凸轮转子泵的发展及研究现状

2013/12/1 20:23:31      点击:

一、凸轮转子泵的发
1854年美国的弗朗西斯和菲兰德·罗茨两兄弟发展了旋转式正位移的概念,并由此发明了凸轮转子泵,主要用作高炉、粮仓和煤矿的通风装置。
在19世纪下半叶凸轮转子泵主要用于输送液体。1867年凸轮转子泵在巴黎进行了展览,被视为解决深矿井通风这一难题的有效方法,并由此开始在工业方面(首先在冶炼方面)得到了应用。
1951年我国开始制造凸轮转子泵;1960,---1970年代,长沙转子泵厂研制出D系列空冷转子泵与SD系列水冷转子泵,我国的凸轮转子泵开始形成J下式系列;80年代初长沙转子泵厂、上海转子泵厂、天津转子泵厂、武汉转子泵厂等单位联合设计出L系列凸轮转子泵;1987年长沙转子泵厂从R本引进凸轮转子泵设计制造技术,产品包括R系列一般用途鼓JxL机、R.K系列与R—N系列特殊、TS系列低噪声凸轮转子泵、TR系列双级高压转子泵、R.v系列单击干式罗茨真空泵、R.w系列单级湿式及TR.W系列双级湿式罗茨真空泵、按叶片数目分为二叶、三叶以及多叶凸轮转子泵;1990年代以来我国的凸轮转子泵技术开发活动更为活跃,以长沙转子泵厂为例,该厂先后丌发出SR系列三叶凸轮转子泵、WR系列水下转子泵、JR系列两叶成组转子泵与JS系列三叶成组转子泵,并承担“八五”科技攻关任务,研制出R-CT系列单级高压鼓JxL机与R.TV系列单级于式高负压真空泵,填补了我国在这一领域的空白。
进过近半个世纪的努力,特别是改革开放开放以来,我国凸轮转子泵制造业已经步入与国际同行同步发展的轨道。同时随着国民经济的发展,对凸轮转子泵的需求整体上呈扩大趋势。1990"-"1998年,我国凸轮转子泵的产量增加了近一倍。
如图所示。

                       图 我国凸轮转子泵的产量增加趋势
二、凸轮转子泵的研究现
由于凸轮转子泵通流部分表面形状复杂三元湍流特性,流动具有明显的分离、旋涡等现象,下面就它的研究进行简要的介绍。
刘正先等对凸轮转子泵泵送的液流脉动进行数值模拟,得出了流场压力分布图,并通过对出口流量曲线和混合区内速度、压力分布特点进行分析证明了凸轮转子泵泵送中存在明显的涡流运动,不同时刻涡旋产生的位置、强度和数目不同,并且发现涡旋的发展使出口流量曲线出现除回流冲击脉动外的第二个小脉动,同时对流量脉动幅值以及最大冲击角有明显的影响,为更准确地研究凸轮转子泵的流动规律提供了重要的理论依据。
熊安然等对渐开线叶型凸轮转子泵的进液流量脉动进行了分析,给出了理论流量、实际流量的计算方法,并通过计算某生产实例并明:风机的流量脉动是引起凸轮转子泵的压力脉动的主要原因之一,减小流量脉动可以使风机的出口压力脉动随之减小;在同等条件下三叶凸轮转子泵比两叶凸轮转子泵的进液流量脉动小;合理的选择凸轮转子泵的设计参数,提高容积效率,减小内泄漏可以减小进液流量脉动,增加实际流量平均值。这些为风机的减振降噪设计尤有重要的意义。
孙刚等针对一种新型扭叶转子转子泵,根据两类相对流面理论(其中,S2流面采用一种改进的流线分析法),对转子泵内部流场进行简化计算表明:两叶轮在旋转过程中相互啮合,致使风机内部流场,尤其是出风口附近的流动情况特别复杂。这对凸轮转子泵设计的进一步改进有一定的参考价值。
熊滨生等通过对渐开线型三叶凸轮转子泵的设计参数的分析,计算出了径并得Rm/a的选取范围在1.35-1.45之间较为合适,应使风机的的容积效率叩之0.8,以保证风机具有较高的实际流量。
吴建华等通过对罗茨机械工作过程的分析,导出了逆流冷却凸轮转子泵和罗茨真空泵出口温度的表达式,分析了逆流冷却对出口温度的影响以及高压液体回流对出口腔容积不均匀度的影响,证明了逆流冷却能有效地降低出口液流脉动和噪声。
田国光对逆流冷却技术在凸轮转子泵中的应用进行了理论分析,导出了出口温度的计算公式,并以RD-125风机为例,介绍了逆流冷却凸轮转子泵的没计方法,并通过分析了对比实验数据表明:采用逆流冷却技术,可降低凸轮转子泵的出口温度,从而提高凸轮转子泵的出口压力,扩大凸轮转子泵的应用范围;采用逆流冷却技术,可以减小凸轮转子泵的液流脉动噪声,有利于环境噪声的治理;相对于双级凸轮转子泵,采用逆流冷却技术的单级凸轮转子泵具有占地面积小,设备成本低,维护简单等优势,但消耗的轴功率要比双级凸轮转子泵高。
崔天生等通过分析三叶圆弧——圆弧包络线齿型和逆流冷却对面积利用系数、泄漏量、出口温度和出口液流脉动的影响,说明了这项技术的利用能提高高压比和高吸液温度时凸轮转子泵的效率和可靠性,降低其振动和噪声,扩大其应用范围。
曾贤明等根据同一机型、同一规格的干式罗茨真空泵RC一100V和湿式罗茨真空泵RC-IOOW的实验结果,通过数据分析以及理论研究,推导出湿式罗茨真空泵用于正压输送时的性能,得出了用喷水的方法可以提高凸轮转子泵性能的结论。
刘正先等通过对空冷转子泵及带逆流冷却凸轮转子泵的内泄漏量的计算进行了影响参数分析,给出了具体的修证公式,并通过原有经验公式以及修正后计算公式对内泄漏进行计算并与实验结果做了比较。比较结果证明修公式计算结果是准确的,可提高带逆流冷却凸轮转子泵泄漏量的工程计算精度。
陈长琦等通过分析凸轮转子泵的工作过程,根据平行平板间稀薄液体的流动理论建立泄漏模型,用模型来描述转子回转和不同流态下的压力差引起的径向泄漏。求解数学模型可为改进凸轮转子泵的性能提供理论依据。
熊滨掣等通过对一渐丌线型三叶凸轮转子泵研究表明:基圆容积处于泄漏间隙与进液口之间,对内泄漏流动有阻隔作用,三叶转子泵的内泄漏对容积效率影响很大,内泄漏流量主要取决于叶轮与机壳间的泄漏量Q酚、叶轮与叶轮之间的泄漏量Q6£,因此,机壳镗孔直径、叶轮外径的加工公差必须严格控制,装配后还需专门检测这两处的装配间隙。
Turk与Burkhard通过对凸轮转子泵内部流场进行实验研究,对间隙的影响做了定性分析:叶轮与壳体、叶轮与墙板之间的间隙对流场性能影响最大,转速越大,泄漏量越大。
John Vande Voorde,Jan Vierendeels和Erik Dick采用虚拟网域方法对凸轮转子泵流场进行仿真,得出网格尺寸如果大于两叶轮之间的间隙,在两叶轮之问的区域会产生速度跳跃和压力失真,从而使仿真出现较大误差。
H Vogelsang,B Verhtilsdonk和M Tfirk通过对直叶和扭叶凸轮转子泵流场仿真并进行比较,对压力脉动问题进行了研究,得出扭叶凸轮转子泵的脉动大大降低,性能优越。
程章松等分析了凸轮转子泵的噪声特性,以FSL45WC三叶凸轮转子泵为例,采用先进的噪声控制技术和降噪设计方法,有效地降低了凸轮转子泵及周围环境的噪声,证明了降低噪声最有效最经济的方法是采用主动降噪的新设计、新工艺来降低源噪声。
肖辉进等针对凸轮转子泵的特点,结合国内外对噪声治理的科研成果,提出了在设计与制造上降低凸轮转子泵工作噪声的方法,并列举了一些具体实例加以说明,为凸轮转子泵的降噪设计提供了有益参考。
陈泗水对凸轮转子泵的选型设计进行了研究,并通过实例说明,同一型号的凸轮转子泵分别在标准进液状态和实际进液状态下运行时,所表现出的性能是不同的,尤其是介质的分子量较小或进液温度较高时,这种差异更为明显,甚至影响到整个工艺流程,为用户和设计者提供了有益参考。
王孚懋等结合虚拟仪器与数字信号处理技术,利用图形化编程软件Labvicw开发出了新型凸轮转子泵转子振动测试系统,实现了对凸轮转子泵运行状念的监测。实验证明,基于Labview设计凸轮转子泵虚拟振动测试系统,可有效获取风机的振动信号,并对其进行时域和频域分析,可以及时发现故障,避免风机运行中事故的发生。
肖辉进针对凸轮转子泵的特点,结合国内外对AutoCAD丌发的经验,在AutoCAD平台上,采用VC++和ObjectARX对凸轮转子泵叶轮进行了二次开发。整个系统的效率、结构、容错性保持良好的状态,同时系统具有良好的扩充性,可以把其它类型的叶轮添加到该系统中,扩大它的使用范围。
方树鹏等对绿色设计在凸轮转子泵设计上的应用进行了研究,分析了绿色设计在凸轮转子泵设计中的必要性,并得出了绿色设计在凸轮转子泵设计上应用的具体方法。

从以上可以看出凸轮转子泵的研究主要集中在流体特性仿真技术的丌发应用、结构优化、泄漏、逆流冷却技术等方面,以降低噪声,提高品质为目的。


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