张人会, 孙鹏程, 符义红

(1. 兰州理工大学能源与动力工程学院，甘肃 兰州 730050； 2. 重庆水泵厂有限责任公司，重庆 400037)

往复泵是一种容积式泵，由于其高压、高效、自吸性能好、流量恒定等优点被广泛应用于石油化工、矿山、舰船军工等领域.由于阀芯运动的非稳态特性导致其对阀座的高频冲击作用和阀动作的滞后，引起泵阀容积的下降和寿命的降低[1].泵阀是限制往复泵性能提升的一个重要制约因素[2].以往对往复泵阀芯运动及流场的研究多为固定开度下的定常数值模拟[3-5]，近年来逐渐发展到运用动网格技术实现阀芯运动分析与流场进行耦合的非定常模拟[6-8].阀芯运动特性受弹簧刚度及预紧力影响显著[9-11]，对弹簧刚度、预紧力及限位器高度对阀芯运动规律影响研究目前主要是在恒定流量条件下进行[12-14]，而对阀运动的非稳态特性及其影响机理分析还不够深入.

文中通过对往复泵阀隙非稳态流场与阀芯运动进行动态耦合分析，依据流场及运动分析结果，采用UDF函数控制阀芯的运动规律，实现对瞬态工作下排出阀的动态特性的数值模拟，研究弹簧刚度、预紧力对阀芯运动以及阀芯对限位器及阀座的冲击作用，分析弹簧刚度对往复泵示功图曲线的影响，从而为往复泵阀的优化设计提供一定的参考.

1 阀芯运动的耦合模型

1.1 阀芯运动数学模型

往复泵阀的传统理论中假定连杆比(曲柄半径与曲柄连杆长度之比)λ≈0，考虑魏斯特法尔现象，由阀座孔流量与阀隙流量守恒可导出阀芯升程方程，即