隨著流體機(jī)械的快速發(fā)展,特別是泵行業(yè),結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且工作效益高的凸輪泵越來(lái)越受到研究人員的關(guān)注。凸輪泵是一種特別形式的容積泵,轉(zhuǎn)子與腔壁間和兩個(gè)轉(zhuǎn)子間都存在合理的間隙。間隙的存在能保證介質(zhì)安全輸送,使轉(zhuǎn)子與泵壁間不會(huì)產(chǎn)生滑動(dòng)摩擦,延長(zhǎng)泵的使用壽命。由于凸輪泵耗電量少、效率高,并符合國(guó)家的節(jié)能減排政策,各企業(yè)正在大力推行。目前,對(duì)凸輪泵的水力設(shè)計(jì)比較盲目,缺乏對(duì)凸輪泵的型線設(shè)計(jì)理論和介質(zhì)在泵中的流動(dòng)特性及工作參數(shù)的預(yù)測(cè)。本文以轉(zhuǎn)子為直齒類型的凸輪泵為研究對(duì)象,對(duì)其工作原理及結(jié)構(gòu)、型線的構(gòu)成、模擬計(jì)算等幾個(gè)部分進(jìn)行了研究。 首先,一對(duì)完全相同的轉(zhuǎn)子是凸輪泵的核心零件,兩轉(zhuǎn)子在泵腔內(nèi)做持續(xù)的同步反向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),使介質(zhì)吸入到泵腔中加壓后排出。按照葉片的個(gè)數(shù)可以分為單葉、兩葉、三葉和多葉的轉(zhuǎn)子,本文主要針對(duì)兩葉的轉(zhuǎn)子凸輪泵展開(kāi)研究。 其次,對(duì)三種不同的轉(zhuǎn)子型線進(jìn)行分析,分別是漸開(kāi)線和圓弧、葉峰為圓弧葉谷為共軛曲線、葉峰為共軛曲線葉谷為共軛曲線的轉(zhuǎn)子模型。通過(guò)幾何方法和兩轉(zhuǎn)子的嚙合原理求解出轉(zhuǎn)子的理論型線方程。由于轉(zhuǎn)子與腔壁間和兩轉(zhuǎn)子間存在間隙,利用轉(zhuǎn)子中心偏移法求出轉(zhuǎn)子型線的實(shí)際方程。根據(jù)轉(zhuǎn)子型線方程利用積分法求解出不同類型凸輪泵的容積利用系數(shù)。在轉(zhuǎn)子型線為漸開(kāi)線—圓弧的基礎(chǔ)上,提出了在漸開(kāi)線和圓弧的銜接處插入一段高階曲線的優(yōu)化方案,能有效的消除“尖點(diǎn)”現(xiàn)象,保證整條型線連續(xù)、光滑。 應(yīng)用計(jì)算機(jī)相關(guān)軟件建立凸輪泵的二維、三維模型。建立完整的凸輪泵流場(chǎng)模型導(dǎo)入Gambit軟件中劃分網(wǎng)格和檢查,并限定各模型進(jìn)出口的邊界條件。Fluent計(jì)算中,應(yīng)用動(dòng)網(wǎng)格理論導(dǎo)入對(duì)應(yīng)UDF文件驅(qū)動(dòng)兩轉(zhuǎn)子同步反向轉(zhuǎn)動(dòng),采用K-Epsilon湍流模型及PISO算法對(duì)凸輪泵非定常湍流計(jì)算。在凸輪泵的入口端和出口端給予監(jiān)視器進(jìn)行監(jiān)測(cè)。 最后,通過(guò)監(jiān)測(cè)得到的數(shù)據(jù)可得到以下結(jié)果： 1.二維模擬計(jì)算中,三種模型的輸出速度都呈現(xiàn)周期性的波動(dòng),漸開(kāi)線和圓弧構(gòu)成的模型輸出的平均速度最大、綜合性能最好；葉峰為共軛曲線葉谷為圓弧的模型波動(dòng)的最劇烈、輸出速度小,性能差。 2.對(duì)漸開(kāi)線模型和葉峰為圓弧模型三維計(jì)算對(duì)比,兩種模型輸出流量和壓力都呈現(xiàn)周期性的波動(dòng),漸開(kāi)線模型輸出壓力較小,壓力“脈動(dòng)”現(xiàn)象較為明顯,但輸出的流量較大；葉峰為圓弧模型輸出壓力大,但流量較小。轉(zhuǎn)子為漸開(kāi)線的凸輪泵工作效率最優(yōu)。 3.介質(zhì)在泵腔內(nèi)會(huì)出現(xiàn)二次流動(dòng)和漩渦現(xiàn)象,主要出現(xiàn)在轉(zhuǎn)子邊緣處和兩個(gè)轉(zhuǎn)子嚙合處,這種現(xiàn)象會(huì)損失介質(zhì)的能量,造成泵的工作效率降低。 4.對(duì)于漸開(kāi)線和圓弧構(gòu)成的模型在轉(zhuǎn)速提升的同時(shí),出口的流量和壓力都隨之上升,壓力波動(dòng)的頻率隨之升高,產(chǎn)生較大的噪音。出口壓力達(dá)到一定范圍后,出口流量并沒(méi)有增加,此時(shí),凸輪泵模型泄漏或其他形式損失的能量較大,泵的工作效率降低。

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