叶片包角对离心泵流动诱导振动噪声的影响

为研究叶片包角对离心泵流动诱导振动噪声的影响,以一台单级单吸离心泵为研究对象,保持泵体和叶轮其他几何参数不变,将叶片包角从115°分别改为110°、120°和125°。基于离心泵流动诱导振动噪声的试验测试系统,在离心泵闭式试验台上测量了不同叶片包角模型泵在不同流量下的振动和噪声信号并对其进行了处理和分析。试验结果表明:模型泵内部流动诱导的振动对泵体的影响最大,包角为125°时模型泵的振动强度相对较弱;随着叶片包角的增加,泵进口法兰测点a1和泵出口法兰测点a2处振动强度大致呈先增加后降低的趋势,泵体测点a3和泵脚测点a4处的振动强度无明显变化规律;在不同流量工况下,随着叶片包角的增加,模型泵噪声信号的轴频峰值呈先增加后减小的变化趋势,而叶频能量峰值变化较为复杂。该研究可为低振动低噪声离心泵的水力优化设计提供参考。     

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。     

诱导轮时序位置对离心泵水力性能的影响

对带有诱导轮的离心泵而言,诱导轮相对叶轮的时序位置非常关键。为探讨时序位置对整台离心泵性能的影响,该文以某单级离心泵为研究对象,采用三维黏性非定常数值方法,对诱导轮相对叶轮的3种不同时序位置下离心泵的内部流动进行了模拟,并分析了其外特性、振动特性、空化特性随时序位置的变化。结果表明:随诱导轮时序位置的变化,离心泵的扬程和效率都是先增大后减小,扬程变化达1.3%,效率变化达1.32%;诱导轮叶片尾部压力面的漩涡逐渐消失。时序效应对叶轮与径向导叶间的动静干涉有影响,从而影响叶轮所受径向力的分布及叶轮内部和径向导叶头部的压力脉动特性;合理的时序位置可以改善离心泵的空化性能。     

液力减速器空化特征信号量化分析方法与验证

空化监测阈值的确定是对液力减速器空化状态判别的关键环节。为准确量化液力减速器空化信号特征阈值,搭建了扭矩、振动、噪声、压力脉动和高速摄影的同步采集试验台。并在引入宽频带振动加速度和宽频带噪声声压级的基础上的,采用对每种工况计算其均值序列的原则对叶片倾角为0°的液力减速器的振动、噪声和压力脉动的空化特征信号进行了量化分析,确定了振动、噪声和压力脉动信号及其空化特征频带内的阈值。振动加速度级2 000~3 000 Hz频带阈值为94.5 d B,4 000~5 000 Hz频带阈值为89 d B。噪声声压级2 000~4 000 Hz频带内阈值为97 d B;5 000~6 400 Hz频带内阈值为78 d B;4APF处比值1.9,BPF处比值2.3。为了验证该文所建立量化分析方法的有效性,以叶片倾角为15°的液力减速器为研究对象,采用该文所提出的阈值确定方法对其空化状态进行评判,验证工况A(初始压力0.01 MPa)和B(初始压力0.03 MPa)任一特征频带上的振动噪声均大于相应阈值,判断工况A和B发生了空化;验证工况C(初始压力0.06 MPa)小于阈值,未发生空化。并通过高速摄影试验进行验证,验证工况A和B出现气泡,验证工况C未观测到气泡。结果表明,该文所提出的阈值确定方法能够准确的区分出液力减速器的空化状态。     

车削刀具磨损声发射信号的云特征分析

针对刀具磨损状态监测和磨损量预测研究中特征提取这一关键技术,该文提出了基于云理论的信号特征提取方法。首先,采用小波包分析对声发射信号进行信号分解和重构,滤除噪声对提取特征参数的影响;其次根据重构信号的统计分布特性,利用逆向云算法提取信号敏感频带的期望值、熵及超熵云特征参数,定量分析刀具在不同切削条件下3种云特征参数随磨损量增大所呈现的变化规律;最后,通过散点图分析3种特征参数表征刀具磨损声发射信号的有效性。结果表明:刀具磨损声发射信号具有明显的云特性,3种云特征参数与刀具磨损状态具有明显的对应关系,可作为刀具磨损状态监测、磨损量预测的特征参数;云理论在刀具磨损监测领域的应用,扩大了知识的表示范围。     

双介质低温等离子体反应器工作参数优化及空气放电光谱分析

为研究工作参数对双介质低温等离子体反应器性能的影响,建立了双介质阻挡放电型低温等离子体反应器试验系统,观察空气放电产生的NO、NO2体积分数随放电频率、放电电压峰-峰值及空气流量等因素的变化。结果表明:不同放电频率时,双介质低温等离子体反应器气体放电反应机理不同;放电频率为7 k Hz时,NO、NO2均随放电电压峰-峰值线性增长;放电频率为8 k Hz时,随着放电电压峰-峰值的增大,NO先不变后增长,NO2线性增长;放电频率为9 k Hz时,随着放电电压峰-峰值的增大,NO始终维持在较低水平,NO2先不变后增长;NO、NO2体积分数随空气流量的增大而减小,不同空气流量时,NOx总体变化规律不会改变;双介质低温等离子体反应器放电频率为9 k Hz,放电电压峰-峰值为9~23 k V时,可产生较多的活性物质,同时避免大量副产物的生成。该研究可为利用NTP技术降低柴油机排放污染物提供参考。     

基于交流阻抗法的豆浆电特性检测

为实现豆浆品质快速检测和通电加热电源频率的优化,该文利用精密阻抗分析仪和DJS-10电导电极通过50 mV的激励电压在20 Hz～12 MHz频率范围内测量了不同温度（30～85℃）和不同固形物含量（1.01%～9.58%）的豆浆的交流阻抗。试验结果表明,豆浆阻抗模值与阻抗相位角随测量频率变化具有明显规律。豆浆的阻抗特性与温度以及固形物含量关系显著,且阻抗Nyquist 图存在明显差异。在全频段,豆浆阻抗模值随着温度和固形物含量的升高而减小;在低频段,豆浆阻抗相位角随温度以及固形物含量的升高而增大;在高频段,豆浆阻抗相位角随温度以及固形物含量的升高而减小。同时,研究提出了豆浆的电阻R、电容C、恒相位元件CPE（constant phase element）三元件等效电路模型,并用ZSimpWin软件进行拟合得到了试验条件下豆浆的等效电路元件参数。基于豆浆阻抗随频率变化规律及豆浆等效电路模型分析得出,豆浆通电加热电源的频率应在300 Hz～300 kHz范围内。豆浆的等效电阻R与温度以及固形物含量之间具有良好的负指数关系。CPE参数Q值随温度的升高而降低,当固形物含量超过3.5%后,Q值随固形物含量的升高迅速增加。CPE参数n值随温度的升高而升高,但在本研究中的固形物含量范围内n值并未随固形物含量的改变发生明显变化。本研究为豆浆通电加热电源的频率选择提供了参考依据,同时为基于豆浆电特性分析实现豆浆品质的快速检测奠定基础。     

声发射法无损检测稻谷籽粒应力裂纹

针对目前稻谷应力裂纹缺乏有效研究手段的难题,该文提出利用声发射法研究应力裂纹的设想。以天优3301籼型感温三系杂交稻谷为物料,建立稻谷干燥和机械压缩试验声发射检测装置,测量并分析了稻谷干燥、应力和声发射信号之间关联。结果表明:谷粒在干燥和受载过程产生的声发射信号能够被有效检测;干燥过程中声发射信号时序特征与稻谷干燥特性、典型干燥现象关联密切。湿基含水率为22%稻谷籽粒在60℃条件下,在干燥初始加热期0~7 min,稻谷因内部温度梯度形成的应力而释放少量声发射信号;在7~40 min声发射信号伴随温度梯度减弱而消失;在干燥40 min后,声发射信号受水分梯度影响而重新出现,并且信号密集区和水分梯度最大值时间重合,均出现稻谷湿基含水率干燥到14%附近;30~80℃自然冷却中稻谷声发射信号急剧增加,与高温干燥冷却段爆腰率快速上升现象相对应。湿基含水率为20%谷粒在30 N压载过程中声发射信号峰值与应力屈服8 MPa均出现在100 s。该文研究表明声发射法可为研究稻谷应力裂纹提供一种新的方法和途径。     

刀具磨损声发射信号的混沌特性分析

金属切削是一个非线性系统,刀具磨损产生的声发射信号具有混沌特征。该文采用混沌理论对刀具不同磨损程度的声发射信号进行非线性特性分析。首先采用经验模态分解与小波阈值结合(empirical mode decomposition and wavelet,EMD-Wavelet)的法对信号去噪,消除噪声对吸引子结构以及特征参数的影响。其次利用互信息法和Cao方法分别求时延和嵌入维,对去噪后的信号进行相空间重构。最后绘制吸引子相图,并求解特征参数关联维。结果表明,看似无序杂乱的非线性声发射信号有着内在的有序状态。吸引子结构随着刀具磨损状态的改变呈现一定变化规律,关联维数与刀具磨损状态有一定的对应关系。这些特性对于刀具磨损状态识别有一定的参考意义。     

螺旋离心泵内回流涡空化特性

为了研究回流涡空化特性,对一台螺旋离心泵内部的空化流动进行了可视化研究,在一定的工况下该泵内部发生了回流涡空化,捕捉到了不同流量下螺旋离心泵内部回流涡空化形态,发现回流漩涡空化中存在2个旋转的空化云,并且随着流量的减小,回流涡空化云体积逐渐减小;对该泵进行了数值模拟,发现随着流量的减小,泵进口外部形成的回流区域变小,从而导致回流涡空化云体积逐渐减小。该文对螺旋离心泵内回流涡空化体积演变机理的深入研究提供了参考。     

微型离心泵诱导轮与叶轮轴向距离匹配特性

诱导轮与叶轮匹配不合理,是影响微型离心泵运行稳定性的原因之一。为了研究诱导轮与叶轮之间的轴向距离(简称为轴向距离)的匹配对离心泵性能的影响,该文以一台前置诱导轮离心泵为研究对象,采用数值方法定量分析了不同轴向距离对离心泵能量特性、汽蚀特性和压力脉动特性的影响。选取5种轴向距离,分别为0.1S,0.5S,1.0S、1.5S和2.0S(S为诱导轮轴向长度与叶栅稠密度的比值),对离心泵进行三维流场数值预测。结果表明,轴向距离增加后,扬程和效率均有所增加,汽蚀余量降低,但叶轮内压力脉动幅值升高。其中,在额定工况下,当轴向距离增大至1.0S时,扬程提高了0.61m,效率提高了5.8%,临界汽蚀余量降低了0.4m;轴向距离继续增大后,各项性能变化不大。综合分析认为,轴向距离为1.0S时,诱导轮与叶轮的匹配性能最佳,有利于离心泵稳定运行。研究结果可为微型离心泵诱导轮与叶轮的匹配设计提供参考。     

沙粒粒径与含沙量对离心泵空化特性的影响

为了研究沙粒粒径与含沙量对离心泵空化特性的影响,对含沙条件下与清水介质下离心泵内部空化流场进行数值计算.所采用沙粒粒径分别为0.005、0.010、0.015 mm,含沙量分别为0.5%、1.0%、1.5%.通过对清水介质外特性与平头圆柱空化流动进行数值计算并与试验结果相对比,验证算法的可靠性.计算结果表明:含沙量为1.0%时,随粒径逐渐增大,沙粒对空化的影响表现为先促进、后抑制;沙粒粒径为0.010 mm时,随含沙量不断增多,沙粒对空化的影响表现为先促进、后抑制.高压条件下,清水介质中无空化泡产生,含沙水流中均有少量空化泡产生.空化充分发展时,与清水介质相比,含沙水中空化泡分布表现为先增大、后接近、再变小.在沙粒磨蚀与空蚀的共同作用下,含沙水流条件下的扬程均低于清水介质下的扬程,且分别随粒径、含沙量的增加,逐渐减小.     

渣浆泵内汽蚀分析与计算

该文从理论上分析了渣浆泵内汽蚀产生的原因,建立了汽蚀状态方程式,提出了渣浆泵汽蚀余量的计算方法,并通过实例计算,验证了该方法的准确性,对渣浆泵汽蚀的研究和计算具有重要的实际意义。     

轴流泵叶轮区域空化特性数值模拟

为了研究轴流泵内部叶轮区域空化特性,该文基于ANSYSCFX软件,分别应用Standardκ-ε,RNGκ-ε,κ-ω和SSTκ-ω湍流模型、均质多相流模型,对比转数ns=1033轴流泵在不同工况下进行全流道数值计算,将模拟值与试验结果进行对比分析,验证不同湍流模型及多相流模型的适应性并探究叶轮区域的空化特性。结果表明:在设计工况下,基于κ-ω湍流模型较其他3种湍流模型计算准确,临界汽蚀余量NPSHc计算值与试验结果误差为6.32%,可以较好反映轴流泵内部空化特性。随着有效汽蚀余量NPSH值的减小,空化首先在叶片背面进口靠近轮缘处发生,然后沿着主流方向往叶片中部发展直至充满整个流道,在临界汽蚀余量工况下,叶片中部区域空化面积较大,空化较严重时,叶片背面流线在叶片后部较紊乱,在靠近轮毂处形成漩涡微团,并向轮缘处移动,同时引起叶轮出口截面处轴面速度分布不均匀,增加了叶轮区域流场的紊乱性,揭示了叶轮区域内部空化流动特性。     

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。