流热固耦合下间隙对三螺杆泵转子强度的影响研究

针对三螺杆泵工作中产生的流体载荷引起螺杆卡滞问题,分析三螺杆泵齿顶间隙、啮合间隙对螺杆形变的影响。以N-S方程为基础,基于k-ε湍流模型,通过流固耦合传热方法求解三螺杆泵螺杆在流场作用下的位移、应力。研究结果表明:随着齿顶间隙和齿间间隙的增大,螺杆泵内的最大压力和最大温度都逐渐降低;螺杆转子的变形主要集中在进口位置,最大变形为0.107 mm,应力主要集中在主从转子的啮合位置,最大应力为146.82 MPa,主动转子的变形和应力小于从动转子的变形和应力;转子的变形和应力随齿顶间隙、啮合间隙的增大而减小。因此,在满足螺杆泵压缩机比、温升的情况下,应尽可能增大间隙以提高螺杆转子强度。

三螺杆泵平衡盘间隙尺寸优化设计的探讨

对三螺杆泵各主要间隙对泄漏量的情况进行理论分析,建立平衡盘和前端盖之间的间隙泄漏量在总流量中的比例值模型,同时利用SolidWorks Flow Simulation软件模拟分析了三螺杆泵7种平衡盘间隙在7种黏度情况下通过平衡盘间隙的泄漏情况。模拟结果表明,不同平衡盘间隙尺寸在不同的黏度条件下对泄漏量有着不同的影响。在保证螺杆泵正常工作的条件下,同时考虑机械密封所需的冷却介质量,平衡盘的间隙尺寸在不同的黏度条件下范围值是不等的,需要根据介质黏度进行一定的划分。

用啮合理论研究三螺杆泵转子齿形

螺杆泵的转子型线比较复杂,其型线方程的推导方法有多种。本文采用啮合理论推导了<135>型三螺杆泵的转子齿形型线方程和啮合线方程,并推导了主、从转子型线的摆角与张角之间的关系。该方法具有普遍性,便于工程技术人员进行螺杆泵转子型线改型设计及新型线的设计;推出的摆角与张角之间的关系,可用于转子截面和刀具计算。

用矢量代数研究三螺杆泵转子齿形

螺杆泵的转子型线比较复杂,其基本齿形采用多种摆线,转子型线方程的推导方法有多种,如解析法、几何法等。用矢量代数推导<135>型三螺杆泵的转子齿形型线方程,包括理论齿形和修正齿形型线参数方程以及参数值范围的完整推导过程,对中间过程和相关概念给出了必要的解释。对比其他方法,用矢量代数进行型线推导,方法简单,过程清晰,便于工程技术人员理解和运用。

三螺杆泵螺杆与衬套最优间隙的理论研究

三螺杆泵螺杆与衬套的间隙值是决定泵工作性能的重要因素,为了合理确定螺杆与衬套的间隙,以标准135型三螺杆泵为研究对象,分析了螺杆与衬套间隙内的流体状态,主要存在剪切流和一般库埃特流。根据平行平板缝隙流理论,建立回流介质经过一个完整密封腔所造成的包括泄漏损失和粘性摩擦损失的总功率损失为目标函数,通过求取最小值,得到特定工况下确定三螺杆泵螺杆与衬套最优间隙的理论公式。结果表明,最优间隙主要与工作压力、转速和介质粘度有关,研究结果将对三螺杆泵设计提供重要参考依据。

三螺杆泵的流固耦合特性分析

目前对三螺杆泵的研究趋向于高速、高压、大流量,提高三螺杆泵工作效率的关键是严格控制螺杆变形及间隙以减少泵内泄漏。以三螺杆泵为研究对象,通过泵内流场和螺杆的结构分析,将两者进行耦合得到不同工况下螺杆的变形和应力分布规律。通过分析在耦合作用下的螺杆变形结果可见:主、从动螺杆的啮合间隙大小是影响三螺杆泵容积效率的关键因素之一,适当调整主、从动螺杆的间隙,可避免螺杆之间磨损加剧甚至抱死现象。对比扭矩和流体压力单独作用下以及二者流固耦合作用下的螺杆变形和应力变化发现:流固耦合作用下的螺杆变形和应力与转速呈反比关系,而与功率和输出压力呈正比关系。

三螺杆泵衬套的最小工作长度分析

摆线三螺杆泵的密封条件之一是衬套的长度必须满足最小工作的长度,才能将吸入腔和排出腔严密地隔开。通过接触线方程推导了衬套最小工作长度应满足的条件,并给出了不同密封腔的三维图形,可作为正确确定衬套长度,分析泵的瞬时流量、压力分布和容积效率等的理论依据。

三螺杆泵衬套的有限元分析

衬套是三螺杆泵的重要零件,衬套的受力与变形直接影响螺杆泵的寿命和工作效率。本文利用Patran/Nastran软件对三螺杆泵衬套在均匀内压和工作压力作用下的状态进行了有限元分析,得出了衬套内的应力分布规律,并对均匀内压作用下的应力状态做了实验研究。对工作压力作用下的衬套用有限元分析发现,主杆转动150度时,端面变形最大;衬套整体应力分布均匀,最大应力出现在衬套出口端与两个环形片的连接处。根据有限元分析结果,提出了三螺杆泵衬套的结构改进方案。

三螺杆泵型线及其加工铣刀结构分析

全面分析了三螺杆泵135型新、旧型线的优缺点以及螺杆型面加工铣刀的各种结构特点。列举常年使用的各类典型螺杆铣刀实例,可供不同生产条件之参考。

基于SolidWorks的三螺杆泵螺杆参数化建模系统开发

三螺杆泵螺杆是具有特殊摆线齿形的轴类零件,它在各种三维设计软件中的造型比较复杂。根据三螺杆泵主从螺杆摆线齿形方程,利用SolidWorks API二次开发工具,用VBA语言编程,研究<135>型三螺杆泵主从螺杆参数化建模的方法,实现了三螺杆泵主从螺杆的参数化三维建模。

摆线啮合三螺杆泵成型设计与制造技术研究

为使三螺杆泵在油田各种油泵及液压传动装置的供压中得到大量应用 ,介绍了三螺杆泵的结构组成、工作原理及旋风切削法的分析及制造技术研究 ,分析了摆线齿形啮合及滚切形成机理。以 135型三螺杆泵为例 ,对螺杆几何参数设计、螺旋型面的形成、螺杆啮合特性进行了探讨。通过对它的深入研究 ,为油田今后更加广泛地应用起到积极的推动作用。

三螺杆泵型线改进设计及齿面滑动率的计算

螺杆泵的转子型线比较复杂,其型线方程的研究方法有多种。本文用啮合理论推导〈135〉型三螺杆泵的转子齿形型线方程和啮合线方程,其中的从杆倒棱为改进型的径向斜线倒棱。推导了从杆径向斜线倒棱与主杆共轭曲线之间滑动率的计算公式。对径向斜线倒棱的角度和滑动率的数值变化进行了分析。

三螺杆泵的温度场及热力耦合分析

为适应三螺杆泵高速、高压、大流量的发展趋势,严格控制螺杆变形及其相关间隙以减少泵内泄漏是关键。以三螺杆泵为研究对象,将泵内温度场作为载荷施加在主、从动螺杆表面,并进行温度-结构耦合的数值模拟分析。研究不同工况下三螺杆泵内温度和工作扭矩使主、从动螺杆产生的变形规律,并对比与主、从动螺杆在各单独物理场作用下和耦合作用下的变形和应力变化。结果表明:主、从动螺杆的热变形比力矩变形更明显。随着工作温度升高,主、从动螺杆的热变形量增大,主、从动螺杆产生的热应力与工作温度呈正比关系;在同一工作温度下,主、从动螺杆在X、Y、Z 3个方向的变形量均增加,而Z方向的变形量远大于X和Y方向的变形量。

基于双向流固耦合的三螺杆泵转子强度研究

针对高负载下三螺杆泵螺杆的结构形变问题,通过双向CFD/CSD耦合模拟方法求解雷诺平均N-S方程和结构运动方程,对不同工况下的螺杆泵进行双向流固耦合数值模拟。结果表明:三螺杆泵的出口压力最大,中间压力次之,进口压力最小;三螺杆泵介质压力产生的载荷对螺杆的变形和应力影响较大,单向耦合下螺杆的变形是扭矩作用下的4.8倍,应力是扭矩作用下的1.5倍,双向耦合下螺杆的变形和应力相比单向耦合增大2%左右;主从动螺杆的应力都随螺杆长度的增大逐渐增大,位于出口端螺杆的应力较大。研究结果对三螺杆泵的结构设计优化提供了有益参考。

多场耦合下三螺杆泵转子振动特性研究

针对三螺杆泵的主从动螺杆转子发生结构破坏问题,基于流热固多场耦合原理,通过求解螺杆泵内流场的N-S方程和螺杆结构运动方程,分析泵内的温度载荷和压力载荷共同对转子变形和振动的影响。研究结果表明:螺杆泵的泵内压力从出口到进口位置呈阶梯状递减,泵内温度从出口到进口也逐渐递减;温度载荷对螺杆转子形变的影响较大。主从动转子的最大变形和应力与螺杆泵出口压力成正比,主从动转子的最大变形、主动转子最大应力与转速成正比,从动转子最大应力与转速成反比。泵内压力载荷和温度载荷会导致转子的模态频率降低,但对转子的模态振型影响较小。本文的研究结果对三螺杆泵结构的优化设计提供有价值的参考。

热固耦合下三螺杆泵转子的结构特性研究

三螺杆泵在工作中产生的高温流体会导致螺杆转子产生形变,针对这一问题,对不同工况下螺杆转子的变形和应力进行了研究。基于有限体积法数值求解了N-S方程,得到了螺杆泵的温度场,通过对比模拟数据与实验数据确保了流场求解的准确性;采用了CFD/CSD耦合求解技术,将温度场数值插值到转子的结构网格上,以作为转子热分析的外载荷,进而通过求解螺杆转子结构的静平衡方程得到了转子的位移场和应力场;最后分析了螺杆泵产生的温度场对螺杆转子变形和应力的影响规律。研究结果表明:螺杆泵出口位置温度较大,进口位置温度较低;随出口压力的增大,主从螺杆转子的最大变形和最大应力都逐渐增大;从螺杆泵的进口到出口,随着转子轴向长度的增加,主从动转子的变形逐渐增大。

三螺杆泵振动原因分析及修复利用

分析了三螺杆泵产生振动的原因,提出并实施了修复方案,修复后的三螺杆泵已安全运行2万小时,修复取得成功,经济效益明显。

一种新型三螺杆泵的初步分析

初步分析研究了一种新型三螺杆泵的特征尺寸和数据,并与通常采用的1:3:5型三螺杆泵进行了对比分析,提出了一种新型三螺杆泵的优缺点及其适用工况,为拓宽三螺杆泵的应用作了一定程度的理论探索.

三螺杆泵型线方程的建立及共轭曲线滑动率的计算

螺杆泵的转子型线比较复杂,其型线方程的推导方法有多种。文中针对<135>型三螺杆泵,用啮合理论进行共轭曲线的推导,建立了主、从杆齿形型线的参数方程,计算了从杆径向直线倒棱与主杆共轭曲线之间的滑动率,并对计算结果做了分析。

三螺杆泵流体脉动特性的仿真与分析

为实现甲板机械核心动力部件螺杆泵的低振动噪声运行,对螺杆泵进行流体仿真,分析其流体激励及脉动特性。针对某2000 L/min流量型低压大流量螺杆泵进行流体动力学分析,建立适用于三螺杆泵的三维非定常流体计算分析方法。在流体仿真的基础上,探究三螺杆泵工作特性及局部流动特征,并进一步针对流量及转子流体激励力脉动特性进行分析。计算结果表明,三螺杆泵流量脉动极小,且以轴频及其倍频为主;泵转子各方向受力相差较大,但脉动幅值较小。