在鱼雷动力系统设计中,燃料柱塞泵安全可靠性对鱼雷发挥最大战斗效率具有很大的意义。在鱼雷HAP三组元能供系统中,由于柱塞变量燃料泵采用端面配流方式,缸体和配流盘存在摩擦运动,长时间工作下,缸体的温度会上升,容易造成燃料泵爆炸,基于鱼雷能供系统的安全性考虑,使用阀式配流代替端面配流来消除安全隐患。通过分析柱塞变量泵的配流阀的结构形式,主要部件的参数计算和建立配流阀模型,在Matlab软件中,用ODE45算法仿真了柱塞泵在阀式配流下,柱塞腔的压力变化情况,并计算了阀式柱塞泵在高低两种转速下的容积效率。经仿真分析,柱塞变量泵在阀式配流下完全满足设计要求,从而验证了方法的可行性。

为揭示油液压缩性对轴向柱塞泵容积效率的影响机理,在考虑由于压缩性引起的困油和压缩容积损失的基础上,建立了描述柱塞泵容积效率的数学模型。基于建立的数学模型利用FLUENT对柱塞泵内部流场进行了仿真分析,分析结果表明:困油与压缩容积损失随着压力和转速的升高而增大,因油液压缩损失的容积效率在总容积效率损失中的比重随着转速和负载的增大而增大。仿真与实验结果基本吻合,相对误差小于2.1%,验证了机理的正确性。

为提高液压轴向柱塞泵可靠性及其性能,研究轴向柱塞泵主要性能指标之一容积效率的可靠性分析方法.对单个柱塞间隙瞬时泄漏流量进行全面分析,推导出缸体位于任一瞬时角处的柱塞泵泄漏流量和容积效率;结合随机摄动理论、四阶矩技术等建立了轴向柱塞泵容积效率可靠性及可靠性灵敏度分析方法,并用Monte Carlo方法验证了文中所提可靠度分析方法的准确性和合理性.分析结果表明:液压轴向柱塞泵可靠度随缸体转角周期性波动,当柱塞通过上止点时其可靠度最低,柱塞个数为9时可靠度波动相对较大,但其整体可靠度水平高于8个柱塞;各运动副间隙中滑靴与斜盘和缸体与配流盘之间间隙对可靠度影响较大,柱塞与柱塞腔和滑靴与柱塞球铰接副之间间隙对可靠度影响相对较小.本文所提方法为轴向柱塞泵在研发设计、工艺及质量控制等环节提供了理论参考.

通过对双作用子母叶片泵各泄漏通道进行分析,建立了内泄漏计算数学模型。根据泄漏数学模型,计算出各通道泄漏量大小,结果发现轴向间隙泄漏为双作用子母叶片泵主要的内泄漏途径,绘制出泄漏量随压力和黏度变化分布图,发现低黏度时其泄漏量会随着压力的升高而急剧增大。分析不同温度和转速对泄漏损失的容积效率影响,得到随着轴向间隙的增加,容积效率损失会成倍增加的结论。为减小泄漏量对容积效率的影响,在设计、制造和安装配流盘时应严格控制轴向间隙。

密封是影响高压柱塞泵可靠运行的关键因素。首先,建立柱塞组件数学模型,对柱塞组件的动态泄漏量与容积效率进行理论分析与计算;其次,为揭示水的压缩性对柱塞泵泄漏量与容积效率的影响机理,利用Fluent对以水为介质的高压柱塞泵的柱塞组件内部流场进行仿真分析。结果表明:随着压力增大,水的可压缩性对间隙泄漏的影响程度呈非线性增大,当压力超过50 MPa时,其影响程度变得更大。该研究方法与结果为设计水为介质的高压径向柱塞泵的间隙密封提供了理论依据。

往复柱塞泵转套式配流系统配流结构的尺寸对系统性能有重要影响。通过Isight软件集成三维建模软件、网格划分软件、CFD仿真分析软件及后处理软件,以最高容积效率为目标,以泵腔压力为约束条件,对减振槽和配流口尺寸进行优化。分析表明,结构尺寸优化后系统容积效率提高了0.8%,泵腔压力峰值增大了3.3%;系统的入口最大瞬时流量提高了8.3%,回流减小了31.1%;系统的出口最大瞬时流量提高了23.9%,最大瞬时倒灌量减小了37.4%。

容积效率是燃油泵的关键指标之一。在传统优化设计基础之上,重点考虑容积效率因素,以燃油泵的端面功率损失和径向功率损失为目标最小建立多目标优化数学模型,应用Isight的多目标优化算法Pointer对燃油泵的结构参数进行优化分析,获取满足规定约束条件下其结构参数的最优值及各参数对齿轮泵影响的变化规律,有助于后期燃油泵效率的进一步优化仿真。

为了平衡一齿差内啮合摆线泵(称摆线泵)工作时外转子所受到的不平衡径向液压力设计出了一种静压支承槽结构。为了确定静压支承槽的范围,建立了理想化的数学模型,得到外转子在x,y方向所受液压力分力,求其合力然后计算得到静压支承槽的范围。接着确定支承槽深度,将油液流入静压支承槽看作一种泄漏方式,通过建立泄漏与槽厚的数学模型来控制泄漏量得到支承槽地的合理深度,据此建立摆线泵静压支承结构模型,抽取流道导入pumplinx中进行仿真。对比支承结构与原始模型排油区压力云图,容积效率。得到结论:静压支承槽虽不能完全抵消外转子所受的不平衡径向液压力,但能在几乎不影响容积效率的前提下有效减轻它,使得外转子与壳体间的磨损减小。

为了开展水压轴向柱塞泵研究,研制了高压水驱动系统试验台.该试验台能完成水压泵、马达和阀的性能试验以及水压缸的同步试验.用该试验台对某排量为25.3 mL/min的高压水压轴向柱塞泵进行了动静特性和吸水能力试验.试验结果表明,该水压轴向柱塞泵的响应速度为1.1 ms,但在转速低于1 000 r/min时随着压力的提高容积效率下降明显.减小泄漏是提高水压泵性能的关键.

通过试验数据和结构分析等介绍了新型轴向柱塞泵所作的改进，由于采用了一系列与传统柱塞泵不同的独特设计，有效地提高了各项性能指标。实践证明该泵是一种结构新颖、设计合理的新一代轴向柱塞泵。