液力减速器空化前后振动及噪声特性变化机理

为研究液力减速器空化前后振动噪声特性变化情况,基于INV3020数据采集系统和高速摄影系统建立了空化和振动噪声测试系统,实现了性能参数和振动噪声信号的同步采集。通过调节液力减速器进、出口压力及泵轮转速,结合高速摄影试验准确获得空化初生的条件,利用加速度传感器和声压传感器测量了空化前后的振动和噪声。结果表明,在转速1 100 r/min条件下,初始压力下降至0.04 MPa时,泵轮背面靠近外缘位置最先出现空泡,随着压力继续降低,空泡逐渐占据整个流道,并向低压区域游移。各空化阶段周向振动冲击强度明显高于径向方向,径向方向M1、M3两测点振动强度相差不大;空化初生时振动加速度和声压级最大,严重空化时次之,未空化时最小。不同空化阶段对噪声各频段贡献量不同,空化初生时声压级的提高主要由于叶频及其倍频分量,及300~500 Hz频带与1 000~2 000 Hz频带声压级的上升。随着空化的加剧,叶频及其倍频逐渐淹没在空化诱发的低频噪声中,轴频及其倍频分量突出,1 000~5 000 Hz频段声压级上升,并伴随空化诱发的宽频带。该研究可为液力减速器空化振动噪声机理研究及液力减速器设计方法提供参考。     

液力减速器启动过程的瞬态压力脉动分析

为研究叶片倾角、充液率对液力减速器启动过程瞬态压力脉动的影响,该文基于INV3020数据采集系统组成的瞬态压力脉动测试系统,对60°、75°、90°共3种叶片倾角和60%、70%、80%、90%、100%共5种充液率工况下的压力脉动信号进行采集。结果表明:不同叶片倾角的液力减速器在启动过程压力脉动峰值所对应的频率均出现在200 Hz以下,压力脉动主要集中于叶频处且随着叶片倾角的增加呈现增大的趋势。不同充液率液力减速器在启动过程压力脉动主要集中于叶频处,在60%~90%充液率工况下,压力脉动幅值随着充液率上升而减小,在90%~100%充液率工况下,随着充液率上升而快速增大。因此,减小叶片倾角和维持充液率在70%~90%下能有效减小压力脉动。研究结果揭示了不同叶片倾角,不同充液率对液力减速器启动瞬态压力脉动的影响规律,可为低振动,低噪声液力减速器的优化设计提供理论依据。     

消隙齿轮降低柴油机怠速噪声的应用研究

柴油机噪声影响着农业机械操作者的身心健康,该文为了解决某型柴油机在怠速工况下的异响噪声问题,采用仿真与试验相结合的方法进行研究。首先,通过声强和声压测试确定了噪声的主要产生部位;然后,基于Hypermesh和Abaqus软件建立了曲轴及整机零部件的有限元模型,并通过模态试验验证了有限元模型的准确性,基于Excite软件建立了配气正时传动系统和整机的多体动力学模型,发动机整机振动计算时考虑了缸内燃气压力、正时系统及配气机构全阀系激励和活塞敲击激励。多体动力学仿真结果表明:齿轮的反向敲击出现时,齿轮工作面的接触力消失,进排气齿轮在背隙侧发生接触产生冲击力,进而造成发动机在怠速时产生"哒哒"的异响噪声;整机振动仿真结果表明:使用消隙齿轮可以消除进/排气凸轮轴齿轮的反向敲击,在1 000~2 500 Hz范围内,使得齿轮室盖和缸盖罩的振动速度级降低了7 d B左右。最后在半消声室的发动机台架上,对有无消隙齿轮的柴油机进行了振动加速度、噪声和声品质的对比试验,试验表明:怠速工况下,使用消隙齿轮后,前端发出的"哒哒"异响噪声消失,齿轮室盖振动降幅很大,前端1 m噪声声压级降低了5~9 d B(A),声品质也有了明显改善。因此,当内燃机其它齿轮传动部位出现齿轮反向敲击声时,可考虑使用消隙齿轮予以解决。     

启动方式对混流泵噪声特性的影响

泵段处噪声特性的演变规律对混流泵启动过程中的稳定性监测有重要意义。为探究不同启动方式下混流泵噪声的变化规律及其影响因素,该研究采用声振测试系统采集了混流泵在线性和非线性启动(指数函数启动)方式下的噪声、主轴振动和压力脉动数据。然后,基于声学信号处理方法对采集到的噪声信号进行了分析,并通过相干性分析研究了启动过程中叶轮出口压力脉动、主轴振动与泵段处噪声的关系。结果表明：不同启动方式下的高幅值声压均出现在启动后期,且凹指数函数启动方式下高幅值噪声区域出现的时间最短、冲击噪声相对最小,表明该启动方式有利于避免启动过程中剧烈的机械碰撞和冲击。噪声的共振峰分析结果表明,凹指数函数启动方式导致混流泵启动失稳的概率相对最小;不同启动方式下的噪声A计权声压级最高值均出现在中心频率250 Hz处,线性启动方式的总有效声压级最小,但与线性启动相比,凹指数函数启动方式能降低启动过程中的中频段声压级和部分低频段声压级;叶轮出口压力脉动是影响混流泵启动过程中噪声主声压级的主要因素之一,主轴振动只影响极低频段处的噪声。研究成果对混流泵启动稳定性的改善有重要的参考价值。     

离心式水力空化发生器空化空蚀机制试验研究

该文对一台转子-定子型离心式水力空化发生器的性能进行了系统的试验研究,以寻求其空化生成机制并与空蚀分布之间的关系。可视化试验结果表明空化发生器内存在楔形槽空化、转子叶齿和定子叶齿前缘空化。通过水听器测量了空化发生器蜗壳侧面位置的压力脉动情况,在相同转速下压力脉动随着流量的增加而增大,压力脉动周期不变;在相同流量下压力脉动随着转速的增加而增大,周期减小:50 Hz时压力幅值为30 Hz时的2.5倍,周期缩短0.001 s。油墨法试验结果显示空蚀主要发生在转子叶齿尾端和中部,定子叶齿前缘空泡附着部分及尾端。楔形槽空化是造成破坏的主要原因,因其空化强度最高且空泡溃灭行为离固壁表面最近。该研究可为离心式空化发生器的研发提供参考。     

管道泵不稳定压力及振动特性研究

为了找到引起管道泵振动的原因,该文研究了一比转速为59的管道泵叶轮-蜗壳的动静干涉所引起的压力脉动现象,及其对泵振动特性的影响。该文通过对比数值计算方法与试验方法获得的能量特性曲线,验证了计算模型的有效性;在此基础上分析管道泵蜗壳内的脉动压力场,通过数值计算有效研究了蜗壳周向不同位置处43个监测点在不同流量下的压力脉动幅值,特别在叶片通过频率下,蜗壳内的压力脉动特征与流量及蜗壳内监测点位置的关系。同时,通过振动试验,获取泵4个监测区域内25个监测点在不同流量下的振动幅值,通过快速傅里叶变换对振动信号进行频谱分析。计算和试验结果共同表明,隔舌区域的压力脉动幅值最大,叶片通过频率210Hz是压力脉动的主导频率;压力脉动及泵振动均在叶片通过频率下达到最大峰值,进一步论证了叶片通过频率是管道泵产生振动的主要频率值,由该频率引起的压力脉动冲力是管道泵产生振动的主要作用力;泵的压力脉动幅值和振动幅值均高于设计工况;4个监测区域内的振动幅值从大到小依次为:管道支撑,电机,泵体,底座。研究结果可为管道泵低振动的设计提供参考。     

轴流泵叶顶泄漏涡与垂直涡空化特性

该文利用高速摄影和压力脉动测量结果,以某一模型轴流泵为研究对象,研究了轴流泵叶顶涡空化机理,探讨了不同流量、不同空化数下的叶顶空化形态及垂直空化涡发展的瞬态特性,分析了叶顶空化形态与压力脉动结果之间的关系。试验结果表明,小流量(0.6~0.8)Qopt(Qopt=365 m3/h)工况下,更易空化初生且叶顶空化形态更不稳定,随着空化数的降低,叶顶空化更加剧烈;垂直空化涡自叶顶三角形云状空化尾缘脱落,垂直于叶片压力面向相邻叶片移动,造成流道堵塞,影响泵的水力性能。随着流量的降低,垂直空化涡初生点向叶顶尾缘移动;减小空化数,其尺度与强度增大。压力脉动与空化结构图像对比表明,叶片吸力面为传感器所在圆周压力最低处。叶顶空化区为低压区范围,在大流量1.2Qopt工况下,叶顶泄漏涡涡带为狭长的低压区。随着流量与空化数的降低,叶顶泄漏涡与叶顶相连形成三角形空化云,形成较大范围的低压区。垂直空化涡的脱落使得云状空化面积减小,低压区范围减小。垂直空化涡向相邻叶片压力面移动中,与脱落的叶顶泄漏涡尾缘混合作用,使压力回升过程中产生波动。空化结构对轴流泵叶轮叶顶区压力具有重要影响。     

混流式水轮机叶道空化涡诱发高振幅压力脉动特性

混流式水轮机部分负荷叶道空化涡不稳定特性已成为制约水电与其他可再生能源多能互补发展、扩大水轮机稳定运行范围急需研究的技术难题。该研究以HL702低水头混流式模型水轮机为研究对象,通过非稳态数值模拟技术及涡流可视化试验,对部分负荷工况下的叶道空化涡不稳定涡流演化及压力脉动特性展开研究。结果表明,叶道空化涡在水轮机转轮内为一个体积周期性变化的动态过程,其涡结构脉动主频为转轮转频的1.1倍。叶道空化涡诱发时,水轮机转轮叶片压力面和吸力面均捕捉到与涡结构频率相同的压力脉动信号。叶道空化涡体积的变化主要发生在转轮叶片背面出水边与下环交界附近,引起压力脉动幅值的局部放大。进一步分析发现,叶道空化涡发生工况下水轮机内部的瞬时压力脉动信号与空泡体积加速度成正比,表明涡流演化是引起压力脉动幅值上升的重要原因。研究进一步阐明了部分负荷工况叶道空化涡的演化特征,揭示了涡流诱发不稳定高振幅压力脉动的内在机制。     

空化对轴流式水轮机尾水管压力脉动和转轮振动的影响

研究空化对轴流式水轮机尾水管压力脉动和转轮振动的影响规律,可为改善轴流式水轮机运行稳定性提供理论依据。该研究构建了包含高速摄像、激光测振仪(Laser Doppler Vibrometer,LDV)及高频压力脉动传感器的同步测试系统,并通过该系统获得了变空化系数下轴流式水轮机压力脉动数据、转轮径向振动数据及空化图像资料。综合变分模态分解(Variational Mode Decomposition,VMD)、频谱分析以及互相关分析法,揭示了空化对轴流式转轮振动和尾水管压力脉动的影响规律。结果表明:进入空化发展阶段后,尾水管锥管上的压力脉动幅值与转轮径向振动幅值会随空化程度的增加而提高;针对该研究的轴流式水轮机模型,转轮完全空化后,压力脉动峰峰值和转轮径向振动速度峰峰值是无空化时的9.16和10.12倍;空化所导致的转轮径向振动速度信号的中高频幅值提升局限于12.0～200.0倍转频的频率范围内;空化程度的增加还会导致压力脉动出现高频能量局部极值迁移现象,增加了其诱发机组共振的可能性。该研究对提升农业水利工程中轴流式水电站的经济性和运行稳定性有重要意义。     

环形狭缝型旋转式水力空化器的空化特性与降解能力

为了开发新型高效的有机污水处理方式，探究新型旋转式水力空化器的空化特性，该研究综合高速摄影技术和压力脉动测试技术对环形狭缝型旋转式水力空化器在不同流量工况下的内部空化特性进行试验研究，并选取亚甲基蓝作为降解试剂，分析该空化器对难降解有机物的降解能力。试验结果表明，空化器内部存在4种空化形式：环形狭缝结构前缘空化、盲孔内空化、盲孔后缘空化以及环形狭缝结构后缘空化，且盲孔内空化和环形狭缝结构后缘空化占据主导；环形狭缝结构后缘空化存在明显的准周期性生长、脱落和溃灭过程，其演变准周期约为1.78 ms，导致蜗壳出口压力脉动离散特征明显；空化器在各流量工况下具有良好的输送性能，且随着流量的增大，经历了初生空化到云状空化的转变，当流量增大至36 m³/h时，空泡团在周向的最大长度约为26 mm，在径向的最大宽度约为14 mm，当流量增大至37.5 m³/h时，狭缝前缘空化沿着周向展开，形成“V”型空化覆盖部分盲孔，空化器内部空化程度明显加剧，蜗壳出口压力脉动主频(叶频)幅值增大，宽频脉动增强；空化器对亚甲基蓝的有效降解存在最佳流量工况和最佳溶液初始浓度，...     

液力缓速器空转损耗的全流道仿真计算与试验

为了形成液力缓速器空转损耗的分析计算方法,该文以自主开发的THB40液力缓速器样机为基础,系统分析并绘制了产生空转损耗的流场结构图,建立了全流道空转损耗计算模型,运用CFD技术分别对全工况范围内均布的16个转速点进行空转损耗全流道仿真计算;采用消除机械摩擦损耗的组合式台架试验方法进行空转损耗测试;对比分析全流道仿真计算结果与台架测试结果,相对误差率在11.8%以内,吻合度较高,证实了全流道仿真计算结果的可靠性,为进一步开展液力缓速器优化设计提供了分析计算的方法及理论基础。     

液压激振源自激振动深松机深松单体设计与试验

针对弹簧激振源的自激振动深松机在土壤阻力差异大的不同地块作业时存在适应性差、自激振动易失效的问题,该文提出了液压激振源的新型自激振动深松方法,设计了液压激振源深松单体。通过建立深松铲力学和运动学模型,确定了液压缸的关键结构参数;设计了压力调节系统,可实现液压缸压力快速调节;利用二次回归通用旋转组合试验方法,以耕深变异系数、牵引力为评价指标,探究了液压缸压力、前进速度、土壤坚实度对液压激振源深松单体作业效果的影响规律;获得了耕深变异系数、牵引力为响应值的回归模型,求解出耕深变异系数、牵引力同时较小时对应的参数组合为液压缸压力3.6 MPa、作业速度1.4 km/h、土壤坚实度1.18 MPa。利用求解出的参数组合对回归模型进行试验验证,获得的耕深变异系数为3.56%,牵引力为1 300.70 kN,优于二次回归通用旋转组合试验结果,证明了回归模型的可靠性。该研究可为自激振动深松机具的研究提供理论参考。     

离心泵非设计工况空化振动噪声的试验测试

在离心泵闭式试验台上,基于虚拟仪器数据采集系统和泵产品测试系统建立了离心泵空化诱导振动噪声的试验测试系统,实现了泵性能参数和空化诱导振动噪声信号的同步采集。以一台单级单吸离心泵为研究对象,测量了模型泵在不同流量下,空化余量(NPSH)变化时的振动和噪声信号并对其进行了处理,得到了不同流量下振动加速度和噪声声压级随NPSH变化的曲线图。试验结果表明:不同流量下,随NPSH的下降,振动加速度和声压级先保持不变然后明显升高,据此可以初步判断泵的初生空化余量;泵体的振动强度高于其他测点;除轴向振动变化规律复杂外,其余测点随着流量的增加振动加强。     

液压机械无级传动全功率换段过程排量比调节模型

为了解决液压机械换段过程中存在的转速波动和瞬时动力中断等问题,该文以两离合器结合重叠的五阶段全功率动力换段方法为基础,分析了液压机械全功率换段过程变排量液压元件排量比调节规律。以某等差两段式液压机械为研究对象,建立了液压机械全功率换段过程变排量液压元件排量比调节模型,通过仿真分析和全功率换段过程试验,获得了换段过程液压回路压力从当前段到目标段随排量比变化的动态响应过程。结果表明,排量比变化量的仿真与试验结果基本一致,最大偏差为8.93%,验证了模型的正确性;排量比调节模型能够根据当前段状态参量和目标段压力预测出目标段排量值;阶跃排量比调节规律能有效缩短液压回路建压时间,建压时间为0.93 s,压力波动量较小,为0.64 MPa;按阶跃调节排量比至目标值,能在换段过程完成液压回路高低压侧压力平稳互换,换段前后输出转速几乎无波动、转矩连续传递。经增速机后的输出转矩为100和150N·m时,换段时间分别为1.00和1.10s,该转矩的最大波动量分别为6.80和6.84N·m,换段过程中功率连续且平稳传递。研究结果可为实现液压机械无级传动全功率换段控制及后续研究提供参考。     

射流式在线混药装置汽蚀特性数值分析与试验

为了解不同压力比下的汽蚀特性,该文采用试验与数值分析相结合的方法,测量不同出口压力下(0.25、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、1.2、1.3、1.35 M'Pa)的工作流体、吸入流体与混合流体的质量流量,得到压力比与混药比的特性曲线;采用Mixture模型中的Zwart-Gerber-Belamri汽蚀模型,分析了不同出口压力下的内部静压分布和气相分布;对试验值与仿真值进行拟合分析,拟合优度R~2=0.9618,验证了模型的准确性;研究结果表明,当压力比大于0.6时,混药性能较差,甚至会出现逆流。当压力比在0.4~0.6之间时,混药比与压力比负相关。当压力比小于0.4时,混药比与压力比无关,即达到汽蚀混药比:在工作压力为2.0 MPa,吸入口压力为0下,当出口压力为0.8:MPa(压力比为0.4)时,内部流体发生汽蚀,且出口压力越低,汽蚀现象越严重。该研究为提高装置混药比稳定性能,保障流式混药装置高效运行提供理论依据。     

高压均质过程中射流噪声与空化效应的关联分析与实证

空化效应是高压均质破碎的重要作用机理。为考核不同射流均质条件下空化效应的改变,依据流体动力学及空化理论,对空化效应导致射流噪声进行了分析、测算,并对乙醇—水为二元组分载料介质的射流均质过程中两者的相关性进行了试验验证。理论分析表明,通过添加低沸点载料介质可以明显强化空化效应,二元组分载料介质中的乙醇摩尔分数xA从0趋近1时,空化效应呈先强后弱的规律,推断射流噪声的声压量级及频谱特性也会发生相应变化,射流噪声的实测结果与理论分析基本一致。结果表明,通过检测射流噪声,可以方便、间接地考查射流均质过程中空化效应的改变,评价空化效应潜在的能量特点。     

SSQ系列射流施肥器水力性能试验研究

基于农业生产中水肥一体化技术的施肥要求,该研究对国内常用的SSQ系列射流施肥器进行了性能测试。以吸肥量、进出口压差等指标为研究目标进行了施肥器水力性能的分析和预测,推导了SSQ系列射流施肥器开始吸肥和吸肥效率最高时进出口压差与进口压力的关系公式。结果表明：在正常工作阶段,SSQ系列射流施肥器的吸肥量随进出口压差的增加而增大,在空化条件下达到极限工况;8种不同规格施肥器在进口压力超过0.20 MPa时才能充分发挥吸肥性能;正常工作阶段临界压差与进口压力关系公式的斜率与试验值的误差小于15%,斜率的大小主要受喉管截面和喷嘴出口截面的面积比影响;效率最高时压差与进口压力关系公式的斜率与试验值的平均相对误差为17%,验证了该关系公式的合理性。本文提出的SSQ系列射流施肥器水力性能预测公式可为同类产品的设计和应用提供参考。