排灌机械工程学报杂志

排灌机械工程学报杂志2024年第3期

• 长距离输水泵站中空气罐参数敏感度分析及正交优化设计

  赵斌娟,曹可凡,刘雨露,宋英南,陈汇龙*,戴斌

  为了探讨长距离输水泵站中空气罐的优化设计方法,以西北某长距离输水工程为例,以泵站水击最大正压水头和最小负压水头作为优化目标,以初始气体压力、高度直径比、连接管直径、进口阻力系数和出口阻力系数为优化变量,基于正交优化设计方法和KYPipe软件,采用极差分析法获得空气罐各参数对于水击最大正压水头和最小负压水头的影响,同时对得到的结果进行排序,比较并找到最优参数组合.结果表明:初始气体压力、连接管直径和出口阻力系数等因素对于水击最大正压水头和最小负压水头的影响程度较大,其中初始气体压力是最敏感的参数,对于最大正压水头和最小负压水头的影响程度最大;经过比较发现最优方案的参数组合为初始气体压力水头50 m、高度直径比4、连接管直径250 mm、进口阻力系数10、出口阻力系数5;相比原始方案,优化方案使泵站的水击最大正压水头降低4.98%、最小负压水头升高64.00%.

• 多分水口长距离输水工程停泵水锤防护措施

  杨春霞*,李倩,马经童,郑源,耿魏强,张震

  为了能够有效避免多泵且多分水口输水系统在无防护抽水断电时可能出现较为严重的负水锤带来的危害,建立了全长106.46 km的大型供水工程的数学模型进行系统过渡过程计算,选择空气阀与两阶段液控蝶阀联合防护与单向塔防护2种方案消除其负水锤,在前者远不达理想防护效果后针对后者进行优化.结合工程实际在确定了单向塔的数量、位置以及塔高后,对不同位置单向塔的底面积进行多种方案的对比选取,最终选用塔1#的底面积为28.26 m2,塔2#的底面积为176.63 m2;为了防止单向塔漏空需要分水口以及供水终端调流阀配合关闭,在确保管道最大压力不超出其承压能力的前提下,创新性地对各分水口调流阀与供水终端调流阀的关闭时间规律进行了效果比较,使输水系统能够更加经济安全地稳定运行,为此类长距离多分水口多泵供水工程的水锤防护提供了优化方向.

• B-Spline曲线聚风装置直线翼垂直轴风力机启动性能数值模拟

  李岩,*,马云飞,佟国强,杨胜兵,肖振军

  为了提升直线翼垂直轴风力机的启动性能,基于B-Spline曲线生成方法,提出一种具有流线型轮廓的聚风装置,将其分别安装在风轮顶端和底端,用以提升风轮附近的来流风速,使风轮汲取更多风能,达到更易启动的特点.选取聚风装置的5个结构参数进行设计:聚风装置与风轮间隙距离ΔL、底圆半径R1、顶圆半径R2、入口角度α1和出口角度α2.设计方法采用二次旋转正交组合筛选最优模型,通过三维数值模拟研究聚风装置参数对直线翼垂直轴风力机启动性能的影响,获得了最佳外形参数组合.此外,对有无加装聚风装置的直线翼垂直轴风力机进行了静态三维数值模拟.结果表明,通过添加具有外凸流线型轮廓的聚风装置,直线翼垂直轴风力机的启动性能有显著提升.在风速较低的情况下,性能改善更加明显.聚风装置可使直线翼垂直轴风力机的平均启动力矩系数最大增加38.8%,峰值平均启动力矩系数最大可增加31.2%.

• 风向变化下不同材料叶片动态应力试验研究

  汪建文,赵煜*,张鹏,任彪,尹九俊

  为了了解不同材料风力机叶片在风向变化过程中的应力变化规律,以木质、玻璃纤维和碳纤维材料的S型风力机叶片为研究对象,使用风洞及动态旋转平台模拟风向变化情况并通过试验方法进行研究.结果表明: 在同风速,同尖速比条件下,弹性模量较大的碳纤维叶片叶根前缘处应力值远大于玻璃纤维叶片和木质叶片叶根前缘处应力值,重量较大的玻璃纤维叶片比碳纤维叶片和木质叶片叶根前缘处应变值大;不同材料叶片叶根及展向应力,应变分布有所不同,但总体基本呈现由前缘(0.25C)向后缘(0.90C),由叶根(0.20R)向叶尖(0.90R)减小的趋势;风向变化开始后,刚度高的碳纤维叶片由于抵抗弹性变形的能力强,其各测点应力、应变值最先出现明显下降趋势,之后依次为玻璃纤维叶片和木质叶片,3种材料叶片各测点的应力、应变值均呈现反S型下降曲线;叶片材料不同会导致同翼型同一测点处受到拉伸或挤压作用的大小,最大主应力方位角出现较大差异.

• 丘陵山区机械化灌溉现状与发展思考

  朱兴业,赵莹*,袁寿其,刘俊萍,汤玲迪

  针对目前丘陵山区机械化灌溉装备与技术单一,适应性差,缺少绿色化、智能化的灌溉模式等一系列问题,系统阐述了目前相关研究的现状和未来的发展趋势;全面了解目前丘陵山区机械化灌溉水平,是后续开展相关研究的关键.通过分析目前丘陵山区机械化灌溉的现状,适应丘陵山区机械化发展的要求,在机械化灌溉方面从国家政策入手到丘陵分区,结合丘陵山区的灌溉特点、目前的灌溉现状和相关经济因素进行了系统的总结.根据中国丘陵山区的国情以及相关政策,对丘陵山区机械化灌溉提出了相应的建议.可为未来丘陵山区机械化灌溉改造提供参考,补齐丘陵山区机械化灌溉装备与技术的短板,还可提高对丘陵山区机械化灌溉方面的重视,提升丘陵山区农业的灌溉水平,促进农业跨领域深度联合,推动农业可持续和现代化发展.

• 旋转机械健康状态评估方法研究现状与展望

  苏红,朱勇*,刘金华,高强

  旋转机械是机械装备的重要组成部分,其内部结构复杂度高,关键零部件与子系统之间耦合度强,长期在复杂工况下运行易发生故障.一旦发生故障,会导致整机性能下降,甚至造成重大经济损失或人员伤亡.因此,旋转机械健康状态评估研究已成为现代国防与工业装备发展中的重点之一.从旋转机械的健康管理与智能运维需求出发,首先,论述了健康状态评估在机械设备智能运维中的地位和作用;其次,介绍了健康状态评估技术的概念、状态等级的划分以及评估指标;再次,阐述了基于知识经验、模型驱动和数据驱动的典型评估方法;进而,综述了近年来国内外学者在泵、轴承、齿轮箱和航空发动机等典型旋转机械健康状态评估方面的研究成果;最后,基于健康状态评估方法研究面临的技术挑战和发展趋势,对旋转机械健康状态评估方法的发展方向进行了探讨和展望.