阀配流往复式柱塞泵效率与噪声的研究

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通常,阀配流往复式柱塞泵应用于石油化工机械、矿山机械中,在石油化工、矿山机械、煤矿机械、水压机、水力切割机、轻工食品、高压清水泵、油田注水、输油等方面作用尤为突出,其工作状态的健康与否对整个工业生产链条的效率与寿命影响很大。往复柱塞泵,具有结构简单、输送流量大和工作介质压力高等优点,但阀配流往复式柱塞泵的效率与噪声的问题一直是限制其广泛使用的关键因素,也一直是学者们研究的重点。  阀配流往复式柱塞泵按其柱塞数可分为三柱塞式和五柱塞式等多种基本型式。本文选用目前常用的典型三柱塞式进行研究,对阀配流部分的配流阀(泵头组件)进行效率和噪声分析。通过理论推导和数值仿真模拟相结合的方式进行研究,找到阀配流往复式柱塞泵噪声产生的原因以及降低直至消除的方式方法;通过对其容积损失的原因进行分析,进而提高其容积效率。  阀配流往复式柱塞泵的效率特别是容积效率,在同种类型柱塞泵中相对较低,在目前倡导的节能减排趋势下,本文的研究意义重大。从配流阀的吸、排液过程入手,通过对造成容积损失的吸排液阀启闭滞后现象进行理论分析,运用AMESim建模软件以及阀配流往复式柱塞泵的实际工作情况进行对比分析,找出影响其高效率的关键点,并加以修正和改进,从而达到提高容积效率的目的。  本文围绕该课题做了以下工作:  (1)从阀配流往复式柱塞泵的工作原理出发,对其动力端的曲柄连杆机构的数学模型进行运动学分析,得到柱塞随时间的变化曲线,推导出泵各个柱塞的速度和加速度方程。基于吸、排液阀的结构、分类、原理、性能要求入手,结合泵头部件的液动力、阀口形状和流量系数方面入手选择最佳配流阀形状。  (2)针对泵头组件在实践中出现的一系列问题,通过分析配流阀的失效机理,从泵头组件的吸、排液阀芯着手,通过分析阀芯的撞击、液压冲击、气穴和空蚀等现象,从理论上提出了解决该一系列问题的措施。  (3)运用solidworks软件对其进行整体三维建模,运用AMESim仿真软件,得到与泵实际工作情况相吻合的阀芯开启、闭合位移时间,柱塞压力、位移时间图等。将仿真结果与理论计算结果进行比较,通过分析数据找到泵噪声的来源,并在仿真软件上提出优化改进方案。  (4)在往复泵的排液过程中,对配流阀的阀芯与阀座撞击的瞬间进行ANSYS静力学分析,确定阀芯出现变形、断裂的部位,对阀芯导向部分的直径取不同数值进行数值模拟仿真,将结果进行对比,进而找到阀芯与阀座的最佳配合直径;对泵头组件的流道经行fluent流场仿真分析,得到吸、排液过程的流场分布图,分析其流速与产生漩涡的原因,进而提出优化建议。
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