立式循环水槽系统及设备的设计与研制PPT

立式循环环水槽系系统及配配套设备备的设计与与研制交融融天天下下建建者者无无疆疆中交天津港湾湾工程研研究院有有限公司司水工所汇报人：李泽泽1、开发背景1、研发背景Contents目录2、研究内容及方法3、主要技术创新4、成果水平及效益1.研发背景立式循环水槽槽是专门从从事流体体力学研研究、船船舶推进进器性能能研究以以及操纵纵性研究究的重要要试验装装置。其原理为为，通过过推进器器驱动水水体在水水槽内做做高速循循环运动动，从而而获得高高速水流流试验条条件。主主要优点：1）试验时间间不受限限制；2）可以对模模型周围围流场进进行仔细细的观察察和摄影影3）造价相对对拖曳水水池低，，建设周周期短。1.1循环水槽槽1.研发背景英国、德德国、瑞瑞典、美美国和日日本都建建有循环环水槽，，其中以以日本数量居多多，目前前已建有有六十余座座，这与日日本的超超级造船船生产能能力相关关。而我国仅有哈尔尔滨工程程大学等等四五家科研院所所拥有循循环水槽槽，差距距较大。。1.2发展现状状1.研发背景我部门专专门从事事水工模模型试验验研究，，在模型试验验技术研研究、计算机仿仿真数值值模拟、试验仪器器设备设设计与研研制方面具有有丰富的的经验。。此次，，我部门门抽调相相关专业业技术人人员，组组建课题题组，旨旨在依托“鲁鲁东大学学循环水水槽及配配套设备备研制””项目，聚集、、培养优优秀科技技人才，，发展、、提高水水工研究究所的试试验仪器器设备研研制水平平，推动动国内立立式循环环水槽研研制技术术研究的的发展，，增强水水工研究究所的市市场竞争争力和自自身发展展能力。。1.3项目背景景1、开发背景Contents目录2、研究内容及方法3、主要技术创新4、成果水平及效益2、研究内容及方法2.研究内容容及方法法2.1基本部件件设计立式循环环水槽是是一个闭闭合的循循环系统统，水体体在槽内内高速运运转。主主要包括括：1）试验段段2）拐角段段（四个个）；3）收缩段段4）整流段段5）扩散段段2.研究内容容及方法法2.2功能部件件设计立式循环环水槽的的运转需需要多种种功能部部件的协协调工作作，是一一个复杂杂的试验验系统。。主要包包括：1）消波装置置：水在水槽槽中做循循环运动动，在试试验段的的自由表表面会产产生一种种波峰和和波谷的的位置固固定的波波，称之之为驻波波，其波波长和波波高随流流速变化化而变化化。2.研究内容容及方法法2.2功能部件件设计2）拐角导流流片：立式循环环水槽中中，水流流要经过过四个90度的转角角及导流流片来实实现试验验段的水水流均匀匀稳定。。水流实实际在槽槽体内做做了360度的圆周周运动。。本次立立式循环环水槽的的设计采采用机翼剖面面型。2.研究内容容及方法法2.2功能部件件设计3）真空除气气装置：：高速水体体易掺气气，严重重时形成成“乳白白色水体体”，需需要设置置真空除除气装置置。水流流过过拐角时时，气泡泡将会在在翼型导导流片的的尾流区区相对集集中，在在第一、、第四拐拐角处安安装了自动除气装置置，用于于形成真真空环境境，析出出掺混在在水体中中的气泡泡。真空除气气2.研究内容容及方法法2.2功能部件件设计4）表面加速速器：工作段表表层水体体受空气气影响，，流速偏偏低，需需要利用用表面加加速器进进行加速速。采用交流流变频电电机驱动动，转子子转动时时带动间间隙中水水一起转转动，并并从下面面开口的的切水板板部位甩甩出去，，加速前前面水流流。2.研究内容及及方法2.2功能部件设设计5）远程遥控系系统：通过远程遥遥控系统可可以控制循循环水槽的的各种工作作状态，传传统试验室室内操作循循环水槽至至少需要3-5人，然而，，通过开发发远程遥控控系统，大大大提高了了操作的自自动化程度度，仅需1人操作即可可，节约了了试验成本本，为试验验人员带来来了极大的的便利。2.研究内容及及方法2.3驱动系统设设计驱动系统是是循环水槽槽的心脏，，直接影响响造流能力力和造流质质量。传统驱动系系统形式：电机外置置。通过很长的的驱动轴，，驱动槽体体内的叶片片旋转，推推动水体，，这种方案案的弊端在在于驱动轴轴过长，容容易受偏心心影响，引引起机械损损坏、连接接件漏水、、震动剧烈烈等问题电机外置2.研究内容及及方法2.3驱动系统设设计驱动系统是是循环水槽槽的心脏，，直接影响响造流能力力和造流质质量。新型驱动系系统形式：电机内置置该项创新很很好的解决决了上述问问题，且为为国际首创。例如上海海交大购买买的日本公公司设计的的循环水槽槽仍为电机机外置形式式。电机外置2.研究内容及及方法2.3驱动系统设设计驱动系统是是循环水槽槽的心脏，直接影响响造流能力力和造流质质量。本次选用的的推进装置置其叶轮安安装在电机机的转子内内腔，与转转子形成一一个整体，，转子相当当于水泵的的叶轮外壳壳，使电机机的无效部部分变成工工作部分。。同时，设设计人员对对水泵的流流量曲线进进行了有针针对性的优优化，最终在8m长、2m宽的试验段段实现了水水流流速由由0.02m/s到2m/s的平稳连续续变化。2.研究内容及及方法2.4流体力学仿仿真模拟由课题组专专业技术人人员对设计计方案建模模，发挥水工研研究所强项项，进行流体体力学仿真真模拟，并并根据结果果做进一步步优化。2.研究内容及及方法2.4流体力学仿仿真模拟利用流体力力学仿真软软件对初步步设计的立立式循环水水槽进行仿仿真模拟计计算，主要要对流道特性进行进一步步的优化。包括：1）第一拐角角内水体掺掺气来源于于试验段出出口，因此此将试验段段出口束窄窄，减少气气体进入量量。2）第一拐角角内拐角导导流片优化化。3）第一拐角角槽体角点点高程提高高，有利于于提高该区区域水体真真空度，该该位置处的的真空除气气装置工作作效率可进进一步提高高。2.研究内容及及方法2.5结构强度设设计循环水槽构构件的结构构计算包括括四部分：：（1）槽道主体体计算；（2）加强筋的的设置；（3）试验段玻玻璃结构设设计；（4）水槽固有有频率计算算。经检验，该该方案立式式循环水槽槽共振周期期大约在流流速1.7m/s附近，且共共振现象不不明显，设设计合理1、开发背景及需求Contents目录2、研究内容及方法3、主要技术创新4、成果水平及效益3、主要技术创新主要技技术创创新：利用流体力力学仿真软软件对循环环水槽流道道进行优化化计算，并并对造流驱驱动装置的的流量性能能曲线进行行优化，最最终在8m长、2m宽的试验段段实现了水水流流速由由0.02m/s到2m/s的平稳连续续变化，经经设备使用用方测定，，在各试验验流速条件件下，试验验段流速精精度均控制制在3%以内。4、主要技术术创新主要技技术创创新：与国内外已已有循环水水槽相比，，首次选用用电机内置置式造流泵泵作为驱动动装置，有有效的解决决了传统方方案中驱动动轴过长，，易受偏心心影响，引引起机械损损坏、连接接件漏水、、震动剧烈烈等问题。。该项创新新对推动国国内外循环环水槽研制制技术的发发展具有重重要意义。。4、主要技术术创新主要技技术创创新：设计研发了了自动除气气系统、远远程遥控控控制系统，，大大减轻轻了试验设设备的操作作难度，试试验操作人人员由4-5人缩减为1人，同时自自动化控制制的高效性性也有利于于提高工作作段流场质质量。4、主要技术术创新1、开发背景及需求Contents目录2、研究内容及方法3、主要技术创新4、成果水平及效益4、成果水平及效益立式循环水水槽是研究究基础流体体力学、船船舶流体力力学、海洋洋工程等热热门领域的的重要试验验设备，在日本就有有多达60多座立式循循环水槽，，然而我国国国内仅有有4~5家科研院所所拥有该套套设备，且绝大多多数为上世世纪90年代建造。。我院依托托“鲁东大大学循环水水槽及配套套设备研制制”项目，，调配各相相关专业技技术人员，，对立式循循环水槽试试验系统进进行了设计计与研制。。设计研制制的立式循循环水槽试试验系统，，具有多项项技术创新新，其中电电机内内置式式驱动动系统统技术术为国国内