多项式曲线顶端对子母叶片受力的改善及其特性研究

　　0 引言

　　拥有较大离心力的叶片泵在很大程度上可以很好地抑制较大的径向惯性力对叶片泵的不利影响,从而使叶片受到的接触力较为合理,有效地避免了脱空现象,减小了对定子工作面和叶片工作面的磨损。但由于特殊使用环境,要求本文所研究的叶片泵尺寸小转速高,其离心力很小,不足以抵消较大的径向惯性力对叶片泵的不利影响,所以在大圆弧段、进液区段和排液区段的很大区域内产生了脱空现象,这对于叶片泵的工作是极其不利的。同时由于该叶片泵以海水为工质,并且海水的饱和蒸汽压比普通的液压油低,因此更容易导致空泡侵蚀和噪声。另外,因为海水的粘度很低,渗透力强,所以叶片与定子之间发生碰撞摩擦时会产生较大噪声,并且两接触面之间更容易产生严重的摩损,降低了叶片泵的工作性能,造成叶片泵的效率低下。以往文献对于叶片顶端受到的液压力基本上不予计算,因此造成叶片受到的接触力与实际不符而大,本文针对某以海水作为工质的微小型叶片泵,通过对叶片受力的精确分析与建模,对叶片顶端形状进行优化仿真并对比现在普遍使用的顶部为圆弧的单面后倾叶片和对中圆弧叶片,得出该叶片泵采用这种多项式曲线形状时拥有比其它两种叶片更好的受力特性,并提出解决该叶片泵受力不均匀性的方法。

　　1 单面后倾叶片和对中圆弧叶片的受力求解

　　通常普通低压叶片泵采用单面后倾叶片或者对中圆弧叶片,下面将对这两种叶片进行分析、计算,并仿真出在叶片顶端为小圆弧状时,叶片受到的接触反力的变化情况。由于叶片顶端与定子曲线之间为线接触,由于接触线处的叶片与定子曲线之间加工精度影响而存在接触间隙,并且这种间隙很小,所以叶片顶端与定子曲线之间的液压流动可看为粘性流动,因而应用粘性流方程进行压力求解,进而可计算出液体对叶片顶端的液压力。N为叶片受到的定子曲线的接触作用力, Fz在为叶片顶部受到的液体向下的压力, Fn为定子曲线对叶片的摩擦力, Fy为叶片顶部受到液体向右的作用力, F₁为叶片前面受到的液体压力, F₂为叶片后面受到的液体压力, N₁、N₂分别为叶片底部受到叶片槽的作用力, F_n1、F_n2分别为对应N₁、N₂的摩擦力, Fd为自叶顶导入叶片顶部的液体和作用在子叶片底部的高压腔压力两者之和对叶片底部的液压力, Fa、Fk、FL分别为叶片的径向惯性力、苛氏惯性力、离心惯性力, Ff为叶片受到的配流盘对叶片的摩擦力。所以叶片受力平衡方程为:

　　2 单面后倾叶片和对中圆弧叶片接触力的仿真