在軸向柱塞泵氣蝕問題的分析【中文3940字】【中英文WORD】

在軸向柱塞泵氣蝕問題的分析【中文3940字】【中英文WORD】,中文3940字,中英文WORD,軸向,柱塞,氣蝕,問題,分析,中文,3940,中英文,WORD 外文中文翻譯：【中文3940字】 在軸向柱塞泵氣蝕問題的分析 本論文討論和分析了一個(gè)柱塞孔與配流盤限制在軸向柱塞泵的控制量設(shè)計(jì)。真空是由柱塞的運(yùn)動(dòng)量引起的，需要由流動(dòng)補(bǔ)償，否則，低氣壓可能導(dǎo)致的氣蝕和曝氣。配流盤幾何的研究，可以優(yōu)化一些分析性的限制，以防止蒸氣壓以下的柱塞壓力。配流盤的端口和缸體腰形窗口之間重疊的地方，設(shè)計(jì)時(shí)要考慮的空蝕和曝氣。 關(guān)鍵詞：空蝕，優(yōu)化，配流盤，負(fù)脈沖壓力 1介紹 在水壓機(jī)等液壓元件中，空穴或氣穴意味著，在低壓區(qū)液壓液體會(huì)出有空腔或氣泡形成以及崩潰在高壓地區(qū)，這將導(dǎo)致噪聲，振動(dòng)，這將會(huì)降低效率?？瘴g對(duì)泵的使用是極為不利的，這是因?yàn)榈顾纬傻臎_擊波可能像炸彈一樣足以損壞元件。當(dāng)其壓力過低或溫度過高時(shí)，液壓油會(huì)蒸發(fā)。在實(shí)踐中，許多方法大多用于處理這些問題，比如：（1）提高油箱中的液位高度，（2油箱加壓，（3）提高泵的進(jìn)口壓力，（4）降低泵內(nèi)流體的溫度，（5）特意設(shè)計(jì)的柱塞泵本身，對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。 在液壓機(jī)設(shè)計(jì)中的氣蝕現(xiàn)象，許多研究成果已取得一定的成果。在柱塞泵中，氣蝕主要可以分為兩種類型：一是與困油現(xiàn)象有關(guān)（這種現(xiàn)象可通過適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)配流盤來阻止困油現(xiàn)象的發(fā)生）和所觀察到的層上收縮或擴(kuò)大后的流動(dòng)通道(由于旋轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)所造成的)。在這項(xiàng)研究中處理氣蝕和測(cè)量氣缸壓力之間的關(guān)系。Edge and Darling報(bào)道了關(guān)于軸向柱塞泵內(nèi)的氣缸壓力的實(shí)驗(yàn)研究。其中包括流體勢(shì)效應(yīng)和氣蝕在氣缸內(nèi)高速度和高負(fù)荷條件的預(yù)測(cè)。另一項(xiàng)研究概述了液壓流體影響進(jìn)氣條件和汽蝕潛力的觀點(diǎn)。它表明,物理屬性(如蒸汽壓力、粘度、密度和體積彈性模量)對(duì)適當(dāng)?shù)卦u(píng)估影響潤滑和氣蝕是至關(guān)重要的。一個(gè)相似的氣蝕模型在熱力學(xué)性質(zhì)液體和蒸汽基礎(chǔ)上的用來理解了基本的物理現(xiàn)象的質(zhì)量流量減少和波動(dòng)產(chǎn)生影響的液壓工具和噴射系統(tǒng)。Dular et al開發(fā)了一套專業(yè)系統(tǒng)用它來監(jiān)測(cè)和控制的液壓機(jī)械和調(diào)查氣蝕的可能性通過使用運(yùn)用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(CFD)工具。通過一個(gè)簡單的單翼配置在一個(gè)空化隧道，氣蝕侵蝕作用已經(jīng)被測(cè)量和驗(yàn)證。Alpha它假定了嚴(yán)重侵蝕經(jīng)常是由于一個(gè)主要的空穴飛轉(zhuǎn)的漩渦重復(fù)的崩潰所產(chǎn)生的。然后,在汽蝕強(qiáng)度通過一套簡單流參數(shù)可能擴(kuò)大: 上游速度 ,空腔長度和壓力。一個(gè)新的空蝕裝置,稱為漩渦汽蝕生成器,介紹了各種侵蝕情況。更多的先前的研究已經(jīng)被集中在閥板的設(shè)計(jì),在軸向柱塞泵中活塞和泵壓動(dòng)力學(xué)與空穴現(xiàn)象相關(guān)聯(lián)?？刂企w積的方法和瞬時(shí)流(泄漏)正在深刻地研究中。Berta et al采用有限體積的概念發(fā)展了一個(gè)數(shù)學(xué)模型，壓力平衡槽的形式已經(jīng)被效仿和氣態(tài)的汽蝕被認(rèn)為是在一個(gè)簡化的方式。一種改進(jìn)的模型已經(jīng)被提出且實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了其結(jié)果。該模型可以分析氣缸壓力和流量的漣漪影響壓力平衡槽的設(shè)計(jì)。四種不同的數(shù)值模型的重點(diǎn)是液壓液體的特點(diǎn),考慮到空穴以不同的方法協(xié)助減少流量振蕩。柱塞泵發(fā)展的經(jīng)驗(yàn)表明,優(yōu)化的空穴現(xiàn)象應(yīng)當(dāng)包括下列問題: 發(fā)生氣蝕和空氣釋放、泵聲學(xué)引起的噪聲誘導(dǎo)、最大振幅的壓力波動(dòng),轉(zhuǎn)動(dòng)力矩進(jìn)展等。然而,這項(xiàng)研究的目的是修改配流盤的設(shè)計(jì)來防止氣蝕造成侵蝕蒸汽或空氣泡沫崩潰的墻壁上的軸向泵組件。與文學(xué)研究相反，這項(xiàng)研究主要集中在配流盤的幾何形狀和氣蝕分析之間的關(guān)系的發(fā)展。此優(yōu)化方法應(yīng)用于分析的壓力脈沖與活塞孔內(nèi)飽和蒸汽壓。 2軸向柱塞泵,配流盤 典型軸向柱塞泵的原理如圖1所示。在這種情況下，軸偏移e的設(shè)計(jì)對(duì)降低成本是十分重要的。柱塞泵斜盤傾角度是可變的，決定每轉(zhuǎn)的排量即決定柱塞泵的流量 。如圖一所示，第N個(gè)柱塞滑靴組件轉(zhuǎn)過的轉(zhuǎn)角為在第n個(gè)柱塞滑靴組件沿x軸的位移可以寫成 xn = R tan（）sin（）+ a sec（） + e tan() (1) 其中R為柱塞滑靴組件的分布圓半徑。 此刻，在第n個(gè)柱塞的瞬時(shí)速度是 x˙n = R sin（）+ R tan（）cos（）+ R sin（） + e (2) 其中軸泵的旋轉(zhuǎn)速度=d / dt. 配流盤是約束柱塞泵流量的最重要的設(shè)備。配流盤吸排油窗口的幾何形狀以及瞬時(shí)相對(duì)缸體腰形窗口的位置通常被稱為配流盤的時(shí)間效應(yīng)。配流盤開口與缸體底部的腰形窗口的重疊構(gòu)建流程區(qū)域或通道,它限制了柱塞泵的流體動(dòng)力學(xué)，影響著其力學(xué)性能。在圖2中，在配流盤上吸排油窗口的角度分別為，.缸體配流腰形窗口的開啟角度為。在某些設(shè)計(jì),在缸體腰形窗口和吸排油窗口的相對(duì)位置在上死點(diǎn)或下死點(diǎn)出現(xiàn)疊區(qū)域被稱為“cross-porting“在泵設(shè)計(jì)工程。 正是由于它的存在，使柱塞泵的容積效率大大的降低。被困量設(shè)計(jì)與交叉移植設(shè)計(jì)相比，它可以實(shí)現(xiàn)更好提高容積效率。然而, 在實(shí)踐中，交叉移植設(shè)計(jì)是通常用于改善噪音問題和泵穩(wěn)定問題。 3，柱塞腔有效容積的控制 在柱塞泵中，液體在活塞，缸體柱塞孔，滑靴，配流盤和斜板所組成的空間中流動(dòng)如圖3所示。在每個(gè)柱塞空中，其瞬時(shí)質(zhì)量計(jì)算式為 = (3) 對(duì)上式求導(dǎo)可得 (4) 根據(jù)連續(xù)性方程，控制體積的質(zhì)量率為 (5) 其中為一個(gè)柱塞空中的瞬時(shí)流量 從體積彈性模量的定義可知， (6) 其中，Pn是柱塞孔內(nèi)的瞬時(shí)壓力。聯(lián)立方程（4）、（5）、（6）可得： (7) 其中泵軸旋轉(zhuǎn)角速度。 一個(gè)柱塞孔的瞬時(shí)流量，可以有計(jì)算式（1）求的: = + [R tan（）sin（）+ a sec（） + e tan() ] (8) 其中:為柱塞的有效截面積，是每個(gè)柱塞的有效容積 容積率的變化可以在一定的斜盤角度計(jì)算，即 =0，因此 (9) 聯(lián)立方程（7）、（8）、（9）可得 (10) 4、優(yōu)化設(shè)計(jì) 為了找到壓力超超量以及負(fù)脈沖可以用方程（10）進(jìn)行優(yōu)化。 對(duì)一個(gè)非線性函數(shù)，為使其達(dá)到最大值和最小值通常是最優(yōu)化的目標(biāo)。如果是一個(gè)閉區(qū)間上連續(xù)函數(shù)，其最大值和最小值必然存在。此外，函數(shù)的最大（或最?。幢仨毷钱?dāng)?shù)刈畲螅ɑ蜃钚。┯虻膬?nèi)部或必須位于域的邊界上。因此，找到一個(gè)函數(shù)最大值的方法（或最小）是在所有的局部極大（或極?。┰趦?nèi)部檢測(cè)，評(píng)估在邊界上的極大（或極?。c(diǎn)，并選擇最大（或最小）。在柱塞孔的控制體積的壓力可能會(huì)發(fā)現(xiàn)，無論是作為最小或最大值為DP / DT = 0。因此，讓方程（10）的左邊等于零，可得： (11) 因此，柱塞泵吸油窗口的壓力不能太低，否則易產(chǎn)生汽蝕現(xiàn)象。在柱塞泵中的流量可能會(huì)通過在圖中表現(xiàn)出了幾個(gè)方案：（一）配流盤與缸體的間隙，（二）柱塞和缸體柱塞孔之間的間隙，（三）柱塞與滑靴之間的間隙，（四）滑靴與斜盤之間的間隙，（五）缸體底部腰形窗口與配流盤之間的重疊區(qū)域之間的間隙。由于泵的運(yùn)行平穩(wěn)，在層流流動(dòng)，可以計(jì)算為 (12) 其中為間隙的高度，為間隙的或通道的長度，其它參數(shù)具體參考流體力學(xué)相關(guān)知識(shí)。 流量對(duì)于（五），主要是在高速的情況下運(yùn)轉(zhuǎn)，可以通過紊流方程來描述。 (14) 其中Pi和分別為柱塞泵吸排油窗口的壓力和，分別為每缸體腰形窗口和配流盤吸排油窗口單獨(dú)的瞬時(shí)之間的重疊面積。 非線性函數(shù)的旋轉(zhuǎn)角度面積的定義，這是由缸體腰形窗口，配流盤吸排油窗口，阻尼槽，減壓孔，等等幾何圖形決定的。 結(jié)合方程（11）、（12）、（13）、(14)，則此面積的方程為： (15) 其中為總重疊面積，= 且的定義為： 在柱塞孔中，壓力從低到高不等，而通過配流盤吸油口與排油口。這可能是瞬時(shí)壓力達(dá)到極低值在吸油窗口（，圖2所示），這有可能使其低于大氣壓，即;此時(shí)柱塞泵非常容易發(fā)生汽蝕，為阻止此類現(xiàn)象的發(fā)生，總的重疊量的面積設(shè)計(jì)應(yīng)滿足 (16) 其中的最小面積為= 的定義為： 蒸氣壓的壓力下，液體蒸發(fā)成氣態(tài)形式。根據(jù)克勞修斯 - 克拉珀龍有關(guān)的任何物質(zhì)的蒸氣壓隨溫度的非線性。隨著溫度的逐步增加，蒸汽壓力變得足以克服顆粒的吸引力和內(nèi)部的物質(zhì)，使液體形成氣泡。對(duì)于純介質(zhì)，蒸氣壓可以通過溫度用Antoine方程來確定，，其中，T為油液溫度，A,B,C分別為常數(shù)。 當(dāng)柱塞經(jīng)過配流盤吸油口時(shí)，壓力變化依賴于余弦函數(shù)式（10）。據(jù)悉，有一些典型的柱塞位置與配流盤的進(jìn)油口，重疊的開頭和結(jié)尾等有關(guān)，TDC和BDC（）和零排量位置（ =0）。將討論這兩種情況如下： （1） 當(dāng)時(shí)，它未必總是要保持重疊量，因?yàn)榛骺商峁┝髁縼硖钛a(bǔ)真空的重疊區(qū)域。從方程（16）可知，讓=0, 上下死點(diǎn)的時(shí)間角度可設(shè)計(jì)為 (17) （2）當(dāng) = 0時(shí)，cos函數(shù)有最大值，它可以提供另一個(gè)重疊區(qū)域的限制，以防止負(fù)壓力脈沖，比如： (18) 其中，為最小重疊區(qū)域 為了防止低壓腔柱塞出現(xiàn)氣泡，方程（16）中蒸氣壓壓力設(shè)置較低的限制。那么整體的重疊區(qū)域，可以得出有一個(gè)設(shè)計(jì)上的極限。此限制確定條件下的泄漏，蒸汽壓力，轉(zhuǎn)速等決定。它表明柱塞泵轉(zhuǎn)速越高，越可能發(fā)生更嚴(yán)重的氣蝕，因此設(shè)計(jì)需要讓更多的重疊區(qū)域在柱塞孔中。在另一邊，低蒸氣壓力的液壓油是首選減少的機(jī)會(huì)，以達(dá)到空化條件。事實(shí)上，空氣釋放開始在更高的壓力主要集中在純剪切湍流層蝕過程中，發(fā)生在場(chǎng)景五。因此，如果存在大量被困，并溶解在液體中的空氣，蒸汽壓力可能得適應(yīng)重疊區(qū)域的設(shè)計(jì)在方程（16）中。 通過上述間隙層滲漏是一個(gè)在設(shè)計(jì)上的權(quán)衡。它表明，從柱塞越多的泄露可能會(huì)減輕氣蝕問題。然而，越多的泄漏，可能會(huì)降低泵的效率在排油窗口。在一些設(shè)計(jì)的情況下，最大定時(shí)角可以由方程（17）決定，不可兼得的在TDC和BDC的同時(shí)擁有大的重疊的和非常低的壓力。 6結(jié)論 配流盤的設(shè)計(jì)是一個(gè)關(guān)鍵問題在解決柱塞泵發(fā)生氣蝕現(xiàn)象的設(shè)計(jì)中。本研究采用控制體積法來分析一個(gè)柱塞內(nèi)承擔(dān)相關(guān)的流量，壓力和泄漏的配流盤計(jì)時(shí)。如果重疊區(qū)域由缸體腰形窗口和配流盤的開口開發(fā)設(shè)計(jì)不當(dāng)，就不會(huì)有足夠的流量來補(bǔ)充由于旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)引起的空間。因此，活塞的壓力可能會(huì)低于飽和蒸汽壓力，易形成蒸汽氣泡。為了控制有害的氣泡，優(yōu)化方法用于檢測(cè)通過配流盤時(shí)間限制的。分析重疊區(qū)域限制的最低壓力，需要得到滿足，以保持壓力，不會(huì)有大的負(fù)脈沖壓力導(dǎo)致系統(tǒng)在很大程度上增強(qiáng)汽蝕問題。 在這項(xiàng)研究中，柱塞控制量的動(dòng)態(tài)開發(fā)利用恒定的流量系數(shù)和層滲漏等幾個(gè)假設(shè)。實(shí)際上是非線性的基礎(chǔ)上的幾何形狀，流量參量等，以及在實(shí)踐中，由于振動(dòng)和動(dòng)力漣漪，特意控制泄漏間隙，流量系數(shù)可能不會(huì)保持恒定的高度和寬度。所有這些問題大多數(shù)情況下是根據(jù)大量的經(jīng)驗(yàn)考慮的的，是一個(gè)個(gè)非常錯(cuò)綜復(fù)雜問題以及需要進(jìn)一步的研究。本文給出的結(jié)果可以更準(zhǔn)確地估計(jì)這些研究提供方便。