隨著流體機械的快速發(fā)展,特別是泵行業(yè),結構簡單且工作效益高的凸輪泵越來越受到研究人員的關注。凸輪泵是一種特別形式的容積泵,轉子與腔壁間和兩個轉子間都存在合理的間隙。間隙的存在能保證介質安全輸送,使轉子與泵壁間不會產(chǎn)生滑動摩擦,延長泵的使用壽命。由于凸輪泵耗電量少、效率高,并符合國家的節(jié)能減排政策,各企業(yè)正在大力推行。目前,對凸輪泵的水力設計比較盲目,缺乏對凸輪泵的型線設計理論和介質在泵中的流動特性及工作參數(shù)的預測。本文以轉子為直齒類型的凸輪泵為研究對象,對其工作原理及結構、型線的構成、模擬計算等幾個部分進行了研究。 首先,一對完全相同的轉子是凸輪泵的核心零件,兩轉子在泵腔內(nèi)做持續(xù)的同步反向旋轉運動,使介質吸入到泵腔中加壓后排出。按照葉片的個數(shù)可以分為單葉、兩葉、三葉和多葉的轉子,本文主要針對兩葉的轉子凸輪泵展開研究。 其次,對三種不同的轉子型線進行分析,分別是漸開線和圓弧、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子模型。通過幾何方法和兩轉子的嚙合原理求解出轉子的理論型線方程。由于轉子與腔壁間和兩轉子間存在間隙,利用轉子中心偏移法求出轉子型線的實際方程。根據(jù)轉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)。在轉子型線為漸開線—圓弧的基礎上,提出了在漸開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”現(xiàn)象,保證整條型線連續(xù)、光滑。 應用計算機相關軟件建立凸輪泵的二維、三維模型。建立完整的凸輪泵流場模型導入Gambit軟件中劃分網(wǎng)格和檢查,并限定各模型進出口的邊界條件。Fluent計算中,應用動網(wǎng)格理論導入對應UDF文件驅動兩轉子同步反向轉動,采用K-Epsilon湍流模型及PISO算法對凸輪泵非定常湍流計算。在凸輪泵的入口端和出口端給予監(jiān)視器進行監(jiān)測。 最后,通過監(jiān)測得到的數(shù)據(jù)可得到以下結果： 1.二維模擬計算中,三種模型的輸出速度都呈現(xiàn)周期性的波動,漸開線和圓弧構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的最劇烈、輸出速度小,性能差。 2.對漸開線模型和葉峰為圓弧模型三維計算對比,兩種模型輸出流量和壓力都呈現(xiàn)周期性的波動,漸開線模型輸出壓力較小,壓力“脈動”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。轉子為漸開線的凸輪泵工作效率最優(yōu)。 3.介質在泵腔內(nèi)會出現(xiàn)二次流動和漩渦現(xiàn)象,主要出現(xiàn)在轉子邊緣處和兩個轉子嚙合處,這種現(xiàn)象會損失介質的能量,造成泵的工作效率降低。 4.對于漸開線和圓弧構成的模型在轉速提升的同時,出口的流量和壓力都隨之上升,壓力波動的頻率隨之升高,產(chǎn)生較大的噪音。出口壓力達到一定范圍后,出口流量并沒有增加,此時,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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