高速高压燃油齿轮泵典型卸荷槽对比分析

doi:10.7527/S1000-6893.2023.29666

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高速高压燃油齿轮泵典型卸荷槽对比分析

齐国宁¹^,²^,³, 吴宝海²^,³(), 符江锋⁴

^1.中国航发西安动力控制科技有限公司，西安 710077
^2.西北工业大学航空发动机高性能制造工信部重点实验室，西安 710072
^3.西北工业大学航空发动机先进制造技术教育部工程研究中心，西安 710072
^4.西北工业大学动力与能源学院，西安 710072

收稿日期:2023-09-28 修回日期:2023-10-08 接受日期:2023-10-18 出版日期:2023-11-02 发布日期:2023-11-01
通讯作者: 吴宝海 E-mail:wubaohai@nwpu.edu.cn
基金资助:
国家科技重大专项(J2019-V-0016-0111);航空发动机及燃气轮机基础科学中心项目(P2022-B-V-003-001);国防基础科研项目(JCKY2022607C002);陕西省重点研发计划高校联合重点项目(2021GXLH-01-16);中国航发产学研合作项目(HFZL2022CXY013)

Comparative analysis on relief grooves of high-speed and high-pressure aeroengine fuel gear pumps

Guoning QI¹^,²^,³, Baohai WU²^,³(), Jiangfeng FU⁴

^1.AECC Xi’an Engine Control Technology Co. Ltd. ，Xi’an 710077，China
^2.Key Laboratory of High-Performance Manufacturing for Aero Engine，Ministry of Industry and Information Technology，Northwestern Polytechnical University，Xi’an 710072，China
^3.Engineering Research Center of Advanced Manufacturing Technology for Aero Engine，Ministry of Education，Northwestern Polytechnical University，Xi’an 710072，China
^4.School of Power and Energy，Northwestern Polytechnical University，Xi’an 710072，China

Received:2023-09-28 Revised:2023-10-08 Accepted:2023-10-18 Online:2023-11-02 Published:2023-11-01
Contact: Baohai WU E-mail:wubaohai@nwpu.edu.cn
Supported by:
National Science and Technology Major Project(J2019-V-0016-0111);Science Center for Gas Turbine Project(P2022-B-V-003-001);Defense Industrial Technology Development Program(JCKY2022607C002);Universities Joint Key Projects of Key Research and Development Plan of Shaanxi Province(2021GXLH-01-16);Industry University Research Cooperation Project of AECC(HFZL2022CXY013)

摘要/Abstract

摘要：

卸荷槽是缓解齿轮泵困油的有效措施，其设计合理与否直接影响齿轮泵的工作效率和寿命。本文给出了一种基于计算流体力学（CFD）的卸荷槽性能分析方法，重点开展了多种不同结构形式卸荷槽的性能对比研究，从困油压力、气体体积分数、出口流量、流量不均匀系数等多个技术指标评估对比了不同结构卸荷槽的工作性能。研究对比结果表明，卸荷槽F的结构形式与矩形、圆形及卸荷槽E相比综合性能最优，流量不均匀度仅为5.25%，困油压力峰值为18 MPa，具有困油压力小，容积效率高，流量品质高等优点，适用于高速、高压燃油齿轮泵方案设计；此外，在卸荷槽设计时，通过增大低压腔卸荷槽面积以及卸荷槽向低压腔偏移，有助于空化的抑制，并且能缓解困油，降低流量脉动，在新型卸荷槽F的结构设计时考虑该因素，可进一步提升卸荷槽的综合性能。

关键词: 航空发动机, 燃油齿轮泵, 卸荷槽, 困油, 空化

Abstract:

The relief groove is the most effective measure to alleviate oil trapping of gear pumps； therefore， its design directly affects the working efficiency and service life of the gear pump. This paper presents a performance analysis method for relief grooves based on computational fluid dynamics. A comparative study was conducted to evaluate the performance of different structural forms of relief grooves， focusing on technical indicators such as trapped oil pressure， gas volume fraction， outlet flow rate， and the flow rate non-uniformity coefficient. The results show that the relief groove F， with a flow non-uniformity of only 5.25% and a trapped oil pressure peak of 18 MPa， outperforms the rectangular， circular， and unloading slot E in terms of overall performance， exhibiting advantages of low trapped oil pressure， high volumetric efficiency， and high flow quality. These characteristics make it well-suited for the design of high-speed and high-pressure fuel gear pumps. In addition， increasing the size of the relief groove and positioning it towards the low-pressure chamber can reduce cavitation， oil entrapment， and flow pulsation. Designing the new unloading slot F with these factors in mind can improve its overall performance.

Key words: aeroengines, fuel gear pumps, relief grooves, trapped oil, cavitation

中图分类号:

V233.22

齐国宁, 吴宝海, 符江锋. 高速高压燃油齿轮泵典型卸荷槽对比分析[J]. 航空学报, 2024, 45(5): 529666-529666.

Guoning QI, Baohai WU, Jiangfeng FU. Comparative analysis on relief grooves of high-speed and high-pressure aeroengine fuel gear pumps[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2024, 45(5): 529666-529666.

图/表 21

图 1

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图 3

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表 1

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图 13

表2

图 14

表3

图 15

表4

图 16

表5

参考文献 19

1	刘尚勤. 离心泵用作航空发动机主燃油泵研究［J］. 航空发动机， 2006， 32（2）： 43-45.
	LIU S Q. Investigation of centrifugal pump used as aeroengine main fuel pump［J］. Aeroengine， 2006， 32（2）： 43-45 （in Chinese）.
2	刘尚勤，王磊. 航空发动机的一种新型主燃油泵设计［J］. 航空发动机， 2003， 29（2）： 5-7.
	LIU S Q， WANG L. Design of a new main fuel pump for aeroengine［J］. Aeroengine， 2003， 29（2）： 5-7 （in Chinese）.
3	唐庆，单金光，周龙，等. 航空燃油齿轮泵流动机理的数值模拟研究［J］. 机电工程， 2021， 38（9）： 1185-1190.
	TANG Q， SHAN J G， ZHOU L， et al. Numerical simulation of the flow mechanism for aviation fuel gear pump［J］. Journal of Mechanical & Electrical Engineering， 2021， 38（9）： 1185-1190 （in Chinese）.
4	文昌明，李玉龙. 齿轮泵高速困油研究及卸荷槽创新［J］. 机械传动， 2019， 43（3）： 149-151， 165.
	WEN C M， LI Y L. Higher-speed trapped-oil pressure research and relief-groove invention for gear pump［J］. Journal of Mechanical Transmission， 2019， 43（3）： 149-151， 165 （in Chinese）.
5	李玉龙. 齿轮泵困油及困油模型的研究进展［J］. 成都大学学报（自然科学版）， 2011， 30（2）： 171-177.
	LI Y L. Summary of research and development of trapped-oil phenomenon and trapped-oil model［J］. Journal of Chengdu University （Natural Science Edition）， 2011， 30（2）： 171-177 （in Chinese）.
6	李玉龙，孙付春. 齿轮泵困油的分析模型及侧隙计算［J］. 排灌机械工程学报， 2011， 29（2）： 118-122.
	LI Y L， SUN F C. Analysis model on trapped oil and backlash calculation in external gear pump［J］. Journal of Drainage and Irrigation Machinery Engineering， 2011， 29（2）： 118-122 （in Chinese）.
7	侯刚. 外啮合齿轮泵卸荷槽的设计［J］. 流体传动与控制， 2004（6）： 31-33.
	HOU G. The design of compensating groove in external gear pump［J］. Fluid Power Transmission and Control， 2004（6）： 31-33 （in Chinese）.
8	王建，吴炳胜，马戎，等. 齿轮泵卸荷槽设计的新方法［J］. 机械传动， 2013， 37（12）： 73-76.
	WANG J， WU B S， MA R， et al. New method of gear pump unloading groove design［J］. Journal of Mechanical Transmission， 2013， 37（12）： 73-76 （in Chinese）.
9	魏列江，李涛，卢利锋，等. 梯形卸荷槽对外啮合齿轮泵困油压力与流量脉动影响的研究［J］. 液压与气动， 2021， 45（3）： 62-69.
	WEI L J， LI T， LU L F， et al. Influence of trapped oil pressure and flow pulsation in external gear pump with trapezoidal relief groove［J］. Chinese Hydraulics & Pneumatics， 2021， 45（3）： 62-69 （in Chinese）.
10	刘兆领，胡益菲，崔路，等. 齿轮泵卸荷槽设计及其内流场特性仿真［J］. 液压与气动， 2020（9）： 100-107.
	LIU Z L， HU Y F， CUI L， et al. Design and inner flow simulation for a gear pump with relief groove［J］. Chinese Hydraulics & Pneumatics， 2020（9）： 100-107 （in Chinese）.
11	孙付春，李玉龙，文昌明，等. 齿轮泵侧隙卸荷的界定标准与验证［J］. 农业工程学报， 2017， 33（20）： 61-66.
	SUN F C， LI Y L， WEN C M， et al. Demarcated standard and verification of backlash relief in external gear pumps［J］. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering， 2017， 33（20）： 61-66 （in Chinese）.
12	李玉龙. 齿轮泵最大困油压力解析式的建立与验证［J］. 农业工程学报， 2013， 29（11）： 71-77.
	LI Y L. Establishment and verification of analytic formula for maximum trapped-oil pressure in external gear pump［J］. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering， 2013， 29（11）： 71-77 （in Chinese）.
13	朱玉丽，喻长发. 基于CFD的齿轮泵流场解析［J］. 机床与液压， 2016， 44（5）： 171-174.
	ZHU Y L， YU C F. Flow field analysis of external gear pump based on CFD［J］. Machine Tool & Hydraulics， 2016， 44（5）： 171-174 （in Chinese）.
14	杨国来，王文宇，白京浩，等. 不同卸荷槽影响下外啮合齿轮泵空化特性［J］. 制造技术与机床， 2020（9）： 106-111.
	YANG G L， WANG W Y， BAI J H， et al. Cavitation characteristics of external gear pump under the influence of different relief grooves［J］. Manufacturing Technology & Machine Tool， 2020（9）： 106-111 （in Chinese）.
15	EATON M， EDGE K A， KEOGH P S. Modelling and simulation of pressures within the meshing teeth of gear pumps［C］∥Proceedings of the International Conference on Recent Advances in Aerospace Actuation Systems and Components. Lyon： Institut National Des Sciences Appliquées， Département Génie industriel， 2001.
16	EATON M， KEOGH P S， EDGE K A. The modelling， prediction， and experimental evaluation of gear pump meshing pressures with particular reference to aero-engine fuel pumps［J］. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers， Part I： Journal of Systems and Control Engineering， 2006， 220（5）： 365-379.
17	YATES M K. The calculation of gear pump porting areas by mathematical means［J］. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers， Part C： Journal of Mechanical Engineering Science， 2015， 229（1）： 180-188.
18	李镕熙，周龙，周振华，等. 基于新型卸荷槽的齿轮泵内部流场及空化特性分析［J］. 机电工程， 2022， 39（8）： 1017-1023.
	LI R X， ZHOU L， ZHOU Z H， et al. Numerical analysis of internal flow field and cavitation of gear pump based on new relief groove［J］. Journal of Mechanical & Electrical Engineering， 2022， 39（8）： 1017-1023 （in Chinese）.
19	符江锋，赵志杰，刘显为，等.基于运动法的航空发动机高速燃油齿轮泵卸荷槽设计与验证［J/OL］.推进技术，（2023-07-04）［2023-09-09］. .
	FU J F， ZHAO Z J， LIU X W， et al. Design and verification of relief groove for aero-engine high-speed fuel gear pump based on motion method［J/OL］. Journal of Propulsion Technology，（2023-07-04）［2023-09-09］. .

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卸荷槽命名	类型
卸荷槽A	对称布置的矩形卸荷槽
卸荷槽B	向低压侧偏移的矩形卸荷槽
卸荷槽C	对称布置的圆形卸荷槽
卸荷槽D	向低压侧偏移的圆形卸荷槽
卸荷槽E	改进型卸荷槽（一）
卸荷槽F	改进型卸荷槽（二）

卸荷槽类型	卸荷槽A	卸荷槽B	卸荷槽C	卸荷槽D	卸荷槽E	卸荷槽F
压力最大值/MPa	18.6	17.4	25.4	19.7	21.1	19.1
压力最小值/kPa	1.61	1.61	1.65	1.61	1.64	1.60
压力平均值/MPa	5.03	4.21	5.99	4.93	6.17	3.81

卸荷槽类型	流量最大值/（kg·s^-1）	流量最小值/（kg·s^-1）	流量平均值/（kg·s^-1）	供油量不均匀系数/%
卸荷槽A	5.555 56	4.945 49	5.259 7	11.60
卸荷槽B	5.498 99	5.139 37	5.300 5	6.78
卸荷槽C	5.706 62	4.738 98	5.215 1	18.55
卸荷槽D	5.552 68	4.909 87	5.258 3	12.22
卸荷槽E	5.748 75	4.558 65	5.236 0	22.73
卸荷槽F	5.482 81	5.204 60	5.304 2	5.25

卸荷槽类型	优点	缺点
卸荷槽A	结构简单，容积效率高	空化严重，困油压力大
卸荷槽B	结构简单，容积效率较高，困油压力较小	空化严重较严重
卸荷槽C	结构简单，容积效率较高	空化严重，困油压力大
卸荷槽D	结构简单，容积效率高	空化严重，困油压力较大
卸荷槽E	空化轻微，困油压力较小	流量品质低，结构较复杂
卸荷槽F	困油压力小，容积效率高，流量品质高	空化一般，结构复杂

[1]	陈立芳, 孙亚冰, 周书华, 高强, 乔保栋, 李栋. 基于真实数据反演的风扇转子本机平衡方法[J]. 航空学报, 2024, 45(4): 628321-628321.
[2]	马瑞贤, 王鑫, 王开明, 李斌, 廖明夫, 王四季. 航空发动机篦齿⁃橡胶涂层机匣碰摩实验[J]. 航空学报, 2024, 45(4): 628350-628350.
[3]	赵伟国, 强欢欢, 李兴国. 环形喷嘴宽度对高速诱导轮空化特性的影响[J]. 航空学报, 2024, 45(4): 128730-128730.
[4]	胡明辉, 高金吉, 江志农, 王维民, 邹利民, 周涛, 凡云峰, 王越, 冯家欣, 李晨阳. 航空发动机振动监测与故障诊断技术研究进展[J]. 航空学报, 2024, 45(4): 630194-630194.
[5]	肖袁, 冯坤, 胡明辉, 江志农. 航空发动机转子非稳态振动分量提取方法[J]. 航空学报, 2024, 45(3): 228158-228158.
[6]	张超, 曹勇, 赵振强, 张海洋, 孙建波, 王志华, 蔚夺魁. 树脂基复合材料在民用航空发动机中的应用与关键技术研究进展[J]. 航空学报, 2024, 45(2): 28556-028556.
[7]	胡应交, 徐峰, 杨志军. 航空发动机整机防结冰试验能力综述[J]. 航空学报, 2023, 44(S2): 729449-729449.
[8]	索晓宇, 姜毅, 王文杰, 高殿荣, 张鑫宇. 飞机舵面液压系统高压泵空化流动特性与优化[J]. 航空学报, 2023, 44(9): 127402-127402.
[9]	项乐, 许开富, 陈晖, 李随波, 张凯, 刘诗鑫. 液体火箭发动机涡轮泵低温空化实验研究进展[J]. 航空学报, 2023, 44(7): 27131-027131.
[10]	郑新前, 王钧莹, 黄维娜, 伏宇, 程荣辉, 熊洪洋. 航空发动机不确定性设计体系探讨[J]. 航空学报, 2023, 44(7): 27099-027099.
[11]	万能, 庄其鑫, 郭彦亨, 常智勇, 王道. 拟合精度约束下航发叶片在机测量采样策略[J]. 航空学报, 2023, 44(7): 427151-427151.
[12]	王彬, 任鹏达, 张伟, 谢志刚, 张文星. 航空双系统直驱伺服阀阀芯振荡机理及抑制方法[J]. 航空学报, 2023, 44(5): 426912-426912.
[13]	李智豪, 张彪, 李健, 许传龙, 宋兆龙. 预混旋流燃烧火焰三维折射率场重建[J]. 航空学报, 2023, 44(4): 126480-126480.
[14]	张国渊, 黎旭康, 赵伟刚, 赵洋洋, 王俊倩. 低温高速动静结合型机械密封两相流仿真与实验[J]. 航空学报, 2023, 44(23): 628229-628229.
[15]	张健, 张敏, 杜娟, 黄伟亮, 聂超群. 自适应康达喷气控制在高负荷压气机中的试验研究[J]. 航空学报, 2023, 44(22): 128883-128883.

高速高压燃油齿轮泵典型卸荷槽对比分析

Comparative analysis on relief grooves of high-speed and high-pressure aeroengine fuel gear pumps

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