容積效率
關注創(chuàng)建者：仿真聯(lián)盟 創(chuàng)建時間：2022-07-27
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劉常峰［６，７］等通過實驗和模擬相結合的方法研究了干式螺桿壓縮機的容積效率影響因素，由于上述的實驗機組或研究模型的馬赫數(shù)較低（小于０.２），其容積效率的主要影響為泄漏和進氣加熱。國外Ｌ.林德［８］基于干式螺桿壓縮機的實驗研究和理論分析提出了考慮了泄漏、進氣加熱和進氣充氣影響的容積效率近似計算公式（Ｌ法）。隨著螺桿壓縮機設計和制造技術的提升，螺桿壓縮機的運行馬赫數(shù)不斷提升，原有的計算方法
在進行高馬赫數(shù)工況預測時，存在與實驗數(shù)據(jù)的偏差。本文作者基于Ｌ.林德的計算方法提出了考慮流動損失修正的容積效率計算方法。
２ 螺桿壓縮機容積效率計算方法
２.１ 泄漏模型
螺桿壓縮機通過陰陽轉子的齒型密封與殼體將各齒槽容積分開，形成各工作容積。每個工作容積之間的壓力不同，因而形成高壓到低壓的泄漏。螺桿壓縮機的泄漏通道有排氣間隙通道、齒頂間隙通道和嚙合間隙通道。由于各泄漏通道均是通過間隙密封的，因而在很大范圍內(nèi)，泄漏是影響螺桿壓縮機容積效率的主要因素。
在僅考慮泄漏因素時，螺桿壓縮機的容積效率可按式（１）計算
式中 Ｃ４———與內(nèi)壓力比有關的函數(shù)
注：Ｃ２和Ｃ４的取值詳見參考文獻８的圖５８．將式（２）、（７） 代入式（１），整理得僅考慮泄漏的容積效率近似計算公式，如公式（９）所示。
根據(jù)壓縮機的結構和運行條件，除有效泄漏間隙與設計、制作和裝配有關外，其余均可確定。有效泄漏間隙可以通過實驗測得的容積效率反算獲得。
展開 摘 要：
針對某型號軸向柱塞泵在重載小流量工況下容積效率低的問題，運用AMESim軟件搭建軸向柱塞泵配流副原理模型，對配流盤的結構進行優(yōu)化設計并對優(yōu)化前后的容積效率進行對比分析，最后，通過試驗驗證了相關設計參數(shù)的正確性，結果表明：優(yōu)化后的配流盤結構能明顯地改善重載小流量工況下軸向柱塞泵的容積效率。
圖5 液壓缸運動速度圖
圖6為定量液壓泵的輸出功率圖，由圖可知，該系統(tǒng)在快速合模運行時，液壓泵的輸出功率為2.1kW，該過程泵出口壓力等于負載壓力，泵出口高壓油液全部進入液壓缸參與對外做功，系統(tǒng)功率損失很少，容積效率高。系統(tǒng)在慢速合模運行時所需功率減小，但液壓泵的輸出功率高達5.7 kW，原因是此時液壓缸所需流量60 L/min小于定量泵輸出流量90 L/min，節(jié)流回路接入系統(tǒng)工作，泵出口的溢流閥開啟溢流，此時系統(tǒng)出現(xiàn)大量調速閥節(jié)流功率損失功率和溢流閥溢流功率損失，系統(tǒng)容積效率嚴重降低。同理，系統(tǒng)在快速開模運行時，液壓泵輸出功率小，系統(tǒng)功率損失小，容積效率高；而在慢速開模運行時也將產(chǎn)生大量調速閥節(jié)流功率損失功率和溢流閥溢流功率損失，使系統(tǒng)容積效率變低。
圖6 液壓泵輸出功率圖
3 結論
本文分析了采用定量泵和節(jié)流調速回路的硫化機開合模液壓系統(tǒng)，介紹了采用AMESim進行液壓系統(tǒng)仿真的方法，并對開合模液壓系統(tǒng)的功率特性進行了分析，結果表明，這種采用定量泵加節(jié)流調速回路的硫化機開合模液壓系統(tǒng)，在慢速開合模過程中，為了適應工作流量變小的需求，存在較大的節(jié)流損失和溢流損失，導致系統(tǒng)效率不高。在后續(xù)的開合模液壓系統(tǒng)優(yōu)化設計中可采用伺服控制系統(tǒng)來適應流量變化需求，保持系統(tǒng)高容積效率，降低能源消耗。
參考文獻
[1] 艾同輝，姚寧，張令，等．HFST伺服液壓系統(tǒng)在輪胎硫化機中的應用研究[J]．橡塑技術與裝備，2016,42(19):60-66.
[2] 吳畏，伍先安，楊衛(wèi)民，等.輪胎硫化設備及工藝研究進展[J].橡膠工業(yè)，2018,65(06):711-716.
[3] 鄒炳燕，楊健，李穎，等.80 MN膠囊硫化機液壓系統(tǒng)設計[J].機床與液壓，2016,44(08):34-36.
展開 4. 1 容積流量
圖11（a）為渦旋壓縮機進、出口容積流量隨排氣壓力的變化規(guī)律。由圖11（a）可以看出：隨著排氣壓力的不斷增大，進、出口流量都近似地呈線性減小趨勢；在排氣壓力較高時，渦旋壓縮機需要逆向做功來抵消儲氣罐內(nèi)的氣體阻力，因而壓縮機的進口流量和出口流量都較低；在不同排氣壓力下，進口流量之間的最大差值為0. 15m3 /min，出口流量之間的最大差值為0. 029m3 /min；在相同排氣壓力下，進、出口流量之間的最大差值為0. 159 m3/min。
圖11（b）為渦旋壓縮機的理論和試驗容積流量隨轉速的變化規(guī)律。由圖11（b）可以看出：渦旋壓縮機的容積流量隨轉速的增大而增大，轉速越高，容積流量越大；在轉速較低時，由于內(nèi)泄漏的影響，容積流量的流量與實測差值會較大，隨著轉速的逐漸降低，差值會逐漸減小。在轉速為3000 r/min 時，容積流量的流量值和試驗值分別為0. 4 m3/min 和0. 391 m3/min。
4. 2 容積效率
圖12 為渦旋壓縮機容積效率隨主軸轉角的變化規(guī)律。在轉速低于2000 r/min 時，由于流體工質在工作腔內(nèi)停留時間較長，內(nèi)泄漏程度會增大，因此容積效率較低；隨著轉速的逐漸增大，容積效率隨之增大，當轉速高于2000 r/min 時，容積效率不再發(fā)生大的變化；研究樣機的平均容積效率為0. 938。
4. 3 排氣口溫度和驅動電機溫度
圖13 為在不同排氣壓力下，渦旋壓縮機排氣溫度與驅動電機溫度的變化規(guī)律。由于渦旋壓縮機在運轉過程中需要克服儲氣罐內(nèi)的氣體力來逆向做功，因此在排氣壓力較高時，壓縮機排氣口溫度和驅動電機溫度都較高；在不同排氣壓力下，壓縮機排氣溫度最大溫差為19 ℃，驅動電機溫度最大溫差為33. 7 ℃，驅動電機最高溫度為78. 5 ℃。
展開 我們都知道，外嚙合齒輪泵由于其相對較低的成本和穩(wěn)定的性能，特別是在容積效率和機械效率綜合性能上來看，絕對屬于是經(jīng)濟適用型的。既然咱們說它是經(jīng)濟適用型的，那其必然有一些咱們不得不說的缺點，總結如下：
1、噪聲大，容易產(chǎn)生氣穴;
2、內(nèi)泄漏量大，導致容積效率相對較低；
3、需要保持一個特別的最小潤滑膜厚度。
近年來，節(jié)能、降噪成了齒輪泵比較熱門的研究方向，不少人在數(shù)學模型和樣機測試方面做了很多努力。
今天介紹的這篇文章，深入研究了外嚙合齒輪泵的動態(tài)特性，作者的目的是盡可能改善外嚙合齒輪泵的一些缺點。主要有以下幾點重要內(nèi)容：
1、作者利用AMESim軟件建立了齒數(shù)為10的外嚙合齒輪泵的一維動力學模型，該模型所需的幾何參數(shù)由ProE直接導出。
2、作者將齒數(shù)為10的外嚙合齒輪泵，在不同輸出壓力和主軸轉速下，仿真結果與實驗結果的對比。
3、在齒數(shù)相同的情況下，比較了單齒接觸和雙齒接觸的模擬結果。
4、在都是雙齒接觸的情況下，比較了10齒和12齒泵的實驗結果。
以下是一些原文圖片賞析：
齒頂泄漏位置示意
嚙合區(qū)可變?nèi)萸惑w積變化示意
齒輪泵測試臺原理圖
好了，今天的介紹就到這里，感興趣的朋友自行搜索原文“Setup of a 1D Model for Simulating Dynamic Behaviour of External Gear Pumps”
資料來源：網(wǎng)絡
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容積效率的最新內(nèi)容
參考案例-Simcenter STAR-CCM+ In-cylinder系列
· 進排氣系統(tǒng)：優(yōu)化進氣管路和排氣歧管的設計，減少流動損失，提高容積效率。
參考案例-熱傳遞和輻射-模擬操作：多時間尺度共軛傳熱
參考案例-熱傳遞和輻射-模擬操作：瞬態(tài)-瞬態(tài)多時間尺度共軛傳熱
4.
轉子泵助力某污水處理廠升級改造案例分享10個月前
2、產(chǎn)品優(yōu)勢
高效節(jié)能：國泰轉子泵獨特的凸輪轉子設計，使得容積效率高，能耗低，相比傳統(tǒng)泵可節(jié)能 20% 以上。在某市污水處理廠的運行中，大大降低了能源消耗，節(jié)省了運營成本。
運行穩(wěn)定：該泵具有噪音低、維護方便的特點。其穩(wěn)定的運行性能有效降低了用戶的運營成本，減少了因設備故障導致的停產(chǎn)時間。
同理，系統(tǒng)在快速開模運行時，液壓泵輸出功率小，系統(tǒng)功率損失小，容積效率高；而在慢速開模運行時也將產(chǎn)生大量調速閥節(jié)流功率損失功率和溢流閥溢流功率損失，使系統(tǒng)容積效率變低。
壓縮機工作狀態(tài)分析
排量需求增加或者轉速提升
熱氣旁通模式，為了保證制熱量，熱端質量流量需求與旁通流量配比，總質量流量需求增加，上述計算采用45cc排量壓縮機并且假設容積效率0.9，要做到7kw客艙制熱，依然要跑到九千多一萬多轉，若采用34cc壓縮機基本無法達成制熱量需求。
3、渦旋式壓縮機的優(yōu)點
(1)屬于第三代壓縮機，多個壓縮腔同時工作，相鄰壓縮腔之間的氣體壓差小，氣體泄漏量少，容積效率高，可達98%，比第二代壓縮機轉子壓縮機效率高5％左右；
(2)驅動動渦盤運動的偏心軸可以高速旋轉，因此，渦旋式壓縮機體積小重量輕；
(3)動渦盤與主軸等運動部件的受力變化小
本回路的精度取決于兩個泵的容積效率、排量差異及兩缸載荷不同等因素，一般采用容積效率穩(wěn)定的柱塞泵。
對擺線泵的嚙合特性流量特性、運動特性以及泵的容積效率、機械效率等基本特性的研究是提高擺線泵質量的關鍵所在。
即使在最高壓力下，該技術也能達到較高的容積效率；此外，軸向柱塞泵適用于固定或可變排量設計。下圖顯示了帶有斜盤設計的可變排量軸向柱塞泵。一旦泵輸送壓力達到與控制閥開啟壓力相對應的最大值，則作用在斜盤上的控制活塞開始加壓并以特定方式（從左向右）移動，以減小斜盤角度β，然后減小泵的排量和流量。
將CAD文件直接導入Simcenter Amesim，泵模型可以自動生成并參數(shù)化。
4. 2 容積效率
圖12 為渦旋壓縮機容積效率隨主軸轉角的變化規(guī)律。在轉速低于2000 r/min 時，由于流體工質在工作腔內(nèi)停留時間較長，內(nèi)泄漏程度會增大，因此容積效率較低；隨著轉速的逐漸增大，容積效率隨之增大，當轉速高于2000 r/min 時，容積效率不再發(fā)生大的變化；研究樣機的平均容積效率為0. 938。
泵的容積效率是泵的實際流量除以泵的理論流量，表示的是泵抵抗泄漏的能力。
