轉(zhuǎn)子泵出口球閥靜態(tài)特征盤算與剖析

轉(zhuǎn)子泵出口球閥靜態(tài)特征盤算與剖析

運(yùn)用FLUENT軟件的動網(wǎng)格技巧,通過對轉(zhuǎn)子泵出口球閥的靜止特征及轉(zhuǎn)子泵外部流場進(jìn)行仿真盤算和可視化剖析,得到出口球閥靜止參數(shù)的變更曲線和轉(zhuǎn)子泵外部流場的散布狀況。仿真剖析后果標(biāo)明:3組球閥的速度、升程、受力隨轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動呈周期性變更;因?yàn)槌跏紬l件和邊界條件不同,所得仿真曲線與球閥靜止法則的數(shù)學(xué)模型盤算曲線有所不同,但變更趨向是一致的;在轉(zhuǎn)子互相嚙合區(qū),壓力值最小,變更梯度最大,且最小值隨轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動而變更。

臨時(shí)以來,海內(nèi)外涌現(xiàn)了很多種油氣混輸泵,有螺桿泵、軸流泵、液環(huán)泵、葉片泵、轉(zhuǎn)子泵等。但在含氣量較大工況時(shí),上述油氣混輸泵極易發(fā)作氣阻生效。針對傳統(tǒng)混輸泵產(chǎn)品存在的缺點(diǎn),提出了一種新型內(nèi)收縮轉(zhuǎn)子式油氣混輸泵。通過在該泵出口處增設(shè)3組出口球閥,從而清除了氣阻,增加了內(nèi)收縮特征,進(jìn)步了油氣混輸功用與泵效力,且可避免回流、下降沖擊噪聲。

鑒于目前尚無轉(zhuǎn)子泵出口球閥實(shí)踐與設(shè)計(jì)技巧,擬運(yùn)用靜態(tài)數(shù)值模仿的相干實(shí)踐及借鑒往復(fù)泵球閥最新開展效果,依據(jù)轉(zhuǎn)子泵任務(wù)特征,對轉(zhuǎn)子泵出口球閥在實(shí)踐任務(wù)歷程中的靜止?fàn)顩r和外部流場的散布狀況進(jìn)行仿真剖析與可視化鉆研,提醒轉(zhuǎn)子泵出口球閥的靜止法則,為其實(shí)踐剖析與設(shè)計(jì)供給參考和借鑒。

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1 球閥靜止法則的數(shù)學(xué)模型

為便于對轉(zhuǎn)子泵出口球閥靜止法則的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行實(shí)踐鉆研,假如:

(1)不斟酌流體在液缸內(nèi)活動的摩阻喪失;

(2)液缸內(nèi)各點(diǎn)的流體壓力及密度都雷同;

(3)流體能源學(xué)關(guān)閉方程為均熵流場;

(4)不斟酌泵腔內(nèi)的余隙容積;

(5)不斟酌液缸、轉(zhuǎn)子的變形。

抉擇實(shí)型轉(zhuǎn)子泵球閥的構(gòu)造如圖1所示。依據(jù)球閥靜止微分方程、液缸內(nèi)流體活動微分方程及初始條件,可推導(dǎo)出描寫球閥靜止法則的數(shù)學(xué)模型。其常微分方程組如下:

式中:Axd為閥隙過流面積,m2;

ρxd為流過球閥間隙的液體密度,kg÷m3;

p為液缸內(nèi)液體壓力,Pa;

α為轉(zhuǎn)子內(nèi)圓包角;

pd為泵的出口壓力,Pa;

φ為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動角度;

Vd為閥隙、球閥與閥座造成的空間體積,m3;

ρ為液缸內(nèi)液體密度,kg÷m3;

Vc為泵腔容積,m3;

md為閥球質(zhì)量,kg;

ξ為流量系數(shù),0。50~0。67;

Avd為閥球任務(wù)面積,m2;

υ為球閥靜止速度,m÷s;

h為球閥升程,m;

pod為球閥開啟時(shí)液缸內(nèi)液體壓力,Pa。

球閥的仿真條件如下:閥座孔半徑rd=0。032m,閥座半錐角δ=45°,閥座倒角長度l=0。005m;閥球半徑Rd=0。045m,閥球材質(zhì)鋼的密度ρd=7850kg÷m3。液壓油密度ρ=856kg÷m3。

運(yùn)用MATLAB軟件,采取龍格—庫塔方式對上述微分方程組進(jìn)行數(shù)值盤算,求解得球閥升程、速度隨時(shí)光的變更曲線。

剖析以上變更曲線圖可知:隨著排液歷程的進(jìn)行,閥球的升程越來越大,但升程變更速率減小,當(dāng)閥球到達(dá)最大升程以后,將懸浮于升程最大值左近的某一固定高度;在球閥開啟霎時(shí),閥球取得很高的開啟速度而呈跳躍式開啟,爾后,閥球速度逐步減小,當(dāng)閥球到達(dá)最大升程時(shí),速度近似減小為零且維持恒定。

2 實(shí)體建模與閥球靜態(tài)特征剖析

2。1 實(shí)體建模

該泵的仿真條件如下:轉(zhuǎn)子外徑R=0。16m,轉(zhuǎn)子內(nèi)徑r=0。095m,轉(zhuǎn)子寬度B=0。12m,轉(zhuǎn)子外圓包角β=88°,內(nèi)圓包角α=84°;泵轉(zhuǎn)速n=500r÷min,泵流量為Q=80m3÷h;出口壓力p1=0。3MPa,出口壓力pd=1。5MPa。

依據(jù)轉(zhuǎn)子泵及出口球閥的構(gòu)造設(shè)計(jì)總圖,且斟酌到實(shí)踐數(shù)值模仿的可行性與實(shí)在性,將實(shí)體的盤算模型合理簡化為二維模型,運(yùn)用CAD樹立模型,再運(yùn)用FLUENT前解決軟件GAMBIT生成轉(zhuǎn)子泵及出口球閥的盤算網(wǎng)格,同時(shí)用FLUENT軟件所供給的動網(wǎng)格技巧以及用戶自定義函數(shù)(UDF)進(jìn)行靜態(tài)仿真盤算。靜態(tài)模仿的流體盤算區(qū)域網(wǎng)格劃分。

2。2 閥球靜態(tài)特征剖析

對FLUENT盤算得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行剖析,得到3組閥球的速度、升程、受力曲線,分手如圖5、6、7所示。

對比剖析圖5、6、7閥球變更曲線:在液壓到達(dá)閥球重力的臨界值時(shí),球閥取得很高的開啟速度而呈跳躍式靜止,此時(shí)液壓戰(zhàn)勝閥球重力做功,閥球開端向上靜止,升程越來越大,隨后做周期性靜止;爾后,閥球速度脈動減小,最后在某個速度值左近動搖,而且閥球速度周期性地在閥球升程最小時(shí)霎時(shí)發(fā)作漸變。3組閥球的速度、升程、受力變更趨向是一致的,標(biāo)明3組球閥具備雷同的靜止特征。

4 論斷

運(yùn)用FLUENT軟件的動網(wǎng)格技巧,對轉(zhuǎn)子泵出口球閥的靜止特征及轉(zhuǎn)子泵外部流場進(jìn)行了數(shù)值模仿,歸結(jié)總結(jié)可得出以下論斷:

(1)在轉(zhuǎn)子泵靜態(tài)模仿的動畫圖示中,可直觀顯示隨著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動,球閥速度、升程及泵內(nèi)壓力場的變更歷程。

(2)轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)動的歷程中,3組閥球的速度、升程、受力發(fā)作周期性變更,且因?yàn)槌跏紬l件和邊界條件不同,所得仿真曲線與球閥靜止法則的數(shù)學(xué)模型盤算曲線有所不同,但變更趨向是一致的。

(3)在轉(zhuǎn)子互相嚙合區(qū),壓力值最小,變更梯度最大,且最小值隨著轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動而變更。污水提升器 污水提升泵 污水提升裝置