بررسی عملکرد پمپ با چرخ دنده‌های مارپیچ

این تحقیق مقایسه‌ای بین دو رویکرد عددی توسعه‌یافته و بعداً برای مطالعه پمپ‌های دنده‌ای خارجی (EGP) ارائه می‌کند.
مدل‌هایی برای مطالعه پمپ با چرخ دنده‌های مارپیچ ایجادشده است. ابتدا، یک مدل عددی CFD سه بعدی (۳D) با استفاده از یک کد تجاری ساخته شده است. سپس ابزار جدیدی به نام EgeMATor MP+ که به طور کامل توسط نویسندگان توسعه یافته و قادر به شبیه‌سازی کامل انواع این پمپ است، ارائه می‌شود.
به لطف زیر برنامه‌های مختلف توسعه یافته در محیط‌های مختلف به هم پیوسته، این ابزار می‌تواند پمپ‌ها را به طور کامل تجزیه و تحلیل کند، از طراحی شروع می‌شود.
هر دو رویکرد عددی به تفصیل بیان شده‌اند و نقاط قوت و ضعف آن‌ها و تغییرات لازم برای دستیابی به نتایج دقیق‌تر را برجسته می‌کنند.
هر دو مدل عددی با شرایط مرزی یکسان تنظیم شده‌اند تا مقایسه دقیق‌تری داشته باشند.
مقایسه‌ها با استفاده از آزمایش‌های انجام شده بر روی یک پمپ تجاری که به عنوان مرجع در نظر گرفته شده است، با تمرکز بر عملکرد حجمی حالت پایدار و همچنین ویژگی‌های گذرا نوسانات فشار درگاه خروجی انجام شده است.

شبیه‌سازی ساختاری

مقایسه ویژگی‌های (Q,p) نشان داد که مدل عددی سه بعدی CFD دقت کمی بهتری دارد، اما هر دو مدل دارای خطاهایی هستند که در محدوده عدم قطعیت اندازه‌گیری‌های تجربی قرار می‌گیرند.

علاوه بر این، مقایسه امواج فشار توافقات خوبی را تأیید کرد، که در آن رفتار دو طرفه پمپ دنده ای نیز پیش‌بینی می‌شود.
ضمن مقایسه دو رویکرد شبیه‌سازی، این مقاله محدودیت‌ها و نقاط قوت هر یک از این دو رویکرد را برجسته می‌کند.
به طور خاص، نشان داده شده است که چگونه هر دو مدل می‌توانند با نتایج تجربی با در نظر گرفتن مفروضات مناسب مطابقت داشته باشند.
این مقاله یک سهم منحصر به فرد در زمینه شبیه‌سازی عددی EGP است و نشان‌دهنده یک مرجع مفید برای طراحانی است که به دنبال روش‌های مناسب برای شبیه‌سازی راه‌حل‌های طراحی موجود یا جدید هستند.
پمپ‌های دنده‌ای خارجی (EGPs) ماشین‌های جابجایی مثبت هستند که معمولاً در قدرت هیدرولیک و سیال استفاده می‌شوند.
سیستم‌ها برای کاربردهای صنعتی و موبایلی آن‌ها به دلیل سادگی، هزینه کم، اندازه و وزن کوچک، راندمان بالا و توانایی عملکرد در طیف وسیعی از فشارها و سرعت چرخش انتخاب می‌شوند.
یکی از ایرادات عمده این نوع ماشین‌ها، میزان نسبتاً بالای انتشار صدا و ارتعاش است.
تا زمان‌های اخیر، این نوع مسئله همیشه نادیده گرفته می‌شد، زیرا موتور محرکه اصلی مورد استفاده برای تامین انرژی این ماشین‌های هیدرولیک، موتور احتراق داخلی (ICE) بود که نویز و ارتعاشات بیشتری تولید می‌کرد.
روند اخیر برق‌رسانی هم بر میدان‌های متحرک خارج از جاده و هم بر روی جاده تأثیر می‌گذارد [1،2]، جایی که ICE با ماشین‌های الکتریکی بی‌صدا جایگزین می‌شود، بنابراین توجه به ماشین‌های هیدرولیک به عنوان منبع اصلی نویز معطوف می‌شود. این تبدیل تحقیقات را مجبور به تجزیه و تحلیل انتشار نویز ماشین‌های هیدرولیک و یافتن راه حل‌هایی برای محدود کردن آن‌ها کرده است.

مکانیزم پمپ با چرخ دنده‌های مارپیچ

مکانیسم عملیاتی پمپ‌های جابجایی مثبت، عملکرد موج‌های جریان را با ویژگی‌های مکانیکی (جابه‌جایی، تعداد عناصر پمپاژ و غیره) و دینامیک سیالات (تراکم‌پذیری روغن، جریان برگشتی، نشت‌ها و پدیده کاویتاسیون) تولید می‌کند.
این امواج عمدتاً بر نویز و ارتعاشات ناشی از مایعات پمپ‌ها تأثیر می‌گذارد. برای کاهش این نوسانات و کاهش انتشار نویز و ارتعاش پمپ‌ها، می‌توان رویکردهای بسیاری را در نظر گرفت.
برای EGP‌ها، یکی از این رویکردها شامل اجرای چرخ دنده‌های مارپیچ به جای چرخ دنده‌های خار است.
این نوع چرخ دنده امکان به دست آوردن مش‌بندی مکانیکی مترقی‌تر و تغییر شیب کمتری در حجم محفظه‌های جابجایی در برابر چرخ دنده‌های خار سنتی را می‌دهد.
برای درک بهتر این مزایا و کاهش بیشتر نویز و ارتعاشات، جامعه علمی دوقلوهای دیجیتالی این واحد را برای مطالعه و بهینه‌سازی هندسه آن‌ها معرفی می‌کند.
همانطور که مشخص است، شبیه‌سازی‌های عددی را می‌توان از طریق روش‌های مختلف پیاده‌سازی کرد:
رویکردهای CFD سه بعدی (Computer Fluid-Dynamics) و پارامترهای یکپارچه. از یک طرف، مدل‌های عددی سه‌بعدی CFD با موفقیت توسط چندین نویسنده برای تجزیه و تحلیل هر دو پمپ چرخ دنده‌ای [3،4] و پمپ‌های چرخ دنده مارپیچی [5-7] استفاده شده است، که نشان می‌دهد
دقت زیاد در پیش بینی رفتار پمپ‌ها. از سوی دیگر، مدل‌های پارامتری توده‌ای مبتنی بر یک سری حجم‌های کنترلی با ویژگی‌های همگن هستند که توسط یک سری عناصر مقاومتی و خازنی به هم متصل شده‌اند.
بسیاری از آثار مختلف نویسندگان مختلف را می‌توان با استفاده از این روش در ادبیات یافت. ژائو و همکاران [8] منبع نظری موج‌های جریان سینماتیکی EGPها را از طریق یک رویکرد پارامتر توده‌ای بررسی کرد.
برقی و همکاران [9،10] یک مدل پارامتر یکپارچه را توسعه داده و اعتبارسنجی کرد که کارایی حجمی و مکانیکی EGPs را پیش‌بینی می‌کند. باتارا و همکاران [11] و Ransegnola و همکاران. [12] رفتار دینامیکی EGPهای خار و مارپیچ را بررسی کرد.