试验研究

• 喷嘴结构对非稳态射流推力影响的试验研究

  李银;贺小峰;余威;

  为了研究喷嘴结构对非稳态射流推进性能的影响，搭建了射流试验台架，以单个固定喷嘴生成非稳态射流，考察了锥型、锥直型和Wyszynski型3种喷嘴内腔结构以及30°，60°和90°3种喷嘴唇边结构。结果表明：锥型喷嘴的非稳态射流平均推力比锥直型喷嘴提升了1.8%，比Wyszynski型喷嘴提升了2.0%;30°喷嘴唇边的非稳态射流平均推力比60°唇边提升了2.3%，比90°唇边提升了7.7%；试验推力比值都大于2，证实了非稳态射流存在推力增强效应，锥型喷嘴推力比值比锥直型提升了0.3%，比Wyszynski型提升了4.0%,30°喷嘴唇边的推力比值比60°唇边提升了6.0%，比90°唇边提升了8.6%，研究结果可为喷嘴结构设计提供理论依据。

  2023年09期 v.51;No.615 1-6页 [查看摘要][在线阅读][下载 1152K]
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• 空调室外机叶轮振动与噪声关联特性试验研究

  代元军;何振雄;李保华;吴柯;

  为了降低空调室外机叶轮的气动噪声和改善其振动性能，提出了一种空调室外机叶轮尾缘结构改型设计方案，以空调室外机三叶片叶轮为研究对象。在实验室进行了叶轮模态试验、动频试验、振动噪声耦合试验。结果表明：尾缘锯齿结构可以改良叶轮模态参数，其中前5阶固有频率提高了3.45%～20.35%,2～5阶阻尼比提高了2.97%～30.46%；并调整振动频率特性曲线走势，使频宽、共振转速分别降低了0.74 Hz、23.76 r/min，共振裕度提高了3.40%；同时使叶轮1阶、2阶振动频率分别降低了3.36%～5.56%,1.09%～1.74%，旋转基频和叶尖位置的声压级分别减小了4.99%～5.37%,3.90%～4.50%；随着离心力载荷的增大，叶轮的1阶、2阶振动频率增大，且旋转基频和叶尖位置的声压级也增大，说明空调室外机叶轮的振动噪声和声压级具有正相关关联。

  2023年09期 v.51;No.615 7-12+41页 [查看摘要][在线阅读][下载 1000K]
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• 准二级压缩型电动汽车热泵空调系统制冷性能研究

  李海军;秦兴铎;苏之勇;

  针对普通电动汽车热泵空调系统在夏季高温环境中制冷时，排气温度过高，系统制冷性能衰减的问题，设计了一种采用中压补气技术的准二级压缩型电动汽车热泵空调系统，系统以R407C为制冷剂，并搭建了试验台。通过在标准焓差实验室模拟测试不同外界环境温度及改变压缩机转速情况下系统的制冷性能，并与普通单级压缩系统进行对比。研究表明：在制冷时，准二级压缩热泵空调系统在降低压缩机排气温度方面有很大优越性，在标准制冷外界环境30℃下，准二级压缩热泵空调系统制冷量和压缩机功率增加显著，分别提高了12.97%,4.92%，系统COPc提高了7.94%；当压缩机转速从2 000 r/min提高到6 000 r/min时，准二级压缩热泵空调系统制冷量和压缩机功率分别提高了6.01%～12.31%和2.06%～6.24%，系统COPc提高了0.63%～6.51%。

  2023年09期 v.51;No.615 13-19页 [查看摘要][在线阅读][下载 967K]
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设计计算

• 盾构主驱动聚氨酯密封系统高效冷却研究

  王文坤;程永龙;张新异;赵明恩;李佳衡;焦湘和;

  针对常规盾构主驱动密封系统频繁失效的问题，提出了盾构主驱动聚氨酯密封系统形式。为保证聚氨酯密封长期使用温度低于70℃，通过试验与仿真方法，研究聚氨酯密封系统摩擦热及冷却效率。试验测得聚氨酯密封润滑状态下滑动摩擦系数及力学性能数据，进而通过仿真手段得到直径为7.45 m的密封，发热量为51 kW。在此基础上建立盾构密封系统仿真模型，进行共轭换热仿真计算，得到冷却流量对唇口温度的影响曲线。通过设计优化异形-低热阻冷却水套，实现强化传热，最终使盾构聚氨酯密封唇口温度达到70℃以内，为聚氨酯密封应用于大直径盾构提供了理论依据。

  2023年09期 v.51;No.615 20-26页 [查看摘要][在线阅读][下载 1215K]
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• 常规岛汽机旁路调节阀流激共振研究

  颜炳良;金辉;黄冲;沈恒云;胡迎港;李树勋;

  针对核电常规岛汽机旁路阀小开度下易发生振动的问题，设计了一种汽机旁路阀，基于流激共振理论及流固耦合方法，对其阀芯组件进行流激振动分析。选取30%开度工况，采用CFD软件进行瞬态流场仿真分析，以获得阀芯组件流固耦合处的流体压力脉动时域信息，将时域信息进行快速傅里叶变换（FFT）得到流体作用于阀芯组件的激振频率。采用ANSYS Workbench软件对典型开度进行流固耦合模态分析，得到阀芯组件的模态频率。通过流体激振频率与模态频率对比进行进一步分析研究。结果表明：典型工况下该型调节阀流体激振的频率区为848～1 272 Hz，阀芯组件结构1阶固有模态频率为3 170.1 Hz，随着阶数增大依次递增，6阶模态频率与流体激振频率均不接近，因此该型汽机旁路阀在典型工况下不会发生流激共振，验证了该设计的有效性，可为同类常规岛汽机旁路调节阀防共振结构设计提供参考。

  2023年09期 v.51;No.615 27-33页 [查看摘要][在线阅读][下载 1794K]
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• 基于流固耦合的液环泵转子动力学特性分析

  吴港永;张人会;芦维强;陈学炳;

  为了分析液环泵内非稳态气液两相流引起的转子结构响应特性，基于数值模拟与试验测试相结合的方法，对液环泵转子部件进行流固耦合应力应变分析，分析了叶轮不同叶片的应力及变形量分布特征、旋转角引起的非稳态特性、转子部件的模态特性。结果表明：当叶片尖部与壳体内壁距离最小时，其最大等效应力为最大值，随着旋转角的增大，叶片的最大等效应力先减小后增大，叶片的最大变形量随着转角与最大等效应力的变化趋势完全一致，当α=0°，Q_m=0.05 kg/s时，叶片最大变形量与最大等效应力分别为1.381 mm、180.96 MPa；叶轮沿圆周方向18枚叶片上的最大应力分布各不相同，且随着叶轮旋转角的逐渐增大，叶片的最大变形量整体上先减小后增大；叶片上的变形量分布沿径向由轮毂到叶尖近似呈线性逐渐增大，应力沿径向方向先急剧增加后缓慢减少，且在0.1r2位置处达到最大值。研究结果可为液环泵的优化设计提供参考。

  2023年09期 v.51;No.615 34-41页 [查看摘要][在线阅读][下载 1334K]
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• 基于PSO-LSSVR代理模型的石化多级离心泵叶轮优化设计

  李良;李晓俊;杨顺银;陈小光;朱祖超;

  针对加氢进料多级泵的高功耗和低能效的情况，有必要对该泵进行结构优化设计并减少能量损失，引入机器学习，建立了支持向量回归（SVM）代理模型，并采用粒子群优化算法（PSO）解决最小二乘支持向量回归（LSSVR）代理模型的超参数确定问题。以HDB型多级离心泵为研究对象，对首级双吸叶轮与次级单吸叶轮的叶片数、进出口角、包角以及出口宽度同时进行了优化，并对优化结果进行了响应分析；用数学性能指标评估了代理模型的精度，通过数值模拟对比了优化前后模型泵的性能。结果表明，PSO-LSSVR代理模型精度高，可以用来预测离心泵的外特性并优化，优化后多级泵的扬程和效率分别提高了3.99%和2.91%，优化后的内部流场更加稳定，更有利于流体的能量转换。

  2023年09期 v.51;No.615 42-50页 [查看摘要][在线阅读][下载 2734K]
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• 基于单向流固耦合的采油单螺杆泵容积效率分析

  李大奇;杨其信;杜秀华;赵丰德;聂晓虎;

  为研究采油螺杆泵的容积效率，建立螺杆泵有限元仿真模型，使用流固耦合方法分析单级压差对定子橡胶的变形规律，推导了对螺杆泵定子密封和泄漏影响较大XY方向变形量的计算式。根据定子橡胶变形量和初始过盈量，得到螺杆泵泄漏量，计算出容积效率，并对其进行试验验证；利用该方法，分析了螺杆泵定子导程、初始过盈量、偏心距等结构参数和单级压差、转速、流体黏度等工作参数对容积效率的影响规律，结果表明：容积效率随定子导程的增加而降低，在压差为0.6 MPa下容积效率由47%降至30%；随着初始过盈量的增加而升高，在压差为0.6 MPa下容积效率由31%增至71%；随着单级压差的增加而降低，在过盈量为0.28 mm下容积效率由98%降至16%；随着转速的增加而升高，在过盈量为0.178 mm下容积效率由8%增至69%；随着流体黏度的增大而升高，在过盈量为0.178 mm下容积效率由38%增至85%；随偏心距的增大变化不大，容积效率由96%降至94%。

  2023年09期 v.51;No.615 51-58页 [查看摘要][在线阅读][下载 1213K]
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• S翼型水力优化及非稳态绕流研究

  李忠;马存志;周俊杰;丁磊;

  为了揭示S翼型绕流性能提升的水力诱因，探索其水力性能与非稳态绕流特性间的内在关联，基于构造的自动寻优流程得到了水动力特性较优的新翼型，并利用LES方法和LDA试验探究了优化前、后S翼型的非稳态绕流特性及其差异。研究结果表明：优化翼型的最大升阻比为29，较原始翼型提升了30%，其对应最优攻角为8°，并大于OR翼型对应的6°攻角；优化后椭圆形的前缘可以有效地降低S翼型前缘处的表面摩擦系数；吸力侧流动分离现象的抑制可以显著优化S翼型的非稳态绕流结构，进而实现其水力性能的大幅提升。研究结果有助于为S翼型的水力设计提供理论指导，同时也可为双向轴流式水力机械提供水动力特性优异的S翼型。

  2023年09期 v.51;No.615 59-65页 [查看摘要][在线阅读][下载 1338K]
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• 旋转机械用高速驱动单元设计与实施对策

  操松林;夏添;文宏刚;董文平;

  针对旋转机械用传统高速驱动方式适用性差、大范围调速工况下的电机与增速箱匹配性不高的问题，提出了二级齿轮增速搭配变频电机的驱动方案，相比单级高增速比方案，电机额定功率可降低约50%；通过引入非接触法兰式高速扭矩仪，解决了高速状态下的扭矩仪安装难、测试精度低的现状，其测量不确定度小于0.05%。依据设计方案实施完成的高速驱动单元应用范围广，测试精度高，全转速工况范围内的设备机脚振动速度值不超过1.5 mm/s，装置运行可靠，对推动我国高速化设备的发展具有有益价值。

  2023年09期 v.51;No.615 66-71页 [查看摘要][在线阅读][下载 1124K]
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应用技术

• 基于整体式挤压油膜阻尼器的离心水泵传动轴减振研究

  侯启炀;何立东;贾兴运;

  针对离心水泵传动轴的振动问题，提出了运用整体式挤压油膜阻尼器（ISFD）减小水泵传动轴振动的方法。对设计的ISFD的刚度和阻尼系数进行了仿真计算，并根据刚性支承和ISFD支承的动力学特征对离心泵传动轴进行了仿真分析；搭建了模拟水泵工作环境的试验台，通过对比水泵轴承座分别安装刚性支承和ISFD阻尼支承来分析整个系统的振动特性。结果表明，ISFD有着良好的阻尼减振性能，对于传动轴的高频外传力振动有着明显的抑制效果；在不同转速条件下，ISFD都能对振动有着良好的抑制效果，加速度降幅在50%以上，能够有效抑制水泵传动轴的振动。

  2023年09期 v.51;No.615 72-78页 [查看摘要][在线阅读][下载 1564K]
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• 乙烯裂解气压缩机高压缸干气密封泄漏原因分析及解决措施

  张锡德;王开发;戴景义;张军;陈小龙;帕孜丽亚·居来提;

  针对某裂解气压缩机高压缸干气密封泄漏导致机组联锁跳车和乙烯装置停车的问题，对高压缸干气密封进行拆解，通过拆检干气密封，发现在弹簧座外圆、密封筒体内表面及推环内、外圈表面上有磨痕，一级密封动静环磨损及损坏；高压缸轴位移从0.098 mm减小至-0.268 mm，一级密封泄漏量从16.32 Nm3/h增大至45.44 Nm3/h，判断出推环卡涩引起动静环摩擦及动环出现热崩裂；对压缩机密封筒体错边及干气密封部件磨痕等进行了分析，确认了推环与弹簧座内孔间隙变小是造成推环卡涩的根本原因；采用更换密封，对弹簧座外圆进行加工，使外圆与密封腔体之间的间隙从原来0.1 mm增大至0.25 mm等措施，消除了干气密封动静环摩擦损坏的潜在风险，保障了机组正常稳定运行。

  2023年09期 v.51;No.615 79-85+92页 [查看摘要][在线阅读][下载 1083K]
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• 家用空调系统管路应变分析及优化

  郭蘅;秦永强;廖熠;胡远培;

  针对家用空调系统管路应变超标等问题，对原系统进行模态和基于模态叠加法的谐响应仿真分析，并与测试值进行了对比研究，固频和应变仿真值与测试值分别相差小于2 Hz和3με，误差小于2.99%和2.37%；分析了管路应变超标的两种可能原因，提出了两种改进方案，并分别对改进方案进行对比分析。结果表明，针对应变最大位置和共振频率，通过改变管路走向和布局，应变最大降低了89με，降幅达到81.7%，效果显著；对空调管路自身进行动态特性研究，并在设计阶段预测和降低管路应变，对提高管路寿命和可靠性具有重要意义。

  2023年09期 v.51;No.615 86-92页 [查看摘要][在线阅读][下载 1169K]
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• 空调用前掠式轴流风叶优化

  黄愉太;

  为研究低压轴流风叶弯掠形式的气动性能优化方法，首先将风叶叶片切分为不同径向截面，调整叶片各径向截面角度，形成不同弯掠形式的优化叶片，然后基于CFD技术对优化叶片进行流场研究，并应用FW-H模型开展气动噪声分析，最后结合空调室外机进行风叶性能试验验证。结果表明：优化风叶全压效率提升3.6%，泄漏涡得到有效抑制，结合实测数据，1 800 m3/h的基准风量下优化风叶效率提升约4.5%，噪声降低1.8 dB(A)，趋势与仿真结果基本相同。研究结果可为低压轴流风叶增效和降噪提供技术参考。

  2023年09期 v.51;No.615 93-98+104页 [查看摘要][在线阅读][下载 1160K]
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• 基于质点模型的船用空压机振动诊断与分析

  刘金;张浩;蔡晓涛;方正;黄志武;

  针对某船用空压机出现的振动故障问题，进行设备振动测试，得出振动的主要频率为空压机的基频。通过建立质点有限元模型，进一步明确振动的具体原因是空压机基频激励引起的系统共振。经过分析给出具体的振动控制措施，通过调整隔振器刚度改变空压机隔振系统的固有频率，从而避免空压机额定转速激励下的共振现象。在实船对空压机进行振动复测，设备振动速度总值由原先的船宽方向61.3 mm/s、船长方向28.4 mm/s、垂向33.5 mm/s，降低到船宽方向22.7 mm/s、船长方向19.3 mm/s、垂向26.2 mm/s，振动水平满足标准限值要求，说明振动问题得到有效解决。该研究可为船用机械设备出现异常振动时的判断、识别以及治理提供十分有益的参考。

  2023年09期 v.51;No.615 99-104页 [查看摘要][在线阅读][下载 927K]
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