【摘要】：隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展和各工業(yè)領域需求的不斷增長,內(nèi)嚙合齒輪泵的發(fā)展趨勢表現(xiàn)為高壓力、低流量脈動、低噪聲、大排量等特征。傳統(tǒng)的中、低壓內(nèi)嚙合齒輪泵難以用于高壓場合,因此高壓內(nèi)嚙合齒輪泵的開發(fā)與設計成為當前齒輪泵領域的重要方向。然而,高壓化導致泵內(nèi)的不平衡徑向力過大,成為目前國內(nèi)生產(chǎn)內(nèi)嚙合齒輪泵時壓力規(guī)格受到限制的主要原因之一。因此,準確獲取內(nèi)嚙合齒輪泵泵內(nèi)不平衡徑向力的分布規(guī)律,合理設計靜壓支撐的徑向力補償結構,是確保內(nèi)嚙合齒輪泵高壓化工作的關鍵�；诖�,本文以高壓內(nèi)嚙合齒輪泵為研究對象,通過探究適合于內(nèi)嚙合齒輪泵高壓工況下不平衡徑向力求解的CFD數(shù)值計算方法和理論研究方法,對高壓內(nèi)嚙合齒輪泵的不平衡徑向力分布規(guī)律開展研究。并結合靜壓支撐槽對不平衡徑向力的補償作用,分析靜壓支撐槽的位置和結構尺寸對不平衡徑向力補償作用的影響,確定符合不平衡徑向力要求的靜壓支撐結構。同時,本文針對高壓內(nèi)嚙合齒輪泵的設計和運行開展一系列的試驗研究,以驗證數(shù)值計算方法的可靠性。主要內(nèi)容包括：(1)基于計算流體力學軟件FLUENT,利用2.5D動網(wǎng)格的方法建立了高壓內(nèi)嚙合齒輪泵的三維數(shù)值計算模型。同時,采用粘性壁面的方法模擬兩齒輪之間嚙合點的存在,提高了內(nèi)嚙合齒輪泵高壓工況下的計算精度,并分析了嚙合點處粘度的設置對高壓內(nèi)嚙合齒輪泵計算效率和計算精度的影響。(2)基于MIXTURE模型和Zwart-Gerber-Belamri空化模型,在單相計算的基礎上建立適合于高壓內(nèi)嚙合齒輪泵的空化兩相流動和不平衡徑向力求解的數(shù)值計算模型；基于此模型,開展對高壓內(nèi)嚙合齒輪泵內(nèi)部壓力沿周向的分布規(guī)律和不平衡徑向力的研究,分析不同工作壓力下內(nèi)嚙合齒輪泵中齒輪軸與內(nèi)齒圈所承受的不平衡徑向力大小。(3)針對內(nèi)齒圈與泵體這一對關鍵的摩擦副,基于內(nèi)嚙合齒輪泵具體結構的精確化分析,建立一種不平衡徑向力求解方法,推導內(nèi)齒圈所受不平衡徑向力的變化特性；針對內(nèi)嚙合齒輪泵的特殊結構,推導靜壓支撐承載力的計算公式,分析靜壓支撐不同結構參數(shù)對其承載力、泄漏量的影響,指導靜壓支撐的結構設計；并以泄漏量滿足要求,盡可能補償不平衡徑向力為目標,確定內(nèi)嚙合齒輪泵的靜壓支撐結構形式,具體結果得到了相關的試驗驗證。(4)搭建了內(nèi)嚙合齒輪泵泵組的測試試驗臺,并利用此試驗臺對高壓內(nèi)嚙合齒輪泵開展相應的試驗研究,分析了不同設計參數(shù)(間隙尺寸、月牙形隔板端面槽位置、內(nèi)齒圈引流孔的大小和泵體等)和不同操作工況(介質(zhì)溫度、工作壓力、轉(zhuǎn)速等)對內(nèi)嚙合齒輪泵水力性能的影響,主要包括對內(nèi)嚙合齒輪泵的效率、壓力脈動和自吸性能的影響。同時,對理論研究和數(shù)值計算的結果提供試驗驗證。研究結果表明,本文以高壓內(nèi)嚙合齒輪泵為對象建立的CFD數(shù)值計算方法和理論研究方法能夠準確地預測高壓內(nèi)嚙合齒輪泵的水力性能、內(nèi)部壓力沿周向的動態(tài)分布規(guī)律和不平衡徑向力的分布規(guī)律,其計算結果得到了試驗驗證。主要研究結論包括：中、高壓內(nèi)嚙合齒輪泵的CFD數(shù)值計算中,必須考慮兩齒輪之間的嚙合；過渡區(qū)壓力隨齒輪轉(zhuǎn)動沿周向的變化規(guī)律為：在齒頂與月牙形隔板逐漸進入密封(過渡區(qū)低壓段)和齒頂與月牙形隔板逐漸脫離密封(過渡區(qū)高壓段)的過程中壓力是逐漸升高的,但是在齒頂與月牙形隔板的密封位置不發(fā)生變化時,齒腔內(nèi)的壓力基本不隨齒輪轉(zhuǎn)動而發(fā)生變化；高壓工況下的不平衡徑向力分布與低壓工況不呈現(xiàn)正比例增長,主要取決于過渡腔高壓段和高壓腔內(nèi)的壓力分布;內(nèi)嚙合齒輪泵實現(xiàn)高壓化的關鍵問題在于確定內(nèi)嚙合齒輪泵相關的設計參數(shù),特別是靜壓支撐槽的位置和尺寸,實現(xiàn)最準確的間隙補償和壓力補償?shù)取１疚牡难芯績?nèi)容和結論能夠為高壓內(nèi)嚙合齒輪泵的結構設計和操作運行提供理論指導。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TH325

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本文編號：2264007