挠性叶轮泵动力学分析及泄漏研究

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挠性叶轮泵作为最广泛的输送设备之一,越来越多地应用于各种工业领域中。目前国内外学者对挠性叶轮泵的性能和泄漏研究并不全面。因此,针对这些问题本文研究一种自吸能力强、扬程高和流量大的新型挠性叶轮泵。通过理论推导、仿真分析和实验研究,分别对挠性叶轮泵定子内腔曲线进行了研究,内部流场和叶片与定子的受力进行了仿真分析。主要工作分为如下4个部分:(1)研究了一种具有高自吸性和高过砂性的挠性叶轮泵。主要改进为:定子内腔过渡曲线采用8次方曲线。通过粒子群算法优化定子内腔过渡曲线,消除了挠性叶轮的叶片在高转速运行中产生的刚性冲击。通过选用特种橡胶材料,提高了橡胶转子耐磨能力,增强了过砂性。结果表明:所设计的挠性叶轮泵能够满足高粘性、质量要求不高液体工况的要求。(2)研究了橡胶材料在高转速下的超弹性本构特征,对丁腈橡胶、硅橡胶和氟橡胶进行单轴拉伸试验,获取其应力-应变数据应用到仿真软件中,并进行计算分析得到描述其特征的本构模型。(3)基于有限元动力学仿真获得挠性叶轮泵叶片的等效应力以及通过流体仿真获取工作腔内液压力数据。首先建立流体区域模型,利用计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)仿真分析,获得挠性叶轮泵工作腔内压力值。其次建立挠性叶轮叶片弯曲受力模型,利用有限元软件对叶片进行动力学仿真,获取周期性的挠性叶轮泵叶片受力分析数据。结果表明:优化后的过渡曲线对叶梢的加速度变化有所降低,从而使得叶片速度的突变现象减少,将刚性冲击变成柔性撞击,减少了泵的振动。(4)根据挠性叶轮泵内部泄漏流动方式。首先,建立挠性叶轮泵内部泄漏通道,分析和计算不同工况下泄漏量变化情况。然后,针对不同压力和不同粘度下,对挠性叶轮泵容积效率计算和分析。最后,设计实验对挠性叶轮泵进行性能分析及验证理论设计的合理性。
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