直线共轭内啮合齿轮泵的困油现象与噪声分析

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Analysis of Trapping Oil and Noise of Straight Conjugate Internal Gear PumpYUE Yuanyuan ～.YANG Guolai(1.Lanzhou University of Technology，Lanzhou 730000，China；2.Lanzhou Resources& EnvironmentVoc-tech Colege，Lanzhou 730000，China)Abstract：An alysis of the working principle and the trapping 01 phenomenon for straight conj ugate internal gear pumpwas did in this paper，the theoretical calculation formula for straight conjugate internal gear pump trapped oil volume ratewas established，and by using the swept area method to calculate the trapped oil volume rate，the straight conj ugate internalgear pump noise which causes at work was studied.Finaly，the problems were solved through solving the trapped oil phe-nomenon indirectly to reduce the noise，thereby，the purpose of increasing the efficiency of the straight conjugate internal gearpum p w as gotten。

Key words：straight line COniugated profile，internal gear pump，trapping 0il volume rate，noise随着机械制造业精益化的不断发展和人们环保意识 的增强 ，要 求齿轮泵 的总体效率高 ，工作 噪声小 ，在国外还提出了安静泵”的说法 。

直线共轭内啮合齿轮泵由于其 自身的工作原理存在着 困油现象。研究得知 ，噪声的产生和流量 的均匀性差与齿轮泵的困油现象有着较大关系1]。困油现象使齿轮泵在工作 中产生噪声和发热 ，工作效率降低 ，影响泵的工作平稳性和使用寿命 。大量的研究发现 ，齿轮泵噪声主要是压力脉动产生 的噪声和困油现象产生 的噪声 ；因此 ，本文对直线共轭内啮合齿轮泵的困油现象进行分 析和研究 ，对 困油容积变化率进行计算 ，以期减少噪声 ，提高齿轮泵的工作效率 。

1 直线共轭内啮合齿轮泵的结构与工作原理直线共轭内啮合齿轮泵的小齿轮(外齿轮)的齿廓为直线 ，大齿轮(内齿轮)的齿廓为直线共轭曲线。

其结构如图 1所示 ，由外齿轮 、内齿 轮、月牙形 隔板和泵体组成。

116图 1 直线共轭内啮合齿轮泵工作原理简 图直线共轭 内啮合齿轮泵的工作原理是靠 1个外齿轮与 1个内齿轮作 内啮合运动进行lT作 ，用 1个月牙板将吸油腔和排油腔相互分开。当外齿轮按图示方向转动时 ，带动 内齿轮作相同方向的转动 ，这时在吸油区附近的封 闭容积变大而产生吸油 ，在排油区附近的封闭容积变小而产生排油 ，若齿轮连续转动 ，油泵便连续 、周期性地进行吸、排油。

2 直线共轭内啮合齿轮泵困油现象的产生为了保证直线共轭内啮合齿轮泵的齿轮平稳地啮合运转，必须使吸、排油腔严格的密封及连续均匀《新技术新工艺》质量控制与故障分析质量控制 故障分析的供油 ，并使齿轮啮合的重叠系数 e略>1lz 。如图2所示 ，当新 的-对齿在 C点开始啮合时 ，前-对齿在 D点 的啮合尚未脱开 ，这样齿轮泵T 作时 ，就会出现 2对齿同时啮合 的现象，由于齿轮的断面间隙很小 ；因此，在这 2对齿之 间就形成 了-个 与泵 的吸、排油腔均不相通 的闭死容积 ( 。V。)，如 图2中的阴影部分 ，即困油容积。随着齿轮 的旋转 ，闭死容积的大泄会发生变化 ，这就是困油现象。

内齿轮图 2 直线共轭内啮合齿轮泵的困油区示意图3 困油容积变化率的计算计算困油容积的方法包括几何图解法、数值计算法 、虚拟量测法和扫过面积法。本文将采用扫过面积法来计算直线共轭 内啮合齿轮泵的困油容积变化率[ 。

根据齿轮啮合 的基本定 理，2啮合齿轮节圆上对应点的速度相等 ，即：1 yl602 y2 (1)式中 ，山 、 分别为外齿轮 、内齿轮的角速度 ；，- 、r。分别为外齿轮 、内齿轮的节圆半径 。

设在 d 时间内 ，外齿轮转过角 度 d ，内齿 轮将转过角度 d 。

∞l dt- d 1∞2 dt- d 2 (2)又有传动 比：i- - r/2 (3)2 竹 l r2因此 ，得 ：d 2- r-， 。Ldql- d如图 2所示，当外齿轮按图示方 向转过角度 ，时，第 l对齿廓在啮合点 D附近退让 ，使压油腔扩大的容积为 dV ，第 2对进入啮合区的齿廓在啮合点 c附近啮人 ，使压油腔减小的容积为 d 。令容积增大为容积变化的正方向，采用扫过面积法计算得 ：1 1dV -寺B(r l-r )d 1寺B(r -r]z)d 2 (5)同理 ：1 1dV -÷B(r - 21)d 寺B(r 2-r： )d 2 (6)厶 厶式中，B为齿宽 ；ra 、 分别为外齿轮 、内齿轮的顶圆半径 ； 、 分别为啮合点 C到齿轮 中心 、0 的径 向距离 ；rfil、 分别为啮合点 D 到齿轮中心 0 、0 的径 向距离。

通过分析可知 ，直线共轭 内啮合齿轮泵外齿轮转过-定角度时 ，产生 的困油容积变化量等于 2对同时啮合 的齿廓在压 油腔所 产生 的容 积变化量之和。即直线共轭内啮合齿轮泵主动轮转过角度 d时，所产生的困油容积变化量为 d - d d 。

将式 5、式 6相加 (因为 d 为减小容积 ，故计算式中劝-”号)得 直线共轭内啮合齿轮泵总的困油容积微分方程 ：dV - dV - d 2- Bl(r51-r(12) (r -r )dF1 (7)厶 L ，2式 7两端对时间求导数，可得直线共轭内啮合齿轮泵的困油容积变化率表达式 ：Dv- B 1 J(r；l-rr2)ri(rZ2-r52)l (8)厶 L ，24 困油现象所产生的噪声分析4.1 困油现象产生噪声的原因困油现象就是困油容积的变化造成其内压力急剧升降的现象。内啮合齿轮泵过渡区的压力变化是导致齿轮泵 噪声 的主要 原因l4j。齿 轮泵要平稳 T作 ，齿轮啮合的重叠系数 e应>1，这将会出现 2对轮齿 同时啮合的情况 ，形成-个闭死 的容积 。当它由大变到小时，由于液体的不可压缩性 ，闭死容积中的压力急剧升高 ，封闭的液体从-切可以泄漏 的缝隙强行挤出 ，使轴承受到很大的附加载荷 ，同时产生功率损失及液体发热等不良现象 ；当它 由小变大时 ，由于不能及时补油 ，闭死容积形成局部真空 ，溶解于液体中的空气便析出产生气泡，产生气蚀现象 ，引起振动和噪声 。

4.2 困油现象的消除方法(4) 根据困油现象产生的原因，只要能在不使吸 、排《新技术新工艺》质量控制与故障分析 l1 17新技术新工艺 201 3年 第 5期抛锚作业撞击海底管道的概率与影响刘永和(中海 石油(中国)有 限公 司 深圳分公 司，广东 深圳 518000)摘 要：在海底管道所受到的各种损 害中，抛锚作业撞击属 于-种偶然性的载荷破 坏，但是很 容易导致海底管道受到破坏。本文阐述 了抛锚作业撞击海底管道的概率 ，分析 了海底管线被锚击 中后的损 害程度 ，并以工程为实例进行探讨，提 出了应对措施 ，为进-步研 究分析 海底管道在偶然荷载作用下的影响打下 了基 础 。

关键词 ：抛锚作业；撞击；海底管道中图分类号：TE 54 文献标志码：AProbability and Influence of Anchoring Jobs Impacting Submarine PipelinesLIU Yonghe(Shenzhen Branch，CNOC，Shenzhen 518000，China)Abstract：In various threats of submarine pipelines suffering，anchoring impact belongs to an accidental load of damage，butthis accidental load damage easily leads to submarine pipelines damages.The paper first described the impact probability ofanchoring submarine pipelines，then，analysis of submarine pipelines was did for the extenl of the damage caused by anchorshots.In addition，taking an engineering project as example，carried on the discussion，and put forward the measures，whichlay the foundation for further research on submarine pipelines under accidental loads。

Key words：anchoring，im pact，submarine pipelines海底管道是近海油、气开发工程 中的-个重要组成部分 ，海底管道广泛应用于海洋石油工业，已经成为连续输送大量油(气 )最经济 、最可靠、最安全和最快捷的运输方式 ，是海上油 (气)田开发生产系统的重要组成部分 ，已经覆盖了东海部分水域和南海、渤海东西部大部分水域 。与 陆上管道相比，在充满各种危险的海洋这-特殊环境 中铺放安装管道 ，自然会遇到很大问题 。在海底管道所受到的各种损害中，抛锚作业撞击属于-种偶然性的载荷破坏 ，但是腔旁通的前提下，设法在困油容积变小时使之与排出腔连通 ，增大时与吸入腔连通 ，上述因困油而产生的弊端即可消除 。具体 的方法有多种 ，如 ：卸压槽法 、卸压 孔法 、修 正齿形法 、采 用斜齿 轮或人 字齿轮 。