【摘要】：隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和各工業(yè)領(lǐng)域需求的不斷增長(zhǎng),內(nèi)嚙合齒輪泵的發(fā)展趨勢(shì)表現(xiàn)為高壓力、低流量脈動(dòng)、低噪聲、大排量等特征。傳統(tǒng)的中、低壓內(nèi)嚙合齒輪泵難以用于高壓場(chǎng)合,因此高壓內(nèi)嚙合齒輪泵的開發(fā)與設(shè)計(jì)成為當(dāng)前齒輪泵領(lǐng)域的重要方向。然而,高壓化導(dǎo)致泵內(nèi)的不平衡徑向力過(guò)大,成為目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)內(nèi)嚙合齒輪泵時(shí)壓力規(guī)格受到限制的主要原因之一。因此,準(zhǔn)確獲取內(nèi)嚙合齒輪泵泵內(nèi)不平衡徑向力的分布規(guī)律,合理設(shè)計(jì)靜壓支撐的徑向力補(bǔ)償結(jié)構(gòu),是確保內(nèi)嚙合齒輪泵高壓化工作的關(guān)鍵�；诖�,本文以高壓內(nèi)嚙合齒輪泵為研究對(duì)象,通過(guò)探究適合于內(nèi)嚙合齒輪泵高壓工況下不平衡徑向力求解的CFD數(shù)值計(jì)算方法和理論研究方法,對(duì)高壓內(nèi)嚙合齒輪泵的不平衡徑向力分布規(guī)律開展研究。并結(jié)合靜壓支撐槽對(duì)不平衡徑向力的補(bǔ)償作用,分析靜壓支撐槽的位置和結(jié)構(gòu)尺寸對(duì)不平衡徑向力補(bǔ)償作用的影響,確定符合不平衡徑向力要求的靜壓支撐結(jié)構(gòu)。同時(shí),本文針對(duì)高壓內(nèi)嚙合齒輪泵的設(shè)計(jì)和運(yùn)行開展一系列的試驗(yàn)研究,以驗(yàn)證數(shù)值計(jì)算方法的可靠性。主要內(nèi)容包括：(1)基于計(jì)算流體力學(xué)軟件FLUENT,利用2.5D動(dòng)網(wǎng)格的方法建立了高壓內(nèi)嚙合齒輪泵的三維數(shù)值計(jì)算模型。同時(shí),采用粘性壁面的方法模擬兩齒輪之間嚙合點(diǎn)的存在,提高了內(nèi)嚙合齒輪泵高壓工況下的計(jì)算精度,并分析了嚙合點(diǎn)處粘度的設(shè)置對(duì)高壓內(nèi)嚙合齒輪泵計(jì)算效率和計(jì)算精度的影響。(2)基于MIXTURE模型和Zwart-Gerber-Belamri空化模型,在單相計(jì)算的基礎(chǔ)上建立適合于高壓內(nèi)嚙合齒輪泵的空化兩相流動(dòng)和不平衡徑向力求解的數(shù)值計(jì)算模型；基于此模型,開展對(duì)高壓內(nèi)嚙合齒輪泵內(nèi)部壓力沿周向的分布規(guī)律和不平衡徑向力的研究,分析不同工作壓力下內(nèi)嚙合齒輪泵中齒輪軸與內(nèi)齒圈所承受的不平衡徑向力大小。(3)針對(duì)內(nèi)齒圈與泵體這一對(duì)關(guān)鍵的摩擦副,基于內(nèi)嚙合齒輪泵具體結(jié)構(gòu)的精確化分析,建立一種不平衡徑向力求解方法,推導(dǎo)內(nèi)齒圈所受不平衡徑向力的變化特性；針對(duì)內(nèi)嚙合齒輪泵的特殊結(jié)構(gòu),推導(dǎo)靜壓支撐承載力的計(jì)算公式,分析靜壓支撐不同結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)其承載力、泄漏量的影響,指導(dǎo)靜壓支撐的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；并以泄漏量滿足要求,盡可能補(bǔ)償不平衡徑向力為目標(biāo),確定內(nèi)嚙合齒輪泵的靜壓支撐結(jié)構(gòu)形式,具體結(jié)果得到了相關(guān)的試驗(yàn)驗(yàn)證。(4)搭建了內(nèi)嚙合齒輪泵泵組的測(cè)試試驗(yàn)臺(tái),并利用此試驗(yàn)臺(tái)對(duì)高壓內(nèi)嚙合齒輪泵開展相應(yīng)的試驗(yàn)研究,分析了不同設(shè)計(jì)參數(shù)(間隙尺寸、月牙形隔板端面槽位置、內(nèi)齒圈引流孔的大小和泵體等)和不同操作工況(介質(zhì)溫度、工作壓力、轉(zhuǎn)速等)對(duì)內(nèi)嚙合齒輪泵水力性能的影響,主要包括對(duì)內(nèi)嚙合齒輪泵的效率、壓力脈動(dòng)和自吸性能的影響。同時(shí),對(duì)理論研究和數(shù)值計(jì)算的結(jié)果提供試驗(yàn)驗(yàn)證。研究結(jié)果表明,本文以高壓內(nèi)嚙合齒輪泵為對(duì)象建立的CFD數(shù)值計(jì)算方法和理論研究方法能夠準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)高壓內(nèi)嚙合齒輪泵的水力性能、內(nèi)部壓力沿周向的動(dòng)態(tài)分布規(guī)律和不平衡徑向力的分布規(guī)律,其計(jì)算結(jié)果得到了試驗(yàn)驗(yàn)證。主要研究結(jié)論包括：中、高壓內(nèi)嚙合齒輪泵的CFD數(shù)值計(jì)算中,必須考慮兩齒輪之間的嚙合；過(guò)渡區(qū)壓力隨齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)沿周向的變化規(guī)律為：在齒頂與月牙形隔板逐漸進(jìn)入密封(過(guò)渡區(qū)低壓段)和齒頂與月牙形隔板逐漸脫離密封(過(guò)渡區(qū)高壓段)的過(guò)程中壓力是逐漸升高的,但是在齒頂與月牙形隔板的密封位置不發(fā)生變化時(shí),齒腔內(nèi)的壓力基本不隨齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)而發(fā)生變化；高壓工況下的不平衡徑向力分布與低壓工況不呈現(xiàn)正比例增長(zhǎng),主要取決于過(guò)渡腔高壓段和高壓腔內(nèi)的壓力分布;內(nèi)嚙合齒輪泵實(shí)現(xiàn)高壓化的關(guān)鍵問(wèn)題在于確定內(nèi)嚙合齒輪泵相關(guān)的設(shè)計(jì)參數(shù),特別是靜壓支撐槽的位置和尺寸,實(shí)現(xiàn)最準(zhǔn)確的間隙補(bǔ)償和壓力補(bǔ)償?shù)取１疚牡难芯績(jī)?nèi)容和結(jié)論能夠?yàn)楦邏簝?nèi)嚙合齒輪泵的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和操作運(yùn)行提供理論指導(dǎo)。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TH325

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本文編號(hào)：2264007