2832MPa合成氨用氮氢气循环压缩机设计（全套含CAD图纸）
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减少超高压氮气压缩机摩擦扭矩的叶片泵通过平滑凸轮环表面Y Inaguma（1）和A Hibi（2）（1）Engineering部门、公司、Okazaki、日本Mechanical工程、Toyohashi （2）Department理工大学、Toyohashi、日本这份手稿是于2005年11月1日收到,于2006年12月4日修订后出版。往：10.1243/0954406JMES225文摘: 这项工作涉及对摩擦扭矩液压平衡的叶片泵凸轮轮廓表面粗糙度的影响，并验证平滑表面的凸轮轮廓，可以减少摩擦力矩。叶片泵中凸轮轮廓和叶片提示之间的摩擦引起的摩擦扭矩非常重要。在这篇文章中，首先，叶片尖端之间的滑动面，其摩擦系数的测定值与表面粗糙度利用各种圆柱形试验环。然后扭矩特性的叶片泵具有凸轮环轮廓表面粗糙度的不同值的测量，其结果相比的摩擦系数的分析结果的调查，使用测试环。其结果是，凸轮轮廓和叶片顶端之间的摩擦引起的摩擦扭矩减了减少表面粗糙度的凸轮轮廓，从而提高机械的效率。摩擦系数测定试验环可以应用于实际的叶片泵。关键词:液压动力系统、平衡的叶片泵、机械效率、摩擦力矩大、摩擦系数、表面粗糙度。1介绍均衡的叶片泵是现在广泛应用于多个液压动力系统因为紧凑、 重量轻、 价格低廉，和特别适用于车辆、 低压力脉动及低噪音均须助力转向系统中的液压动力源。当设计包括叶片泵、液压泵、机械的效率，以及容积效率构成了 evaluatingpumpperformance 的一个关键因素。已经研究了各种泵和液压马达的摩擦扭矩特性与数学模型。不过，在叶片泵的摩擦扭矩的组件还未被指定每个摩擦的比例转矩不定量澄清。在平衡的叶片泵，凸轮轮廓和叶片顶端之间的摩擦引起的摩擦扭矩占据泵摩擦扭矩的很大一部分因为叶片推到凸轮轮廓的压力。虽然步叶片泵6和内部叶片泵，两者都具有特殊的机制，以减少推动力的叶片，已制定了，虽然这些不适合的汽车动力转向泵因为由于叶片制造中的复杂性的成本增加。作者透露了理论研究和实验，叶片泵高压条件下的机械效率大大受凸轮轮廓和叶片顶端之间的摩擦力矩，并因此取决于不仅对叶片厚度的凸轮升程的比例为定义的参数之间的摩擦系数的研究凸轮轮廓和叶片。在此研究中，与普通的叶片，叶片泵的摩擦系数的减少以及机械效率提高了试图通过凸轮环的表面平滑，即 bylessening 表面粗糙度的凸轮轮廓，叶片的滑动表面。这项工作的前部分介绍了基本的测试结果的摩擦系数与表面粗糙度，获得的使用常数的内半径的测试环之间的关系。这项工作的后期描述的摩擦扭矩特性和实际的 vanepumps，机械效率与各种类型的表面粗糙度测定凸轮环。对机械效率凸轮轮廓表面粗糙度的影响将加以研究。2通过使用测试环的摩擦系数 ONVANE 提示的测量2.1实验装置凸轮轮廓和叶片顶端之间的磨擦系数的是通过使用测试环无凸轮升程测量的。图 1 显示的实验仪器和测量磨擦系数的液压回路的示意图。测试仪原本是一个实际的泵，而不是凸轮环和特殊的侧板没有端口连接与泵送还配备齐全，测试环。若要调查表面粗糙度的影响，与各种类型的表面粗糙度测试环被用在这项工作。液压回路测试也如图 1 所示。从进料泵送油是受安全阀，送入叶片反压槽的侧板测试仪中。受规管的压力 p1 触摸他们的提示，以测试环内表面上取消了测试仪中的叶片。叶片的提示侧充满了油的压力 p2，几乎相等于常压条件下进行了实验。测试仪转子轴是通过扭矩测量仪由电动马达驱动的。因为测试环已无凸轮升程，器具不能作为一种泵输送石油。即，理想的扭矩 Tth(=Vthp/2) 为零，因为 thepumpdisplacementVth 是零。因此，这种仪器测量的扭矩等于总的摩擦扭矩的轴、 转子、 叶片。图1 实验仪器和液压回路图 2 显示了测试部分的规格。转子和叶片使用此 testwere 中的叶片泵的批量生产使用的。叶片是高速工具钢制和完成桶形抛光。叶片顶端的粗糙度是约 0.3m Rz。凸轮环 R1 的小半径相同的钢筋混凝土的试验环内径。图 3 显示了对测试环内表面粗糙度的测量数据的五个例子。表面粗糙度测量方向作出与叶片的滑动方向的右角。如图 3 所示内, 表面上完成的细磨号 2、 3、 4 号、 超细粉碎，研磨后磨削 5 号 1 号测试环，正常磨和表面粗糙度成为更精细的下列数字按数值顺序排列。材料的测试环 fromNos。1 至 4 个被渗碳淬火的铁烧结合金，同样的材料，实际的凸轮环，以及 5 号的淬火钢的工具。测试套圈内的表面研磨或研磨，完成0.11.5m-Rz 粗糙度分别。测量摩擦系数，除了图 3 所示的测试环还使用其他测试 ringswere。 图2 测试环和叶片的尺寸图3 表面粗糙度的试验环使用的液压油是商业的矿物油和 40 C 在其密度 和粘度 分别为 855 公斤/立方米和 0.0293 Pas。 2.2摩擦系数的实验结果图 4 显示了对叶片p = （p1 p2） 1 号测试环的提示和底部的压力差值的摩擦扭矩T。在图 4 中，T 线性地增加 inp 增加和边坡 p T 线是旋转的升幅较小rotorN 的速度。在这种情况下，(a) 的摩擦扭矩转子和侧板，(b) 水泵轴和油密封，(c) 在布什轴承的摩擦力矩之间的摩擦引起的摩擦力矩之间的粘性摩擦(d) 摩擦扭矩的叶片，即摩擦扭矩引起凸轮轮廓和叶片顶端之间的摩擦都包含在 T。图4 P和T 之间的关系在上述的摩擦扭矩组件，叶片的摩擦扭矩随着增加 p，因为风向标的推动力是成比例的 p.所以值T-p = 0，即，Y-拦截 T0 在图 4 中的可以被视为除外的风向标的摩擦扭矩的摩擦扭矩的总和。可以计算摩擦扭矩的风向标 Tn T0 减去T 中，如图 4 所示。然后，在叶尖 磨擦系数是由以下方程在方程中 z 是叶片数、 b 是转子宽度、 w 是叶片厚度，和钢筋混凝土是检验环的内径。图 5 显示了测试五环从第 1 到 5 号p 和总氮的关系。图 5 所示，Tn 减少检验环的内表面粗糙度值的跌幅。变化Tn -p 针对的不是直线清楚订明对测试环 2 号和 3 号0.30.6mRz，表面粗糙度和针对p 的 Tn 率上升成为高高的p 地区。为 4 号和5 测试圈，这种趋势是轻微的。这一事实意味着摩擦系数不常到p，为这些测试环。图5 p和Tn之间的关系图 6 中显示的值为 测量在p = 5.88MPa。下图显示了该 极大地取决于表面粗糙度和倾向于增加 N.略有减少虽然 是在 0.100.121 号检验环，地面的正常磨削表面粗糙度为1.4mRz，显然与表面粗糙度的跌幅为 下跌的情况。叙述表面粗糙度是 0.2mRz， 成为不少于三分之一相比的1号测试环。图6 N 和 之间的关系图 7 显示表面粗糙度和三个转速 N，为 之间的关系安排从测试环的结果。随着表面粗糙度值增加 和 成为独立的表面粗糙度的地区不断大于 0.7m Rz.这个常量值的 不同 n，低于此值增加.当表面粗糙度成为 0.3mRz减少 变化轻微。图 7 所示的现象的原因被解释图 8，其中说明了环的表面和叶片提示之间的润滑条件。虽然在叶片的圆度的半径提示是比的测试环内径小得多，而是广为人知的可以在凸轮轮廓和叶片顶端之间形成的薄油膜弹流润滑理论。风向标被举起从环表面由于油膜的形成的滑动的风向标。从环的表面，高频，叶片提示的起重高度强烈取决于作为风向标的滑动速度以及警队加载的叶片和油的粘度。图7 表面粗糙度和 之间的关系Hf 应付油膜的起吊的风向标，叶片完全被浮无叶尖与环的表面的金属-金属接触，环的表面粗糙度时极好，如图 8 (a) 中所示。这项工作，实验中看来，最风向标的力量支持环表面粗糙度的情况下的油膜 0.3mRz。数据表的情况，磨擦系数的变得极低。有时的表面的高峰成为大于 hf，应付油膜，除了叶片顶端的风向标的起重高度是接触测试环内, 表面限定图中所示。然后，磨擦系数的变得更大的部分原因金属对金属接触。由于环表面粗糙度值增加与金属对金属接触面积增加，磨擦系数的增加。当峰最表面粗糙度要远远大于 hf，如图 8(c) 所示，油膜不能支持的叶片。数据表的条件，摩擦系数变为高和表面粗糙度仍不断在边界润滑尽管进一步增加。图8 环面和叶片之间的润滑条件提示3实验ACTUALVANE 泵3.1叶片泵试验图 9 显示剖视图的平衡的叶片泵，组成的凸轮环带的椭圆内孔，转子径向处置的叶片，和位于两侧的两个侧板系列转子。转子轴通过非常宽松的样条，由驱动和两个侧板运行间隙之间的转子和叶片旋转。图9 叶片泵的剖视图平衡的叶片泵有双位移过程中，与两个周期的革命每吸放电。泵旨在使泵吸和传递端口是截然反对，提供完整的所有内部径向力平衡。在这台泵，侧板叶片反压槽在面临介绍转子叶片槽底部压力转子的双方。在泵的行动中，叶片拽从底部的压力和旋转凸轮轮廓上施加的叶片顶端的负荷。在表 1 中列出了测试泵的尺寸。表1 测试泵的尺寸测试凸轮环的详情如下： 他们发了铁烧结合金和凸轮环的内表面都具有不同的值，表面粗糙度的地面。在此研究中，19 凸轮环与表面粗糙度的凸轮轮廓的差异是编写和测试。图 10 显示了测试凸轮环的凸轮轮廓的表面粗糙度的两个例子。图 10 中的上一个完了正常磨和它的表面粗糙度是 1.23mRz。与此相反，图 10 中的下一个完成的细磨和它的表面粗糙度是 0.40mRz。虽然提供压力 pd 行为不断对整个叶片底，行事 pd 叶片提示更改根据叶片的旋转位置上的区域。它被定义叶片 的旋转角度是零的凸轮轮廓的小半径部分中间点，1 是吸力的起始角度，2 是整理吸力的角度3 是交付的起始角度，4 是整理角度的交付。图10 表面粗糙度的试验凸轮环图 11 所示提示的风向标和底部压力和叶片强制抗体引起小半径部分的压差 （0 1），吸部分 （1 2），大半径部分 （2 3），并提供部分 (3 4)。不断对钯的小型和大型的半径部位叶片顶端的叶片行为的多达一半厚度和叶片底部的传递压力 pd 行为。此外，吸的一部分，在吸气压力 ps 行为整个叶片顶端。另一边，在交付的一部分，pd 行为也整个叶片顶端，导致 Fv = 0。图11 每个部分的叶片力立即在每个进程的起点 Fv 正在发生的变化，抗体在一个位移变化模式处理从 = 0 如图 12 所示。此测试泵，案件中吸的一部分，2 1，角度是等于传递的一部分，4 3，因为抗体的平均将成为 wbp/2。考虑到的叶片数 z 和假设平均凸轮半径是 (R2 + R1） / 2、 Tn 风向标的摩扭矩可获得 方程式哪里凸轮轮廓和叶片顶端之间的磨擦系数。方程 中，Tn 是直接到p.Defining 对p 的 Tn 坡是 ， 的比例可以由以下公式表示图12 叶片强制一个位移过程3.2实际叶片泵试验结果图 13 显示了两台泵凸轮环有图 10 所示为粗糙度之间的摩擦T 的比较。然后，T 减去理想扭矩从兴国泵驱动力矩 T.图 13 显示了p 和T 之间的关系，在 N = 40 C ，1500 r/min 和油温度。比较有成品的凸轮轮廓正常磨削后完成的细磨 的凸轮轮廓的泵的泵，边坡，p T 线是小得多，尽管相同 T0，Y-p T 线的拦截即与表面粗糙度的 0.40mRz 的风向标的摩擦扭矩是一半一样大，与 1.23mRz 的凸轮轮廓的。在实际的叶片泵叶片的摩擦扭矩线性地增加p。P T 特性其它泵速度也类似于图 13 所示的属性。图13 T 泵与不同的表面粗糙度的凸轮环之间的比较图 14 显示之间具有p T 特性图 13 所示的两台泵的机械效率 m 的对比情况。在此图中，m 所示百分比。降低叶片的摩擦扭矩的半增加 m 约 5%在相同的运行条件。图14 m泵用不同的表面粗糙度的凸轮环之间的比较要验证这种效果，叶片和叶片泵的机械效率的摩擦扭矩通过使用与变化中表面粗糙度的凸轮环详细调查。 的评价是正常或细，地面，并且其表面摩擦T 线性增加增加每个叶片泵的p 的 0.32.0mRz.因为地区的 roughnesswere 的值，是合理的证明的影响叶片摩擦扭矩的表面粗糙度。图 15 显示表面粗糙度的凸轮轮廓和 之间的关系在 N = 1500年和 3000 转/分，获得的使用与各种类型的表面粗糙度的凸轮环。在这一地区的表面粗糙度，然而， atN 值 = 3000 转/分是略低于 N = 1500 r/min，对应于 图 7 所示的结果。无花果 15(a) 和 (b)，实线表示使用测试环无凸轮升程测量的磨擦系数 使用公式 （3） 计算的值。从图 15 所示，通过磨擦系数的测定试验环可以大幅投影摩擦扭矩的实际叶片泵的风向标。在实际的叶片泵的情况下还时表面粗糙度的凸轮轮廓将减少到 0.4mRz 获得正常磨，从 1.0mRz 细磨, 叶片的摩擦扭矩缩小到一半。摩擦扭矩的实际叶片泵叶片以及测试的圆环，也不断的表面粗糙度要独立大于约 1.0mRz 的程度图15 对 表面粗糙度的影响图 16 显示测试泵、 图 15 所示的数据产生的机械效率 m(=Tth/T)。在图 16 中，m 还显示百分比。图 16 验证，m 是常在的表面粗糙度大于 1.0mRz 和 m 逐渐增加较小的范围内表面粗糙度的凸轮轮廓随着 0.8mRz，则下跌表面粗糙度的跌幅。与表面粗糙度 摩擦系数0.3mRz，可以减少近到 0.02。可以认为这种影响来自叶片力支持增加与减轻油膜表面粗糙度。在实际的叶片泵也，叶片的摩擦扭矩下跌凸轮轮廓的范围内表面粗糙度的跌幅 0.8mRz.This 研究验证风向标的摩擦扭矩减少到一半和叶片泵的机械效率成为近 90 的改进当凸轮轮廓的表面粗糙度降至 0.4mRz。据透露摩擦系数的测量与测试环的叶片顶端的值可用于实际的叶片泵。5参考1 Wilson, W. E. Rotarypump theory. Trans. ASME, 1946,68(4), 371384.2 Wilson, W. E. Performance criteria for positivedisplacement pumps and fluid motors. Trans. ASME,1949, 71(2), 115120.3 Schlsser, W. M. J. Ein mathematisches Modell fr Verdrngerpum
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