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二维液压泵吸油特性分析
2020.01.07
0 引言


液压泵是液压系统的动力输出单元,二维液压泵与传统液压泵的结构不同,具有摩擦副少转速高,功率因数大等优点,本研究基于CFD流畅解析的方法,分析了泵的入口特性,并提出:二维液压泵具有入口自增压功能。


1 结构


1.1  液压泵结构

图1所示为泵的结构剖面示意图,油液经过泵入口、旋转面、活塞入口进入到吸油腔中,此液体流动路径构成了泵的吸油流道。




图1  剖面示意图

1.2  设计参数

设计参数如表1所示

2 流场解析


2.1  数学建模

将吸油流道建立如图2所示模型,模型对实际流道进行了优化。



图2  数学模型


2.2  网格划分与边界条件

采用了六面体与四面体的混合网格对模型进行划分,其中网格最薄处超过5层,总数量为350万,网格划分和局部放大图如图3所示。 



图3  网格划分


边界层设置为:入口压力101325 Pa,出口速度1.3 m/s,旋转面分别设置不同的速度,在不同的速度下进行流场解析,旋转面的速度参数设置如表2所示。


2.3  结果分析

计算得压力分布云图如图4所示。从图中可以看出:0 r/min下最高压力1.02×105 Pa、4000 r/min下最高压力1.02×105 Pa、8000 r/min下最高压力1.1×105 Pa、15000 r/min下最高压力1.46×105 Pa、20000 r/min下最高压力1.95×105 Pa,从不同转速的最高压力可以看出,转速越高机械能转化的压力能越大;不同转速下对应的旋转面流出压力分别为0 r/min下压力9.85×104 Pa、4000 r/min下压力9.87×104 Pa、8000 r/min下压力9.92×104 Pa、15000 r/min下压力1.1×105 Pa、20000 r/min下压力1.2×105 Pa,转速越高流经旋转面的压力能越大;不同转速下对应的旋转面流入压力分别为0 r/min下压力9.88×104 Pa、4000 r/min下压力9.9×104 Pa、8000 r/min下压力9.97×104 Pa、15000 r/min下压力1.04×105 Pa、20000 r/min下压力9.5×105 Pa,转速越高从入口至旋转面的压差越小,介质流入越困难,当转速达到15000 r/min时,形成局部低压区,产生势能消耗压力能,造成损耗,转速达到20000 r/min时,低压区覆盖整个流道,压力能全部转化为势能。


模型的速度分布云图如图5所示,在旋转面流入、流出两处均存在紊流,形成了漩涡, 随转速的升高漩涡的面积变大,流入处的漩涡边缘产生的高压造成入口吸油困难,流出处的漩涡边缘中心产生的低压使得流出困难,造成出口压力降低,与不同转速下对应的出口压力符合。



3 结论


经过不同转速下的解析计算,得出结论如下。

(1) 入口具有自增压能力,并且转速越高增压能力越强,当转速达到20000 r/min时,入口压力可以提高1×105 Pa,大大增强了泵的吸油能力。

(2) 局部漩涡会影响增压效果,虽然吸油口具备增加能力,但是由于旋转面产生的漩涡影响到了介质的流动,造成增压效果不理想,需要改善吸油流道,优化结构设计,以达到理想的自增压功能。

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