利用FLUENT軟件的動網格技術，通過對轉子泵出口球閥的運動特性及轉子泵內部流場進行仿真計算和可視化分析，得到出口球閥運動參數的變化曲線和轉子泵內部流場的分布情況。仿真分析結果表明：3組球閥的速度、升程、受力隨轉子的轉動呈周期性變化；由于初始條件和邊界條件不同，所得仿真曲線與球閥運動規律的數學模型計算曲線有所不同，但變化趨勢是一致的；在轉子相互嚙合區，壓力值最小，變化梯度最大，且最小值隨轉子的轉動而變化。

　　長期以來，國內外出現了很多種油氣混輸泵，有螺桿泵、軸流泵、液環泵、葉片泵、轉子泵等。但在含氣量較大工況時，上述油氣混輸泵極易產生氣阻失效。針對傳統混輸泵產品存在的缺陷，提出了一種新型內壓縮轉子式油氣混輸泵。通過在該泵出口處增設3組出口球閥，從而消除了氣阻，增添了內壓縮特性，提高了油氣混輸功能與泵效率，且可防止回流、降低沖擊噪聲。

　　鑒于目前尚無轉子泵出口球閥理論與設計技術，擬應用動態數值模擬的相關理論及借鑒往復泵球閥最新發展成果，根據轉子泵工作特性，對轉子泵出口球閥在實際工作過程中的運動情況和內部流場的分布情況進行仿真分析與可視化研究，揭示轉子泵出口球閥的運動規律，為其理論分析與設計提供參考和借鑒。

　　1、球閥運動規律的數學模型

　　為便于對轉子泵出口球閥運動規律的數學模型進行理論研究，假設：

　　(1)不考慮流體在液缸內流動的摩阻損失；

　　(2)液缸內各點的流體壓力及密度都相同；

　　(3)流體動力學封閉方程為均熵流場；

　　(4)不考慮泵腔內的余隙容積；

　　(5)不考慮液缸、轉子的變形。

　　選擇實型轉子泵球閥的結構如圖1所示。根據球閥運動微分方程、液缸內流體流動微分方程及初始條件，可推導出描述球閥運動規律的數學模型。其常微分方程組如下：

圖1 球閥結構示意圖

　　式中：Axd為閥隙過流面積，m2；

　　ρxd為流過球閥間隙的液體密度，kg/m3；

　　p為液缸內液體壓力，Pa；

　　α為轉子內圓包角；

　　pd為泵的出口壓力，Pa；

　　φ為轉子轉動角度；

　　Vd為閥隙、球閥與閥座形成的空間體積，m3；

　　ρ為液缸內液體密度，kg/m3；

　　Vc為泵腔容積，m3；

　　md為閥球質量，kg；

　　ξ為流量系數，0.50～0.67；

　　Avd為閥球工作面積，m2；

　　υ為球閥運動速度，m/s；

　　h為球閥升程，m；

　　pod為球閥開啟時液缸內液體壓力，Pa。

　　球閥的仿真條件如下：閥座孔半徑rd=0.032m，閥座半錐角δ=45°，閥座倒角長度l=0.005m；閥球半徑Rd=0.045m，閥球材質鋼的密度ρd=7850kg/m3。液壓油密度ρ=856kg/m3。

　　利用MATLAB軟件，采用龍格—庫塔方法對上述微分方程組進行數值計算，求解得球閥升程、速度隨時間的變化曲線分別如圖2、圖3所示。

圖2 數值計算閥球升程變化曲線

圖3 數值計算閥球速度變化曲線

　　分析以上變化曲線圖可知：隨著排液過程的進行，閥球的升程越來越大，但升程變化速率減小，當閥球達到最大升程以后，將懸浮于升程最大值附近的某一固定高度；在球閥開啟瞬間，閥球獲得很高的開啟速度而呈跳躍式開啟，此后，閥球速度逐漸減小，當閥球達到最大升程時，速度近似減小為零且保持恒定。

　　4、結論

　　利用FLUENT軟件的動網格技術，對轉子泵出口球閥的運動特性及轉子泵內部流場進行了數值模擬，歸納總結可得出以下結論：

　　(1)在轉子泵動態模擬的動畫圖示中，可直觀顯示隨著轉子轉動，球閥速度、升程及泵內壓力場的變化過程。

　　(2)轉子在轉動的過程中，3組閥球的速度、升程、受力發生周期性變化，且由于初始條件和邊界條件不同，所得仿真曲線與球閥運動規律的數學模型計算曲線有所不同，但變化趨勢是一致的。

　　(3)在轉子相互嚙合區，壓力值最小，變化梯度最大，且最小值隨著轉子的轉動而變化。