南 昌 航 空 工 业 学 院 学 报
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1 2 3 2年 第1期 如 1 1 2 3 2
朽4一一‘ 邢5 , 中5 闯卜, 圈5 曰5 6 4 , 4 , 门, 5 , 5 4 一一一大型水轮机叶片底侧式浇注系统
充型过程的水力模拟研究
一关于浇道比及流量分配的探讨
张 展 ‘ 张延威 “
摘要 7 采用高速摄影 、 连续拍 照等技术手段 , 时大型水枪机叶片底侧式浇注 系
统的 充型过程进行 了水 力模拟 研 究 。 研 究结果
表
关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf
明 7 大型水轮机叶片底侧式浇注
系统 采 用 开 放 式的浇道比 为宜 。 否 则易产生喷溅 、 型腔液面波动大等充型不平稳
现象 。 根据高速摄影的刚量结果 , 底侧式浇注 系统两侧分配浇道进水量偏少 , 对调
整铸件温度场 、 提高纵向温度梯度 、 增强补缩 效果是不利的 。
关键词 7 浇注 系统 8 流量分配 8 充型过程
目∃� 舀
水轮机叶片是水轮机的关键零件之一。 叶片质量的好坏直接影响大型水轮机组的发 电能
力。 因此 , 世界各国对水轮机叶片的质量问
题
快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题
都十分重视 。 我国在 “六 · 五” 计划期间曾将
叶片质量问题列为重点科技攻关课题 。
目前 , 国内外生产水轮机叶片主要采
用了二种浇注系统 。 一种是从叶片正面引
入 的阶梯式浇注系统 9图 1 : , 另一种是
从叶片底部和两侧浇道进水的底侧式浇注
系统 9 图 ; : 。 对于图 1 所示的阶梯式浇
注系统国内外研究比较多。 而对于底侧式
浇注系统 , 由于其结构的特殊性 , 给研究
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收稿 日期 7 1 。, 3一 1 1一 ; >
1 5 南昌航空 工业学院 讲师 7
; 5 西北工业大学副教授 5
第 1 期 大型水轮机叶片底侧式浇注系统充型过程的水力模拟研究
工作带来了困难 , 因此对其充型过程的情况至今仍研究不多 , 了解甚少 。 因而开展对底侧式
浇注系统的研究 , 对于改进叶片浇注系统的
设计
领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计
, 提高叶片铸件质量 , 进而提高水轮机组的
发电能力无疑是十分有益的 。
由于目前国内生产 1; 5 > 万冠水轮机叶片比较多 , 因此 , 针对 1 ; 5 > 万耻水轮机叶片及其
底侧式浇注系统的充型过程进行研究 , 具有一定的现实意义。
∃ 实验方法
当前 , 国内外研究金属充型过程的方
法主要有? 射线透射法 、 数值模拟法和水
力模拟等方法 。 前二种方 法 往 往 受到设
备 、 研究对象的尺寸大小 、 浇注系统本身
的复杂性和特殊性等因素的限制 , 应用不
普遍 。 以相似理论为基础的水力模拟法 ,
可对液体的流动状态进行观察和研究 , 是
一种比较直观和简便的方法 。 国内外的科
学工 作者采用水力模拟法对浇注系统进行
∃∃∃ ≅≅≅
ΑΑΑΑΑ力力 555日日 ’’ ‘ ΒΒΒ
>>> · Χ确确ΔΔΔ1 111
了大量的研究工作 。 研究结果表明 7 在符合相似理论的前提下 , 水力模拟能够反映出金属液
在原型中的充型情况 , 因而水力模拟在浇注系统的研究中应用十分普遍〔,〕〔“〕。
根据相似理论 , 当粘性不可压缩流体进入自模区后 , 即可保证流 体 的动力学相似〔Ε〕。
由此可导出几何相似系数 Φ , 应符合的关系式〔Χ 〕
即 7 < ”Γ
· ∗Γ》Η ∋临 91 :
< 口Β · ∗Β
护Β
而在型腔中 , 由于存在自由表面 ,
》Η ∋临
则要求 7
。盖 ”盖Ι ! 7 ϑ Κ Ι !Γ , 一 Κ) ’ 名壬Λ 2 5 ∗Β”盖 ΜΒ
万 “丽
则 7 Φ Ν Κ Φ , , , ’
Κ Φ 5
‘Ο一会 , 速度相似系数 , 9; :
由 9 1 : 9 ; : 式可得 7
Φ 7封婆毕 , 5 二、“‘,一 八‘临 梦Γ , Π 9Ε :
角标 “Γ ” 、 “Β ” 分别代表模型与原型 。
Η “—雷诺数
南昌航空工业学院学报 123 2 年 Ε 月
· Η∋ 临一临界雷诺数 ΠΙ ,—傅鲁德准则数”— 流速∃—特性尺寸,—运动粘性系数) 一一重力加速度
在对 1; 5 > 万冠水轮机叶 片 的底侧式浇注系统进行水力模拟时 , 依据 9 Ε : 式 取 Φ 8 Κ Θ
进行水力模拟 实 验 。 根 据 资 料 〔”〕的研究结
果 , 1; 。 > 万醋水轮机叶 片 取 Ρ Κ Θ 进行水 力
模拟是可行的。
实验装置如图 Ε 所示 。 主 要 由 支架 、 漏
包 、 水轮机叶片铸型的模型和水槽等组成。 漏
包 、 铸型模型的结构尺寸均严格按照生产叶片
的工艺图纸取几何相似系数 Ρ Κ Θ 设计制造。
在实验中 , 运用连续拍照的方法 9每 秒 Χ
张或数秒 1 张 :
记录
混凝土 养护记录下载土方回填监理旁站记录免费下载集备记录下载集备记录下载集备记录下载
充型过程中型腔内的液体
流态 。采用高速摄影 9 1 ΣΣ 幅 Τ秒、 Θ ΣΣ 幅 Τ秒 :
测量浇道中的流体速度 9通过测量 随 流 体一
起流动的示踪质点运动速度来得到流体速度。
示踪质点为聚苯乙烯红 色小颗粒 , 比 重 1 5 Σ 1 Υ ,
直径 Σ 5 ; 、 � 5 Υ ς ς : 8 用高速摄影机拍摄了液
流通过各内浇口 的出流情况 。
犷犷犷犷犷犷犷犷∃∃∃∃∃∃∃∃∃∃∃∃∃∃∃皿皿竺,,,, 了了一一
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≅≅≅≅≅≅≅≅≅≅≅
; 实验结果与讨论
首先 , 我们对浇道比为 7 Ι 7 7 Ι Ξ 7 7 Ι 。7 二 1 7 1 5 Χ 7 ∃8 Ι Ξ 7 7 Ι 。 Κ ∃ 7 Σ 5 > 8 Ι Ξ心 Ι Ψ 5 二
1 7 Σ 5 > 的水轮机叶片底侧式浇注系统进行了水力模 拟 实 验 9 Ι 7—直 浇道 的 截 面 积 ,Ι Ξ∃∃ Π一底部随形横浇道的截面积 8 Ι Ξ 7—底部各内浇道的总截面积 8 Ι 。—单侧 分配浇道截面积 8 Ι 。7一 进 、 出水边各内浇道的总截面积 : 。
我们测量了模型浇注过程的充型时间为 > ; 5 ; 秒 9多次测量的平均值 : 。 按 时间相似关
系 9 ,Β Κ 标 · Φ −‘’ :计算出原型的充型时间为 1; Υ 5 2 秒 。这与生产现场采用相同浇道比的充型
时间 1 ΣΣ 、 1 ΕΣ 秒是基本相符的 。 这也从一个方面说明了叶片的水力模拟充型 过 程与原型过
程是相似的 。
实验还测量了叶片模型进水边第一层浇口的溢流高度 9进水边第一层浇口出流时 , 浇口
与型腔液面的高度 : 。 结果表明 7 平均溢流高度只有 +Ος 左右 , 并且液流冲击 作 用 的影响
区域小 , 口一卜片出水边的各层浇口及进水边的 ; 、 Ε 层浇口基本上没有溢流。 因 此 , 溢流不是
底侧式浇注系统的主要问题。
南昌航空工业学院学报 1 2 3 2 年 Ε 月
我们借助水力学的有关理论来分析问题 。
从两直浇道流出的第一 股液流在叶片随形横浇道底部会合 , Σ 一 Σ 线附近相遇9图 ;: 发生
水击现象 。 两水头在相遇处速度 Ζ “ 。, 而压力剧增 。 当压缩波扩展至 Ε 、 Χ 号浇道时 , 流体
从两浇道 口喷出 。 由于 。一 。线附近是底部随形横浇道的最低点 , 从 两直浇道流出的第一股
流绝大多数会聚于此 。 因此 , 加剧了这种5喷溅现象的出现。
根据〔叮 7 △6 二 6 · # · Ζ
△夕—由于水击现象而产生的压强增值 8#—压缩波的传播速度 ,Ι—相向运动的流体速度 。水击增压与水流速度 厂成正比 , 即底部横浇道中流股的速度越大 , △[ 也 越大 , 喷溅高
度也随之增大 。 因 此 , 减 小充型速
凰 或增大直浇道的液流通过阻力 ,能够起到减小喷溅高度的作用。 一 “
由7于大型铸件要求快速充型 , 充
型速度不能太慢 。然而根据 ∴ Κ 洲% ,
9 ∴—从 两直浇道流 入 的 流 量 ,。—底部内浇道的充型速度 , ,—底部内浇道的个数, %—底 部内浇道的面积 : 加 大 底 部内浇道的面积
也能够起到减小喷溅高度的作用。
当底层的内浇道被淹没之后 , 这
时的液体流动现象属于淹没射流的范
畴 。 图 Υ 是淹没射流的结构模型示意
图 。 设铸型液面高度为Β , 则在射流
区高度为 ] 7 处 9 ] , ⊥ Β : , 射 流区
的轴线速度 。。 9即最大速度 : 与射流
出口速度 。。 之间的关系可表示为〔“〕 7
二二二
昌昌 卫卫卜庄庄于于真、、 产去三二二 舀舀湘湘湘湘湘划划划划划件件件ΔΔΔ 闭闭闭闭握握握握二二二二
卫塑一 二 1; 5 3玉口。 一 ? ϑ 9Χ :
设从孔 口流出的流量为 ∴
则 7 “
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刀 5 Κ 」_ ‘廿一Π 二二 , 5 Π“ 5 一 一 5 5 ‘ 4 。兀 ! Θ 满 1
< , 。 。 ∴ < 1二 1 ‘ 。 Σ— ’兀 ! Σ 5 劣 ∃ 9> :
从 9 > : 式可以看出 7 犷二 与 ∴ 成正比 , 与 ! 。、 “ , 成反比 。
设模型型腔截面积为 Ι 型 , 型腔液面的上升速度为 。型 , 根据连续性方程 7
口型 , Ι 型 二 。。 5 ” 5 %
∀—射流口的个数 8%—射流口的截面积 9 % Κ 二 ! 。 ; : 。
9Θ :
第 − 期 · 大型水轮机叶片底侧式浇注系统充型过程的水力模拟研究
当Ι ‘7 7 凡 7 Κ 1 7 Σ 。 > 时 , ∴Ξ 7 7 ∴。7、 Υ 7 1 , 当 Ι ‘心 凡‘Κ 1 7 Σ 。 Υ 时 , ∴成 7 ∴。7、 Θ 5 Χ 7 1 。 由
于浇注时间及充型平稳性的要求 , 全部内浇道的总面积 9 Ι Ξ 7 十 Ι 。7 : 不宜小。 而 Ι Ψ 7 的 面积
受叶片两侧尺寸狭窄的限制 , 扩大受限 。 因此缩小 Ι 以Τ凡� 的比值是十分有限的。 因而 要大
幅度地减小 ∴⎯ Τ α 7 也是非常 困难的 。 根据以上的分析与实验结果 , 水轮机叶片一采用底侧 式
浇注系统两侧的浇道进水量少 , 对改善铸件的顺序凝固温度场起不到多大的作用 。 因此 , 如
要加强对铸件温度场的调整 , 两侧浇道应设置专用浇道进行浇注 。
Ε 结 论
1: 大型水轮机叶片如果采用底侧式浇注系统 , 当浇道比为Ι 7 7 Ι Ξ 8 7 Ι 、7 二 1 7 1 5 Χ 7 1时
将产生严重的喷溅现象。 浇道比取为 Ι 7 7 Ι Ξ。 7 Ι ‘ Κ ∃ 7 1 5 Χ 7 1 5 > 时喷溅 现 象 基本消除。
如果小于此值 , 喷溅将加剧 。 因此 , 底侧式浇注系统的浇道比宜采用开放式的浇道比为宜 。
;: 大型水轮机叶片底侧式浇注系统两侧浇道进水量少 , 对调整铸件温度场 、 提高纵向
温度梯度 、 增强补缩作用是不利的。 因此 , 如要加强对铸件温度场的调整 , 两侧浇道应设置
专用浇道进行浇注 , 以控制流量分配 。
∃ 。 β 。β 。拉宾诺维奇著 ,
1 2 Θ Χ 年
; 。 / ! ∀ ∋ ! , Ρ 。 χ 。 , ∋ , # ∃7
; Σ Χ
参 考 文 献
邓梅丹译 7 《熔融金属的流体动 力学》 , 北 京 ,科学出版社 ,
β ! −,−+ ( Ι � ∀ Ξ ! 0 阴 # 陀 , Ζ � ∃ > 3 , Γ # 0 , 1 2 Θ > , [[。 1 3 Ε、
Ε 5 李之光 7 《 相似与模化 》 , 北京 , 国防工亚出版社 , 1 2 3 ;年
Χ 。 β 。β 。 [#Θ Β Β � β Β 从 , β β ∋八∋ Β Β ∋ β 江Β / ∋益Β 0刃 8 !Β 八[# β 月Β δ 0 , Γ # ς ! Ε , 1 2 Θ Θ
> 5 张延威 , 一 郑宋惠 、 冯宝全等 7 《铸型充填研究的技术总结 》 , 西北工业大学
资料
新概念英语资料下载李居明饿命改运学pdf成本会计期末资料社会工作导论资料工程结算所需资料清单
,
1 2 Θ > 。 1Σ 。
Θ 5 清华大学编 7 《水力学》 , 北京 , 人民教育出版社 , 1 2 3 Σ年
南昌航空工业学院学报 1 2 3 2 年 Ε 月
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%−∃∃%∀ 夕 [( ∋ ∀ � � ∋ 。# + “∋ ( # + +[∃# +(−∀ 夕 # ∀Ξ 7 ∋ 口∋ 7 ∋ %∃“∋ ,。 # ,−� , � % 112 “‘Ξ + !% # ∋∋ + 。‘11
∃−η∋ ∃0 ,# η∋ 6 ∃# ∋ ∋ 。/ ( ∋ ! ∋ + ∃,+ (# � ∋ # ∃+� + (� 功 ∀ # ς −∀ � 8 # ς � ∀ , � % � # ,∋ ! % ∃� 切−∀ )
∃’∀ ,� ,( ∋ Ψ%∃# !∋ ! # ∃ 夕# !∋ + , 叨(−∋( 叨 111 Ψ∋ Ξ ∋ !! −ς ∋ ∀ ,# ∃ ,� # Ξ ι +, ,(∋ ∋ # +,−∀ 夕 ,∋ ς [ ∋ ! # Π
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