一种新的轴向柱塞泵配流盘过渡区设计方法(英文)

目的:轴向柱塞泵配流盘的过渡区是影响轴向柱塞泵噪声的重要因素之一。本文提出一种新的过渡区设计方法,旨在降低轴向柱塞泵的噪声。创新点:1.该方法设计的过渡区结构,使得柱塞腔与配流盘腰形槽之间的通流面积完全匹配柱塞腔预升压与预降压所需求的面积;2.优化倒灌流量在倒灌区间内的分配。方法:1.计算柱塞腔预升压与预降压所需求的柱塞腔与配流盘腰形槽之间的通流面积;2.将柱塞腔倒灌流量平均分配到倒灌区间内,从而降低倒灌流量的峰值。结论:1.该设计显著地降低了柱塞腔压力的正超调量和负超调量;2.减小了轴向柱塞泵出口流量脉动的幅值。     

基于流构全耦合模型的柱塞泵斜盘振动和压力脉动的研究（英文）

目的:航空柱塞泵是飞机液压系统的核心元件,具有高压高转速的特点,其压力脉动是飞机液压系统振动的主要激励源,对飞机液压系统的安全性和可靠性具有重要影响。本文首次全面分析了压力脉动和斜盘振动之间的关系,对降低柱塞泵的压力脉动、提高其可靠性具有重要理论意义。创新点:1.将柱塞泵压力脉动和斜盘振动相结合,综合分析两者相互作用关系;2.综合分析柱塞、斜盘控制阀、斜盘控制柱塞三者间的作用关系,建立全耦合模型。通过仿真分析和实验验证,指出普通模型的局限性以及全耦合模型在研究斜盘振动与压力脉动的真实内在关系的可靠性。方法:1.通过仿真和试验对比,分析全耦合模型和普通模型在压力脉动仿真结果上的差别及原因;2.通过对比分析,确定全耦合模型在斜盘振动仿真方面具有的较高精度;3.通过柱塞泵高压腔流量仿真结果,讨论柱塞泵压力脉动成因以及与斜盘的振动关系;4.通过斜盘力矩仿真分析讨论斜盘振动成因以及与压力脉动的关系;5.通过分析压力脉动、斜盘振动和转速三者间的关系,探讨减轻斜盘振动与减小压力脉动的有效途径。结论:1.全耦合模型的精确度比普通模型高,能较好地预测斜盘振动和压力脉动状态。2.斜盘振动的基频部分主要取决于压力脉动的动态特性,同时还受控制阀机构(FSI-3)和变量柱塞机构(FSI-2)的动态特性影响。压力脉动主要由柱塞泵的柱塞运动关系(FSI-1)决定,不受斜盘高频振动影响。     

宽幅排量工况下轴向柱塞泵容积损失及效率变化特征（英文）

目的:宽幅排量工况下高效率性能对于作为变排量泵控节能系统动力源的柱塞泵至关重要,而现有研究对宽幅排量工况下泵效率及各容积损失变化特征的认识尚为不足。本研究探索并阐明泵效率、容积损失(泄漏损失及压缩流量损失)及各损失所占比重随排量工况的变化特征。创新点:1.提出更完整的滑靴副泄漏计算方程,建立显式容积损失仿真模型,发现由滑靴挤压微运动造成的挤压泄漏的不可忽略性;2.揭示泵压缩流量、泄漏流量及其造成的能量损失随排量工况的变化特征。方法:1.基于纳维-斯托克斯方程及流体连续性方程,推导出更完整的滑靴副泄漏计算方程,基于此方程建立显式容积损失仿真模型;2.在不同压力、转速及排量工况组合下对泵各损失进行224组大范围工况下的大量实验测试;3.基于仿真结果及实验结果对宽幅排量工况下泵效率及各容积损失变化特征进行分析讨论。结论:1.泵总效率随排量减小显著下降;2.在额定转速工况下,5~35 MPa压力等级及13%~100%满排量变化范围内,泵容积损失在泵总损失中所占比重在13%~47%幅度内变化;3.额定转速下泵压缩流量损失在总容积损失中所占比重在30 MPa压力及88%满排量等级以上时最高可达41%,此后随着排量减小而逐渐减小,当排量降至低于38%满排量或压力降至低于5 MPa时,压缩流量损失在泵总容积损失中占比低于20%;4.压缩流量随排量减小而减小,而在绝大部分工况下,泵泄漏流量的典型变化特征是随着排量减小而逐渐增大,或先随着排量减小而减小,但在当减小到某一极小值时随着排量进一步的减小而逐渐增大;5.由滑靴挤压微运动造成的滑靴副挤压泄漏可以达到与由压差效应造成的滑靴副压差泄漏相当的数量级。     

二维活塞泵用滚子-凸轮轨道机构的建模和验证（英文）

目的:由于液压行业对高速重载的要求越来越高,传统轴向柱塞泵中存在的润滑与泄漏的矛盾也越发明显。针对传统轴向柱塞泵中因结构产生的倾斜力、低功率密度、恶劣的摩擦副工况、较大的流量脉动等限制,本文旨在提出一种具有内力平衡、功率密度高、无纯粹的滑动摩擦副且工况优秀、能消除结构性流量脉动等优点的二维活塞泵,并通过对其工作原理的详细分析,探讨其具有上述优点的理论依据。创新点:1.提出二维活塞泵;该泵利用二维运动转换机构中活塞部件的二维运动,同时实现了吸排油功能和配流功能,提高了集成化;通过其活塞旋转1周可以使泵吸排油4次的结构设计,提高了功率密度;轴向与轴向对称的独特结构布局,实现了内力平衡,消除了传统轴向柱塞泵中无法消除的倾覆力偶;相对于传统轴向柱塞泵,吸排油与配流功能的集成减少了摩擦副的数量,且消除了纯粹的滑动摩擦副,打破了PV值的限制,意味着二维活塞泵有着实现更大流量压力分布的潜力。2.提出二维活塞泵运动转换机构中的锥滚子-凸轮接触结构,优化二维活塞泵运动转换机构的受力条件;3.建立二维活塞泵运动转换机构中锥滚子-凸轮接触副的通用型数学模型,通过运动学分析建立精确的凸轮表面模型(即二维活塞泵的运动学模型),为二维锥滚轮活塞泵的结构设计和进一步的静、动力学的研究提供理论基础。4.消除结构性流量脉动。方法:1.通过对二维活塞泵结构与工作原理的理论分析,讨论其相对于传统轴向柱塞泵所具有的优点。2.通过跑合实验,验证锥滚子-凸轮接触结构具有的受力条件。3.通过运动学分析与空间几何关系变换推导,得到运动转换机构中具有普遍指导意义的接触副的通用数学模型。4.通过实验曲线与理论曲线的对比,验证接触副数学模型的正确性与二维活塞泵所具有的消除结构流量脉动的潜力。5.通过滤波处理与模拟仿真,验证二维活塞泵能否消除结构性流量脉动。结论:1.二维活塞泵具有功能集成化高、内力平衡、功率密度高、无纯粹的滑动摩擦副且能消除流量脉动的优点。2.运动转换机构中锥滚子-凸轮接触结构具有更好的受力条件。3.建立的接触副数学模型可以指导二维活塞泵中运动转换机构的加工,且对二维活塞泵进一步的运动学与动力学的研究具有指导意义。4.二维活塞泵能消除结构性流量脉动。     

变流量工况下熔盐泵性能仿真实验

为了提高高温熔盐泵的水力性能,采用数值模拟仿真实验,对不同流量、不同叶片数(z=5,6,7)熔盐泵内部定常流动进行了数值模拟分析。结果表明:3个模型泵内压力分布相似,出口处静压最大,其大小顺序为:p_(s-z7)p_(s-z6)p_(s-z5);小流量工况下(0.4Q,0.6Q)蜗舌附近流道内存在明显的漩涡(Ⅲ、Ⅳ两个象限),且漩涡随着流量增加而减小,当流量达到Q以后各个流道内的漩涡消失;泵的扬程随着流量的增加不断减小,在0.8Q~1.1Q之间扬程下降较快,同一流量下z=7泵的扬程明显高于其他两个模型泵;叶片数的改变对此结构熔盐泵影响不是很大,从性能曲线的对比可以看出,z=7泵略优于其他叶片数泵,熔盐泵在0.8Q~1.1Q之间工作效率较高。该研究可为揭示熔盐泵内部流动现象提高熔盐泵水力性能提供参考。     

大型斜流泵飞逸特性试验研究

斜流泵在飞逸工况下运行时因转动部件上的巨大离心力可能造成机械损坏、振动和噪声,为探究斜流泵飞逸特性,以河海大学流体机械实验室的水力机械多功能试验台为基础,测量斜流泵模型装置在不同叶片安装角度、不同扬程下飞逸转速值.计算各工况下斜流泵原型单位飞逸转速及飞逸转速.试验结果表明:同一水泵扬程下,飞逸转速随着叶片安放角度的增加而减小.在最大扬程内不同叶片安放角下,原型斜流泵最大飞逸转速均未超过额定转速的2.0倍.同一叶片安放角时,斜流泵飞逸转速均随着水泵扬程的增加而增加.单位飞逸转速随着叶片安放角度的增加而减小,与飞逸转速变化规律相同.     

基于RMR系统的气侵工况下井底压力控制

为了更有效地控制钻井过程中的井底压力,确保钻井安全,以气液两相流理论为基础,建立了无隔水管海底泵举升(riserless mud recovery, RMR)系统在气侵工况下的井底压力计算模型。提出了3种流量调节方法,对流量调节后的井底压力变化过程进行了动态模拟。结果表明：调节循环流量为30、40、50 L/s时,15 min时刻井底压力下降幅度分别为0.62、1.37、1.70 MPa;调节海底泵出口流量至17、20、23 L/s时,地层压力分别在10、11、14 min时刻得到平衡;增大钻井泵出口流量至32 L/s,调节海底泵出口流量为26、27 L/s时,地层压力分别在13.1、14.0 min时刻得到平衡。通过对数据进行拟合,得到了循环流量和海底泵出口流量与井底压力之间的关系方程,并形成了RMR系统在气侵工况下控制井底压力时的流量调节方法。     

医用径向柱塞泵的设计与测试

针对连续血液净化系统的流量平衡问题,研制了精密柱塞式医用计量泵,通过严格控制实时输出流量和总流量,实现系统的流量平衡。设计了基于氧化锆陶瓷的径向柱塞泵,并进行物理模型建立和结构参数分析。对径向柱塞泵系统进行了流量特性分析和液压系统仿真分析,得出柱塞泵的最优设计参数和系统的最佳运行状态。根据仿真结果设计制作了陶瓷径向柱塞泵试验样机,对样机的流量特性进行了试验测试。结果显示,柱塞泵最佳运行状态在电动机转速120 r/min左右,且能满足最大流量10 L/h的总体要求。同时,出口流量具有较高稳定性和重复精度,流量指标满足相关医疗器械的设计和使用标准,能够在连续血液净化系统中实现系统流量平衡。     

缸体旋转式柱塞泵配油盘结构设计研究

缸体旋转式液压轴向柱塞泵的配流结构设计合理与否是影响该泵工作噪声和发热以及使用寿命的主要因素之一。本文围绕典型缸体旋转式轴向柱塞泵配流过程中产生的压力瞬变和流量脉动以及配流噪声产生的机理进行分析研究,提出采用在高低压腰形槽的始端设置具有两种宽度夹角的双级三角阻尼槽、阻尼孔配阻尼槽以及多槽结构等设计方案,并进行分析比较优化结构设计。     

提高柱塞总成密封效果的措施

在油田开发过程中,含油污水田注是保持地层压力、补充地层能量、提高原油采收率的重要工艺措施之一。目前．油田注水设备主要包括离心式注水泵和往复式注水泵两大类。对于地层压力较高、渗透率较低的油层通常采用高压往复式柱塞泵进行注水。由于高压柱塞泵的排出压力高,各部件在运行过程中承受的负荷大,导致柱塞泵故障率高、泵的运行效率大大降低、材料消耗严重超支。通过现场调查统计分析。得出导致柱塞泵故障率高的主要原因是：柱塞总成的密封效果差,引起盘根刺漏严重。结合柱塞泵的运行情况以及柱塞总成在柱塞泵运行中的规律,对柱塞总成内密封失效的原因进行分析,提出改进性建议。     

EC210B型挖掘机液压泵的控制原理与故障分析

沃尔沃EC210B型挖掘机液压泵,是日本川崎重工生产的柱塞泵,该柱塞泵由两台斜盘式柱塞泵串联、并装有伺服系所要求的齿轮泵和相应的油泵调节器构成。通过对EC210B型挖掘机液压泵结构、控制原理进行详细的分析,并分析了该泵的常见故障、排除方法,这对该泵的维护有一定的指导作用。     

抽吸孔尺度对超声速边界层抽吸流量的影响（英文）

目的:在超声速来流条件下,探索影响抽吸流量的关键参数,为高超声速进气道抽吸系统的设计提供参考。方法:1.从抽吸系统提取出边界层厚度、抽吸孔径和深度三个尺度,并采用单变量原则,通过数值模拟分别研究三个尺度对抽吸流量的影响;2.采用普朗特-迈耶膨胀波理论,根据抽吸流动是由压差驱动的物理机制,建立超声速抽吸壅塞模型。结论:1.超声速圆孔抽吸包括超声速前缘、亚声速前缘和边界层中的亚声速部分三种抽吸物理机制;2.在非壅塞与壅塞条件下,随着孔径与深度比值的变化,流量系数具有不同的演化规律;3.深度是影响抽吸流量的主要因素,孔径是次要因素;4.在一定的孔径深度比值下,抽吸在非壅塞条件下具有回流现象,而在壅塞条件下不具有回流现象。     

基于阀补偿的电液流量匹配节能系统的动态性能改进（英文）

目的:电液流量匹配系统通过前馈指令信号来调节泵排量,故可采用增大阀口开度的方法来降低能量损失,但是该方法降低了超越负载工况下的操控性能。为改进该工况下的系统动态性能,本文旨在研究电液流量匹配系统泵阀控制方法,在提高系统效率的前提下,提高系统动态性能。创新点:提出了基于比例阀补偿的动态性能改进方法,研制了考虑动静态性能补偿的比例阀控制器,提高了系统速度控制性能。方法:1.建立电液流量匹配节能系统数学模型,分析在超越或阻抗工况下的系统速度控制需求;2.提出基于比例阀开口补偿的控制方法(图2)以提高系统动态性能;3.相对于传统阀口控制方法,分析提出的方法在不同负载工况下的节能特性;4.通过频域分析法研究系统稳定性,并提出保证系统稳定和动态性能的参数选取准则。结论:1.相比传统阀口控制方法,提出的基于比例阀补偿的控制方法能够提高3.2%~6.8%的系统效率;2.相对于阀口全开控制方法,所提方法的优势在于能保证系统在不同工况下的动态控制性能,尤其能保证在超越负载工况下的系统可控性;3.所提方法不仅提高了设备的效率,也保证了系统的操控性能。     

用于选择性催化转化计量系统尿素溶液计量和故障诊断的T3计量模型（英文）

目的:一种新型的应用于选择性催化转化(SCR)尿素计量喷射系统的套筒式柱塞泵,其液体计量精度受环境状态(如驱动电压和温度等)变化的影响较大。通过对基于该套筒泵物理模型与驱动方式建立的能量方程与电学方程进行创新求解,得到一个与该套筒泵单循环的液体喷射量有稳定线性关系且对环境状态变化不敏感的参数T3,以实现全状态计量精度控制。同时,利用T3模型中的T3等测量参数,实现对基于该套筒泵建立的尿素喷射系统中部分典型故障的快速有效的车载(OBD)诊断。创新点:1.通过T3液体计量模型可实现套筒式柱塞泵的液体计量精度控制;2.通过T3模型中的T3等可测量参数可对部分典型故障进行OBD诊断。方法:1.建立能量方程和电学方程,并通过无量纲化处理,推导出套筒式柱塞泵单循环液体喷射量与T3参数关系的全状态方程;2.通过液体计量精度实验验证T3模型在环境状态变化时对液体计量精度控制的可靠性。结论:1.通过T3全状态模型,将电能与套筒泵单循环液体喷射量通过一个可测量的参数T3结合,可以实时进行喷射量反馈控制使套筒泵保持较高的喷射精度,且在环境变化(如电压或温度变化)时,仍能实现较高精度的控制。2.实验证明,通过T_3等参数能对部分系统故障进行无传感器故障诊断,结合一定的控制逻辑可以满足OBD故障检测要求。     

永磁无刷直流电机换相转矩分析

介绍了人工心脏轴流式血泵永磁无刷直流电机换相转矩脉动变化过程．根据影响电机换相转矩脉动的因素,给出了减小电机转矩脉动的解决方案,以使电机运行更加平稳．通过实验波形证实本结论分析正确,可以为电机减小转矩脉动作为参考．     

静动间距对前置导叶喷水推进泵轴向流速的影响

采用激光多普勒测速仪(LDV)对喷水推进泵导叶进、出口和叶轮进、出口处的轴向流速进行实验测量。研究了导叶与叶轮的轴向静动间距对前置导叶喷水推进泵内流场轴向流速的影响。实验结果表明,在额定工况下,导叶进口处的轴向流速无明显波动,轴向流速随着静动间距的增大而减小;在两种静动间距下,叶轮进、出口处的轴向流速均呈现出明显的周期波动。当静动间距从0.3D减小到0.1D时,导叶出口处的轴向流速呈现周期波动,静动间距的减小降低了导叶出口处轴向流速的稳定性;叶轮出口处轴向流速的周期波动有所减弱。实验结果为前置导叶喷水推进泵内流场精细化测量和水力优化设计提供一定参考。     

基于数值模拟的低温风洞羽流扩散过程的参数敏感性分析（英文）

目的:低温风洞运行时大流量低温氮气被排放到大气环境中,对周围环境造成潜在的低温、缺氧危险。本文旨在研究羽流扩散过程中各变量(环境风速、环境风温度、相对湿度和排气出口流速)对羽流沉降的影响。创新点:采用考虑相变的低温羽流扩散模型,通过数值模拟对影响羽流扩散的各参数进行敏感性分析。方法:1.基于Hertz-Knudsen关系修正,考虑空气中水的相变,构建低温羽流扩散的数值模型;2.对照美国National TransonicFacility的羽流扩散数据和NASA的二阶分析模型的计算结果,验证本文所采用的数值模型的准确性;3.利用数值模拟,比较不同排放条件下近地面的最低氧含量和最低温度,并对各变量进行敏感性分析。结论:1.考虑相变的羽流扩散数值模型,相比NASA的二阶分析模型拥有更好的准确性。2.对于0.3m低温风洞的羽流扩散,高环境风速有利于羽流消散;高环境温度和高相对湿度能提升近地面的最低温度,但对近地面的最低氧含量影响甚微。3.当排气速度小于2 kg/s时,排气流速增大不利于羽流消散;当羽流速度大于2 kg/s时,排气流速增大有利于羽流消散。     

直轴式液压轴向柱塞泵配流机构优化设计分析

分析液压轴向柱塞泵产生工作噪声和发热以及影响使用寿命的主要因素,研究液压轴向柱塞泵配流机构在配流过程中产生压力瞬变和流量脉动以及配流噪声的机理,提出采用在高低压腰形槽的始端设置具有两种宽度夹角的双级三角阻尼槽配阻尼孔结构的设计方案,可降低噪声、减少发热,提高使用寿命。     

柴油机尿素喷射系统电磁泵特性研究

目前,国内SCR尾气后处理系统发展较快,但SCR系统中添蓝喷射泵的研究依旧是空白.本文基于柱塞泵的基本原理,提出一种电磁力驱动的新型电磁泵,对设计方法、工作原理进行了简要理论分析,并利用电磁场有限元分析软件Ansoft Maxwell对电磁泵在不同气隙、不同驱动电压条件下进行电磁力仿真.同时,在理论分析的基础上进行一系列实验,实验结果表明:电磁泵整体性能良好,其一致性、稳定性、精度等性能均满足设计要求.     

应用开关磁阻电机激励参数控制转矩脉动仿真

针对开关磁阻电机转矩脉动控制问题,以六相12/10开关磁阻电机为例,根据相电感、相电流、转子位置相互关系,建立非线性简化数学模型。采用关断角模糊补偿控制减小转矩脉动,由关断角滞后带来的输出转矩减小问题,采用开通角自调整控制,设计开通角自调整控制器,优化相电流,提高平均转矩输出。应用MATLAB构建开关磁阻电机控制系统仿真模型,得到开通角自调整与关断角模糊补偿仿真波形,仿真实验表明转矩脉动减小,平均输出转矩增大,采用的控制策略是可行的,为实际开关磁阻电机调速控制系统的设计提供了有效的方法。