液压电机泵中短粗型浸液转子的阻力矩???      广州登高车租赁

      液压电机泵中短粗型浸液转子的阻力矩???    广州登高车租赁,   广州登高车出租,   广州登高车公司     1实验装置及方法,   电机泵环型缝隙模拟实验装置，整个系统主要包括3个部分:电机、数据测量及采集装置和环隙结构。所用电机是一台15kW的变频电机，并由补偿盘状转子而实现无级调速。浸液转子的阻力矩和转速由精度为0．2%的转矩转速传感器测量并通过相对应的显示仪器采集; 工作液体的温度由安装在外壳体和端盖上的热电阻测量并记录，壳体上的测温孔除用于安装热电阻外，在实验装置注液过程中也充当排气孔的作用以保证液体充满容腔;环隙结构由转子、壳体、端盖和支座共同组成，壳体固定，转子随电机同步旋转，工作过程中壳体与转子的环形间隙内充满液体。除各种尺寸的转子通用外，还制造了模拟两种不同类型电机结构的壳体内表面结构，一种内表面是光滑的，用于模拟屏蔽式电机泵;另一种内表面带有54个凹槽，用于模拟普通浸油电机的定子结构。 具体凹槽形状、尺寸和数量参考了Y200L－4型三相异步电动机的定子沟槽。为保证所测量的浸液转子圆周面阻力矩精度和可靠性，还采用测量盘状补偿转子的端面阻力矩以消除转子端面对实验数据的影响，同时轴承和格莱圈等系统因素产生的影响也被消除。实验装置的实物图，图中虚线表示实验过程中工作液体的注入高度，以保证间隙内充满液体。针对“短粗型”转子模型，环隙结构的主要设计参数。补偿盘的外缘厚度与转子的长度比为0．016，所以利用该补偿装置消除转子端面和其他系统因素对实验数据的影响是有效可靠的。共采用五种不同间隙，从0．3mm到3．6mm，可得出间隙尺寸变化对转子所受阻力矩的影响。

      2补偿盘厚度,   液压电机泵正常运行过程中，定、转子线圈持续发热，转子浸液旋转产生摩擦功耗，环形缝隙内的工作液体温度高而黏度较低，初定实验装置所选油液的黏度在5×10－6m2/s左右。又考虑到模拟实验中转子转速比较高，为防止液体剪切稀化对实验结果产生不良影响，选用剪切安定性优良的硅油作为工作液体。本实验中选用的另一种工作液体是水，两种液体的黏度均由数显旋转黏度计具体测定，实验中环形间隙内的温度设定在30℃，此时所用硅油和水的黏度分别为4．23×10－6m2/s和0．80×10－6m2/s。采用间歇测量方式，即启动-测量-停止-冷却-启动的方式，以保证能够准确采集到设定温度下的转子阻力矩。

     2浸液转子阻力矩的计算公式:  2．1基于层流模型的计算公式该式假设电机泵环形间隙内流体为不可压缩定常层流流动，不考虑流体的轴向和径向流动等条件，那么在柱坐标系(r，θ，z)下，流体的连续性方程可以简化，Navier-Stokes方程可以简化为:uθ=0(1)－ρu2θr=－dpdr(2)0=μd2uθdr2+1rduθdr－uθr，uθ———流体切向速度p———流体压力ρ———流体密度μ———流体动力黏度r———流体单元半径给定边界条件可以得出浸液转子的阻力矩为:T=4πμ(ω1－ω2)r21r22r22－r21L，ω1———转子角速度ω2———壳体角速度r1———转子半径r2———壳体半径L———转子的长度.

      2．2基于潜水电机“细长轴”模型的计算公式对于类似于充水式潜水电机的“细长轴”在液体中旋转产生的摩擦损耗有经验公式P=K1+5LD×n10()33D5×105(W)，n———转子转速D———转子外径K———与介质黏度和重度有关的系数，此公式多用于水介质条件所以转子的阻力矩可以得到下式:T=Pω1=60P2πn(6).

    2．3基于“Wendt”模型的计算公式在旋转环形间隙系统中，雷诺数和转子表面所受的阻力矩分别可以表示为:Re=ω1r1hν(7)T=Cρν2L，C———与系统参数相关的无量纲系数ν———流体运动黏度h———间隙尺寸最早的有关计算旋转圆柱体表面无量纲系数C的研究是由Wendt完成的［9］，在他的实验中，工作流体使用了水和水-甘油混合物两种，转子尺寸分别为半径100．0～137．5mm，长度580mm，环隙的宽度为9．5～47．0mm，转子表面光滑。最终实验结果被拟合成2个方程，称此方程为基于“Wendt”模型的计算公式:C=1．45η32(1－η)74Re1．5，400＜Re＜1040．23η32(1－η)74Re1．7，104＜Re＜10，η———转子直径与壳体内径的比值.

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     3实验结果及分析3．1“短粗型”浸液转子阻力矩的实验结果1)屏蔽式电机泵图3给出了屏蔽式电机泵在油介质和水介质的条件下，不同尺寸的环形间隙内浸液转子阻力矩(T)随转子转速(n)的变化。从图中可以清楚的看出，转子所受阻力矩随转速的升高而变大，并且在同一转速下，大部分实验结果表现出间隙越小，阻力矩越大的现象。但从0．3mm间隙-硅油介质的曲线可以看出其阻力矩随速度的增大出现明显的“跳变”，在转子转速小于1500r/min时，要小于间隙0．6mm和0．9mm的阻力矩。经分析，这是因为此条件下0．3mm间隙内的流动处于层流或过渡流的状态，而其他间隙内流动均处于湍流状态，说明流态对浸液转子所受的阻力矩影响比较大。假如间隙足够小，或黏度足够大，或转速足够低，理论上可以得出图上的每一根曲线都应该存在类似的跳变。普通浸油电机中转子所受阻力矩的变化规律与屏蔽式电机泵基本相同，其随转速的升高而变大，并且在同一转速，间隙越小，阻力矩越大。但普通浸油电机中凹槽的存在使转子阻力矩的绝对值有了明显的增加，给出了常见转速和不同介质条件下相比屏蔽式结构，定子带凹槽的普通浸油电机中转子阻力矩的增加情况。

     3．2基于不同计算模型的阻力矩对比分别给出了不同实验条件下基于层流模型、潜水电机“细长轴”模型和“Wendt”模型的阻力矩计算结果与实验结果的相对偏差(δ)，该偏差值表示为:δ=(Ts－Tf)/Tf(10)式中，Ts———实验阻力矩Tf———公式计算值,   该相对偏差大于0时，说明对应经验公式的计算结果比实际数据小;当相对偏差小于0时，说明对应经验公式的计算结果比实验数据大;另外，偏差的绝对值越大，说明对应经验公式越不适合“短粗型”浸液转子阻力矩的计算。 基于层流模型的计算结果与实验结果之间的偏差随着转子转速增加而变大，同一转速下，间隙越大偏差越大。不同的介质，黏度大的偏差小。相对偏差值绝大多数均大于1，也就是说实验结果比基于层流模型的计算结果大最少的也有一倍以上甚至更多。只有在极少数情况下，如间隙0．3mm、硅油介质及较低转速(转子转速1200r/min，对应雷诺数为1000)下，相对偏差小于0．2。由此可见，在研究中假如简单地将间隙内流动看作层流的话是不合适的。用潜水电机“细长轴”模型的公式来计算“短粗型”转子的阻力矩，其相对偏差的绝对值均大于0．3，并随着转速的增加而变大，同一转速下，间隙越小偏差越大。很显然，该“细长轴”模型的公式同样不适用于本研究所提出的高转速、小间隙和“短粗型”的浸液转子的阻力矩计算。 相比前两种模型，基于“Wendt”模型计算结果与实验结果的偏差随转子转速的变化趋势比较平缓，但其数值仍然比较大，并随间隙的减小而进一步增大，说明此公式也不适用于本研究所提出的高转速、小间隙和“短粗型”的浸液转子的阻力矩计算。其原因归咎于“Wendt”模型的实验背景(前面已经介绍)，该计算公式是在间隙比较大的情况下得到的。

     3．3公式修正针对屏蔽式液压电机泵的“短粗型”转子和小间隙结构，根据实验结果对“Wendt”计算模型的相关系数进行修正，提出了更精确的经验计算公式:C=1．45(1－(1－η)0．115)η32(1－η)74Re1．61，1．5×103＜Re＜6×1030．23(1－(1－η)0．2)η32(1－η)74Re1．78，6×103＜Re＜2．2×105，(11)式(11)适用于雷诺数大于1500和定子内表面光滑的工况条件下，拟合式(11)与实验数据的相对偏差在±0．08以内。因为定子凹槽的结构型式多样、尺寸大小不同和均布数量有别，其对转子阻力矩大小的影响是复杂的，很难用有限个实验得出适用的计算公式，故这方面的工作有待进一步深入和完善。

       4结论针对“短粗型”浸液转子所受阻力矩的实验研究结果表明:   (1)液压电机泵“短粗型”转子浸液旋转，其所受阻力矩受到定、转子环形间隙大小的影响，在相同转速下，间隙越小，阻力矩越大。同时，相比屏蔽式电机泵，普通浸油电机中定子凹槽的存在使转子所受阻力矩明显增加;    (2)通过实验结果与基于不同公式的计算结果对比，发现层流模型的计算公式在雷诺数大于1000的工况下不适用于电机泵浸液转子阻力矩的计算，基于潜水电机“细长轴”模型和德国学者Wendt等人拟合公式的计算结果也与本研究中的实验结果存在较大偏差;   (3)根据实验结果提出了更精确的适用于小间隙内“短粗型”浸液转子阻力矩计算的经验公式。

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