葉片式輸油泵進(jìn)出油槽尺寸對(duì)輸油泵流量及壓力波動(dòng)的影響

潘慧 解芳 奚陽(yáng) 臧廣輝

[摘? ? 要 ]合理的輸油泵進(jìn)出油槽角度設(shè)計(jì)，可以有效地減少輸油泵的流量波動(dòng)、泄漏量的波動(dòng)幅度，減少葉片轉(zhuǎn)子的液力沖擊和扭矩波動(dòng)，有效地消減輸油泵的震動(dòng)。

[關(guān)鍵詞]葉片式輸油泵;流量;波動(dòng)

[中圖分類號(hào)]E974.1[文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2020）08–00–03

The Influence of the Size of the Inlet and Outlet Tanks of the Vane-type

Oil Pump on the Flow and Pressure Fluctuation

Pan Hui， Xie Fang， Xi Yang， Zang Guang-hui

[Abstract]The reasonable design of the angle of the inlet and outlet of the oil transfer pump can effectively reduce the flow fluctuation and leakage fluctuation range of the oil transfer pump， reduce the hydraulic impact and torque fluctuation of the blade rotor， and effectively reduce the vibration of the oil transfer pump.

[Keywords]vane pump; flow; fluctuation

1 工作原理

葉片式輸油泵結(jié)構(gòu)如圖1所示，其中定子偏心環(huán)和轉(zhuǎn)子之間存在一定的偏心距。葉片裝在轉(zhuǎn)子的葉片槽內(nèi)，葉片可以在槽內(nèi)徑向移動(dòng)。葉片根部的環(huán)槽與進(jìn)出油槽相連，保證葉片在進(jìn)油和出油區(qū)時(shí)葉片所受的液力合力始終沿徑向向外。此外在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中離心力和上述的液力合力始終沿轉(zhuǎn)子徑向向外，將葉片壓在定子偏心環(huán)的內(nèi)輪廓表面，這樣由葉片/轉(zhuǎn)子/定子及襯板組成密封工作腔。隨轉(zhuǎn)子逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，葉片慢慢伸出，靠近進(jìn)油區(qū)的密封區(qū)域的體積慢慢變大，到進(jìn)油口開(kāi)始吸油?？拷鲇蛥^(qū)的密封區(qū)域的體積慢慢變小，體積被壓縮，產(chǎn)生壓力，在出油口處將油排出。泵每轉(zhuǎn)一周，每個(gè)封閉腔體分別完成了2次進(jìn)出油過(guò)程。

2 本文主要目的和內(nèi)容

葉片泵傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法有經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，參數(shù)優(yōu)化或兩者結(jié)合，通過(guò)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)先給出首輪設(shè)計(jì)參數(shù)，然后建立對(duì)應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，根據(jù)模型建立對(duì)應(yīng)的AMESIM模型，讓所有的設(shè)計(jì)參數(shù)組成一個(gè)動(dòng)態(tài)模型，分析各種設(shè)計(jì)方案的差異，并從差異性中選擇最優(yōu)的方案進(jìn)行應(yīng)用。本文通過(guò)使用AMESIM軟件搭建進(jìn)出油槽的數(shù)學(xué)模型和體積變化率的數(shù)學(xué)模型，分析幾種設(shè)計(jì)方案的進(jìn)出油槽角度對(duì)葉片輸油泵的動(dòng)態(tài)流量及壓力波動(dòng)的影響。給出相應(yīng)的對(duì)比分析并給出最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。

3 影響因素分析

（1）如圖2所示（以800 r/min和1500 r/min為例），800 rpm時(shí)的流量波動(dòng)為1.516 L/min，1500 r/min時(shí)的流量波動(dòng)為1.678 L/min，從中得出規(guī)律隨轉(zhuǎn)速升高，流量波動(dòng)非線性增加。

（2）相鄰2個(gè)控制腔（B1和B2）的體積變化曲線，理想情況下，2條曲線應(yīng)該只存在相位差的關(guān)系，但如圖3所示（以1500 r/min為例），體積峰值和谷值明顯存在峰峰差值和谷谷差值的點(diǎn)，這是由于葉片在進(jìn)入高壓區(qū)時(shí)，葉片頂部和斷面存在間隙泄露，因此體積變化在這2個(gè)區(qū)域變緩。

（3）從圖4所示（以1500 r/min為例）的流量和泄漏量對(duì)應(yīng)相位圖中可以看到，泄露量的峰值對(duì)應(yīng)輸油泵流量曲線的谷值，因此也證明了輸油泵流量曲線的波動(dòng)主要是由葉片的端面泄露造成的，因此流量的峰值與谷值出現(xiàn)的時(shí)間差應(yīng)該是供油周期/葉片數(shù)量之比。

（4）泄露量的大小主要取決于輸油泵的出口壓力、葉片的厚度和寬度以及泄露間隙的大小。如圖5所示（以800 r/min為例），設(shè)定葉片與端面的間隙B1=0.01 mm，B2=0.02 mm?？梢郧宄乜吹介g隙不是越小越好，適當(dāng)?shù)男孤┝繉?duì)葉片輸油泵的流量波動(dòng)是有一定好處的。

（5）圖6為輸油泵葉片轉(zhuǎn)子的受力曲線，B1間隙為0.02 mm，B2間隙為0.01 mm，從圖中可以看出，轉(zhuǎn)子的峰值受力B1與B2相比有所下降，從而得出，適當(dāng)?shù)拈g隙可以有效地減少轉(zhuǎn)子葉片的液力沖擊。

（6）進(jìn)油槽角度對(duì)流量波動(dòng)的影響，以下面3個(gè)方案為例。

（1）方案F1（紅色）：進(jìn)油槽角度106°，出油槽角度95°。

（2）方案F2（藍(lán)色）：進(jìn)油槽角度100°，出油槽角度85°。

（3）方案F3（黃色）：進(jìn)油槽角度115°，出油槽角度100°。

如圖7所示（以800 rpm為例），可以明顯看出F3方案波動(dòng)最大，F(xiàn)1方案波動(dòng)次之，F(xiàn)2方案的進(jìn)出油角度設(shè)計(jì)方案對(duì)流量波動(dòng)的效果最好。

如圖8所示（以800rpm為例），第一腔泄漏量曲線差異，明顯看出F3方案由于油槽角度設(shè)計(jì)不合理，在工作區(qū)間發(fā)生了泄露，并且通過(guò)圖7的對(duì)比不難發(fā)現(xiàn)F2方案是舉例方案中最優(yōu)的。

如圖9所示（以800rpm為例），從轉(zhuǎn)子葉片的受力曲線中可以明顯看出F3方案由于油槽角度設(shè)計(jì)不合理，在工作區(qū)間發(fā)生了液力沖擊，并且通過(guò)圖8的對(duì)比不難發(fā)現(xiàn)F2方案是舉例方案中最優(yōu)的。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述合理的輸油泵進(jìn)出油槽角度設(shè)計(jì)，可以有效地減少輸油泵的流量波動(dòng)、泄漏量的波動(dòng)幅度，減少葉片轉(zhuǎn)子的液力沖擊和扭矩波動(dòng)，有效地消減輸油泵的震動(dòng)。

參考文獻(xiàn)

[1] 廣西玉柴機(jī)器股份有限公司.葉片式輸油泵：CN201320009120.9[P].2013-07-31.

[2] 江蘇時(shí)創(chuàng)機(jī)械有限公司.一種多葉片式電液動(dòng)通風(fēng)蝶閥：CN201320221301.8[P].2013-09-11.

[3] 淄博邁特汽輪機(jī)有限公司.一種兩側(cè)排汽汽輪機(jī)：CN201620672194.4[P].2016-12-07.

[4] 南京創(chuàng)貝高速傳動(dòng)機(jī)械有限公司.注回油泵、冷卻泵試驗(yàn)臺(tái)：CN201420465928.2[P].2014-12-17.

[5] 潘統(tǒng)勤.葉片式泵：CN201820106630.0[P].2018-08-28.