ساخت و تحلیل عددی پمپ دنده ای بر اساس cad

تحلیل عددی پمپ دنده ای بر اساس cad بسته به نوع منبع مورد استفاده برای ارزیابی، به ترتیب در قالب‌های تحلیلی، عددی و CAD طبقه‌بندی شده‌اند. معادلات تحلیلی، جداول جستجو یا نقشه‌های CAD.
به طور خاص، روش آخر با توجه به کاربرد آن در زمینه صنعتی بسیار جالب به نظر می رسد، زیرا می تواند مستقیماً توسط طراحان CAD بدون صلاحیت خاص در مدل سازی پمپ پیاده سازی شود.

یکی دیگر از مسائل مهم، توانایی مدل برای در نظر گرفتن تغییر فاصله ها به دلیل حرکات ریز چرخ دنده ها و تغییر شکل الاستیک قطعات ثابت (صفحات تعادل، پوشش) است.
این موضوع، نشان دهنده یک گام مهم رو به جلو در شبیه سازی است، در بخشی که به برهمکنش سیال و اجسام اختصاص داده شده است، توضیح داده شده است.
در نهایت، توضیح مختصری از مدل‌های هوادهی سیال پیاده‌سازی شده در محصولات نرم‌افزاری تجاری نیز ارائه می‌شود.

در این بخش یک مثال برای هر نوع پمپ دنده ای به طور خلاصه نشان داده شده است. در همه شکل ها، چرخ دنده در جهت عقربه های ساعت می چرخد و درگاه تحویل در سمت بالا قرار دارد.
شکل 1 یک پمپ ژروتور فشار کم را نشان می دهد که در یک مدار روانکاری برای موتورهای احتراق داخلی استفاده می شود.

در حالت ایده آل، پروفیل های کونژوگه روتورها به تعداد دندانه های N دنده بیرونی نقاط تماس دارند. در شکل 3 نمونه ای از پمپ دنده خارجی نشان داده شده است.

مایع در حجم های بین دندانی (که به آن حجم های فضای دندانی یا حجم های انتقالی نیز گفته می شود) در امتداد حاشیه دو چرخ دنده منتقل می شود. دو شیار روی صفحات تعادل برای جلوگیری از گیر افتادن سیال در ناحیه مش بندی ماشین کاری شده است.

صفحات تعادل بوشینگ ها را در خود جای می دهند و با فاصله روی بدنه نصب می شوند تا حرکت محوری کوچکی مجاز باشد.
در قسمت عقب صفحه های تعادل، فشار تحویل بر روی سطح مناسبی که توسط یک مهر و موم محدود شده است عمل می کند تا نیروی گیره ای روی چرخ دنده ها ایجاد کند. به این ترتیب جبران فاصله های محوری به دست می آید.

انواع مدل شبیه سازی را می توان با استفاده از سطوح مختلف جزئیات از نظر پدیده های در نظر گرفته شده مانند اثرات حرارتی، کاویتاسیون یا ریزحرکات قطعات مکانیکی انجام داد.

علاوه بر این، می توان از گسسته سازی های فضایی مختلف استفاده کرد، از این رو مدل ها را می توان در 0D (پارامتر توده ای)، 1D یا 2D-3D (CFD) طبقه بندی کرد.
در نهایت، می‌توان راه‌حل‌های ترکیبی را نیز پیاده‌سازی کرد، به‌عنوان مثال، جفت کردن مدل 0 بعدی یک پمپ دنده ای با مدل 1 بعدی لوله تحویل به منظور باز تولید ریپل فشار، چندان غیر معمول نیست.

مثال دیگری با یک مدل 0D برای شبیه سازی جریان اصلی و یک مدل 2 بعدی از شکاف ها برای ارزیابی نشت ها در صورتی که هندسه کاملاً پیچیده باشد نشان داده شده است.
واضح است که هر چه تعداد ابعاد بیشتر باشد، سطح جزئیات و همچنین زمان محاسباتی نیز بالاتر است.

مدل های پارامتر برآمده (0D)

شبیه‌سازی پارامتر یکپارچه شامل این فرض است که هر حجم کنترلی که حوزه محاسباتی به آن تقسیم می‌شود، دارای خواص همگنی مانند فشار و دما است.

این محبوب ترین رویکرد است، زیرا نشان دهنده بهترین سازش بین دقت و زمان محاسباتی است.

هر حجم کنترل توسط یک عنصر خازنی شبیه سازی می شود که فشار را به عنوان تابعی از نرخ جریان ورودی خالص محاسبه می کند.
ولوم های کنترلی توسط مولفه های مقاومتی که نرخ جریان را به عنوان تابعی از افت فشار محاسبه می کنند به هم متصل می شوند.

عناصر مقاومتی اصلی توسط محدود کننده‌های متغیری که برای شبیه‌سازی رابط بین محفظه‌های متغیر چرخان و حجم‌های ورودی/خروجی استفاده می‌شوند، نشان داده می‌شوند.

در این حالت رژیم جریان عمدتاً متلاطم است. عناصر مقاومتی اضافی، شبیه‌سازی شده توسط محدودکننده‌های آرام، برای مدل‌سازی نشتی‌ها از طریق فاصله بین دو چرخ دنده و بین یک چرخ دنده و پوشش استفاده می‌شوند.
به طور کلی ساختار پمپ دنده‌‌ای به عنوان یک دنباله از اجزای خازنی و مقاومتی که برخی از آنها با هندسه متغیر به عنوان تابعی از زاویه شفت، طرحواره می شوند.

کنترل صداها

انتخاب حجم کنترل نه تنها بر پیچیدگی مدل، بلکه بر نتایج نیز تأثیر دارد. اساساً دو رویکرد متفاوت ممکن است [25]، که از این پس به نام های تک محفظه (SC) و چند محفظه (MC) نامیده می شود.

با رویکرد SC، یک حجم کنترل به هر محفظه حجم متغیر مرتبط است، علاوه بر این، حداقل دو عنصر خازنی اضافی برای حجم های ورودی/خروجی وجود دارد. با این حال، در صورت نیاز به شکافتن بیشتر لوله ها، می توان اجزای بیشتری داشت.

با رویکرد MC، تمام محفظه های متصل به یک حجم با هم جمع می شوند تا دو حجم متغیر اصلی (یکی برای ورودی و دیگری برای خروجی) به دست آید. علاوه بر این، حجم‌های اضافی برای محفظه‌های ایزوله و برای حجم محبوس شده استفاده می‌شود.