转子泵出口球阀静态特征盘算与剖析

转子泵出口球阀静态特征盘算与剖析

运用FLUENT软件的动网格技巧,通过对转子泵出口球阀的静止特征及转子泵外部流场进行仿真盘算和可视化剖析,得到出口球阀静止参数的变更曲线和转子泵外部流场的散布状况。仿真剖析后果标明:3组球阀的速度、升程、受力随转子的转动呈周期性变更;因为初始条件和边界条件不同,所得仿真曲线与球阀静止法则的数学模型盘算曲线有所不同,但变更趋向是一致的;在转子互相啮合区,压力值最小,变更梯度最大,且最小值随转子的转动而变更。

临时以来,海内外涌现了很多种油气混输泵,有螺杆泵、轴流泵、液环泵、叶片泵、转子泵等。但在含气量较大工况时,上述油气混输泵极易发作气阻生效。针对传统混输泵产品存在的缺点,提出了一种新型内收缩转子式油气混输泵。通过在该泵出口处增设3组出口球阀,从而清除了气阻,增加了内收缩特征,进步了油气混输功用与泵效力,且可避免回流、下降冲击噪声。

鉴于目前尚无转子泵出口球阀实践与设计技巧,拟运用静态数值模仿的相干实践及借鉴往复泵球阀最新开展效果,依据转子泵任务特征,对转子泵出口球阀在实践任务历程中的静止状况和外部流场的散布状况进行仿真剖析与可视化钻研,提醒转子泵出口球阀的静止法则,为其实践剖析与设计供给参考和借鉴。

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1 球阀静止法则的数学模型

为便于对转子泵出口球阀静止法则的数学模型进行实践钻研,假如:

(1)不斟酌流体在液缸内活动的摩阻丧失;

(2)液缸内各点的流体压力及密度都雷同;

(3)流体能源学关闭方程为均熵流场;

(4)不斟酌泵腔内的余隙容积;

(5)不斟酌液缸、转子的变形。

抉择实型转子泵球阀的构造如图1所示。依据球阀静止微分方程、液缸内流体活动微分方程及初始条件,可推导出描写球阀静止法则的数学模型。其常微分方程组如下:

式中:Axd为阀隙过流面积,m2;

ρxd为流过球阀间隙的液体密度,kg÷m3;

p为液缸内液体压力,Pa;

α为转子内圆包角;

pd为泵的出口压力,Pa;

φ为转子转动角度;

Vd为阀隙、球阀与阀座造成的空间体积,m3;

ρ为液缸内液体密度,kg÷m3;

Vc为泵腔容积,m3;

md为阀球质量,kg;

ξ为流量系数,0。50~0。67;

Avd为阀球任务面积,m2;

υ为球阀静止速度,m÷s;

h为球阀升程,m;

pod为球阀开启时液缸内液体压力,Pa。

球阀的仿真条件如下:阀座孔半径rd=0。032m,阀座半锥角δ=45°,阀座倒角长度l=0。005m;阀球半径Rd=0。045m,阀球材质钢的密度ρd=7850kg÷m3。液压油密度ρ=856kg÷m3。

运用MATLAB软件,采取龙格—库塔方式对上述微分方程组进行数值盘算,求解得球阀升程、速度随时光的变更曲线。

剖析以上变更曲线图可知:随着排液历程的进行,阀球的升程越来越大,但升程变更速率减小,当阀球到达最大升程以后,将悬浮于升程最大值左近的某一固定高度;在球阀开启霎时,阀球取得很高的开启速度而呈跳跃式开启,尔后,阀球速度逐步减小,当阀球到达最大升程时,速度近似减小为零且维持恒定。

2 实体建模与阀球静态特征剖析

2。1 实体建模

该泵的仿真条件如下:转子外径R=0。16m,转子内径r=0。095m,转子宽度B=0。12m,转子外圆包角β=88°,内圆包角α=84°;泵转速n=500r÷min,泵流量为Q=80m3÷h;出口压力p1=0。3MPa,出口压力pd=1。5MPa。

依据转子泵及出口球阀的构造设计总图,且斟酌到实践数值模仿的可行性与实在性,将实体的盘算模型合理简化为二维模型,运用CAD树立模型,再运用FLUENT前解决软件GAMBIT生成转子泵及出口球阀的盘算网格,同时用FLUENT软件所供给的动网格技巧以及用户自定义函数(UDF)进行静态仿真盘算。静态模仿的流体盘算区域网格划分。

2。2 阀球静态特征剖析

对FLUENT盘算得到的数据进行剖析,得到3组阀球的速度、升程、受力曲线,分手如图5、6、7所示。

对比剖析图5、6、7阀球变更曲线:在液压到达阀球重力的临界值时,球阀取得很高的开启速度而呈跳跃式静止,此时液压战胜阀球重力做功,阀球开端向上静止,升程越来越大,随后做周期性静止;尔后,阀球速度脉动减小,最后在某个速度值左近动摇,而且阀球速度周期性地在阀球升程最小时霎时发作渐变。3组阀球的速度、升程、受力变更趋向是一致的,标明3组球阀具备雷同的静止特征。

4 论断

运用FLUENT软件的动网格技巧,对转子泵出口球阀的静止特征及转子泵外部流场进行了数值模仿,归结总结可得出以下论断:

(1)在转子泵静态模仿的动画图示中,可直观显示随着转子转动,球阀速度、升程及泵内压力场的变更历程。

(2)转子在转动的历程中,3组阀球的速度、升程、受力发作周期性变更,且因为初始条件和边界条件不同,所得仿真曲线与球阀静止法则的数学模型盘算曲线有所不同,但变更趋向是一致的。

(3)在转子互相啮合区,压力值最小,变更梯度最大,且最小值随着转子的转动而变更。污水提升器 污水提升泵 污水提升装置