一种齿轮泵-电机一体式反螺旋散热流道设计方法

本发明属于齿轮泵设计，具体是涉及一种齿轮泵-电机一体式反螺旋散热流道设计方法。

背景技术：

1、齿轮泵是整个液压系统中的重要组成部分，具有体积小，结构简单，寿命长等优点，在工程机械以及航空航天等诸多领域中广泛应用。目前齿轮泵在国内外航空发动机燃油供给、卫星加注等方面有较多应用，转速范围在3000r/min至20000r/min，最大增压可达到12mpa。在高转速齿轮泵在运行过程中，齿轮泵齿轮间隙装配不合适，会导致泵内产生热量，齿轮泵的工作原理是通过齿轮的啮合来输送液体，如果齿轮间隙设置不当，即太大或太小，都会导致齿轮泵发烫。间隙过大会导致液体回流和泄漏，增加摩擦损失；间隙过小会增加液体的粘度，提高液体的摩擦发热，此外电机轴的转动也会产生较大热量。如果不能及时散热，会泵体造成损坏，影响机械设备的正常运行。常见的齿轮泵-电机一体式的外形如图5所示，目前散热技术的设计方法主要是在需要散热的区域(例如泵头)附近外部加装循环散热流道或者带有散热孔的铜板来实现散热。这种方法有一些缺陷，比如使结构更为复杂，且占用空间位置不易操作，对于一些需要结构紧凑的地方并不适用。因此，需要通过齿轮泵散热流道的设计来减小齿轮泵内温度对泵的效率等性能的影响。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是提供一种齿轮泵-电机一体式反螺旋流道设计方法，通过电机壳内部的散热流道连接齿轮泵内高压腔与低压腔来实现流体的循环流动，减小泵内温度变化对流体产生的不良影响。

2、为了解决上述技术问题，本发明提供一种齿轮泵-电机一体式反螺旋流道设计方法，包括的过程具体为：

3、s1、基于反螺旋散热流道水力模型构造反螺旋散热流道的结构参数的无量纲参数e1、e2、e3的点集m；

4、s2、通过反螺旋散热流道进口段和出口段的总压差δp和总温差δt获得关于反螺旋散热流道的无量纲参数e1、e2、e3的函数关系式fδp(e1,e2,e3)和fδt(e1,e2,e3)；

5、s3、构建fδp(e1,e2,e3)和fδt(e1,e2,e3)的评价函数f散热流道，通过求得评价函数的最小值获得反螺旋散热流道的结构参数的最优解。

6、作为本发明的一种齿轮泵-电机一体式反螺旋流道设计方法的改进：

7、所述反螺旋散热流道水力模型包括流体在泵内经过的区域，流体从齿轮泵进口管道经齿轮区从齿轮泵出口管道流出，同时部分流体从散热流道进口管路流入环形间隙流道中，然后经过反螺旋散热流道、散热流道出口管路带入齿轮泵进口管道中，然后再经过齿轮区从齿轮泵出口管道流出。

8、作为本发明的一种齿轮泵-电机一体式反螺旋流道设计方法的进一步改进：

9、所述反螺旋散热流道位于电机轴内部沿轴向设置，进口段和出口段均为反螺旋螺纹。

10、作为本发明的一种齿轮泵-电机一体式反螺旋流道设计方法的进一步改进：

11、所述螺旋散热流道的结构参数为进口段反螺纹长度l1、出口段反螺纹长度l2、圆柱形流道长度l和螺纹的螺距p。

12、作为本发明的一种齿轮泵-电机一体式反螺旋流道设计方法的进一步改进：

13、所述无量纲参数：其中，e1取值范围为(0,1)，e2取值范围为(0,1)，(e1+e2￡1)；

14、所述无量纲参数点集m：

15、m＝{(e11,e21,e31)、(e12,e22,e23)、k、(e1i,e2i,e3i)}，其中i＝1,2,k,n  (1)。

16、作为本发明的一种齿轮泵-电机一体式反螺旋流道设计方法的进一步改进：

17、所述函数关系式fδp(e1,e2,e3)和fδt(e1,e2,e3)的构建过程为：

18、通过流体力学控制方程获得反螺旋散热流道的进口段首尾两个位置和出口段首尾两个位置的实时压力值和实时温度值，进而得到反螺旋散热流道的进口段压差值δp进和温差值δt进、出口段的压差值δp出和温差值δt出，然后得到进口段和出口段流道总压差δp和总温差δt：

19、δp＝dp进+dp出 (2)

20、δt＝dt进+dt出 (8)

21、根据式(1)构建无量纲参数点集和

22、

23、

24、其中i＝1,2,k,n；

25、函数关系式fδp(e1,e2,e3)为；

26、

27、其中，

28、

29、式中：r为流体的密度；hf为沿程阻力；λf为沿程阻力系数；l为圆柱形流道长度；d为管道当量直径；v为平均流速；ref为雷诺数；a1,k,a5均为常数；

30、函数关系式fδt(e1,e2,e3)为：

31、

32、其中：

33、

34、

35、

36、

37、

38、式中：h为对流传热系数；λ为圆管导热系数；l为圆柱形流道长度；d为管道当量直径；p为螺纹的螺距；f为经过螺纹管壁的热通量，t1、t2、t3、t4分别为进口段的首尾两个位置和出口段首尾两个位置的温度；tw为壁面温度；nu为努谢尔数；re为雷诺数；λ为热导率。

39、作为本发明的一种齿轮泵-电机一体式反螺旋流道设计方法的进一步改进：

40、所述评价函数f散热流道为：

41、

42、其中，δp*和δt*分别为δp和δt的理论最优值；qm为质量流量，cp为流体的比热容；

43、在无量纲点集内通过迭代求解法，求得评价函数取得最小值时进口段螺纹长度l1，出口段反螺纹长度l2和螺纹的螺距p。

44、本发明的有益效果主要体现在：

45、本发明的一种齿轮泵-电机一体式反螺旋流道设计方法通过电机壳内部的散热流道连接齿轮泵内高压腔与低压腔来实现流体的循环流动，在电机轴产生的热量可以经过散热流道带到出口，不仅能在保证不影响齿轮泵效率的同时，还能延长齿轮泵的使用寿命，以及减小泵内温度变化对流体产生的不良影响。

46、本发明利用散热流道将泵内的高压腔与低压腔连通，通过电机外部，形成循环流道，从而将热量带走，散热性能较好且不需要外设散热池，降低了外部结构的复杂性。

技术特征：

1.一种齿轮泵-电机一体式反螺旋流道设计方法，其特征在于包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种齿轮泵-电机一体式反螺旋流道设计方法，其特征在于：

3.根据权利要求2所述的一种齿轮泵-电机一体式反螺旋流道设计方法，其特征在于：

4.根据权利要求3所述的一种齿轮泵-电机一体式反螺旋流道设计方法，其特征在于：

5.根据权利要求4所述的一种齿轮泵-电机一体式反螺旋流道设计方法，其特征在于：

6.根据权利要求5所述的一种齿轮泵-电机一体式反螺旋流道设计方法，其特征在于：

7.根据权利要求6所述的一种齿轮泵-电机一体式反螺旋流道设计方法，其特征在于：

技术总结
本发明涉及齿轮泵设计技术领域，公开了一种齿轮泵‑电机一体式反螺旋散热流道设计方法，包括基于反螺旋散热流道水力模型构造反螺旋散热流道的结构参数的无量纲参数e<subgt;1</subgt;、e<subgt;2</subgt;、e<subgt;3</subgt;的点集M；通过反螺旋散热流道进口段和出口段的总压差和总温差获得无量纲参数e<subgt;1</subgt;、e<subgt;2</subgt;、e<subgt;3</subgt;的函数关系式；然后构建评价函数，通过求得评价函数的最小值获得反螺旋散热流道的结构参数的最优解。通过本发明，可以将在电机轴产生的热量经过散热流道带到出口，不仅能在保证不影响齿轮泵效率的同时，还能延长齿轮泵的使用寿命，以及减小泵内温度变化对流体产生的不良影响。

技术研发人员：翟璐璐,张俊鹏,朱祖超,李响
受保护的技术使用者：浙江理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23