轉(zhuǎn)子泵出口球閥靜態(tài)特征盤算與剖析
2017-01-14 by:CAE仿真在線 來源:互聯(lián)網(wǎng)
轉(zhuǎn)子泵出口球閥靜態(tài)特征盤算與剖析
運用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;因為初始條件和邊界條件不同,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,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,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)子泵出口球閥實踐與設(shè)計技巧,擬運用靜態(tài)數(shù)值模仿的相干實踐及借鑒往復(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)子泵出口球閥在實踐任務(wù)歷程中的靜止?fàn)顩r和外部流場的散布狀況進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,為其實踐剖析與設(shè)計供給參考和借鑒。
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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)模型進行實踐鉆研,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。
運用MATLAB軟件,采取龍格—庫塔方式對上述微分方程組進行數(shù)值盤算,求解得球閥升程、速度隨時光的變更曲線。
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,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)閥球到達最大升程時,速度近似減小為零且維持恒定。
2 實體建模與閥球靜態(tài)特征剖析
2。1 實體建模
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)計總圖,且斟酌到實踐數(shù)值模仿的可行性與實在性,將實體的盤算模型合理簡化為二維模型,運用CAD樹立模型,再運用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:在液壓到達閥球重力的臨界值時,球閥取得很高的開啟速度而呈跳躍式靜止,此時液壓戰(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霎時發(fā)作漸變。3組閥球的速度、升程、受力變更趨向是一致的,標明3組球閥具備雷同的靜止特征。
4 論斷
運用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,且因為初始條件和邊界條件不同,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
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