液压油引射器的性能研究.pdf

2 0 1 5年 8月 第 4 3 卷 第 1 6期 机床 与液 压 MACHI NE T00L HYDRAUL I CS Au g ． 2 01 5 Vo 1 ． 4 3 No ．1 6 D OI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 1 3 8 8 1 ． 2 0 1 5 ． 1 6 ． 0 2 7 液压油引射器的性 能研究 邓帆 ，王 国志 ，于 兰英 ，柯 坚 ，刘桓龙 ，杨怀银 西南交通大学机械工程学院，四川成都 6 1 0 0 3 1 摘要液压泵吸油管路设计不合理或由于工况的影响可能造成吸油不足 ，采用引射泵可以改善液压泵吸油特性。利用 F 1 u e n t 软件分析了引射管的喉嘴距 、喉管直径、喉管长度和扩散管角度等参数对引射工作性能的影响，计算结果为液压泵 吸油管路的液压引射器结构优化提供了重要的参考。 关键词引射器；引射比；结构参数 中图分类号 T V 1 3 ． 3 4 文献标志码 A 文章编号 1 0 0 1 - 3 8 8 1 2 0 1 5 1 6 - 0 8 5 - 2 P e r f o r ma n c e Re s e a r c h o f t h e Hy d r a u l i c Oi l E j e c t o r De v i c e DE NG F a n，WANG Gu o z h i ，YU L a n y i n g，K E J i a n，L I U Hu a n l o n g，YANG Hu a i y i n C o l l e g e o f Me c h a n i c a l E n g i n e e r i n g ， S o u t h w e s t J i a o t o n g U n i v e r s i t y ， C h e n g d u S i c h u a n 6 1 0 0 3 1 ， C h i n a A b s t r a c t N o t r e a s o n a b l e d e s i g n o f h y d r a u l i c p u mp s u c t i o n p i p e l i n e o r c o n d i t i o n s ma y c a u s e a l a c k o f o i l a b s o r p t i o n ． T h e e j e c t o r p u mp c a n i mp r o v e h y d r a u l i c p u m p o i l a b s o rpt i o n p r o p e r t y ． F l u e n t s o f t w a r e w a s u s e d t o a n a l y z e t h e i n fl u e n c e s of p a r a me t e r s o n t h e e j e c - t o r p e r f o r ma n c e，i n c l u d i n g t h r o a t mo u t h d i s t a n c e ，t h r o a t d i a me t e r ， l e n g t h o f t h r o a t a n d d i f f u s i o n t u b e a n g l e ． T h e c a l c u l a t i o n r e s u l t s p r o v i d e r e f e r e n c e f o r s t r u c t u r e o p t i m i z a t i o n o f h y d r a u l i c p u mp s u c t i o n p i p e l i n e o f h y d r a u l i c e j e c t o r ． Ke y w o r d s E j e c t o r ； E j e c t o r r a t i o ；s t ruc t u r a l p a r a m e t e r s 引射器 是 以引 射技 术为 核 心 的一 种流 体运 输设 备 ，分为液 一 液 、液 一 气 、液 一 固和 气 一 固 4个 大 类。 在现有 的引射器 产 品中 ，大多使 用液一 液 这一类 ，并 且介质 以水 为主 ，而文 中将对 以液压油作为介质的引 射器进行研究 。 喉嘴距 、喉管 直 径 、出 口扩 散 角 、喉管 入 口角 度 、喉管长度与喷嘴角度等结构参数直接影响其工作 性 能。引射 比是引射器性能的重要指标 ，对用于改善 液 压泵吸油 特性 的引射 器 而言 ，出 口压力 也 是重 要 指 标。 根据文献 『 1 ]提供的方法可 以来确定引射器的 结构参数。引射器的模型参数如表 1 ，物理结构如图 1 。 表 1 引射器模型基本参数 图 1 引射器结构尺寸 图 1 仿真与建模 利用 I C E M软件对模型进行结构化网格划分．其 网格模 型 如 图 2 。网 格 数 为 2 1 8 5 6 0 ，最 小 质 量 为 0 ． 51 1 6 5 9。 图 2 引射器 网格模型 采用单变量实验法来研究参数对引射器性能影 响 ，使用软件为 F l u e n t 。在 F l u e n t 计 算 中 ，对 相关参 数假设如下 1 主流 口直径 1 0 m m，流量 1 0 L ／ m i n ，初始压 力 2 M P a 收稿 日期 2 0 1 4 0 7 1 6 作者简 介 邓 帆 1 9 8 9 一 ，硕士研究生 ，研究方 向为射流技术在液压泵吸油中的应用。E - ma i l d e n g f a n 2 0 1 6 3 ． c o m。 通信作者 王国志，E - m a i l w a n g _ 9 8 7 2 1 6 3 ． e o m。 8 6 机床与液压 第 4 3卷 2 次流 口压力 0 ． 0 9 M P a ，油温 2 7℃ ； 3 计算 出 口压力 时流量 设 置 6 0 L ／ m i n ，计算 引射 比时设置压力 出 口，压力大小 0 ． 1 MP a ； 4 流体介 质为 液压 油 ，流 体 为牛 顿 流体 ，不 考虑重力对流体的影 响 ； 5 数值计算方法采用常用的 S I MP L E算 法。为 了能更好地仿真引射现象，使用 k - e r e a l i z a b l e 模型 和能量模型。 2 仿 真结 果及分 析 2 ． 1 喉嘴距对引射器性能的影响 喉嘴距 b 的仿 真对 比参数分别 为 3 、4 、5 、6 、7 、 8 mm。 出口设置为压力 出口，各数组 的仿真结果见图 3 a ；出 口设置为流量 出 口，各数组 的仿真结 果见 图 3 b 。从 图 3 可 以得知 喉嘴距 在 6 m m时 ，引 射 比和 出 口压力都是 最优 的；当距离变 小或变 大时 ， 都会变小 。 n1 3 5 曩0 ． 1 3 窆 0 ． 1 2 5 - R 0 ． 1 2 Ⅱ 0 ． 1 1 5 羽O - l l 1 0 5 n1 喉嘴 距／ ram 喉嘴 距， mm a 定压力出口与引射比的关系 b 定流量出口与出口压力的关系 图 3 喉嘴距仿真计算 2 ． 2 喉管直径对引射 器性能的影响 选取 喉管直 径 n分别 为 9 、1 0 、1 1 、1 2和 1 3 m mo ， 出口设置为压力出口，各数组 的仿真结果见 图 4 a ；出口设置为流量 出 口，各数组 的仿真结 果见 图 4 b 。从图 4可看出 喉管直 径在 1 0 ～1 2 m m时 具有较好 的出口压力 ，在直径减小或 增加 1 m m的情 况下 。压力下降较快 。 6 5 4 丑3 按 2 1 0 1 ．2 喉臂 直 径f mm 喉 管鱼 径／ ram a 定压力出口与引射比的关系 b 定流量出I；3 与出口 压力的关系 图4 喉管直径仿真计算 2 ． 3 喉管长度对引射器性能的影响 选取喉管长度 z 分别为 2 0 、3 0 、4 0 、6 0 、7 0 m m 作为计算参数 。 出口设置 为压 力 出 口，各 数组 的仿 真结 果见 图 5 a ；出口设置为流量 出 口，各数组 的仿 真结果 见 图 5 b 。从图 5 可看 出喉管长度在 4 0 m m时具有 较好的引射 比和出 口压力。 6 ． 7 S ． 7 筮 4 7 接3 ． 7 2 ． 7 1 ． 7 0 ． 7 矗 窆 出 口 j | 喉管 长度／ ram 喉管 长度／ ram a 定压力出口与引射比的关系 b 定流量出I 1 与出I l 压力的关系 图 5 喉管长度仿真计算 2 ． 4 喉管入 口角度对引射器性能的影响 设 计 入 口角 度 u为 5 0 。 ，选 择 入 口角 度 分 别 为 2 0 。 、3 0 。 、4 0 。 、5 0 。 、6 0 。 、7 0 。 、8 0 。 作 为对 比。 出 口设置 为压 力 出 口，各 数 组 的仿 真结 果 见 图 6 a ；出 口设置为 流量 出 口，各数 组 的仿 真结果见 图 6 b 。由图 6可 以看出 入 口角度 对引射器影 响 较小。 6． 65 5． 65 4． 65 杂 3 ． 6 5 2 ． 6 5 1． 6S 0 ． 65 入口角度／ 。 入口角度， 。 a 定压力出 13与引射 比的关系 b 定流量出口与出口 压力的关系 图6 喉管入口角度仿真计算 2 ． 5 喷嘴 角度对引射器性能的影响 喷嘴的建议角度 是 2 0 。 ，所以对 比角度组是 1 5 。、 1 8 。、2 0 。、2 5 。、3 0 。 。 出 口设置 为压 力 出 口，各 数 组 的仿 真结 果 见 图 7 a ；出 口设置为流量 出口，各数组 的仿真结 果 见 图 7 b 。由图 7可知 在 1 5 。 ～ 3 0 。 之 间 ，角度变化 基本不对引射器起到影响。 5 ． 9 5 ． 7 ． 5 ． 5 舞 5 ． 3 5 ． 1 4 ． 9 4 ． 7 4． 5 喉嘴 角厦， 。 喉嘴 角度， 。 a 定压力出口与引射比的关系 b 定流量出1 3 与出口压力的关系 图7 喷嘴角度仿真计算 2 ． 6 扩散 角对 引射 器性 能 的影 响 选取扩散 角分 别为 5 。 、6 。 、7 。 、8 。 、9 。 、1 0 。 、 1 1 。 、1 2 。 、1 3 。 作 为对 比。 由于扩 散 口只 与 出 口压力 有关 ，对 比时只做流量 出口的计算 。 下转第 8 O页 ． 外 升 斟 一 一 l 4 l 3 l 2 1 1 0 懒 B d 蓦 、R 龃 Ⅱ 丑 二 5 3 5 2 5 1 5 l _ 窆、 R Ⅱ沼 8 O 机床与液压 第 4 3卷 表 3 不同整流片长度的速度对比 由表 3 可 以看 出 当整流片长度不同时 ，在轴 心 方 向喷嘴 出口和距离喷 嘴出 口 1 0 0 0 m m处 速度基本 不变 。 由图 8 可 以看 出 不 同长度整流片的喷嘴轴 心线 上湍流强度随着长度 的减小而增大 ，特别是 整流片长 度从 1 5 i n ／ n 减小到 1 0 ． 7 m l n时 ，湍流强度有较 明显 的 增加 ，长度为 2 1 ． 4 1T l／ n 的整流片喷嘴整流效果最好 。 由图 9 可知 不 同长度整流片喷嘴在 出 口处动压 几乎一致 。但 随着 喷射距 离的增加 ．在 喷嘴 出 口 5 0 0 m m处 ，1 5 和 1 0 ． 7 m m 的整 流片 喷嘴动压 开始减 小 ． 其 中 1 5 m m整 流 片 的喷 嘴 动压 最 小 。由表 4可 知 ， 2 1 ． 4 m m长 的整流片喷嘴水 流具有 较高压力 ，具有 较 远射程 40 3 5 3 0 穗2 5 暖 2 0 壤 l 5 理 l O 5 0 l 一 整 流 片长度 2 1 ． 4 mm 2 一 整 流 片长度 1 5 mm 3 一 整 流 片长度 l 0 ． 7 mm l l l 0 ． 5 一l O 芒 9 ． 5 s 言 ．8 6 ． S 6 1 一 整 流 片长度 2 1 ．4 mm 2 --整 流 片长度 1 5 mm 3 一整 流 片长度 l 0 ．7 mm 0 0 ． 2 0 ．4 0 ． 6 O ． 8 l l _ 2 0 0 ． 2 o ． 4 0 ． 6 o ． 8 1 l _ 2 距 离／ m 距 酊 m 图 8 轴 心线 上水 的湍流度图 图 9 轴心线上动压曲线 表4 不同整流片数的动压对比 整流片长度／ m m 喷嘴出口动压／ P a 1 0 0 0 m m处动压／ P a 4结论 1 整流片喷嘴具有减小流体湍流强度的效果， 可提高有效射程 。 2 喷嘴 中整流 片数量 对 喷嘴轴 心线上 速 度影 响较小 。 3 整 流片 的长度 对喷 嘴轴 心线上 速度 影 响较 小 ，但整流片长度的减小会减 小喷嘴的动压 ，导致喷 嘴 的射程缩短 。 4 对于文 中讨论 的喷 嘴 ，整流 片 为 4片 、片 长为2 1 ． 4 m m时整流效果最好。 参考文献 [ 1 ]尹久红 ， 刘桓龙， 秦剑， 等． 低压空化射流喷嘴进气结构 研究[ J ] ． 液压与气动 ， 2 0 1 2 1 1 3 8 4 1 ． [ 2 ]韩 占忠， 王敬， 兰小平． F L U E N T流体工程仿真计算实例 与应用 [ M] ． 北京 北京 理工 大学 出版社 ， 2 0 0 4 ． [ 3 ]宋秋红， 夏泰淳， 王世明， 等． 工程流体力学[ M] ． 上海 上 海交 通大学出版社 。 2 0 1 2 ． [ 4 ]唐家鹏． F L U E N T 1 4 ． 0超级学习手册『 M] ． 北京 人 民邮 电出版社 ． 2 0 1 3 ． [ 5 ]王福军． 计算流体动力学分析[ M] ． 北京 清华大学出版 社 ． 2 0 0 4 ． [ 6 ]闻德荪， 黄正华， 高海鹰， 等． 工程流体力学 『 M] ． 北京 高等教育出版社． 2 0 1 0 ． 上接第 8 6页 出 口设 置 为 流 量 出 口，各数组的仿真结果见 图8 。可知在推荐值 7 。 相邻角度 中，对引射器没 有 影 响。 当角 度 在 6 。 ～ 1 2 。 不会 对 压力 产 生较 大 影响 ，但角 度达 到 1 2 。 时 压力急剧下降。 3 结 论 矗 皇 Ⅱ 羽 ．16 ．14 ．12 0． 1 ．0 8 ．06 ．04 ．02 0 5 6 7 8 9 1 0 1 1 l 2 l 3 出 口角 度， 。 图 8 压力出 口时扩散 口 与引射 比的关系 通过对引射器关键结构参数 的仿真对 比分析 ．得 出了各因素对引射器性 能的影 响。得 出如下结论 。 1 喉嘴距对引射器影响相对较 明显。根据文 献 [ 1 ]得到的计算值，能得到较好的引射器效果。 2 喉管直径 对 引射器 的影 响较 大 ，数 值在 微 小变动时也能对装置产生较 大影 响。 3 喉管长 度对 引射器 影 响较小 ，但是 长度 取 值在计算值超 出 2 0 ％上下区间时．引射器 的性能会 降低 。 4 喉管入 口角度在 3 0 。 ～ 6 0 。 范 围内对引射器影 响不 大，但 是 角度超过 6 0 。 时．引射 器效 果急 剧 下 降。 5 喷嘴角度对引射器的影响较小。 6 引射器 扩散 口角度在 6 。 1 2 。 之 间对装 置影 响较小 ，但超过 1 2 。 后大 幅降低引射器性能。 参考文献 [ 1 ]陆宏圻． 喷嘴技术理论及应用[ M] ． 武汉 武汉大学出版 社 ． 2 0 0 4 ． [ 2 ]贾宗谟． 旋涡泵 液环泵 射流泵[ M] ． 北京 机械工业 出 版社 ． 1 9 9 2 ． [ 3 ]龙新平． 射流泵喉管最优长度的数值计算[ J ] ． 水利学 报 ， 2 0 0 3 ， 1 4 1 0 1 4 - 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