验,获得泵正反转工况的性能参数;基于试验数据,通过理论分析,提出经验公式,得到泵正反转性能参数的关系;CFD技术与试验相结合对泵作透平的性能进行预测.并对离心泵作透平的发展进行了展望,提出今后离心泵作透平的主要研究趋势:准确的选型方法、新的设计理论与方法、振动、非设计工况的稳定运行及大功率多级泵作透平的研究.     

深海采矿斜流泵颗粒运动与叶片磨损

针对某型深海采矿提升斜流泵,采用k-ε湍流模型和Particle Transport Solid粒子输运模型进行了固液两相流数值模拟,对比分析了不同颗粒浓度(2%~12%)和不同颗粒粒径下(1~30 mm)的颗粒运动规律和叶片磨损情况.结果表明,随着颗粒浓度的增大,叶轮进口区域的颗粒聚集程度上升,导叶流道内的颗粒聚集程度加剧;叶轮叶片的磨损面积和导叶叶片的磨损面积逐渐增大.其中,叶轮叶片的主要磨损位置在叶片前缘,导叶叶片的主要磨损位置在叶片转向处和叶片尾缘.叶片的磨损位置都呈现从叶顶向叶根逐渐发展的趋势;导叶叶片的磨损面积比大于叶轮叶片的磨损面积比;随着颗粒粒径的增大,叶轮出口区域的聚集程度减弱,导叶流道内的颗粒聚集减轻;其磨损规律与不同浓度下的工况相一致,叶轮叶片的叶片压力面为主要磨损区域,而且导叶叶片在尾缘的磨损减小.研究结果可为深海采矿斜流泵的优化设计提供理论依据.     

水液压技术的优势和应用前景

水液压技术指的是将过滤后的海水或淡水作为液压系统工作介质的技术,它可以代替传统的矿物油介质,具备无污染、节约能源的优点,在食品、矿业、海洋开发等领域有重要的使用价值。文章对水液压技术的国内外研究进行了概述,介绍了其优势和发展前景。     

国外气液两相流泵的几种试验装置及试验方法

由于在工程实际中经常碰到泵送气液两相流的问题,因此,近年来对气液两相流泵的研究也越来越得到人们的重视,并有了较快的进展。在研究过程中我们收集了许多国外有关气液两相流的研究论文,这里将其中关于试验装置及试验方法的内容作些介绍,供参考。1研究现状概况气液两相流泵的研究工作越来越受到重视。欧州专门组织了研究机构,开发能输送50q／o气液混合比介质的泵系统,现在已验证,德国Kosmowski进一步提出了气液两相流系的设计方法。FRAMO公司提出的一种多相流泵结构,可以输送气液混合比达68％的介质。上述种种情况,都说明了气…     

核主泵内部流动研究现状与技术发展综述

核主泵是反应堆冷却剂系统中唯一高速旋转设备,是影响核电厂安全性和可靠性的最关键设备,其长时间高效、稳定、安全地运行对防止核电厂事故的发生极为重要.近年来,随着全球核电工业高速发展,核主泵的重要性引起广泛关注.核主泵作为一回路承压边界的重要组成部分,在启停、地震、海啸等瞬态和异常工况下,或发生卡轴、轴密封泄漏以及失去外动力等事故时,核主泵驱动冷却剂的循环能力与反应堆释热之间的平衡遭到破坏,严重威胁堆芯安全.各种复杂工况下核主泵关键部件及其关联系统的复杂性和高安全性,是核主泵设计和制造难度极高的主要原因.针对核电技术的发展历程开展论述,介绍世界主要三代核电技术和中国三代核电建设和发展现状,介绍了中国独立自主三代核电技术“华龙一号”HPR1000和“国和一号”CAP1400,并以CAP系列核主泵为例简要介绍第三代压水堆系统和关键设备,介绍了2种典型无轴密封形式的核主泵:屏蔽电机核主泵和湿绕组核主泵.针对核主泵的水力优化设计、全特性、事故工况下水动力特性、气液两相流动、空化特性、流固耦合等内部流动研究现状开展论述.核主泵的安全可靠极为重要,核主泵设计加工制造也极具挑战.因此对核主泵内部流动基础理论和关键技术进行深入研究,突破国外的技术壁垒,掌握自主知识产权的核心技术和关键技术,实现核主泵技术的跨越式发展,是当前中国急待解决的“卡脖子”难题.     

深海扬矿泵磨损特性的两相流数值模拟预测

针对深海扬矿泵的磨损问题,采用Euler-Lagrange两相流模型对泵内流场进行模拟,并与试验结果进行对比,以验证仿真模型的准确性.采用专业旋转机械造型软件BladeGen对叶轮和导叶造型.基于CFX流体分析软件,应用Finnie磨损模型研究深海扬矿泵在不同的流量、转速以及输送不同颗粒体积分数下过流部件的磨损速率,并获得泵内流场颗粒轨迹分布图.结果表明:随着流量的增大,扬矿泵叶轮过流部件的磨损速率增大,但导叶过流部件的磨损速率变化并不明显.这是导叶式渣浆泵与蜗壳式渣浆泵的不同之处.当转速或颗粒体积分数提高时,叶轮和导叶过流部件的磨损速率迅速增大;与导叶相比,叶轮过流部件的磨损速率明显更大,其中叶轮压力面磨损最为严重.根据等寿命设计原则,叶轮过流部件应选用更耐磨损的材料.     

高效螺旋离心泵的设计与实验研究

简要介绍了国内外对螺旋离心泵的研究现状,阐述了泵的水力设计方法,并在此基础上根据设计参数设计叶轮和泵体。根据模型设计图做出样机,在试验台上做泵的能量性能实验,将数据与预测结果进行对比分析。结果如下:在两种不同介质条件下,泵内部流动规律相似;随着流量增加,扬程呈现单调递减,且近似直线型;纸浆实验效率比预测效率要低,同时也低于清水实验效率,三者相比,纸浆预测效率最高。     

离心泵性能预测研究现状及发展探究

目前,国内正在积极研究开发新的泵产品,预测泵性能可以促进泵性能的提升,具有显著的社会经济效益。基于此,文章深入研究离心泵性能预测,重点分析其性能预测的研究方法,并简单概述发展前景状况,以期促进泵产品开发进程,为缩减精确性能误差提供辅助作用。     

液电混合驱动电铲提升系统能效特性研究

矿用电铲作业过程中,大质量的工作装置在提升和推压电机驱动下切入物料实现挖掘,在其卸料后下降时,工作装置的重力反驱提升电机发电,发出的电能通过制动电阻以热能形式消耗掉,造成能量浪费。本文提出液电混合驱动电铲提升系统,与提升电机同轴设置液压泵/马达,液压泵/马达的进出油口分别与蓄能器和油箱连接,通过蓄能器的预充压力平衡工作装置的重力。工作装置下降时,液压泵/马达将油箱中的低压油泵入蓄能器中,存储工作装置的重力势能;工作装置提升时,蓄能器释放高压油,液压泵/马达与提升电机共同驱动提升机构,达到降低电机装机功率和能耗的目的。分析了液电混合驱动的电铲提升机构驱动方案及其工作原理,搭建了原理性试验台,对液电混合提升驱动方案进行了验证,进一步建立了电铲整机机电液联合仿真模型,对液电混合电铲提升系统进行仿真分析。结果表明,本文方案可降低提升电机装机功率、峰值功率和能耗,适用于电动机驱动的重型提升装备。     

高效节能水锤泵技术研究进展

为了厘清水锤泵的技术发展动态和目前的技术应用现状,文中回顾了水锤泵技术发展历史,并简要介绍了水锤泵的基本结构,在此基础上,阐述了水锤泵的效率计算方法,并对水锤泵的理论设计方法发展进行了梳理.随后对水锤泵的国内外研发现状进行了大致概括,提出了中国水锤泵发展受限的根本原因,并指出简化制造和装配工艺、发展大型化水锤泵制造技术以及研发轻型化和分体式水锤泵是未来发展的重点.接着总结出水锤泵系统参数和结构参数是影响水锤泵的主要因素.最后对国内外水锤泵的实际应用现状进行了对比分析,提出发展应用水锤泵应在考虑泄水阀和输水阀动态启闭过程的水锤泵运行全过程理论模型的基础上发展适用于不同群体或目标的水锤泵制造技术.研究成果对扩大水锤泵的应用范围,提升中国水锤泵的制造技术提供了一定的参考.     

闭式泵控三腔液压缸驱动装载机举升装置特性研究

装载机是一种频繁装卸货物的工程机械,在工作过程中其举升装置及其负载存在大量的重力势能,为回收利用这部分能量,提出闭式泵控三腔液压缸的装载机举升装置。将原有动臂非对称两腔液压缸改为对称液压缸,增加一个势能回收腔,并与蓄能器相连,直接回收与利用重力势能。闭式泵控液压系统通过伺服电机-定量泵驱动三腔液压缸,消除液压系统的节流和溢流损失,并通过采用速度-位置复合闭环控制策略提高举升装置的响应特性。首先对闭式泵控三腔液压缸举升装置工作原理进行分析,搭建其数学模型,并设计相应控制策略;然后构建该装置的多学科机电液联合仿真模型,并验证其可行性;最后构建该装置的试验测试平台,进一步分析其工作与能耗特性。试验结果表明,与无蓄能器参与工作的闭式泵控系统相比,采用该系统,液压缸的平均工作压力由10 MPa降为6 MPa,一个工作周期内系统能耗降低21. 2%;较原有阀控非对称液压缸系统,空载、半载和满载工况下能耗分别降低22. 7%、20. 9%和21. 5%。     

AMESim仿真技术在《液压与气压传动》课程实践中的应用——以收获机割台液压系统为例

随着科学技术的发展,特别是计算机技术的发展,利用计算机作为工具来研究实际系统的特性已成为可能。液压仿真技术的发展为《液压与气压传动》课程实践提供良好的技术手段。本文以收获机割台液压系统为例,通过割台系统分析、液压回路设计、AMESim建模、割台升降工作过程仿真等,介绍AMESim仿真技术在《液压与气压传动》课程实践中的应用,为《液压与气压传动》课程实验改革提供了一种新的方法。     

小型液压挖掘机电驱动动力源特性研究

传统液压挖掘机多采用定转速柴油发动机驱动液压泵作为动力源,针对发动机经常工作在低效区,油耗大、能效低、排放严重等问题,提出一种变转速感应电动机驱动变量泵动力源,以变量泵快速响应特性弥补变转速电动机动态响应慢的不足。为了充分了解所设计的电液动力源特性,从理论和试验两个方面研究了电液动力源动静态特性。与传统发动机驱动液压泵动力源系统进行了测试对比,结果表明,设计的变转速-变排量动力源在负载扰动测试中转速波动降低了23.5%,在动臂举升过程中,泵输出压力和流量的上升时间分别缩短了14.9%和26.3%,均优于传统发动机驱动液压泵动力源。     

高效平面S形轴伸泵装置优化设计与模型试验

平面S形轴伸泵装置是低扬程泵站的重要装置,现有的平面S形轴伸泵装置效率较低,难以推广应用。对传统的S形弯管和流道进行优化设计,提出平面S形轴伸泵装置方案,通过CFD数值模拟计算,获得了全流道内部流场,显示了优良的流动特性,进水流道出口轴向流速均匀度达到99.2%以上。泵装置在高精度水力机械试验台进行试验,其性能在水泵叶片角2°下流量Q=244.21 L/s,扬程H=2.003 m,最高装置效率为78.35%。在叶片角-2°下,流量Q=232 L/s,扬程H=1.05 m,效率为68%,满足设计运行工况运行要求;叶片角-2°下最高效率点出现在Q=213.79 L/s、扬程H=1.74 m,效率为77.1%。泵装置最高运行扬程大于3 m,满足泵站最高扬程运行要求。模型泵装置试验的结果,验证了数值计算结果,二者在高效区一致。在叶片角度-4°、-2°、0°和2°,扬程1.7~2.0 m时,模型试验最高泵装置效率为77.1%~78.35%,达到实际工程应用的较高要求。高效平面S形轴伸泵装置在黄金坝闸站实际工程应用表明,泵机组运行平稳,性能良好。     

深海采矿混输泵内流场及粗颗粒运动特性

为了解决由于颗粒粒径大、流体相互作用复杂导致的混输泵内两相流动研究困难的问题,针对10 mm颗粒粒径的混输泵流动,使用标准k-ω模型,构建相同体积浓度、不同颗粒粒径的流动模型来研究粒径对于泵外特性的影响,并探究不同粒径颗粒在泵内的分布情况.同时,还结合熵产理论,研究不同流量下混输泵内的能量损失及泵内过流部件的局部熵产情况.结果表明,混输泵叶轮流道内,颗粒在叶轮入口处发生低速堆积现象,颗粒速度随径向距离增大而增大.另一方面,在两极之间,第2级叶轮入口颗粒堆积现象减弱.随着粒径减小,颗粒在叶轮流道内加速度增大,出口处小粒径颗粒速度较大,且小粒径颗粒贴叶片运动现象比较明显.对比熵产,两极之间第2级熵产损失明显较大,造成2级外特性差异.同时,对比熵产分布发现,第2级叶轮和导叶内的局部熵产生率较大.研究结果对深海采矿水力提升装置中粗颗粒混输泵内流动的研究具有一定的参考价值.     

矿用多级抢险排水泵气液两相流动特性分析

为研究气液两相流对矿用多级抢险排水泵性能的影响,以一台四级矿用潜水离心泵为研究对象,采用 ANSYS CFX数值模拟方法,基于Eulerian-Eulerian多相流模型,对不同气体体积分数,不同气泡直径、四级离心泵进行气液两相流定常数值模拟.模拟得到气液两相流下的矿用多级抢险排水泵性能曲线及转子轴向力,并对扬程、效率、转子轴向力进行分析对比,同时分析泵内部气体分布规律.结果表明:在气液两相流条件下,气泡直径、气体体积分数都对泵的外特性及转子轴向力有显著的影响,在大流量、气体体积分数比较高的情况下,矿用多级抢险排水泵的扬程和效率会急剧下降,并出现转子残余轴向力与正常运行条件下转子残余轴向力方向相反的情况;内部流动中,气液两相流条件下叶轮出口出现局部回流,回流从吸力面流向压力面.