《复合齿轮泵基本理论》、《转子泵的设计理论》

zengxiaodong · 发表于 2022-1-19 10:10

对于齿轮泵，谈谈我的心得：

1、摆线泵不适合于高压。虽然一齿差摆线泵不需要月牙板，且号称有多条接触线，但是这些接触线真正紧密接触的只可能是2~3条而已，因此这些接触线中仅有2~3条可以实现严密封油，而其余接触线并无实质性的作用。如果要实现摆线泵高转速的优点，必然要求有很大的进油、出油槽角度才能充分吸油和压油，这样的话就不可能实现良好的密封效果，也就是高压化困难，所以，总的来说，一齿差摆线泵更适合于高转速大排量的低压应用；如果搞成多齿差，那么就需要月牙板隔油，这个时候摆线泵就没有什么优势了，还不如就采用渐开线内啮合齿轮泵或者直线共轭内啮合齿轮泵；

2、内啮合齿轮泵有很好的性能，既能易于实现高压，也能实现大排量，而且流量脉动、噪声等性能也很好。其中渐开线齿形以及直线共轭齿形应该说没有本质上的区别，考虑到渐开线的加工便利性，本人更倾向于渐开线齿形；

3、外啮合齿轮泵也能实现高压化，但是困油问题、流量脉动问题、噪声问题都是其短板，唯一的优势是价格便宜！最近发展的外啮合3斜齿轮泵，仿真结果表明解决了上述问题，且成本不会高于渐开线内啮合齿轮泵，因此，这是一种值得大力发展的齿轮泵；

4、高压化要适可而止，一位提高压差会导致很大的技术经济困难，不如退而求其次用2级或者更多级来实现高压！在多级的时候至少有一个很大的好处是后级进油压力大幅度增加后，便于实现高速化，因为令人头疼的吸空和空化气蚀问题不复存在了，而高速化可以显著降低齿轮泵的成本；

5、齿轮泵变量是一个死胡同，不要在这方面空耗精力了！在电机调速如此便利化的今天，再关注机械方式来变排量无疑是死路一条。不仅会有越来越多的机械驱动齿轮泵会变成单独的电动齿轮泵，而且多级泵都会变成各级用独立电机来进行驱动，也即是说，永磁无刷电机直联齿轮泵会发展成一个标准部件，可以搭积木一般构成不同流量不同压力的液压源，实现近乎理想的性能：由于多套泵既可独立工作也能联合工作，实现了冗余效果，从而有很强的容错功能，而变流量时既可关闭某些泵也可通过调节转速来实现；多个独立泵联合工作还能实现优良的压力、流量稳定性，因为可特别采取脉动抵消的运转方式......

6、内外啮合复合齿轮泵并无发展前景。因为其结构复杂，密封困难，总体上所得不及所失；

7、齿轮泵CFD计算值得大力推广，结合优化设计、CAD技术等，有望进一步显著提高齿轮泵的技术经济指标。

zengxiaodong · 发表于 2022-1-19 11:26

齿轮泵CFD计算常用软件：

Fluent
Star CCM+
Simerics PumpLinx
Cradle CFD
TwinMesh和ANSYS CFX的结合
Comsol

补充内容 (2022-2-11 20:49):
CONVERGE也是一个很强大的齿轮泵CFD软件

zengxiaodong · 发表于 2022-1-19 12:29

CFD 技术应用广泛在发动机设计领域可以追溯到上个世纪八九十年代，随着以 Fluent 为代表的商业 CFD 软件的推广，人们对发动机各流体部件进行了大量的研究，包括：燃烧室、冷却水泵、换热器、化油器、喷嘴等等。此外，Flowmaster等流体系统仿真软件也被用来进行系统级仿真，如冷却系统、润滑系统的快速分析。这些技术都在一定程度上加深了设计人员对发动机内部流体流动的认识。但目前来讲，对容积式泵、新型阀门以及以此展开的子系统进行三维 CFD 仿真还是具有相当的挑战性，原因主要有以下几个方：

1、系统流路众多，结构复杂，计算量大；

2、泵阀部件涉及流动区域的变化，描述困难；

3、空化效应导致计算收敛性差；

4、部分区域设计微小间隙，不易进行网格划分；

PumpLinx 在以上几个方面的模拟上具有独特的技术优势，该软件开发的目标定位就是成为泵阀设计师最有力的 CFD 仿真工具，提高泵阀类元件及其复杂流体系统的三维 CFD 仿真分析能力，有效地降低产品的设计成本。

使用 Pumplinx 对各类型泵阀进行模拟，可以快速地评估产品设计方案。PumpLinx 既可以通过图像直观地展示泵内的流动状况、压力波动及空化现象；

也可以通过流量曲线、压力曲线等定量地给出泵性能指标。这些直观、详细的信息，为工程师改进设计方案提供了可依的依据。数值仿真技术可以部分地取代试验，使验证工作转到了计算机虚拟平台上，减少试验的工作量，从而有效地降低设计成本，缩短设计周期，提高产品质量。