Разработка метода расчета и улучшение динамических характеристик шестеренных насосов

• Автор: Родионов, Леонид Валерьевич
• Шифр специальности: 01.02.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Самара
• Количество страниц: 154 с. : ил.

1 Обзор работ в области виброакустики шестеренных насосов
1.1 Анализ мероприятий по снижению пульсационного и виброакустического состояния шестеренного насоса. Обзор исследований
1.2 Анализ существующих математических моделей гидродинамики шестеренного насоса
Выводы по главе
2 Математическое моделирование динамических процессов в шестеренном насосе
2.1 Разработка математической модели пульсаций расхода шестеренного насоса, учитывающей кинематику рабочего процесса, утечки и геометрию разгрузочных канавок
2.1.1 Разработка математической модели кинематики зацепления
2.1.2 Разработка математической модели утечек в шестеренном насосе
2.1.3 Разработка математической модели гидродинамики «запертого» объема в шестеренном насосе
2.2 Разработка уточненной методики расчета кавитационного запаса шестеренного насоса, учитывающей условие неразрывности рабочей среды при заполнении межзубовых полостей шестерен.
Выводы по главе
3 Экспериментальное исследование динамических процессов в насосном
агрегате
3.1 Стендовая установка и средства измерения для исследования пульсационных процессов в гидромеханической системе с шестеренным насосом. Разработка гасителя колебаний.
3.2 Экспериментальное подтверждение адекватности разработанной
математической модели кинематики зацепления
3.3 Экспериментальное подтверждение адекватности математической модели утечек в шестеренном насосе
3.4 Экспериментальное подтверждение адекватности математической модели гидродинамики «запертого» объема шестеренного насоса
3.5 Экспериментальное подтверждение адекватности уточненной методики расчета кавитационного запаса шестеренного насоса
3.6 Точность оценки характеристик динамических процессов
Выводы по главе 3
4 Мероприятия по снижению виброакустических нагрузок шестеренного
насоса
4.1 Выявление закономерностей влияния геометрических параметров разгрузочных канавок на давление в «запертом» объеме
4.2 Разработка и экспериментальная проверка эффективности мероприятия по снижению динамических нагрузок в насосных агрегатах
4.3 Влияние предложенного профиля разгрузочных канавок на объемный КПД шестеренного насоса
Выводы по главе 4
Основные результаты и выводы
Список использованных источников

Широкое применение шестеренных насосов (ШН) в гидромеханических системах машин объясняется простотой и компактностью конструкции, надежностью, малой трудоемкостью изготовления, удобством обслуживания, а также, в отличие от других типов объемных насосов, возможностью непосредственного их соединения с приводными механизмами. Однако, наряду с большим количеством достоинств, ШН обладают рядом существенных недостатков:
• неравномерность подачи рабочей жидкости, которая вызывает пульсации давления, распространяющиеся по магистралям, и является одним из основных факторов, дестабилизирующих нормальную работу гидравлических систем;
• запирание (компрессия) жидкости, приводящее к значительным скачкам давления и, как следствие, разрушению деталей насоса;
• кавитационные процессы, вызывающие эрозионный износ шестерен.
Шестеренные насосы широко применяются в авиации, в качестве основного узла системы топливопитания. По данным ОАО «ОМСКАГРЕГАТ» (г. Омск), одного из ведущих предприятий РФ по производству ШН для авиационной техники, их ресурс в 2-3 раза ниже ресурса авиационного двигателя. Например, для двигателя Д-36 эксплутационный ресурс составляет 12 тыс. часов, а ресурс ШН, работающего в составе топливной системы двигателя, составляет 4 тыс. часов, т.е. общий ресурс такой сложной и дорогой системы, как система топливопитания авиационного двигателя, ограничивается ресурсом ШН, который конструктивно прост и сравнительно дешев. Анализ возвращенных на ОАО «ОМСКАГРЕГАТ» для ремонта дефектных насосов показывает, что наработка на отказ возвращенных агрегатов, изготовленных по одной и той же технологии, на одном и том же оборудовании, одним и тем же инструментом, эксплуатируемых в сопоставимых условиях, имеет разброс от 250 до 3250 часов, т.е. более чем в 10 раз.
Одной из основных причин снижения ресурса насосного агрегата является высокая виброакустическая нагруженность его элементов. Поэтому актуальной является работа, направленная на теоретическое и экспериментальное исследование

Неравномерность подачи рабочей жидкости, образование «запертого» объема, кавитационные процессы и т.д. приводят к снижению производительности шестеренного насоса и нередко к износу и даже разрушению его деталей и корпуса.
Известные исследования не решают существующие проблемы, поэтому работа по улучшению эксплуатационных характеристик шестеренных насосов требует разработки нового метода расчета динамических процессов в качающем узле. В связи с этим поставлены следующие задачи исследования:
1. Анализ существующих методик моделирования рабочего процесса шестеренного насоса.
2. Разработка математической модели шестеренного насоса, учитывающей кинематику зацепления, геометрию разгрузочных канавок и утечки рабочей жидкости.
3. Выявление закономерности преобладания первой и второй зубцовых гармоник в спектре пульсаций давления шестеренного насоса. Определение закономерностей влияния геометрических параметров разгрузочных канавок на давление в «запертом» объеме.
4. Уточнение методики расчета кавитационного запаса шестеренного насоса за счет учета условия неразрывности рабочей среды при заполнении межзубовых полостей шестерен на входе в насос.
5. Экспериментальное исследование рабочего процесса шестеренного насоса с целью подтверждения адекватности разработанной математической модели шестеренного насоса.
6. Экспериментальное подтверждение адекватности разработанной методики расчета кавитационного запаса шестеренного насоса, учитывающей условие неразрывности рабочей среды.
7. Разработка и экспериментальная проверка эффективности мероприятий по снижению динамических нагрузок в шестеренных насосных агрегатах.