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[摘 要 ]合理的输油泵进出油槽角度设计，可以有效地减少输油泵的流量波动、泄漏量的波动幅度，减少叶片转子的液力冲击和扭矩波动，有效地消减输油泵的震动。
[关键词]叶片式输油泵;流量;波动
[中图分类号]E974.1 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2020）08–00–03
The Influence of the Size of the Inlet and Outlet Tanks of the Vane-type
Oil Pump on the Flow and Pressure Fluctuation
Pan Hui， Xie Fang， Xi Yang， Zang Guang-hui
[Abstract]The reasonable design of the angle of the inlet and outlet of the oil transfer pump can effectively reduce the flow fluctuation and leakage fluctuation range of the oil transfer pump， reduce the hydraulic impact and torque fluctuation of the blade rotor， and effectively reduce the vibration of the oil transfer pump.
[Keywords]vane pump; flow; fluctuation
1 工作原理
叶片式输油泵结构如图1所示，其中定子偏心环和转子之间存在一定的偏心距。叶片装在转子的叶片槽内，叶片可以在槽内径向移动。叶片根部的环槽与进出油槽相连，保证叶片在进油和出油区时叶片所受的液力合力始终沿径向向外。此外在转动过程中离心力和上述的液力合力始终沿转子径向向外，将叶片压在定子偏心环的内轮廓表面，这样由叶片/转子/定子及衬板组成密封工作腔。随转子逆时针旋转，叶片慢慢伸出，靠近进油区的密封区域的体积慢慢变大，到进油口开始吸油。靠近出油区的密封区域的体积慢慢变小，体积被压缩，产生压力，在出油口处将油排出。泵每转一周，每个封闭腔体分别完成了2次进出油过程。
2 本文主要目的和内容
叶片泵传统的设计方法有经验设计方法，参数优化或两者结合，通过设计经验先给出首轮设计参数，然后建立对应的数学模型，根据模型建立对应的AMESIM模型，让所有的设计参数组成一个动态模型，分析各种设计方案的差异，并从差异性中选择最优的方案进行应用。本文通过使用AMESIM软件搭建进出油槽的数学模型和体积变化率的数学模型，分析几种设计方案的进出油槽角度对叶片输油泵的动态流量及压力波动的影响。给出相应的对比分析并给出最优的设计方案。
3 影响因素分析
（1）如图2所示（以800 r/min和1500 r/min为例），800 rpm时的流量波动为1.516 L/min，1500 r/min时的流量波动为1.678 L/min，从中得出规律随转速升高，流量波动非线性增加。
（2）相邻2个控制腔（B1和B2）的体积变化曲线，理想情况下，2条曲线应该只存在相位差的关系，但如图3所示（以1500 r/min为例），体积峰值和谷值明显存在峰峰差值和谷谷差值的点，这是由于叶片在进入高压区时，叶片顶部和断面存在间隙泄露，因此体积变化在这2个区域变缓。
（3）从图4所示（以1500 r/min为例）的流量和泄漏量对应相位图中可以看到，泄露量的峰值对应输油泵流量曲线的谷值，因此也证明了输油泵流量曲线的波动主要是由叶片的端面泄露造成的，因此流量的峰值与谷值出现的时间差应该是供油周期/叶片数量之比。
（4）泄露量的大小主要取决于输油泵的出口压力、叶片的厚度和宽度以及泄露间隙的大小。如图5所示（以800 r/min为例），设定叶片与端面的间隙B1=0.01 mm，B2=0.02 mm。可以清楚地看到间隙不是越小越好，适当的泄漏量对叶片输油泵的流量波动是有一定好处的。
（5）图6为输油泵叶片转子的受力曲线，B1间隙为0.02 mm，B2间隙为0.01 mm，从图中可以看出，转子的峰值受力B1与B2相比有所下降，从而得出，适当的间隙可以有效地减少转子叶片的液力冲击。
（6）进油槽角度对流量波动的影响，以下面3个方案为例。
（1）方案F1（红色）：进油槽角度106°，出油槽角度95°。
（2）方案F2（蓝色）：进油槽角度100°，出油槽角度85°。
（3）方案F3（黄色）：进油槽角度115°，出油槽角度100°。
如图7所示（以800 rpm为例），可以明显看出F3方案波动最大，F1方案波动次之，F2方案的进出油角度设计方案对流量波动的效果最好。
如图8所示（以800rpm为例），第一腔泄漏量曲线差异，明显看出F3方案由于油槽角度设计不合理，在工作区间发生了泄露，并且通过图7的对比不难发现F2方案是举例方案中最优的。
如图9所示（以800rpm为例），从转子叶片的受力曲线中可以明显看出F3方案由于油槽角度设计不合理，在工作区间发生了液力冲击，并且通过图8的对比不难发现F2方案是举例方案中最优的。
4 结束语
综上所述合理的输油泵进出油槽角度设计，可以有效地减少输油泵的流量波动、泄漏量的波动幅度，减少叶片转子的液力冲击和扭矩波动，有效地消减输油泵的震动。
参考文献
[1] 广西玉柴机器股份有限公司.叶片式输油泵：CN201320009120.9[P].2013-07-31.
[2] 江苏时创机械有限公司.一种多叶片式电液动通风蝶阀：CN201320221301.8[P].2013-09-11.
[3] 淄博迈特汽轮机有限公司.一种两侧排汽汽轮机：CN201620672194.4[P].2016-12-07.
[4] 南京创贝高速传动机械有限公司.注回油泵、冷却泵试验台：CN201420465928.2[P].2014-12-17.
[5] 潘統勤.叶片式泵：CN201820106630.0[P].2018-08-28.
[关键词]叶片式输油泵;流量;波动
[中图分类号]E974.1 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2020）08–00–03
The Influence of the Size of the Inlet and Outlet Tanks of the Vane-type
Oil Pump on the Flow and Pressure Fluctuation
Pan Hui， Xie Fang， Xi Yang， Zang Guang-hui
[Abstract]The reasonable design of the angle of the inlet and outlet of the oil transfer pump can effectively reduce the flow fluctuation and leakage fluctuation range of the oil transfer pump， reduce the hydraulic impact and torque fluctuation of the blade rotor， and effectively reduce the vibration of the oil transfer pump.
[Keywords]vane pump; flow; fluctuation
1 工作原理
叶片式输油泵结构如图1所示，其中定子偏心环和转子之间存在一定的偏心距。叶片装在转子的叶片槽内，叶片可以在槽内径向移动。叶片根部的环槽与进出油槽相连，保证叶片在进油和出油区时叶片所受的液力合力始终沿径向向外。此外在转动过程中离心力和上述的液力合力始终沿转子径向向外，将叶片压在定子偏心环的内轮廓表面，这样由叶片/转子/定子及衬板组成密封工作腔。随转子逆时针旋转，叶片慢慢伸出，靠近进油区的密封区域的体积慢慢变大，到进油口开始吸油。靠近出油区的密封区域的体积慢慢变小，体积被压缩，产生压力，在出油口处将油排出。泵每转一周，每个封闭腔体分别完成了2次进出油过程。
2 本文主要目的和内容
叶片泵传统的设计方法有经验设计方法，参数优化或两者结合，通过设计经验先给出首轮设计参数，然后建立对应的数学模型，根据模型建立对应的AMESIM模型，让所有的设计参数组成一个动态模型，分析各种设计方案的差异，并从差异性中选择最优的方案进行应用。本文通过使用AMESIM软件搭建进出油槽的数学模型和体积变化率的数学模型，分析几种设计方案的进出油槽角度对叶片输油泵的动态流量及压力波动的影响。给出相应的对比分析并给出最优的设计方案。
3 影响因素分析
（1）如图2所示（以800 r/min和1500 r/min为例），800 rpm时的流量波动为1.516 L/min，1500 r/min时的流量波动为1.678 L/min，从中得出规律随转速升高，流量波动非线性增加。
（2）相邻2个控制腔（B1和B2）的体积变化曲线，理想情况下，2条曲线应该只存在相位差的关系，但如图3所示（以1500 r/min为例），体积峰值和谷值明显存在峰峰差值和谷谷差值的点，这是由于叶片在进入高压区时，叶片顶部和断面存在间隙泄露，因此体积变化在这2个区域变缓。
（3）从图4所示（以1500 r/min为例）的流量和泄漏量对应相位图中可以看到，泄露量的峰值对应输油泵流量曲线的谷值，因此也证明了输油泵流量曲线的波动主要是由叶片的端面泄露造成的，因此流量的峰值与谷值出现的时间差应该是供油周期/叶片数量之比。
（4）泄露量的大小主要取决于输油泵的出口压力、叶片的厚度和宽度以及泄露间隙的大小。如图5所示（以800 r/min为例），设定叶片与端面的间隙B1=0.01 mm，B2=0.02 mm。可以清楚地看到间隙不是越小越好，适当的泄漏量对叶片输油泵的流量波动是有一定好处的。
（5）图6为输油泵叶片转子的受力曲线，B1间隙为0.02 mm，B2间隙为0.01 mm，从图中可以看出，转子的峰值受力B1与B2相比有所下降，从而得出，适当的间隙可以有效地减少转子叶片的液力冲击。
（6）进油槽角度对流量波动的影响，以下面3个方案为例。
（1）方案F1（红色）：进油槽角度106°，出油槽角度95°。
（2）方案F2（蓝色）：进油槽角度100°，出油槽角度85°。
（3）方案F3（黄色）：进油槽角度115°，出油槽角度100°。
如图7所示（以800 rpm为例），可以明显看出F3方案波动最大，F1方案波动次之，F2方案的进出油角度设计方案对流量波动的效果最好。
如图8所示（以800rpm为例），第一腔泄漏量曲线差异，明显看出F3方案由于油槽角度设计不合理，在工作区间发生了泄露，并且通过图7的对比不难发现F2方案是举例方案中最优的。
如图9所示（以800rpm为例），从转子叶片的受力曲线中可以明显看出F3方案由于油槽角度设计不合理，在工作区间发生了液力冲击，并且通过图8的对比不难发现F2方案是举例方案中最优的。
4 结束语
综上所述合理的输油泵进出油槽角度设计，可以有效地减少输油泵的流量波动、泄漏量的波动幅度，减少叶片转子的液力冲击和扭矩波动，有效地消减输油泵的震动。
参考文献
[1] 广西玉柴机器股份有限公司.叶片式输油泵：CN201320009120.9[P].2013-07-31.
[2] 江苏时创机械有限公司.一种多叶片式电液动通风蝶阀：CN201320221301.8[P].2013-09-11.
[3] 淄博迈特汽轮机有限公司.一种两侧排汽汽轮机：CN201620672194.4[P].2016-12-07.
[4] 南京创贝高速传动机械有限公司.注回油泵、冷却泵试验台：CN201420465928.2[P].2014-12-17.
[5] 潘統勤.叶片式泵：CN201820106630.0[P].2018-08-28.