轉子泵出口球閥靜態特征盤算與剖析

運用FLUENT軟件的動網格技巧,通過對轉子泵出口球閥的靜止特征及轉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的變更曲線和轉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、受力隨轉子的轉動呈周期性變更;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學模型盤算曲線有所不同,但變更趨向是一致的;在轉子互相嚙合區,壓力值最小,變更梯度最大,且最小值隨轉子的轉動而變更。

臨時以來,海內外涌現了很多種油氣混輸泵,有螺桿泵、軸流泵、液環泵、葉片泵、轉子泵等。但在含氣量較大工況時,上述油氣混輸泵極易發作氣阻生效。針對傳統混輸泵產品存在的缺點,提出了一種新型內收縮轉子式油氣混輸泵。通過在該泵出口處增設3組出口球閥,從而清除了氣阻,增加了內收縮特征,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。

鑒于目前尚無轉子泵出口球閥實踐與設計技巧,擬運用靜態數值模仿的相干實踐及借鑒往復泵球閥最新開展效果,依據轉子泵任務特征,對轉子泵出口球閥在實踐任務歷程中的靜止狀況和外部流場的散布狀況進行仿真剖析與可視化鉆研,提醒轉子泵出口球閥的靜止法則,為其實踐剖析與設計供給參考和借鑒。

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1 球閥靜止法則的數學模型

為便于對轉子泵出口球閥靜止法則的數學模型進行實踐鉆研,假如:

(1)不斟酌流體在液缸內活動的摩阻喪失;

(2)液缸內各點的流體壓力及密度都雷同;

(3)流體能源學關閉方程為均熵流場;

(4)不斟酌泵腔內的余隙容積;

(5)不斟酌液缸、轉子的變形。

抉擇實型轉子泵球閥的構造如圖1所示。依據球閥靜止微分方程、液缸內流體活動微分方程及初始條件,可推導出描寫球閥靜止法則的數學模型。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為液缸內液體壓力,Pa;

α為轉子內圓包角;

pd為泵的出口壓力,Pa;

φ為轉子轉動角度;

Vd為閥隙、球閥與閥座造成的空間體積,m3;

ρ為液缸內液體密度,kg÷m3;

Vc為泵腔容積,m3;

md為閥球質量,kg;

ξ為流量系數,0。50~0。67;

Avd為閥球任務面積,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特征剖析

2。1 實體建模

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

依據轉子泵及出口球閥的構造設計總圖,且斟酌到實踐數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生成轉子泵及出口球閥的盤算網格,同時用FLUENT軟件所供給的動網格技巧以及用戶自定義函數(UDF)進行靜態仿真盤算。靜態模仿的流體盤算區域網格劃分。

2。2 閥球靜態特征剖析

對FLUENT盤算得到的數據進行剖析,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軟件的動網格技巧,對轉子泵出口球閥的靜止特征及轉子泵外部流場進行了數值模仿,歸結總結可得出以下論斷:

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

(2)轉子在轉動的歷程中,3組閥球的速度、升程、受力發作周期性變更,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學模型盤算曲線有所不同,但變更趨向是一致的。

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