转子径长比对凸轮泵性能影响的数值模拟与试验
发布时间：2021-11-21 23:09
为了揭示径长比对凸轮泵性能参数的影响规律,建立不同径长比与凸轮泵特性曲线之间的定量关系,并获得轴系径向载荷分布特性,从而为凸轮泵轴系强度计算提供依据。基于FLUENT动网格技术和RNG k-ε湍流模型对凸轮泵进行三维瞬态流场数值计算,比较了6种不同径长比凸轮泵的流量特性。结果表明:径长比对凸轮泵性能有显著的影响,随着转子径长比的逐渐增大,凸轮泵出口流量脉动呈逐渐下降的趋势,且出口流量值先增大后减小;转子所受径向力的大小和方向均随转子转动呈周期性变化,且大小随径长比的增大而减小,随泵出口压力的增大而增大。数值计算表明当转子径长比α取值为0.7～1.3时,泵出口平均流量达到峰值区,同时泵出口流量脉动幅值最低,转子受力较好。研究结论为凸轮泵转子径长比的选择提供了理论依据。
【文章来源】：振动与冲击. 2020,39(09)北大核心EICSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
凸轮泵齿廓图
如图2所示, L为转子轴向长度,同一转子型线参数,可选择不同α值,从而在一定范围内对凸轮泵产品的改型设计,实现产品系列化和模块化,径长比设计是凸轮泵转子型线设计的基本方法。通常径长比α的取值范围为0.3～2。凸轮泵转子设计不仅与转子型线、螺旋角、转子间间隙有关,还与转子径长比有关;转子径长比和作用在转子上的作用力密切相关,该作用力主要包括转子所受的轴向力和径向力,本次研究对象为直叶转子,即认为作用在转子上的轴向力为零。保持凸轮泵转子腔内容积不变,分别建立α为0.34、0.5、0.7、0.98、1.3、1.7的六种三叶凸轮泵的三维模型进行研究。额定参数为:额定转速n=400 r/min,额定流量Q=64 m3/h。由于凸轮泵是非接触式容积泵,故两转子之间、转子与泵腔、转子与轴向衬板之间都存在微小间隙,转子间间隙为0.1 mm, 转子与泵腔间隙为0.05 mm,轴向间隙为0.05 mm,其他主要几何参数如表1。建立凸轮泵流域的三维模型,进出口管径均为80 mm,长度均为75 mm。
以三叶凸轮泵为例,整个网格区域分为转子、进口段及出口段三部分,由于转子啮合及转子与泵腔之间的间隙非常小,为了确保间隙处有足够的网格数量来保证计算精度,凸轮泵流域均采用四边形结构化网格(如图3所示)。输送介质设置为常温清水,给定进口初始压力为101.325 kPa,出口压力为501.325 kPa,并对凸轮泵出口流量脉动、压力脉动以及转子径向激励力等数值监测。数值研究和试验发现,当进出口流量差值小于1%时,转子腔内部流场结构和理论分析结果的吻合度较高,所以收敛条件为进出口流量差值小于1%。网格无关性及时间步长独立性验证,如图4为计算流域网格数量为1.30×106时的计算结果与网格数量为1.35×106时的误差为0.12%, 然而当网格数量为1.20×106时的计算结果与网格数量为1.25×106时的计算结果误差大于0.8%。并且随着网格数量的减少,计算误差随之增大。因此最终选取计算域网格数量为1.30×106。时间步长独立性验证为网格数量为1.30×106时的三种不同时间步长下的计算结果,三种不同时间步长的计算结果误差均小于0.15%,且当时间步长大于1×10-5 s时,计算会因出现负网格体积而出错,所以时间步长设置为1×10-5 s。计算将两个转子设为运动边界,将泵体两端设为刚体,同时转子转动由用户定义函数(UDF)给出。
【参考文献】：
期刊论文
[1]螺旋凸轮泵转子腔流量特性数值分析与验证[J]. 黎义斌,张晓泽,郭东升,王晓飞. 农业工程学报. 2018(10)
[2]单、双隔舌对离心泵径向力特性及内部流场的影响[J]. 牟介刚,刘剑,谷云庆,代东顺,郑水华,马艺. 振动与冲击. 2016(11)
[3]叶片包角对泵作透平水力径向力的影响[J]. 代翠,孔繁余,董亮,张慧,冯子政. 振动与冲击. 2015(18)
[4]瞬变工况下叶片数对核主泵径向力影响的研究[J]. 王秀礼,袁寿其,朱荣生,付强,王建国. 振动与冲击. 2014(21)
[5]凸轮泵内部瞬态流场的动网格数值解析[J]. 黎义斌,李仁年,贾琨,孟庆武,毕祯. 江苏大学学报(自然科学版). 2014(05)
[6]凸轮转子泵的流场及脉动特性数值分析[J]. 刘忠族,王秋波. 排灌机械工程学报. 2014(03)
[7]多级齿轮传动系统耦合非线性振动特性分析[J]. 林腾蛟,王丹华,冉雄涛,赵俊渝. 振动与冲击. 2013(17)
[8]微型齿轮泵内流场的动网格模拟和分析[J]. 张锴,翟俊霞,陈嘉南,赵云文. 兰州理工大学学报. 2011(01)
[9]非接触式转子泵转子理论型线与实际型线设计[J]. 张铁柱,张洪信,赵红. 机械工程学报. 2002(11)
硕士论文
[1]基于三维数值模拟的转子泵性能特性研究[D]. 姜小军.浙江理工大学 2015
本文编号：3510436
【文章来源】：振动与冲击. 2020,39(09)北大核心EICSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
凸轮泵齿廓图
如图2所示, L为转子轴向长度,同一转子型线参数,可选择不同α值,从而在一定范围内对凸轮泵产品的改型设计,实现产品系列化和模块化,径长比设计是凸轮泵转子型线设计的基本方法。通常径长比α的取值范围为0.3～2。凸轮泵转子设计不仅与转子型线、螺旋角、转子间间隙有关,还与转子径长比有关;转子径长比和作用在转子上的作用力密切相关,该作用力主要包括转子所受的轴向力和径向力,本次研究对象为直叶转子,即认为作用在转子上的轴向力为零。保持凸轮泵转子腔内容积不变,分别建立α为0.34、0.5、0.7、0.98、1.3、1.7的六种三叶凸轮泵的三维模型进行研究。额定参数为:额定转速n=400 r/min,额定流量Q=64 m3/h。由于凸轮泵是非接触式容积泵,故两转子之间、转子与泵腔、转子与轴向衬板之间都存在微小间隙,转子间间隙为0.1 mm, 转子与泵腔间隙为0.05 mm,轴向间隙为0.05 mm,其他主要几何参数如表1。建立凸轮泵流域的三维模型,进出口管径均为80 mm,长度均为75 mm。
以三叶凸轮泵为例,整个网格区域分为转子、进口段及出口段三部分,由于转子啮合及转子与泵腔之间的间隙非常小,为了确保间隙处有足够的网格数量来保证计算精度,凸轮泵流域均采用四边形结构化网格(如图3所示)。输送介质设置为常温清水,给定进口初始压力为101.325 kPa,出口压力为501.325 kPa,并对凸轮泵出口流量脉动、压力脉动以及转子径向激励力等数值监测。数值研究和试验发现,当进出口流量差值小于1%时,转子腔内部流场结构和理论分析结果的吻合度较高,所以收敛条件为进出口流量差值小于1%。网格无关性及时间步长独立性验证,如图4为计算流域网格数量为1.30×106时的计算结果与网格数量为1.35×106时的误差为0.12%, 然而当网格数量为1.20×106时的计算结果与网格数量为1.25×106时的计算结果误差大于0.8%。并且随着网格数量的减少,计算误差随之增大。因此最终选取计算域网格数量为1.30×106。时间步长独立性验证为网格数量为1.30×106时的三种不同时间步长下的计算结果,三种不同时间步长的计算结果误差均小于0.15%,且当时间步长大于1×10-5 s时,计算会因出现负网格体积而出错,所以时间步长设置为1×10-5 s。计算将两个转子设为运动边界,将泵体两端设为刚体,同时转子转动由用户定义函数(UDF)给出。
【参考文献】：
期刊论文
[1]螺旋凸轮泵转子腔流量特性数值分析与验证[J]. 黎义斌,张晓泽,郭东升,王晓飞. 农业工程学报. 2018(10)
[2]单、双隔舌对离心泵径向力特性及内部流场的影响[J]. 牟介刚,刘剑,谷云庆,代东顺,郑水华,马艺. 振动与冲击. 2016(11)
[3]叶片包角对泵作透平水力径向力的影响[J]. 代翠,孔繁余,董亮,张慧,冯子政. 振动与冲击. 2015(18)
[4]瞬变工况下叶片数对核主泵径向力影响的研究[J]. 王秀礼,袁寿其,朱荣生,付强,王建国. 振动与冲击. 2014(21)
[5]凸轮泵内部瞬态流场的动网格数值解析[J]. 黎义斌,李仁年,贾琨,孟庆武,毕祯. 江苏大学学报(自然科学版). 2014(05)
[6]凸轮转子泵的流场及脉动特性数值分析[J]. 刘忠族,王秋波. 排灌机械工程学报. 2014(03)
[7]多级齿轮传动系统耦合非线性振动特性分析[J]. 林腾蛟,王丹华,冉雄涛,赵俊渝. 振动与冲击. 2013(17)
[8]微型齿轮泵内流场的动网格模拟和分析[J]. 张锴,翟俊霞,陈嘉南,赵云文. 兰州理工大学学报. 2011(01)
[9]非接触式转子泵转子理论型线与实际型线设计[J]. 张铁柱,张洪信,赵红. 机械工程学报. 2002(11)
硕士论文
[1]基于三维数值模拟的转子泵性能特性研究[D]. 姜小军.浙江理工大学 2015
本文编号：3510436
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jixiegongcheng/3510436.html
