【正文】 在 熱力學(xué)性質(zhì)液體和蒸汽 基礎(chǔ)上 的用來理解了基本的物理現(xiàn)象的質(zhì)量流量減少和波動產(chǎn)生影響的液壓工具和噴射系統(tǒng) 。 Dular et al 開發(fā)了一 套 專 業(yè) 系統(tǒng) 用它來 監(jiān)測和控制的液壓機械和調(diào)查 氣 蝕的可能性 通過使用 運用計算流體 動力學(xué) (CFD)工具。 通過一個簡單的單翼配置在一個空化隧道 ，氣蝕 侵蝕作用 已經(jīng) 被測量和驗證。 它假定了嚴重侵蝕經(jīng)常是由于 一個 主要 的 空穴飛轉(zhuǎn)的 漩渦 重復(fù)的崩潰 所產(chǎn)生 的。 然后 ,在汽蝕強度通過一套簡單流參數(shù)可能擴大 : 上游速度 ,空腔長度和壓力。 一個新的空蝕裝置 ,稱為漩渦汽蝕生成器 ,介紹了各種侵蝕情況 。 更多的先前的研究已經(jīng)被集中在閥板的設(shè)計 ,在軸向柱塞泵中活塞和泵壓動力學(xué)與空穴現(xiàn)象相關(guān)聯(lián)。 控制體積的方法和瞬時流 (泄漏 )正在深刻地研究 中 。 Berta et al 采用有限體積的 概念發(fā)展 了 一個數(shù)學(xué)模型 ，壓力平衡槽的形 式 已經(jīng) 被效仿 和 氣態(tài)的汽蝕 被認為是在一個簡化的方式 。 一種改進的模型 已經(jīng)被提出 且 實驗驗證了 其 結(jié)果。 該模型可以分析氣缸壓力和流量的漣漪影響壓力平衡槽的設(shè)計。 四種不同的數(shù)值模型的重點是液壓液 體 的特點 ,考慮到 空穴 以不同的方法 協(xié)助減少流量振蕩 。 柱塞 泵發(fā)展的經(jīng)驗表明 ,優(yōu)化的空穴現(xiàn)象 應(yīng)當包括下列問題 : 發(fā)生氣 蝕和空氣釋放、泵聲學(xué)引起的噪聲誘導(dǎo)、最大振幅的壓力波動 ,轉(zhuǎn)動力矩進展等。 然而 ,這項研究的目的是 修改配流盤的設(shè)計來防止氣 蝕造成侵蝕蒸汽或空氣泡沫崩潰的墻壁上的軸向泵組件。 與 文學(xué)研究 相反 ， 這項 研究主要集中在 配流盤的幾何形狀 和氣 蝕分析之間的關(guān)系的發(fā)展。此 優(yōu)化方法應(yīng)用于分析的壓力脈沖 與 活塞孔內(nèi)飽和蒸汽壓。 2 軸向柱塞泵 ,配流盤 典型軸 向柱塞 泵的原理 如 圖 1 所示。 在這種情況下，軸偏移 e的設(shè)計 對 降低成本 是十分重要的 。 柱塞泵 斜 盤傾 角度是可變的，決定每轉(zhuǎn)的排量即決定柱塞泵的流量 。 如圖一所示，第 N 個柱塞滑靴組件轉(zhuǎn)過的轉(zhuǎn)角為n?， 在第 n 個柱塞滑靴組件 沿 x 軸的位移可以寫成 xn = R tan（ ? ） sin（n?） + a sec（ ? ） + e tan(? ) (1) 其中 R 為 柱塞滑靴組件的分布圓 半徑。 此刻 ，在第 n 個 柱塞 的瞬時速度是 x˙n = R 2sec( )?sin（n?） ? + R tan（ ? ） cos（n?） ? + R 2sec( )?sin（ ? ）? + e 2sec( )? ? (2) 其中 軸泵的旋轉(zhuǎn)速度 ? =dn? ???dt. 配流盤是 約束 柱塞 泵流量 的 最重要的設(shè)備。 配流盤吸排油窗口的幾何形狀以及瞬時相對缸體腰形窗口的位置通常被稱為配流盤的時間效應(yīng) 。 配流盤開口 與缸體底部的腰形窗口的重疊 構(gòu)建流程區(qū)域或通道 ,它限制了 柱塞 泵的流體動力學(xué) ，影響著其力學(xué)性能。在圖 2 中，在配流盤上吸排油窗口的角度分別為(, ) Tia?，(, ) Tia?.缸體配流腰形窗口的開啟角度為 ? 。 在某些設(shè)計 ,在缸體腰形窗口 和 吸排油窗口的相對 位置 在上死點 或 下死點出現(xiàn) 疊區(qū)域被稱為 “crossporting“在 泵設(shè)計工程 。 正是由于它的存在，使柱塞泵的容積效率大大的降低。 被困量設(shè)計與交叉移植 設(shè)計 相比，它可以實現(xiàn)更好 提高容積 效率。 然而 , 在實踐中 ，交叉移植設(shè)計 是通常用于 改善 噪音問題和泵穩(wěn)定 問題 。 3， 柱塞腔有效容積的控制 在柱塞泵中，液體在活塞，缸體柱塞孔，滑靴，配流盤和斜板所組成的空間中流動 如圖 3所示。在每個柱塞空中，其瞬時質(zhì)量計算式為 nM = ? nV (3) 對上式求導(dǎo)可得 nnnd M d Vd Vd t d t d t? ??? (4) 根據(jù)連續(xù)性方程，控制體積的質(zhì)量率為 n ndM qdt ?? (5) 其中 nq 為一個柱塞空中的瞬時流量 從體積彈性模量的定義 可知 ， ndPddt dt???? (6) 其中， Pn是 柱塞孔內(nèi) 的瞬時壓力。 聯(lián)立方程（ 4）、（ 5）、（ 6）可得： (? )n n nn n nd P q d Vd V w d????? (7) 其中 泵軸 旋轉(zhuǎn)角 速度 nddt??? 。 一個 柱塞 孔的瞬時 流 量，可以 有 計算式（ 1） 求的 : nV = 0V + PA [R tan（ ? ） sin（ n? ） + a sec（ ? ） + e tan(? ) ] (8) 其中 : PA 為 柱塞的有效截 面積， 0V 是每個 柱塞的有效容積 容積率的變化可以在一定的斜 盤 角度計算，即 ? =0， 因此 ta n c o sn pnndV ARd ??? ? （ ） （ ） (9) 聯(lián)立方程（ 7）、（ 8）、（ 9）可得 0[ t a n( ) c os( ) ] [ t a n si n se c t a n ( ) ]nPnnn p nq ARdPd V A R a e? ? ??? ? ? ? ??? ? ? ?（ ） （ ） （ ）(10) 優(yōu)化設(shè)計 為了找到壓力超超量以及負脈沖可以用方程（ 10）進行優(yōu)化。 對 一個非線性函數(shù) ， 為使其達到 最大值和最小值通常是最優(yōu)化的目標。如果是一個閉區(qū)間上連續(xù)函數(shù)， 其 最大值和最小值 必然 存在。此外， 函數(shù)的 最大（或最?。?，要么必須是當?shù)刈畲螅ɑ蜃钚。┯虻膬?nèi)部或必須位于域的邊界上。因此，找到一個 函數(shù) 最大 值 的方法（或最小）是 在 所有的局部極大（或極?。┰趦?nèi)部檢測，評估在邊界上的極大（或極小）點，并選擇最大（或最?。?在 柱塞 孔的控制 體積的 壓力可能會發(fā)現(xiàn)，無論是作為最小或最大值為 DP / DT = 0。因此，讓 方程 （ 10） 的左邊 等于零 ，可得： ta n( ) c os( ) 0n p nq A R ? ? ??? (11) 因此，柱塞泵吸油窗口的壓力不能太低，否則易產(chǎn)生汽蝕現(xiàn)象。在柱塞泵中的流量可能會通過在圖中表現(xiàn)出了幾個方案 ：（一）配流盤 與 缸體的間隙 ，（二） 柱塞 和 缸體柱塞孔 之間的間隙，（三）柱塞與滑靴之間的間隙 ，（四） 滑靴與斜盤 之間的間隙，（五） 缸體底部腰形窗口與配流盤 之間的重疊區(qū)域之間的間隙。由于泵的運行平穩(wěn)，在層流流動，可以計算為 312IV kkLn iIkhqpL???? ? (12) 其中 h? 為間隙的高度， kL 為間隙的或通道的長度，其它參數(shù)具體參考流體力學(xué)相關(guān)知識。 流量對于 （五） ，主要是在高速 的情況下運轉(zhuǎn) ，可以通過 紊流 方程來描述 。 2 ( ) 2 ( )( ) ( )i n d nT n d i d dp p P pq c A c A???????? (14) 其中 Pi和 分別為柱塞泵吸排油窗口的壓力 和 ()iA? ， ()dA? 分別為 每缸體腰形窗口 和 配流盤吸排油窗口 單獨的瞬時之間 的重疊面積。 非線性函數(shù)的旋轉(zhuǎn)角度 面積的定義 ，這是由 缸體腰形窗口 ， 配流盤吸排油窗口 ， 阻尼槽 ，減壓孔，等等幾何圖形 決定的 。 結(jié)合方程（ 11）、（ 12）、（ 13）、 (14)，則此面積的方程為： 3ta n( ) c os( ) ( )12()2( )K I V kkP n n ckIkd i nhA r p pLAc p p?? ? ?? ??????? ??(15) 其中 ()A? 為 總重疊面積 ， ()A? = ( ) ( )idAA? ? ?? 且 ? 的定義為： d n i np p p p?? ? ? 在 柱塞 孔 中 ，壓力從低到高不等，而通過 配流盤吸油口與排油口 。這可能是瞬時壓力達到極低值在 吸油窗口（ 22???? ? ? ， 圖 2所示），這有可能使其低于大氣壓 vpp ，即 n vppp? 。此時柱塞泵非常容易發(fā)生汽蝕，為阻止此類現(xiàn)象的發(fā)生，總的重疊量的面積 ()A? 設(shè)計應(yīng)滿足 30ta n ( ) c o s( ) ( )12() 2 ( )K I V kkP n v p ckI kd i v phA r p pLAc p p?? ? ?? ??????? ??(16) 其中 0()A? 的 最小面積 為 0()A? = 0( ) ( )idAA? ? ?? 0? 的定義為： 0 /d v p i v pp p p p? ? ? ? 蒸氣壓的壓力下，液體蒸發(fā)成氣態(tài)形式。根據(jù)克勞修斯 克拉珀龍有關(guān)的任何物質(zhì)的蒸氣壓隨溫度的非線性。隨著 溫度 的逐步增加，蒸汽壓力變得足以克服顆粒的吸引力和內(nèi)部的物質(zhì)，使液體形成氣 泡。對于純 介質(zhì) ，蒸氣壓可以 通過 溫度用 Antoine方程 來 確定 ，/( )10A B C T??，其中， T為油液溫度， A,B,C分別為常數(shù)。 當柱塞經(jīng)過配流盤吸油口時，壓力變化依賴于余弦函數(shù)式 （ 10）。據(jù)悉，有一些典型的 柱塞位置與配流盤 的 進油口，重疊的開頭和結(jié)尾等有關(guān)， TDC和 BDC（ / 2, / 2? ? ??? ）和零 排量 位置（ ? =0）。將討論這兩種情況如下： （ 1） 當 / 2, / 2? ? ??? 時，它 未必 總是要保持 重疊量 0()A? ，因為滑流可提供 流量來 填補真空的重疊區(qū)域。從 方程（ 16） 可知 ，讓 0()A? =0, 上下死點的時間角度可設(shè)計為 31c o s ( )ta n ( ) 1 2 2IVc v p kki IPkpp hA r L? ?? ? ? ?? ???? (17) （ 2）當 ? = 0時， cos函數(shù)有最大值，它可以提供另一個重疊區(qū)域的限制，以防止 負壓力脈沖，比如：30ta n ( ) ( )12( 0 ) 2 ( )K I V kkP v p ckI kd i v phA r p pLAc p p???? ?????? ?? (18) 其中， 0(0)A 為最小重疊區(qū)域 0(0) (0)iAA? 為了防止低 壓腔柱塞出現(xiàn) 氣泡， 方程 （ 16） 中 蒸氣壓壓力設(shè)置較低的限制。 那么 整體的重疊區(qū)域，可以得出有一個設(shè)計上的 極限 。 此限制確定條件下的泄漏，蒸汽壓力，轉(zhuǎn)速等 決定。 它表明 柱塞泵轉(zhuǎn)速越高， 越 可能發(fā)生更嚴重的氣蝕， 因此 設(shè)計需要讓更多的重疊區(qū)域在柱塞孔中 。在另一邊，低蒸氣壓力的液壓油是首選減少的機會，以達到空化條件。 事實 上，空氣釋放開始在更高的壓力主要集中在純剪切湍流層蝕過程中，發(fā)生在場景五。因此，如果存在大量被困，并溶解在液體中的空氣 ， 蒸汽壓力可能 得適應(yīng) 重疊區(qū)域的設(shè)計 在方程 （ 16）中 。 通過上述間隙層滲漏是一個在設(shè)計上的權(quán)衡。它表明， 從柱塞越多的泄露 可能會減輕氣蝕 問題。然而 ， 越 多的泄漏，可能會降低泵的效率 在排油窗口 。在一些設(shè)計的情況下，最大定時角可以由 方程 （ 17）決定， 不可兼得的 在 TDC和 BDC的同時 擁有大的 重疊的和非常低的壓力。 6結(jié)論 配流盤 的設(shè)計 是 一個關(guān)鍵問題 在 解決 柱塞 泵 發(fā)生氣 蝕現(xiàn)象 的設(shè)計中 。本研究采用控制體積法來分析一個 柱塞 內(nèi)承擔相關(guān)的流量，壓力和泄漏的 配流盤 計時。如果重疊區(qū)域由 缸體腰形窗口 和 配流盤 的 開口 開發(fā)設(shè)計不當， 就不會有 足夠的流量 來 補充 由于 旋轉(zhuǎn)運動 引起的空間 。因此，活塞的壓力可能會低于飽和蒸汽壓力， 易 形成蒸汽氣泡。為了控制有害的 氣 泡，優(yōu)化方法用于檢測 通過配流盤 時間 限制的 。分析重疊區(qū)域限制的最低壓力，需要得到滿足，以保持壓力，不會有大的 負脈沖壓力導(dǎo)致 系統(tǒng)在很大程度上增 強汽蝕 問題。 在這項研究中， 柱塞 控制量的動態(tài)開發(fā)利用 恒定的流量 系數(shù)和層滲漏等幾個假設(shè)。實際上是非線性的基礎(chǔ)上的幾何形狀， 流 量參 量等，以及在實踐中，由于振動和動力漣漪 ，特意 控制泄漏間隙 ，流量 系數(shù)可能不會保持恒定的高度和寬度 。所有這些問題 大多數(shù)情況下是根據(jù)大量的 經(jīng)驗 考慮的的，是一個個非常錯綜復(fù)雜問題以及需要進一步的研究 。本文給出的結(jié)果可以更準確地估計這些研究 提供方便。