Моделирование и расчет рабочих процессов прямозубого насоса

• Автор: Григорьев, Александр Валерьевич
• Шифр специальности: 05.04.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Омск
• Количество страниц: 169 с. : ил.

Содержание

Актуальность работы

Научная новизна

Результаты

Практическая ценность

Публикации

Апробация работы

ВВЕДЕНИЕ
1. АНАЛИЗ КОНСТРУКЦИЙ НАСОСОВ ОБЪЕМНОГО ДЕЙСТВИЯ И МЕТОДОВ РАСЧЕТА ИХ РАБОЧИХ ПРОЦЕССОВ

1.1. АНАЛИЗ КОНСТРУКЦИЙ ОБЪЕМНЫХ НАСОСОВ И РАВНОМЕРНОСТИ ИХ ПОДАЧИ

1.1.1. Поршневые насосы
1.1.2. Роторные насосы
1.2. АНАЛИЗ МЕТОДОВ РАСЧЕТА РАБОЧИХ ПРОЦЕССОВ В ОБЪЕМНЫХ НАСОСАХ
1.3. ВЫБОР ОБЪЕКТА ИССЛЕДОВАНИЯ, ПОСТАНОВКА ЦЕЛИ И ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ
2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ РАБОЧИХ ПРОЦЕССОВ ПРЯМОЗУБОГО
НАСОСА
2.1. РАСЧЕТ ПРОЦЕССА СЖАТИЯ
2.2. РАСЧЕТ ПРОЦЕССОВ НАГНЕТАНИЯ И ВСАСЫВАНИЯ
2.2.1. Процесс нагнетания
2.2.2. Процесс всасывания
2.3. РАСЧЕТ ДИНАМИКИ ЗАПОРНОГО ОРГАНА САМОДЕЙСТВУЮЩЕГО КЛАПАНА
2.4. РАСЧЕТ МАССООБМЕНА
2.5. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ПРЯМОЗУБОГО НАСОСА ПОСРЕДСТВОМ к-е МОДЕЛИ ТУРБУЛЕНТНОСТИ
2.6. СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ОДНОПАРАМЕТРИЧЕСКОЙ КОМПЛЕКСНОЙ МОДЕЛИ РАБОЧИХ ПРОЦЕССОВ ПРЯМОЗУБОГО НАСОСА И МОДЕЛИ ДАННОГО НАСОСА ВЫПОЛНЕННОЙ С ПОМОЩЬЮ к-е МОДЕЛИ ТУРБУЛЕНТНОСТИ
3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРЯМОЗУБОГО НАСОСА
3.1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ
3.2. ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО СТЕНДА

3.2.1. Особенности технологии обеспечения размеров и сопряжений в конструкции насоса
3.3. МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЯ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ 11АСОСА
3.3.1. Регистрация мгновенного давления
3.3.2. Измерение производительности и утечек
3.3.4. Измерение крутящего момента и мощности
3.4. ОБРАБОТКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ
3.5. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
3.5.1. Подтверждение адекватности математической модели
3.5.2. Исследование экономичности насоса
3.6. ИССЛЕДОВАНИЕ РАВНОМЕРНОСТИ СОЗДАВАЕМОЙ ПРЯМОЗУБЫМ НАСОСОМ ПОДАЧИ
4. АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ КОНСТРУКТИВНЫХ И РЕЖИМНЫХ ПАРАМЕТРОВ НА
РАБОТУ ПРЯМОЗУБОГО НАСОСА
4.1. АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ ДАВЛЕНИЯ НАГНЕТАНИЯ В ПРЯМОЗУБОМ НАСОСЕ
НА РАБОЧИЕ ПРОЦЕССЫ
4.2. АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ ВАЛА НА РАБОЧИЕ ПРОЦЕССЫ ПРЯМОЗУБОГО НАСОСА
4.3. АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ РАБОЧЕЙ ПОЛОСТИ
НА ХАРАКТЕРИСТИКИ НАСОСА
4.3.1. Влияние относительной высоты зуба
4.3.2. Влияние относительной ширины зуба и ротора
4.3.4. Влияние величины зазоров
4.4. НЕКОТОРЫЕ ВОПРОСЫ РЕАЛЬНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА

Актуальность работы
Все известные виды насосов имеют свойства, обусловленные особенностями конструкций и принципом действия. Ограниченные характеристики работы каждого вида этих машин существенно сужают их область применения. В связи с этим постоянно проводятся мероприятия по их усовершенствованию, одной из целей которых является расширение их функциональных возможностей. Однако, несмотря на то, что большая часть работ посвящена исследованию известных конструкций, постоянно увеличивается число новых технических решений, которые отличаются новыми функциональными возможностями. В связи с вышесказанным, создание и исследование новых конструкций насосов является актуальной задачей.
Одной из разновидности насосов являются машины объемного действия, которые получили большое распространение в различных отраслях промышленности (машиностроение, авиация, все виды флотов, фармацевтическая и пищевая промышленность и др.), сельского хозяйства, в бытовой технике, нефтегазовой отрасли и т.д.
Исходя из условий работы, к объемным насосам зачастую предъявляются достаточно жесткие требования: способность работать в широком диапазоне давления нагнетания и частоты вращения, иметь высокую надежность, равномерность подачи и высокий ресурс работы и т.д Очень часто эти требования оказываются противоречивыми, в связи с чем промышленность выпускает большое разнообразие насосов объемного действия, удовлетворяющих тем или иным конкретным требованиям. Стоит заметить что, значительное влияние на ресурс и надежность работы насоса оказывает именно равномерность подачи и, как следствие, равномерность давления. Неравномерность этих характеристик приводит к появлению пульсирующих нагрузок, действующих на рабочие органы насосов, и тем самым снижают их ресурс и надежность.
Первое направление представлено работами Башты Т.М. [41], Кулагина A.B. [42] и др. В данном направлении рабочий процесс насосов рассматривается с допущением о несжимаемости жидкости, в результате чего давление и мгновенный расход являются функциями ускорений рабочих органов. Однако при отсутствии учета сжимаемости жидкости неравномерность подачи определяются только кинематикой рабочего органа насоса. В результате чего расчетные соотношения можно считать кинематической неравномерностью.
Работы Прокофьева В.Н. [45,52], Энгеля В.Ю. [53,77-79], Болтянского А.Д. [80,81], Zeiger G., Akers A. [82,83], Ямомото Т., Ямаути K., [84-86] и др., второе направление, рассматривают только переходные процессы при переходе цилиндра из зоны всасывания в зону нагнетания и обратно. В этом направлении жидкость считается сжимаемой только в переходном процессе, инерционные свойства жидкости не учитываются.
Савельев Б.А. [87,88], Тейлор Р. [89], Попов С.Н. [90,91] и др. составляют третье направление и в своих работах рассматривают как переходные процессы при переходе цилиндра из зоны всасывания в зону нагнетания, так и в полости нагнетания и напорном трубопроводе. В указанных полостях насоса учитывается сжимаемость жидкости, а инерционные свойства не учитываются.
В настоящее время при моделировании рабочих процессов насосов объемного действия чаще всего используются второе и третье направление, что свидетельствуется работами Боровина Г.К., Даршта Я.А., Климова A.A. [44] и др.
Эти работы рассматривают процессы, происходящие в цилиндре насоса на основании закона Гука. Принимается, что приращение давления рабочего тела в цилиндре определяется Эр, определяется по закону Гука для жидкой сре-