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齿轮泵达到性能要求及设计方法

发布日期:2017-05-31 点击: 次

航空燃油泵被称作发动机的心脏,为了满足现代航空发动机的性能的进一步提升需要发展高性能燃油泵。因此开展新型的燃油泵的设计研究,以满足航空发动机进一步发展的要求,是一项重要的研究课题。
现有的航空推进系统采用的柱塞泵、齿轮泵及部分离心泵,虽然能达到性能要求,但是柱塞泵结构复杂,随着最大流量的增加,泵的体积和重量增加较多,流量一般在10000kg/h以下,难以达到大流量的要求。离心泵转速高、流量大、可靠性高、结构简单、质量轻,但是低转速下不能为发动机供油装置提供所需要的压力,即满足不了起动转速的要求。齿轮泵结构简单、尺寸紧凑、体积小、可靠性高,但存在齿轮泵进出口压差越大泵的泄漏就会加大,造成容积效率降低的问题;同时压差大使得从动轴的径向力加大,增大了轴承的磨损,降低了泵的寿命。为提高泵的容积效率,采用端面间隙补偿衬套来消除端面间隙,但是由于预紧力的作用,容易造成浮动侧板与端面磨损加大,齿轮泵的机械效率会降低,齿轮泵的寿命也会有所降低,因此限制了齿轮泵压力的进一步提高。
因此提出一种将多个齿轮泵串联组成多级齿轮泵的设计思想,通过多级增压可以达到高的出口压力,使总压负载分配给各级齿轮副,从而使单级压差减小,减小了泄漏,保证了高出口压力。每级泵的压力负载低、效率高,并且具有低噪声和可以忽略压力脉动的优点。齿轮所受径向力也随之减小,降低了各轴承的负载,增加了轴承的寿命,可为航空发动机平稳供应高压燃油。
多级齿轮泵具有大流量、更高压力、更高寿命的特点,符合航空发动机对燃油泵的新要求。如布赫公司的QXV系列泵即为一类适用于低粘度油液的利用单泵组成的多级内啮合齿轮泵,根据需要最多可组成五级泵,己成功应用于输送喷气式航空发动机燃料。目前国内对多级齿轮泵的研究较少,一些厂家测绘仿制国外设计产品,缺少自己的设计方法,因而针对多级齿轮泵的设计方法研究是一项具有重要的研究意义。
为此,本文给出一种采用一字形燃油通道结构串联方式的多级内啮合齿轮泵设计方法,进行多级泵参数设计并利用UG三维建模软件完成内转子参数化建模;最后通过ANSYS数值模拟对泵的应力进行仿真并与理论公式进行对比,以检验泵的设计强度是否满足要求。
 

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