论文部分内容阅读
低噪声水压叶片泵由于具有输出流量和压力平稳、振动噪声低、结构紧凑等特点,在海军舰船及众多工业领域有广阔应用前景和市场需求。本文以额定压力10MPa、额定转速1500r/min和理论排量40mL/r的水压变量叶片泵为研究对象,从减小过渡区配流噪声和定子变量机械振动噪声两个方面,展开相应的减振降噪技术研究。本文分析了现有配流盘减振槽设计理论和方法的不完善性,突破传统顺向优化设计思路的束缚,提出了减振结构的反求优化技术,阐述了采用理论优化和实验研究相结合的方法,从抗压力冲击和抗汽蚀性多角度评判减振降噪性能。基于过渡区配流数学模型,采用反求优化获得了直线槽、指数槽和抛物线槽,并从理论上说明了其抗液流冲击性能优于传统的三角槽、三角矩形槽。通过建立配流过渡区动态流场模型,应用动网格、滑移网格和UDF技术,对各减振槽的空化特性进行了CFD仿真研究。通过分析汽体体积分数和空化类型表明,采用反求优化方法得到的减振槽的抗汽蚀性能优于传统减振槽。本文设计了配流盘减振槽过渡区配流模拟实验装置,通过压力流量特性实验和六次函数曲线拟合,获得了各减振槽的节流非线性函数,为反求优化数学模型提供了修正依据。此外,通过振动加速度频谱、压力脉动频谱和近场空气声压频谱的测量,去识别空化的剧烈程度。谱分析结果和仿真都表明抛物线槽的抗汽蚀和抗液流冲击性能最优,被选为本文最优减振槽结构。基于最优减振槽结构,建立了定子振动数学模型,分析了液压径向力和叶片作用力的脉动,并采用剩余压紧力法设计了定子支承结构,研究了定子运动过程中摩擦力的波动。基于定子振动受力分析,设计了变量调节器和阻尼网络抑振结构,进而建立了定子动力学和泵流体耦合模型,以流体噪声和机械噪声特征参数为优化目标,对泵进行了抑振降噪多场耦合仿真优化。仿真结果发现,定子能够快速响应变量,但由于受多个脉动力的影响,其处于浮动的动平衡振动状态,振幅约为0.123mm。相对于相关文献的油压叶片泵,本文优化后的水压叶片泵出口压力超调、定子振动、压力流量脉动都较小,抑振降噪效果明显。