气隙非浸油电机泵内部流动特性研究

发布时间：2017-07-03 03:13

  本文关键词：气隙非浸油电机泵内部流动特性研究

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【摘要】：气隙非浸油式电机叶片泵内流道设计在电机泵总体设计中占有举足轻重的地位,研究电机泵内部流动特性,为电机泵内流道的合理、准确设计提供技术支撑。其中,孔板离心泵组件在电机泵中用以提升主泵入口压力,同时扮演着实现主泵最优配流的角色,保证主泵的高速、高效、安静运行;电机泵散热流道保证电机泵具有良好的散热效果,为高功率密度电机泵的实现及可靠运行提供保障。液压泵的吸油性能是制约其集成化、高速化的重要因素。孔板离心泵在液压电机泵中起辅助增压作用,用以提升主泵入口压力,确保主泵在高转速下吸油充足。基于Fluent中的多参考坐标系模型,研究孔板离心泵内部流动规律,探究其结构参数对增压性能的影响规律。流场计算表明:孔板离心泵增压能力随离心管管径的增大而增强,随离心管个数的增多而增强,随倾角的增大而增强;在一定范围内,增压能力随偏角的增大而减弱,随入口流道直径的增大而减弱,随离心管入口分布半径的增大而增强。该研究为孔板离心泵的设计提供了参考。针对孔板离心泵输出液流在主泵配流窗孔外侧与内侧压差大、旋转液流向主泵配流时流动阻力大的问题,通过对主泵配流流道内部流动特性的研究,提出了在主泵配流窗孔增设平衡槽和导流槽的结构。流场计算表明:平衡槽将外侧的引油窗孔与内侧的辅助窗孔沟通,控制两窗孔出口的压力差为一较小的定值;导流槽避免了旋转液流在引油窗孔中产生旋涡及其流动阻力,显著地增大了引油窗孔的入口流量,窗孔出口的静压随导流槽包角增大而增大,当导流槽包角大于80o时,引油窗孔出口静压提升了10%,辅助窗孔出口静压相应提升了15.4%。该研究为电机泵的主泵配流设计提供了参考。电机泵内电机的良好散热是保证高功率密度电机泵安全、可靠,热稳定高效运转的一个重要环节,需合理设计电机泵内散热流道,在保证良好散热的基础上,尽可能减小油液在其内的流动阻力。通过对比几种电机冷却流道,选取较适用于本电机泵的对流散热流道—螺旋形变流道,并确定其关键参数。对电机泵内流道进行流场解析,结果表明:螺旋形变流道内存在纵向涡;流体的径向掺混使传热得到强化;电机泵入口流至主轴中心孔入口时压降值为2600.21Pa,压降损失较小。该研究为电机泵的散热流道设计提供了参考。电机泵内部流动与其工况变化密切相关,求得电机泵入口最低压力,保证其工作时入口压力不低于该极限压力。对电机泵内流道进行流场解析,结果表明:引油窗孔和辅助窗孔出口静压随动力粘度的增大而减小且近似呈线性变化规律,随输出流量的增大而减小且呈线性变化规律,随转速(流量对应发生改变)的增大而增大;离心泵转动时,引油窗孔和辅助窗孔出口静压随转动角度的变化而变化,当转动角度为58°时,出口静压最小;散热流道内压力损失随电机泵输出流量的增加而增大,随工作温度的降低而增大;电机泵在极限工况下工作时,入口最低压力为-0.13bar,与高压子母叶片泵要求的最低压力相比,气隙非浸油式电机泵对最低入口压力的要求有所下降。
【关键词】：气隙非浸油式电机叶片泵 孔板离心泵 主泵配流流道 散热流道
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH137.51
【目录】：

• 摘要7-9
• ABSTRACT9-11
• 第1章 绪论11-16
• 1.1 气隙非浸油式电机叶片泵介绍11-13
• 1.1.1 电机泵介绍及其发展概述11
• 1.1.2 气隙非浸油式电机叶片泵介绍11-13
• 1.2 课题研究目的和意义13-15
• 1.2.1 研究意义13-14
• 1.2.2 研究现状分析14-15
• 1.3 论文主要内容15-16
• 第2章 孔板离心泵内部流动特性研究16-26
• 2.1 研究方法介绍16-18
• 2.1.1 流体动力学控制方程16-17
• 2.1.2 湍流模型17-18
• 2.1.3 动域与静域耦合模型18
• 2.2 结构参数对孔板离心泵增压效果的影响18-24
• 2.2.1 仿真模型18-19
• 2.2.2 仿真前处理及仿真设置19-20
• 2.2.3 流场仿真结果及分析20-23
• 2.2.4 孔板离心泵增压性能随结构参数的变化规律23-24
• 2.3 孔板离心泵最优结构确定24-25
• 2.4 本章小结25-26
• 第3章 主泵配流流道内部流动特性研究26-37
• 3.1 主泵原始配流流道存在的问题26-27
• 3.1.1 引油窗孔和辅助窗孔的出口压差大26
• 3.1.2 引油窗孔内存在旋涡阻力26-27
• 3.2 主泵配流流道改进后流场解析27-36
• 3.2.1 计算模型及仿真设置27-28
• 3.2.2 导流槽包角α=30°时仿真结果分析28-29
• 3.2.3 导流槽包角α=80°时窗孔内流场分布及分析29-30
• 3.2.4 引油窗孔入口流量与导流槽包角的关系30
• 3.2.5 主泵配流流道压力分布及分析30-32
• 3.2.6 出口静压与导流槽包角的关系32-33
• 3.2.7 仅增设导流槽后流场解析33-36
• 3.3 浸油式电机泵内主泵配流流道改进36
• 3.4 本章小结36-37
• 第4章 散热流道内部流动特性研究37-42
• 4.1 散热流道结构确定37-39
• 4.1.1 定子散热流道结构确定37-38
• 4.1.2 转子散热流道结构确定38
• 4.1.3 定子散热流道结构参数确定38-39
• 4.2 气隙非浸油式电机泵内流道流场解析39-40
• 4.2.1 计算模型39
• 4.2.2 仿真设置39
• 4.2.3 仿真结果分析39-40
• 4.3 本章小结40-42
• 第5章 电机泵内部流动随工况的变化规律42-51
• 5.1 孔板离心泵增压性能随工况的变化规律42-47
• 5.1.1 孔板离心泵增压性能随温度的变化规律42-43
• 5.1.2 孔板离心泵增压性能随流量的变化规律43-44
• 5.1.3 孔板离心泵增压性能随转速的变化规律44-45
• 5.1.4 孔板离心泵增压性能随其转动的变化规律45-47
• 5.2 散热流道压力损失随工况的变化规律47
• 5.3 气隙非浸油式电机泵最小工作转速确定47-49
• 5.3.1 电机机械特性曲线47-48
• 5.3.2 最小转速确定48-49
• 5.4 气隙非浸油式电机泵入口压力计算49-50
• 5.4.1 计算模型及仿真参数设置49-50
• 5.4.2 入口压力计算50
• 5.5 本章小结50-51
• 总结与展望51-55
• 1 总结51-53
• 2 展望53-55
• 参考文献55-59
• 致谢59-61
• 附录A 攻读硕士学位期间发表及录用学术论文61-63
• 附录B 专利申请情况63-65
• 附录C 科研实践65

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