基于多目标优化算法往复隔膜泵机座轻量化设计 被引量：1

1

作者 马文生 冯志伟 +5 位作者 沈妍 孙忠志 牛培宇 刘春川 李方忠 陈涛 《机械强度》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期1159-1167,共9页

隔膜泵机座结构的轻量化设计对隔膜泵加工、生产具有重要的影响。基于某型号隔膜泵机座结构展开研究,针对实际工作环境建立等效模型并进行有限元分析,根据分析结果定义设计变量,从而提高计算效率。采用均匀试验设计法进行试验设计,通过... 隔膜泵机座结构的轻量化设计对隔膜泵加工、生产具有重要的影响。基于某型号隔膜泵机座结构展开研究,针对实际工作环境建立等效模型并进行有限元分析,根据分析结果定义设计变量,从而提高计算效率。采用均匀试验设计法进行试验设计,通过仿真拟合计算出设计变量与应力、变形量之间的关系,利用多目标优化算法对隔膜泵机座结构建立轻量化优化数学模型,在满足性能要求的前提下,使得一些材料得到合理配置,同时使得隔膜泵机座结构应力、变形量、固有频率尽可能小。对轻量化优化设计后的机座结构进行仿真分析,并与优化前结构进行对比。结果表明,轻量化后机座结构属性基本不变,且质量由25372 kg减少至24582 kg,减少了790 kg,减重效果较好,同时最大应力值减少了45.1%,最大变形量减少了12.3%,优化效果显著,为新型隔膜泵结构有限元分析与轻量化优化设计提供了基础支撑。 展开更多

关键词 隔膜泵 机座 多目标优化 轻量化 均匀设计法

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基于响应面法和MOGA的重载曲轴形貌优化研究 被引量：2

2

作者 马文生 龚钞 +1 位作者 李方忠 刘春川 《机床与液压》 北大核心 2024年第1期79-86,共8页

重载曲轴是大型隔膜泵动力端的关键零部件之一,其强度对于整个动力端的平稳运行至关重要。而重载曲轴的失效形式往往是由于圆角处应力集中导致的疲劳破环。针对这一问题,从圆角处结构特征的角度出发,对曲轴进行形貌优化。通过静强度应... 重载曲轴是大型隔膜泵动力端的关键零部件之一,其强度对于整个动力端的平稳运行至关重要。而重载曲轴的失效形式往往是由于圆角处应力集中导致的疲劳破环。针对这一问题,从圆角处结构特征的角度出发,对曲轴进行形貌优化。通过静强度应力分析确定曲轴工作过程中的最危险工况,以此作为曲轴优化过程中的计算工况。以各圆角处的最大应力值和整体最大变形量为优化目标,以圆角处结构特征参数为设计变量,进行试验设计,基于Kriging插值法构建优化目标关于设计变量的响应面模型。最后,建立多目标优化模型,应用多目标遗传算法寻找非支配解解集。结果发现,优化解集中的曲柄斜面倾斜角都接近90°,这为今后的重载曲轴的结构设计提供一定的参考。 展开更多

关键词 重载曲轴 形貌优化 静应力分析 Kriging插值法 多目标遗传算法

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颗粒直径对混流泵叶轮及空间导叶磨损特性的影响 被引量：4

3

作者 刘欣 黎义斌 +2 位作者 马文生 杨由超 常杰元 《排灌机械工程学报》 CSCD 北大核心 2023年第12期1196-1202,1211,共8页

为探究颗粒直径对混流泵叶轮及空间导叶磨损特性的影响,基于颗粒轨道模型,采用RNG k-ε湍流模型和Tabakoff磨损模型,对混流泵进行固液两相流磨损数值计算.对比分析了叶轮和空间导叶区域不同颗粒直径条件下的颗粒轨迹、颗粒对壁面切应力... 为探究颗粒直径对混流泵叶轮及空间导叶磨损特性的影响,基于颗粒轨道模型,采用RNG k-ε湍流模型和Tabakoff磨损模型,对混流泵进行固液两相流磨损数值计算.对比分析了叶轮和空间导叶区域不同颗粒直径条件下的颗粒轨迹、颗粒对壁面切应力、磨损云图及平均磨损率分布情况.结果表明:叶片进口及叶片与后盖板连接处、导叶与外壁连接处及工作面头部、背面出口区域是最容易发生磨损的位置.随着颗粒直径的增大,叶轮和空间导叶内颗粒的运行轨迹更加紧凑,叶轮区域颗粒轨迹由叶片背面逐渐靠近叶片工作面;空间导叶区域颗粒在导叶中前段主要沿着工作面运行,在导叶后段主要沿着背面运行.同时,颗粒直径越大,其对壁面的切应力越大,叶片和导叶的磨损面积越大、平均磨损率越高,并且叶片和导叶的增幅最大,说明叶片和导叶是最容易受到磨损破坏的部位,对比3种颗粒造成的平均磨损率发现,直径3 mm颗粒造成的平均磨损率比0.1 mm颗粒的大2—3个量级. 展开更多

关键词 混流泵 叶轮 空间导叶 磨损 Tabakoff磨损模型

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离心泵机组振动故障诊断与分析 被引量：17

4

作者 雪增红 曹潇 王天周 《排灌机械工程学报》 EI CSCD 北大核心 2018年第6期466-471,共6页

针对某离心泵机组振动严重超标,影响服务寿命等问题,借助北京京航公司HG8908C多通道数据采集系统进行振动速度数据采集,对其振动信号进行幅域、时域分析,并运用快速傅里叶变换(FFT)信号分析方法对其频域信号特征结构进行了细化分析,并... 针对某离心泵机组振动严重超标,影响服务寿命等问题,借助北京京航公司HG8908C多通道数据采集系统进行振动速度数据采集,对其振动信号进行幅域、时域分析,并运用快速傅里叶变换(FFT)信号分析方法对其频域信号特征结构进行了细化分析,并结合以往典型振动故障案例数据库,给出了该泵组由于转子部件与壳体部件间动静口环摩擦及平衡水管支撑刚度不足引起的振动故障,与拆检解体结果完全吻合.最后通过有限元计算泵转子静弯曲挠度控制转子的安装抬升余量,增加平衡水管厚度及对其焊接斜拉支撑等措施,有效地解决了该泵组振动超标问题,处理后的泵组振动信号稳定,周期性明显,频率结构正常.试验结果表明,此方案能够较好地解决离心泵机组振动故障问题,对于离心泵机组类似振动故障问题的诊断方法及处理措施具有一定参考价值. 展开更多

关键词 离心泵机组 可靠性 振动测试 快速傅里叶变换 故障诊断

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多级离心泵振动故障诊断分析及处理 被引量：13

5

作者 雪增红 白小榜 +2 位作者 罗绍华 李文伟 包文瑞 《噪声与振动控制》 CSCD 2018年第1期225-228,共4页

振动是影响离心泵机组安全可靠性运行的重要因素。针对某石化公司多级离心泵振动超标、不能正常运行等问题,借助北京京航公司HG8908C数据采集系统进行振动测试,运用频谱分析方法对其振动信号幅域、时域、频域详细诊断分析,给出其可能的... 振动是影响离心泵机组安全可靠性运行的重要因素。针对某石化公司多级离心泵振动超标、不能正常运行等问题,借助北京京航公司HG8908C数据采集系统进行振动测试,运用频谱分析方法对其振动信号幅域、时域、频域详细诊断分析,给出其可能的故障因素,并结合解体情况提出调整转子中心、适当增大叶轮出口与导叶进口间的动静间隙等相关方案,有效地解决了振动故障问题,提高了泵组的可靠性。此方法及解决措施对类似振动故障问题具有一定参考价值和指导意义。 展开更多

关键词 多级离心泵 可靠性 振动测试 频谱分析 故障诊断

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IS型离心泵驼峰消除措施试验研究 被引量：3

6

作者 陈燕 王天周 +2 位作者 白小榜 罗绍华 张永祥 《排灌机械工程学报》 EI CSCD 北大核心 2020年第1期28-31,57,共5页

为了消除某一单级单吸离心泵扬程曲线存在驼峰的现象,改善性能曲线稳定性,采取3种处理措施,分别为同时减小叶轮进口直径和叶轮出口宽度、在吸入段内增加2块对称布置的隔板、在吸入段内增加1块隔板.通过3次性能试验测试对比分析了3种措... 为了消除某一单级单吸离心泵扬程曲线存在驼峰的现象,改善性能曲线稳定性,采取3种处理措施,分别为同时减小叶轮进口直径和叶轮出口宽度、在吸入段内增加2块对称布置的隔板、在吸入段内增加1块隔板.通过3次性能试验测试对比分析了3种措施的可行性和有效性.试验结果表明:同时减小叶轮进口直径和叶轮出口宽度,扬程曲线形状几乎无变化,驼峰依然存在,扬程整体有一定的损失和减小,对改善驼峰无明显正面作用;在吸入段内增加2块对称布置的或者1块隔板后,扬程曲线的驼峰几乎完全消失,且扬程值和效率值损失微小,消除驼峰有较明显的效果.为进一步验证吸入段内增加隔板对消除驼峰的作用,在另一扬程曲线有驼峰的单级单吸离心泵上进行试验验证,表明增加隔板后,驼峰完全消除,泵性能仅有轻微的损失,验证了此处理措施的有效性. 展开更多

关键词 离心泵 性能曲线 驼峰 隔板 试验研究

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导叶叶片数对离心泵特性的影响 被引量：4

7

作者 喻德辉 陈燕 +3 位作者 马文生 刘兴发 徐小东 肖飞 《水电能源科学》 北大核心 2022年第5期174-177,共4页

在比转速n;=71的离心泵研发过程中,针对叶片数z=5的叶轮,为选择适宜叶片数的导叶,采用CFX软件对单级研发泵进行非定常数值模拟研究,分析了不同工况下导叶叶片数分别为6、7、8时泵的外特性、压力脉动和叶轮径向力,针对小流量工况径向力... 在比转速n;=71的离心泵研发过程中,针对叶片数z=5的叶轮,为选择适宜叶片数的导叶,采用CFX软件对单级研发泵进行非定常数值模拟研究,分析了不同工况下导叶叶片数分别为6、7、8时泵的外特性、压力脉动和叶轮径向力,针对小流量工况径向力的较大差异,进一步对比了叶轮内流场。结果表明,减少导叶叶片数可提高较大流量工况的扬程和效率,但可能导致小流量扬程下降;小流量区间导叶叶片数对压力脉动的影响较为复杂,而较大流量工况增加导叶叶片数有益于改善压力脉动;此外,导叶叶片数越多,非额定工况的叶轮径向力越小,特别是在小流量工况,增加导叶叶片数提高了叶轮流场的均匀性,径向力缩小约4倍。最终对整体性能较优的7叶片导叶进行排产和试验,其中扬程计算误差不超过5.9%,表明数值模拟结果具有一定精度。 展开更多

关键词 导叶叶片数 性能 压力脉动 径向力 数值模拟

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离心泵环形平面密封动力特性的数值计算 被引量：4

8

作者 何朝辉 雪增红 +1 位作者 刘兴发 王天周 《中国农村水利水电》 北大核心 2019年第9期138-142,共5页

离心泵转子密封结构直接影响泵的密封性能及其转子动力学特性,为了研究离心泵转子环形平面密封的密封结构与密封性能、密封动力特性之间的关系,通过建立密封动力学模型,采用CFD方法计算分析了不同密封长度、密封间隙、密封压差、转子涡... 离心泵转子密封结构直接影响泵的密封性能及其转子动力学特性,为了研究离心泵转子环形平面密封的密封结构与密封性能、密封动力特性之间的关系,通过建立密封动力学模型,采用CFD方法计算分析了不同密封长度、密封间隙、密封压差、转子涡动速度比、涡动振幅、进口预旋速度等参数对密封泄漏量、流体作用力及密封动力特性系数的影响。结果表明:泄漏量随密封压差和密封间隙的增大而增大,随密封长度增加而减小。预旋速度、密封长度、密封间隙及涡动速度直接影响转子的稳定性,设计时合理选择负预旋速度、较大间隙、较短的密封结构,能有效减小交叉刚度系数,增大直接阻尼系数,减小转子的不稳定区域,提高转子的稳定性。预旋速度对质量系数、阻尼系数影响不明显,但对交叉刚度系数影响较大,直接影响转子的稳定性.密封质量系数、直接阻尼系数、交叉阻尼系数及交叉刚度系数随密封长度增加而增大,直接刚度系数随密封长度增大而减小。此方法和分析结果对离心泵转子的密封设计和动力学分析具有一定的参考价值和指导意义。 展开更多

关键词 离心泵 环形平面密封 泄漏量 动力特性 转子稳定性

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蜗壳式离心泵外特性仿真与实验研究 被引量：4

9

作者 喻德辉 陈燕 +2 位作者 王超 白小榜 杨由超 《中国农村水利水电》 北大核心 2020年第1期181-184,187,共5页

为探索不同仿真方法的适用性,对ns=157的单级蜗壳离心泵不同工况的扬程和效率进行定常和非定常计算,并分别分析了定常计算时不同叶片夹角及非定常计算时不同时间步长的影响,通过与实验对比,得到的主要结论有:定常计算仅适用于额定工况... 为探索不同仿真方法的适用性,对ns=157的单级蜗壳离心泵不同工况的扬程和效率进行定常和非定常计算,并分别分析了定常计算时不同叶片夹角及非定常计算时不同时间步长的影响,通过与实验对比,得到的主要结论有:定常计算仅适用于额定工况外特性仿真,其扬程和效率计算误差分别为4.9%和2.9%,而定常多相位的计算误差分别为7.1%和3.2%;非定常仿真计算时,以4°为时间步长,并间隔20°保存一次计算数据,较好地预测出扬程曲线走势,额定工况扬程和效率计算误差约1.1%和1.8%,但小流量和大流量区间扬程计算误差达到10%左右。因此在水力优化设计时,若只关注高效点位置及其扬程和效率,可采用定常计算,若还关注扬程曲线走势,则应采用非定常计算。 展开更多

关键词 离心泵 外特性 CFD仿真

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多级离心泵级间密封动力学特性研究 被引量：2

10

作者 刘兴发 雪增红 +2 位作者 肖飞 李文伟 李奎 《中国农村水利水电》 北大核心 2021年第1期158-161,共4页

密封力学特性对于多级离心泵转子运行稳定性,泵机组减振降噪等具有重要意义。为了探究迷宫密封结构对转子运转性能的影响,对不同密封齿高、密封齿距及密封齿厚的密封刚度系数、阻尼系数进行了计算,研究了不同结构的迷宫密封对转子1阶临... 密封力学特性对于多级离心泵转子运行稳定性,泵机组减振降噪等具有重要意义。为了探究迷宫密封结构对转子运转性能的影响,对不同密封齿高、密封齿距及密封齿厚的密封刚度系数、阻尼系数进行了计算,研究了不同结构的迷宫密封对转子1阶临界转速的影响。结果表明平面密封比迷宫密封具有更好的密封力学性能;直接刚度和直接阻尼随着密封齿高的增加而降低,而交叉刚度与交叉阻尼的变化较小;密封齿高对转子的1阶临界转速的影响较大,临界转速随着密封齿高增大而呈先减小后增大的趋势,当密封齿高大于1 mm后,临界转速变化趋势不明显;而密封齿距及密封齿厚对迷宫密封的密封力学性能及临界转速的影响较小。 展开更多

关键词 离心泵 迷宫密封 刚度系数 阻尼系数 临界转速

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叶轮斜切对导叶式离心泵特性的影响 被引量：2

11

作者 喻德辉 王超 +3 位作者 杨由超 陈燕 马亮亮 马文生 《水电能源科学》 北大核心 2021年第2期134-137,共4页

为改善试验离心泵扬程曲线驼峰,斜切叶轮16.4°,通过试验探索泵扬程、效率、轴功率的变化,同时利.用标准SST湍流模型对主要工况Q(Q为额定流量)、0.7Q进行非定常数值模拟,研究叶轮斜切对泵压力脉动和叶轮径向力的影响。试验结果表明... 为改善试验离心泵扬程曲线驼峰,斜切叶轮16.4°,通过试验探索泵扬程、效率、轴功率的变化,同时利.用标准SST湍流模型对主要工况Q(Q为额定流量)、0.7Q进行非定常数值模拟,研究叶轮斜切对泵压力脉动和叶轮径向力的影响。试验结果表明,叶轮斜切后各工况扬程均有下降,驼峰区减小;效率有所提高,在0.6Q附近效率增大最多(约2.1%);轴功率曲线整体下移,其中大流量区间轴功率减小更多。数值模拟结果表明,叶轮斜切前后的压力脉动主频均为叶片通过频率,斜切叶轮降低了各工况主频和高频的幅值;1个叶轮.旋转周期内的径向力变化轨迹与导叶叶片数有关,且不论叶轮斜切与否,Q工况径向力大于0.7Q,叶轮斜切使两工况的叶轮径向力下降约41%。 展开更多

关键词 离心泵 叶轮斜切 驼峰 压力脉动 径向力

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