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静压孔位置对油膜支承可倾瓦轴承承载性能的影响分析

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中国机械工程 2022年第10期33卷 1195-1202,1209页

作者：华尔天赵天城谢荣盛许永利项春徐高欢浙江工业大学先进制造研究所杭州310014 先进水利装备浙江省工程研究中心杭州310018 浙江水利水电学院机械与汽车工程学院杭州310018

为了提高汽轮机转子系统中支承轴承的油膜刚度,以三瓦油膜支承可倾瓦轴承为研究对象,研究静压孔相对位置对轴承承载性能的影响规律。建立了油膜支承可倾瓦轴承油膜润滑模型,并运用计算流体动力学方法数值求解三维N-S方程,揭示了不同静... 详细信息

为了提高汽轮机转子系统中支承轴承的油膜刚度,以三瓦油膜支承可倾瓦轴承为研究对象,研究静压孔相对位置对轴承承载性能的影响规律。建立了油膜支承可倾瓦轴承油膜润滑模型,并运用计算流体动力学方法数值求解三维N-S方程,揭示了不同静压孔相对位置下轴承压力分布、最小膜厚、偏心率、刚度等性能参数的变化规律。分析结果表明:在载荷为890 N的情况下,改变孔的位置可以提高轴承油膜刚度;当静压孔相对位置γ=5°左右时,孔位置接近油膜最大压力分布区,与γ=0°时相比,最小膜厚和偏心率分别减小9.8%和48%,主刚度k_(yy)、k_(xx)接近原结构的1.4倍和1.1倍,此时静压孔位置为相对最优位置区域。依据分析结果开发了新型油膜支承可倾瓦轴承(γ=5°),通过试验对比分析了普通滑动轴承与新型油膜支承可倾瓦轴承的综合性能,结果表明,高转速时所开发的新型油膜支承可倾瓦轴承具有更好的承载性能与减振性能。研究结果对油膜支承可倾瓦轴承的性能分析具有一定的参考价值,设计轴承静压孔时可根据油膜压力分布规律对其优化以提高轴承性能。

关键词：油膜支承可倾瓦轴承静压孔承载性能计算流体动力学油膜刚度

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轴流泵双驼峰特性与内流场测试研究

农业机械学报 2022年第1期53卷 178-185页

作者：谢荣盛华尔天徐高欢郭晓梅杨帆汤方平浙江工业大学机械工程学院杭州310023 浙江水利水电学院机械与汽车工程学院杭州310018 扬州大学江苏省水利动力工程重点实验室扬州225009

为研究轴流泵在小流量工况双驼峰区域下的水力稳定性,探讨轴流泵扬程流量曲线稳定性与内流场特性的关系,针对一比转数为825的轴流泵进行了测试研究。依次通过外特性能量曲线测试、内流场示踪粒子高速摄像机拍摄、壁面压力脉动采集、叶... 详细信息

为研究轴流泵在小流量工况双驼峰区域下的水力稳定性,探讨轴流泵扬程流量曲线稳定性与内流场特性的关系,针对一比转数为825的轴流泵进行了测试研究。依次通过外特性能量曲线测试、内流场示踪粒子高速摄像机拍摄、壁面压力脉动采集、叶轮进出口截面速度LDV测试,获取了叶轮在小流量工况下的内外水力特性。由能量特性结果发现轴流泵的扬程流量曲线存在双驼峰现象:第1次驼峰出现在0.5 Q_(BEP)~0.6 Q_(BEP)之间,对应着进口轮缘侧的切向速度出现明显波动,速度环量剧增,同时压力脉动峰峰值出现极大值,结合内流场测试结果表明第1次驼峰与叶轮进口回流生成相关;第2次驼峰出现在0.33 Q_(BEP)~0.4 Q_(BEP)之间,叶轮进口回流已然生成,虽然强度不断增强,影响范围更广,但进口侧叶轮室壁面的压力脉动峰峰值不再增强,而出口侧叶轮室壁面的压力脉动峰峰值迅速增加,同时出口近轮毂及中间侧的速度分布明显恶化,回流区域增加,表明第2次驼峰与叶轮出口流场的剧烈变化相关。

关键词：轴流泵双驼峰水力特性流场测试

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小河道扑动水翼装置推水流动特性研究

农业机械学报 2022年第8期53卷 154-162页

作者：华尔天陈万前汤守伟谢荣盛郭晓梅徐高欢浙江工业大学机械工程学院杭州310023 先进水利装备浙江省工程研究中心杭州310018 浙江水利水电学院机械与汽车工程学院杭州310018

在扬程几乎为零的平原小河道中,传统水泵存在运行效率低、稳定性差、架设成本高等问题。为提升平原小河道的水动力条件,提出了利用扑动水翼推动小河道水体流动的方法。并由此建立了扑动水翼的计算模型,针对不同扑动频率以及不同来流速... 详细信息

在扬程几乎为零的平原小河道中,传统水泵存在运行效率低、稳定性差、架设成本高等问题。为提升平原小河道的水动力条件,提出了利用扑动水翼推动小河道水体流动的方法。并由此建立了扑动水翼的计算模型,针对不同扑动频率以及不同来流速度对扑动水翼推水性能的影响进行了数值模拟研究。设计了扑动水翼推水性能试验平台,在循环流道内进行了试验验证。结果表明:扑动水翼装置的流量与其扑动频率成正比,扬程与扑动频率的平方成正比。在固定频率下,扑动水翼的尾涡随着流速的增加从混沌状态逐渐形成双列反卡门涡街,装置泵水效率逐渐增加,直至最佳效率点;流速继续增加,反卡门涡街转变为单列,效率迅速下降。此外,扑动水翼装置具有扬程低、流量大等优点,在平原河流推水上具有优势。

关键词：扑动水翼水动力性能数值模拟试验验证

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扑翼型仿生泵水装置设计与实验

农业机械学报 2023年第8期54卷 155-162页

作者：华尔天罗海涛谢荣盛陈万前汤守伟苏忠鑫浙江工业大学机械工程学院杭州310023 先进水利装备浙江省工程研究中心杭州310018 浙江水利水电学院机械与汽车工程学院杭州310018

针对平原河网地区细小枝杈河道存在的水动力不足问题,设计了一种扑翼型仿生泵水装置,以满足极低扬程工况下,大流量、高效率的输水需求。以金枪鱼尾鳍和矩形平板为基础建立了扑翼模型,利用有限体积法(FVM)和重叠网格技术对不同特征弦长... 详细信息

针对平原河网地区细小枝杈河道存在的水动力不足问题,设计了一种扑翼型仿生泵水装置,以满足极低扬程工况下,大流量、高效率的输水需求。以金枪鱼尾鳍和矩形平板为基础建立了扑翼模型,利用有限体积法(FVM)和重叠网格技术对不同特征弦长和轮廓的扑翼开展三维数值模拟,并对比进行了尾鳍与矩形扑翼的泵水实验,结果表明:随着扑翼特征弦长的增大,周期内平均推力系数有所提升,但其泵水效率略微下降;而在相同面积约束下,具有尾鳍特征轮廓的扑翼相对于矩形扑翼提升了装置的泵水流量与效率,实验扑动频率为0.7 Hz时,尾鳍扑翼流场稳定平均流速为28.44 cm/s,较矩形扑翼的25.13 cm/s提升13.6%。

关键词：扑动水翼水动力性能超低扬程数值模拟实验验证

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摆动水翼的摆动方式对水体推进影响分析

水力发电学报 2022年第4期41卷 93-103页

作者：华尔天汤守伟陈万前谢荣盛郭晓梅浙江工业大学机械工程学院杭州310023 先进水利装备浙江省工程研究中心杭州310018 浙江水利水电学院机械与汽车工程学院杭州310018

小河道流域水体流通性差,自净能力低,而传统泵站在超低扬程工况下存在运行效率低、振动大、噪声强等一系列问题。为解决小河道需求适宜水动力问题,本文研究摆动水翼三种摆动方式的水体推进性能,建立摆动水翼计算模型,结合Realizable k-... 详细信息

小河道流域水体流通性差,自净能力低,而传统泵站在超低扬程工况下存在运行效率低、振动大、噪声强等一系列问题。为解决小河道需求适宜水动力问题,本文研究摆动水翼三种摆动方式的水体推进性能,建立摆动水翼计算模型,结合Realizable k-ε湍流模型与动网格技术进行数值计算,并对水体推进效果较好的摆动方式进行实验研究。结果表明:方式三始终产生推力,方式一和方式二既产生推力,也产生阻力;涡的形成与演变是水体推进性能影响的关键因素;方式三的推进效率及泵效率均显著高于方式一和方式二;在固定频率下,方式三中流量约为490 L·s^(-1)扬程约为0.0281 m时,最大效率约为34.1%,远高于方式一、方式二的8.6%、9.4%。摆动水翼进行水体推进有着扬程低、流量大等优点,应用于小河道流域有着独特优势。

关键词：摆动水翼摆动方式水体推进数值模拟实验验证

流体支承可倾瓦滑动轴承油量平衡分析及数值计算

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推进技术 2023年第4期44卷 197-205页

作者：谢荣盛华尔天许永利徐高欢郭晓梅沈卫英浙江工业大学机械工程学院浙江杭州310023 浙江水利水电学院机械与汽车工程学院浙江杭州310018 浙江省申发高端滑动轴承研究院浙江绍兴311899

流体支承可倾瓦滑动轴承具有良好的抗冲击性、高寿命和高转速,能够满足舰船对支承部件的需求,但其进油量仅为传统可倾瓦滑动轴承的1/2左右,为了确保安全稳定性,需要精确分析油量平衡关系。本文针对一直径为160mm的流体支承可倾瓦滑动轴... 详细信息

流体支承可倾瓦滑动轴承具有良好的抗冲击性、高寿命和高转速,能够满足舰船对支承部件的需求,但其进油量仅为传统可倾瓦滑动轴承的1/2左右,为了确保安全稳定性,需要精确分析油量平衡关系。本文针对一直径为160mm的流体支承可倾瓦滑动轴承的动、静压油膜进行了三维数值模拟及分析,构建了包含动压层油膜、静压层油膜、进油孔、进油腔、动静压连接孔、静压油腔及瓦间间隙等细节的流体支承可倾瓦模型,采用包含空化模型的三维粘性N-S方程对油膜流场进行了计算,获取了荷载为8820N,转速为1000~8000r/min平衡状态下油量分布情况。计算结果表明,随着转速的增加,轴承的需油量线性增加,瓦块进口侧油腔的压力逐渐增加至高于供油压力0.15MPa,仅有瓦块前缘进口进油不能满足充分润滑需求。为了满足油量平衡需求,联合油量平衡和能量损失模型预测了不同瓦间基座开孔直径下的总进油量分布情况,在转速小于3000r/min时随着转速的增加总进油量逐渐减小,经过某一阀值之后随着转速增加进油量逐渐增加。试验测试结果表明,在开孔直径为2.3mm时,最小进油量为44.49L/min,与理论计算的43.24L/min相差2.4%,吻合较好。本文建立的油量平衡模型可以较好地预测该类轴承的油量平衡机制。

关键词：滑动轴承流体支承可倾瓦计算流体动力学供油量舰艇

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水轮机可倾瓦轴承承载性能计算及试验研究

水力发电学报 2023年第2期42卷 105-115页

作者：毛明陈建能徐高欢谢荣盛夏旭东许永利浙江理工大学机械与自动控制学院杭州310018 浙江水利水电学院机械与汽车工程学院杭州310018 浙江申发轴瓦有限公司浙江绍兴311800

在我国大型水轮机组中,流体支承可倾瓦滑动轴承由于有更优的减振性能和承载能力,已广泛应用于水力机械中。为了探究其在实际工程中的承载性能,本文首先介绍其动力润滑原理,根据Reynolds方程及内-外层油膜流量平衡方程、Walther“黏-温... 详细信息

在我国大型水轮机组中,流体支承可倾瓦滑动轴承由于有更优的减振性能和承载能力,已广泛应用于水力机械中。为了探究其在实际工程中的承载性能,本文首先介绍其动力润滑原理,根据Reynolds方程及内-外层油膜流量平衡方程、Walther“黏-温”方程,建立了流体支承可倾瓦的油膜压力分布计算模型,基于MATLAB编程数值求解,结果表明内层动压油膜呈“双峰型”分布,静压层油膜在静压腔内为定值,并且在试验的各工况下轴瓦处于单侧浮动状态。对内径125 mm的三瓦流体支承可倾瓦滑动轴承研制了倒置式轴承试验台,并在不同工况下进行了油膜压力的测试,结果表明相比于外载荷,转速对轴承承载性能的影响更明显,在设计轴承时应优先考虑转速的影响。当轴承在较高转速工作时,油膜呈现较大的刚度,具有良好的承载性能,能满足水轮机组的使用性能要求。研究结果为流体支承可倾瓦滑动轴承的性能分析和优化设计提供一定的参考依据。

关键词：水轮机流体支承可倾瓦滑动轴承承载性能试验研究压力分布

变性高阶比傅里叶非圆齿轮驱动差速泵设计与试验

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农业机械学报 2019年第2期50卷 384-392页

作者：徐高欢刘武谢荣盛浙江水利水电学院机械与汽车工程学院杭州310018

为进一步提高差速泵性能,提出了一种变性高阶比傅里叶非圆齿轮驱动的六叶片差速泵。建立了变性高阶比傅里叶非圆齿轮传动模型和六叶片差速泵性能指标计算模型,编写差速泵性能分析软件。计算和分析不同阶数比和不同变性系数下的差速泵排... 详细信息

为进一步提高差速泵性能,提出了一种变性高阶比傅里叶非圆齿轮驱动的六叶片差速泵。建立了变性高阶比傅里叶非圆齿轮传动模型和六叶片差速泵性能指标计算模型,编写差速泵性能分析软件。计算和分析不同阶数比和不同变性系数下的差速泵排量、流量和脉动率等性能,计算结果表明,高阶数比非圆齿轮副有利于提高六叶片差速泵综合性能,变性系数改变有利于降低单泵脉动率。经试验台测试,在相同泵尺寸及管路环境下,变性高阶比差速泵第一叶轮输入轴微应变均值下降35. 2%,降低了差速泵流量脉动。而非圆齿轮的不根切最大模数增加27. 7%,增强了承载能力。排量变化不大,降低了1. 2%。该设计更有利于低脉动、大载荷工况。

关键词：傅里叶非圆齿轮变性高阶比差速泵设计试验

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水扑翼枢轴位置优化及实验验证

水力发电学报 2023年第1期42卷 128-138页

作者：华尔天苏忠鑫谢荣盛陈万前汤守伟罗海涛浙江工业大学机械工程学院杭州310023 先进水利装备浙江省工程研究中心杭州310018 浙江水利水电学院机械与汽车工程学院杭州310018

为解决平原河网水动力不足的问题,利用复合谐波运动的仿生水翼在超低扬程工况下进行推水作业,并基于有限体积法(FVM)和重叠动网格技术,通过数值仿真与实验相结合的方法,确定了扑动水翼推水作业时的最佳枢轴位置。结果表明:扑动水翼尾迹... 详细信息

为解决平原河网水动力不足的问题,利用复合谐波运动的仿生水翼在超低扬程工况下进行推水作业,并基于有限体积法(FVM)和重叠动网格技术,通过数值仿真与实验相结合的方法,确定了扑动水翼推水作业时的最佳枢轴位置。结果表明:扑动水翼尾迹流场结构呈现反卡门涡街状态,其尾迹涡街偏斜程度、前缘涡的强度以及每个时刻前缘涡的状态变化均受枢轴位置影响;当枢轴位置向水翼尾部移动时,推水效率先增后减,L=0.2c时效率最佳,相较枢轴位于水翼前缘时,效率可提升2%~5%;扑动水翼的水力特性曲线与传统水泵相似,其最大扬程小于1 m,且随着枢轴位置向水翼尾部移动,其最大扬程呈现减小的趋势,进一步满足了超低扬程工况需求。

关键词：水扑翼数值分析重叠网格实验验证推水性能超低扬程