تبدیل انرژی مکانیکی به هیدرولیک در پمپ دنده ای چگونه است؟

این مقاله به مشکل پیش‌بینی اثرات کاویتاسیون در پمپ دنده ای می‌پردازد و ویژگی‌های دینامیکی انتشار و جذب در پمپ دنده ای (از جمله هوا و بخار آزاد) را در نظر می‌گیرد. چندین روش برای ارزیابی خواص سیال در شرایط حفره‌ای در گذشته پیشنهاد شده‌اند، اما روش‌هایی که برای مدل‌سازی اجزای هیدرولیک با رویکرد پارامتر کلاسیک لامپ مناسب هستند، ماهیت دینامیکی اثر کاویتاسیون در پمپ دنده ای را در نظر نمی‌گیرند.

کاویتاسیون می تواند تأثیر مرتبطی بر عملکرد اجزا داشته باشد، به ویژه برای ماشین های جابجایی مثبت که مستقیماً به مخزن نفت متصل می شوند. با هدف مطالعه اثرات کاویتاسیون در واحدهای هیدرواستاتیک، در این مقاله یک مدل جدید برای توصیف خواص سیال – که از فرمول ساده‌شده مدل کاویتاسیون کامل استفاده می‌کند – در یک مدل پارامتری توده‌ای موجود برای ماشین‌های دنده خارجی که قبلا توسط تیم تحقیقاتی نویسندگان در حالی که فرمول اولیه مدل سیال جدید قبلاً برای یک محفظه سیال بسته تایید شده بود، مطالعه حاضر فرمول خود را برای سیستم های کاملی که در آن محفظه های متعدد با حجم متغیر به یکدیگر متصل هستند، گسترش می دهد.
یک مجموعه آزمایشی مناسب برای تأیید اعتبار مدل پیشنهادی برای مورد پمپ‌های دنده‌ای خارجی ایجاد شد.

مقایسه بین فشارهای فضای داخلی دندانی لحظه ای اندازه گیری شده و شبیه سازی شده و همچنین نرخ جریان خروجی ارائه شده است.
اهمیت مدل پیشنهادی با مقایسه پیش‌بینی‌های آن با پیش‌بینی‌های به‌دست‌آمده با استفاده از مدل‌های کلاسیک ویژگی‌های سیال، که نمی‌توانند با دقت اثرات کاویتاسیون را پیش‌بینی کنند، برجسته می‌شود.

اثر کاویتاسیون در پمپ دنده ای

توصیف اثرات کاویتاسیون ناشی از تولید در پمپ دنده ای یک مشکل رایج در طراحی سیستم های قدرت سیال، به ویژه برای طرح های مدار باز است. کاویتاسیون در پمپ دنده ای زمانی اتفاق می افتد که فشار سیال کمتر از فشار اشباع (معمولاً فشار اتمسفر در مخزن) باشد و هوای حل شده در روغن آزاد شود.

به طور مشابه، حفره بخار زمانی اتفاق می افتد که فشار به مقادیر کمتر از فشار بخار سیال برسد.
بنابراین، در سیستم‌های هیدرولیک، کاویتاسیون در تمام قطعاتی که در شرایط فشار کم قرار دارند، از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است.

با توجه به پیامدهای منفی پدیده کاویتاسیون، مانند آسیب‌های ساختاری و فرسایش ناشی از فروپاشی حباب هوا یا بخار، کاهش ظرفیت جریان واحدهای هیدرواستاتیک و تولید نویز اضافی ناشی از سیال، در تمام سیستم‌های قدرت سیال تعداد اجزاء تشکیل می‌شود.

کار در شرایط فشار زیر فشار اشباع باید به حداقل برسد.
در حقیقت تلفات فشار در اتصالات ورودی از مخزن همیشه به حداقل می رسد و ورودی قسمت تولید نیروی هیدرولیک سیستم (پمپ) معمولاً مستقیماً به مخزن متصل می شود.
بنابراین، واضح است که چگونه جزء اصلی در معرض پدیده کاویتاسیون در سیستم‌های قدرت سیال، پمپ در اساساً همه طرح‌بندی سیستم‌های ممکن است (پمپ‌های اولیه در مدارهای حلقه باز، پمپ‌های شارژ در سیستم‌های حلقه بسته).

تبدیل انرژی مکانیکی به هیدرولیک

در سیستم‌های قدرت سیال، پمپ‌ها وظیفه فرآیند تبدیل انرژی مکانیکی به هیدرولیک را معمولاً با نسبت‌های توان به وزن بالا بر عهده دارند و همچنین مهمترین عنصر را در مورد عملکرد کلی سیستم از نظر بازده انرژی، تولید نویز، قابلیت کنترل سیستم و رفتار دینامیکی نشان می‌دهند.

به همین دلیل، مهم ترین تلاش مدل سازی در فناوری توان سیال برای توصیف پمپ ها انجام شده است.
با این حال، شبیه‌سازی این واحدها برای همه معماری‌های طراحی موجود، یک کار بی‌اهمیت نیست. چندین مدل عددی پیشرفته که اخیراً برای توصیف عملکرد ماشین‌های جابجایی مثبت معرفی شده‌اند، شامل ارزیابی دقیق جریان اصلی از طریق واحد حسابداری ویژگی‌های هندسی و سینماتیکی اصلی ماشین از طریق رویکردهای پارامتری توده‌ای است.

سپس این مدل‌ها توصیف جریان اصلی را با مدل‌های برهمکنش حرارتی-سیال-ساختار برای ارزیابی جریان شکاف روانکاری داخلی، که منبع اصلی تلفات توان هستند، ترکیب می‌کنند.
این رویکردها ریز حرکات قطعات مکانیکی داخلی و تغییر شکل‌های مادی و حرارتی را برای توصیف هندسه شکاف آنی در مقیاس میکرو در نظر می‌گیرند. نمونه های قابل توجهی توسط مدل های ارائه شده توسط Dhar و Vacca [1،2]، Pelosi و Ivantysynova [3] و Schweiger و همکاران ارائه شده است. [4]. فعالیت های تجربی گسترده ای برای اعتبارسنجی مدل های ذکر شده انجام شده است.
با توجه به ملاحظات بالا، به نظر می رسد که چگونه ارزیابی اثرات کاویتاسیون در ماشین های جابجایی مثبت را می توان تنها با استفاده از مدل های عددی برای خواص سیال مناسب برای رویکردهای پارامتر توده ای ذکر شده انجام داد.
برای خدمت به این منظور، چندین رویکرد جریان یک سیال بر اساس فرض پیوسته (سیال همگن) پیشنهاد شده است.