径向间隙对转子泵容积效率的影响

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凸轮转子泵是-种非接触式容积式泵，具有体积孝结构简单、重量轻和拆卸维修方便的优点，广泛用于化工、食品和医药等领域。凸轮转子泵由于转子之间和转子与机壳内壁之问不接触，设有-定的间隙，可以输送多种介质，尤其是对含有气的泡沫质与颗粒的多种液体和较大粘性的液体，具有很好的发展前景。间隙在转子泵结构设计中是至关重要的，间隙的合理性直接影响着转子泵的流量和容积效率。因此，如何准确、方便地确定转子泵的间隙最佳值，是业内的研究热点。文献[1-2]介绍了转子泵的设计采用经验数据给出的推荐值，再通过内泄量分析确定具体的间隙值。张洪信等3]介绍了转子泵的结构参数的优化设计，结合泄漏量理论公式计算出间隙。熊滨生等4]通过对罗茨风机内泄量流量理论计算分析，得出了间隙与内泄量之间的关系。陈长崎等5]建立了径向间隙泄漏模型，通过此模型获得了径向间隙与极限压强之间的关系。宋建强等[6]通过分析罗茨鼓风机转子工作间隙的影响因素，确定转子各部间隙。文献[7-9]介绍了间隙对齿轮泵性能的影响，从各个方面对间隙进行优化设计，得出间隙的最佳值。上述文献都是通过理论计算和实验方法得出结果，其过程复杂，计算繁琐。

本文利用 FI，I J日rI、，对三叶凸轮转子泵内流厨行仿真计算，分析不同径向间隙下，转子泵的流量和容积效率的变化规律；同时分析在不同进出口压差的工况下，间隙对泵的流量和容积效率的影响。与常用理论分析和实验方法相比，本文采用的方法更加方便精确。根据数值仿真的研究结果，合理选择转子泵径向间隙，对于产品的设计和选型均有重要的参考价值。

1 计算模型建立和数值计算方法1.I 计算模型建立和网格划分本文采用三叶凸轮转子泵，其几何参数为：转子叶顶圆直径 D-180 mm，转子中心距 A-136 mm，主动转子的转速 -300 r/rain。凸轮转子泵的三维计算模型如图 1所示。

由于凸轮转子泵三维模型可以由二维模型轴向延伸得到，三维模型径向截面流动与二维的流动情况基本相同，二维的计算模型已经能满足分析流场的需求。又由于本文 CFD的计算为非定常，花费的收稿 日期：2013 04 08基金项 目：国家自然科学基金资助项目(51249003)作者简介：钱浩海(1986-)，男，安徽安庆人，硕士研究生，主要从事电液控制与流体传动的研究。

通信作者：李 呋，电子邮箱 ：liyi###zstu.edu.cn700 浙 江 理 工 大 学 学 报 2013年 第 3O卷时问出现了 6次谐波变化。这是由于两转子周期性转动且相互啮合所产生的，流量重复性好，其频率与转子泵的转子叶片数相符合，由此可以表明用此模型进行数值计算，能较为准确地模拟转子泵的工作过程。

咖鲁噬丁 咖口剖图 4 进口质量流量随时问变化规律曲线径向 隙c/mm po 1 MPa， - - 0.2 MPa， 1 O.3 MPa(a)进J流量表 1 转子泵时均流量和容积效率2.1 性能分析本文对不同间隙的转子泵进行数值模拟，其间隙的推荐值范围是根据经验数据和内泄量理论分析得出的间隙来选取的1。]。利用 FLUENT软件模拟分析，得出了转子泵的时均特性随径向间隙的变化规律如图5所示。由图 5可以看出，在压差相同的情况下，转子泵质量流量和容积效率随径向间隙的增加而明显减小；然而在径向间隙相同的情况下，转子泵的质量流量和容积效率随压差的增加而减校表 1为转子泵在各个径向间隙和压差下的时均质量流量和容积效率的具体数值。表 1数据显示，当转子泵的径向间隙 C从 0.1 mm增加到 0.3 mm时，在 0.1、0.2、0.3 MPa 3个压差值下，转子泵的容积效率分别下降了 12.5 、17.7 、21.0 。上述结果说明：径向间隙增加，容积效率下降；对于该转子泵，随着压差增大，径向间隙增加对容积效率的影响增大，这也限制了泵出口压力的提高。

图5 转子泵时均特性O.1O0.200.300.1Oo.200.300.100.200.30表 1中，转子泵的容积效率 计算公式如下：径向问隙c/mm 产0 1 M Pa， p O.2 MPa， P 0.3 MPa(b)容积效率- - (1) - -式中， 是实时供油量，m 是时均质量流量，是理论供油量。其中 的表达式如下：V1-((D/2) -(A/2) )×L×7z×27 (2)式中，D是转子顶圆直径(mm)，A是两转子中心距(mm)，L是转子宽度(mm)(二维理论流量计算，转子宽度 L- 1 000 mm)， 是 转子 的转速(r/min)。

2.2 内部流场分析图 6、图7、图 8为压差值 0.2 MPa的工况下，分别在 0.1、0.15、0.2 S三个时刻位置时，不同间隙下转子泵的速度矢量图(其他压差类似)。由图6局5 9 O O 3 3 5 6 5 跎 踞 %5 3 9 8 3 6 2 2 3 ∞ 踮 .。 趴 订1 1 l 2 2 2 3 3 3 O O 0 O O 0 O