為了揭示徑長比對凸輪泵性能參數(shù)的影響規(guī)律,建立不同徑長比與凸輪泵特性曲線之間的定量關(guān)系,并獲得軸系徑向載荷分布特性,從而為凸輪泵軸系強(qiáng)度計(jì)算提供依據(jù)�；贔LUENT動網(wǎng)格技術(shù)和RNG k-ε湍流模型對凸輪泵進(jìn)行三維瞬態(tài)流場數(shù)值計(jì)算,比較了6種不同徑長比凸輪泵的流量特性。結(jié)果表明:徑長比對凸輪泵性能有顯著的影響,隨著轉(zhuǎn)子徑長比的逐漸增大,凸輪泵出口流量脈動呈逐漸下降的趨勢,且出口流量值先增大后減小;轉(zhuǎn)子所受徑向力的大小和方向均隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動呈周期性變化,且大小隨徑長比的增大而減小,隨泵出口壓力的增大而增大。數(shù)值計(jì)算表明當(dāng)轉(zhuǎn)子徑長比α取值為0.7～1.3時,泵出口平均流量達(dá)到峰值區(qū),同時泵出口流量脈動幅值最低,轉(zhuǎn)子受力較好。研究結(jié)論為凸輪泵轉(zhuǎn)子徑長比的選擇提供了理論依據(jù)。 

【文章來源】：振動與沖擊. 2020,39(09)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：8 頁

【部分圖文】：

凸輪泵齒廓圖

如圖2所示, L為轉(zhuǎn)子軸向長度,同一轉(zhuǎn)子型線參數(shù),可選擇不同α值,從而在一定范圍內(nèi)對凸輪泵產(chǎn)品的改型設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品系列化和模塊化,徑長比設(shè)計(jì)是凸輪泵轉(zhuǎn)子型線設(shè)計(jì)的基本方法。通常徑長比α的取值范圍為0.3～2。凸輪泵轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)不僅與轉(zhuǎn)子型線、螺旋角、轉(zhuǎn)子間間隙有關(guān),還與轉(zhuǎn)子徑長比有關(guān);轉(zhuǎn)子徑長比和作用在轉(zhuǎn)子上的作用力密切相關(guān),該作用力主要包括轉(zhuǎn)子所受的軸向力和徑向力,本次研究對象為直葉轉(zhuǎn)子,即認(rèn)為作用在轉(zhuǎn)子上的軸向力為零。保持凸輪泵轉(zhuǎn)子腔內(nèi)容積不變,分別建立α為0.34、0.5、0.7、0.98、1.3、1.7的六種三葉凸輪泵的三維模型進(jìn)行研究。額定參數(shù)為:額定轉(zhuǎn)速n=400 r/min,額定流量Q=64 m3/h。由于凸輪泵是非接觸式容積泵,故兩轉(zhuǎn)子之間、轉(zhuǎn)子與泵腔、轉(zhuǎn)子與軸向襯板之間都存在微小間隙,轉(zhuǎn)子間間隙為0.1 mm, 轉(zhuǎn)子與泵腔間隙為0.05 mm,軸向間隙為0.05 mm,其他主要幾何參數(shù)如表1。建立凸輪泵流域的三維模型,進(jìn)出口管徑均為80 mm,長度均為75 mm。

以三葉凸輪泵為例,整個網(wǎng)格區(qū)域分為轉(zhuǎn)子、進(jìn)口段及出口段三部分,由于轉(zhuǎn)子嚙合及轉(zhuǎn)子與泵腔之間的間隙非常小,為了確保間隙處有足夠的網(wǎng)格數(shù)量來保證計(jì)算精度,凸輪泵流域均采用四邊形結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格(如圖3所示)。輸送介質(zhì)設(shè)置為常溫清水,給定進(jìn)口初始壓力為101.325 kPa,出口壓力為501.325 kPa,并對凸輪泵出口流量脈動、壓力脈動以及轉(zhuǎn)子徑向激勵力等數(shù)值監(jiān)測。數(shù)值研究和試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),當(dāng)進(jìn)出口流量差值小于1%時,轉(zhuǎn)子腔內(nèi)部流場結(jié)構(gòu)和理論分析結(jié)果的吻合度較高,所以收斂條件為進(jìn)出口流量差值小于1%。網(wǎng)格無關(guān)性及時間步長獨(dú)立性驗(yàn)證,如圖4為計(jì)算流域網(wǎng)格數(shù)量為1.30×106時的計(jì)算結(jié)果與網(wǎng)格數(shù)量為1.35×106時的誤差為0.12%, 然而當(dāng)網(wǎng)格數(shù)量為1.20×106時的計(jì)算結(jié)果與網(wǎng)格數(shù)量為1.25×106時的計(jì)算結(jié)果誤差大于0.8%。并且隨著網(wǎng)格數(shù)量的減少,計(jì)算誤差隨之增大。因此最終選取計(jì)算域網(wǎng)格數(shù)量為1.30×106。時間步長獨(dú)立性驗(yàn)證為網(wǎng)格數(shù)量為1.30×106時的三種不同時間步長下的計(jì)算結(jié)果,三種不同時間步長的計(jì)算結(jié)果誤差均小于0.15%,且當(dāng)時間步長大于1×10-5 s時,計(jì)算會因出現(xiàn)負(fù)網(wǎng)格體積而出錯,所以時間步長設(shè)置為1×10-5 s。計(jì)算將兩個轉(zhuǎn)子設(shè)為運(yùn)動邊界,將泵體兩端設(shè)為剛體,同時轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動由用戶定義函數(shù)(UDF)給出。

【參考文獻(xiàn)】：
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碩士論文
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本文編號：3510436