1)配流副功率损失引起的油液温升
假设配流盘与缸体间的能量损失全部转换为热能,使密封带内油液内能增加,油液温度上升,泄漏到泵壳体内的存油容腔。若油液的初始温度为T0,变化后温度为T1。油液密度为ρ,定压比热容为cp,且ρ和cp为定常数,根据能量守恒定律有
式中,q1为配流盘与缸体间的总泄漏量;W1为配流盘与缸体间的总功率损失,包括泄漏损失W1q和黏性摩擦功率损失W1μ。
2)滑靴副功率损失引起的温升
假设斜盘和滑靴间功率损失W2全部转化为热能,使泄漏油液温度升高。设油液初始温度为T0,变化的温度后为T2,根据能量守恒定律有
式中,q2为斜盘和滑靴间的总泄漏量;W2为斜盘滑靴副的功率损失,包括泄漏损失W2q和黏性摩擦功率损失W2μ。
3)柱塞副功率损失引起的温升
假设柱塞副的功率损失全部转化为热能,使油液温度上升,并泄漏到泵壳体的存油容腔中。设油液的初始温度为T0,变化后的油液温度为T3,根据能量守恒定律有
式中,q3为柱塞缸体副间的泄漏总能量;W3为柱塞缸体副的功率损失,包括泄漏损失W3q和黏性摩擦功率损失W3μ。
4)搅动损失引起的温升
柱塞泵搅动功率损失主要包括两部分:一部分是缸体转动引起的功率损失;另一部分是柱塞和滑靴随缸体转动时引起的功率损失。为简化计算,将缸体等效为圆柱,泵壳体简化为与缸体同轴心的圆柱体;并假设流体在泵壳体与缸体之间的流动为纯剪切流。如图10.2所示。
图10.2 缸体与泵壳体之间的流体域示意图
缸体转动引起的功率损失为
式中,lcy为缸体的长度;Dcy为缸体外径;lcy为缸体长度;μ为流体的动力黏度;δ4为缸体与泵壳之间半径方向的间隙。
图中,Dcy为缸体的直径;vcy为缸体外径处的线速度;δ4为缸体与泵壳体的间距;α为柱塞间距角;ω为缸体的角速度;ld为两柱塞轴线间的距离;R为柱塞中轴线到转轴轴线的距离。
图10.3 圆柱绕流示意图
柱塞和滑靴在运动过程中对流体有搅动作用,为简化计算,将滑靴部分等效为与柱塞一体的圆柱。柱塞在绕轴旋转运动的过程中,相当于柱塞横掠过流体,根据运动的相对性,可等效为图10.3的运动形式。则柱塞随缸体转动产生的搅动损失可近似为流体流过圆柱体时的绕流功率损失。单个柱塞运动时产生的阻力为
式中,CD为绕流阻力系数;Ai为柱塞的迎流面积;vp=Rω为柱塞与流体运动的相对速度。
柱塞泵有多个柱塞,且两柱塞间的间隔较小,运动过程中前一个柱塞对后一个柱塞产生遮挡作用显著,因而多个柱塞一起运动的绕流阻力远小于每个柱塞绕流阻力的直接叠加。做如下假设:将柱塞在壳体油液中的旋转运动等效为流体流过串列圆柱时的运动,其绕流阻力系数可通过相关实验获得。故泵运转时,柱塞产生的绕流阻力为
式中,z为柱塞个数;CDi为相应柱塞的绕流阻力系数。
柱塞搅动功率损失为
总搅动功率损失为
同理,假设摩擦损失的能量全部转为油液的温升,油液的初始温度为T0,变化后的油液温度为T4,根据能量守恒定律得
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