螺杆泵安全阀的动态特性仿真

论文摘要

三螺杆泵是一种先进的容积式泵,因其结构紧凑、寿命长、工作平稳等优点,得到了广泛的应用。近年来,国内外对三螺杆泵进行了大量的研究工作,但是主要集中在螺杆型线的设计、加工以及检测等方面,对于实际工作中泵与相关附件的相互影响并无太多关注。本文以<135>型三螺杆泵用安全阀为主要研究对象,利用Matlab/Simulink仿真软件,对泵用安全阀进行了仿真和研究,分析了阀瓣开启时冲击压力对螺杆的作用,从而了解泵与泵用安全阀的相互影响,对泵以及安全阀的设计工作具有现实的指导意义。为研究冲击压力对螺杆的作用,本文采用矢量代数的方法,推导了螺杆曲面的矢量方程。通过曲面积分,计算螺杆工作中各压力腔的受力,研究了合力的作用范围以及螺杆的变形。计算结果更准确地表示了螺杆工作中的受力状态,为螺杆与衬套的设计工作提供指导。提出了平衡螺杆径向力的方法,能够有效减小螺杆的径向作用力,从而减少螺杆与衬套的磨损以及泄漏量。在安全阀的开启特性研究中,引入了高压腔体积变化对控制体容积的影响,建立了动态特性方程。利用Matlab/Simulink仿真软件,建立仿真模型,并仿真了安全阀的开启特性。通过仿真得到安全阀开启时的阀前最大瞬时压力,计算了冲击压力对螺杆的作用。仿真并分析了高压腔体积波动与安全阀开启过程压力波动的相关性,结果表明两者是相关的。基于仿真结果,对螺杆泵用安全阀提出了改进意见。最后,通过试验测量安全阀开启时螺杆泵高压腔的压力变化,并与仿真结果对比。试验结果与仿真结果较为接近,验证了仿真结果的正确性。通过以上的研究工作,提出了螺杆泵研究中的新方向,对于螺杆泵的系统设计具有积极的意义。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 螺杆泵的发展史
• 1.1.2 螺杆泵的概述
• 1.2 三螺杆泵及安全阀简介
• 1.2.1 三螺杆泵的工作原理及其结构形式
• 1.2.2 安全阀的工作原理及结构形式
• 1.2.3 三螺杆泵及安全阀的研究现状
• 1.3 课题来源及研究内容
• 1.4 本章小结
• 第二章 螺杆曲面矢量方程与受力计算
• 2.1 螺杆型线设计的理论基础
• 2.1.1 坐标变换
• 2.1.2 平面啮合理论
• 2.2 三螺杆泵螺杆型线的形成原理
• 2.2.1 螺杆齿形曲线的形成
• 型螺杆泵转子的基本尺寸'>2.2.2<135>型螺杆泵转子的基本尺寸
• 2.3 螺杆曲面的矢量方程
• 2.3.1 螺杆横截面的型线方程
• 2.3.2 螺杆曲面方程
• 2.4 螺杆的相关计算
• 2.4.1 曲面积分
• 2.4.2 螺杆曲面的受力计算
• 2.4.3 螺杆挠度计算
• 2.4.4 螺杆受力的平衡
• 2.4.5 高压腔体积变化
• 2.5 本章小结
• 第三章 安全阀的开启特性仿真
• 3.1 安全阀工作特性的概述
• 3.1.1 安全阀工作过程
• 3.1.2 安全阀的基本理论
• 3.1.3 弹簧式安全阀的动静态特性
• 3.2 安全阀开启特性的仿真
• 3.2.1 流体仿真软件介绍与对比
• 3.2.2 仿真模型的建立
• 3.2.3 仿真结果的分析与应用
• 3.3 建议与改进
• 3.4 本章小结
• 第四章 安全阀开启试验
• 4.1 试验目的、方案及设备
• 4.1.1 试验目的与方案
• 4.1.2 试验设备
• 4.2 试验及数据处理
• 4.2.1 试验数据的记录
• 4.2.2 试验数据处理
• 4.3 试验与仿真结果的对比与分析
• 4.3.1 试验与仿真结果的对比
• 4.3.2 试验与仿真结果的分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 参考文献
• 附录一 试验数据图
• 详细摘要
• Abstract