CFD Analysis of an Axial Piston Pump
- Autores: Sushil Kumar
- Directores de la Tesis: Josep M. Bergadà Grañó (dir. tes.)
- Lectura: En la Universitat Politècnica de Catalunya (UPC) ( España ) en 2010
- Idioma: inglés
- Tribunal Calificador de la Tesis: Ramón Codina Rovira (presid.), Francesc Xavier Cahís Carola (secret.), Ferran Escanes Garcia (voc.), Eduardo Egusquiza Estevez (voc.), Perumal Nithiarasu (voc.)
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: TDX
- Resumen
En el ámbito de la Oleohidráulica, las bombas de pistón poseen los diseños más sofisticados, de hecho, las bombas de pistones son las únicos capaces de trabajar a altas presiones, además de poseer el mejor rendimiento de todo el grupo de bombas existentes. Sin embargo, cabe señalar que todos los diseños de las bombas de pistón, se basan principalmente en la experiencia de los diseñadores, por lo tanto no existen herramientas matemáticas para optimizar el diseño de las diferentes partes de las bombas. Por otra parte, en la actualidad hay empresas como Oilgear Towler, que inserta ranuras (surcos) en los patines deslizantes y en los pistones, (dos partes principales de estas bombas), pero no hay ningún estudio científico para analizar sus ventajas o desventajas. Por lo tanto, es necesario comprender matemáticamente las ventajas y desventajas debido a la presencia de ranuras en la superficie de diferentes partes de la bomba. Hay cuatro superficies de deslizamiento en las bombas de pistones, plato inclinado patín deslizante, barrilete y placa de cierre, pistón cilindro y junta esférica entre pistón y patín deslizante. Lubricación entre estas superficies es necesaria, apareciendo por tanto fugas de fluido a bombear entre las mismas. En este proyecto, nuestro objetivo es analizar cada una de estas diferentes superficies de deslizamiento por separado para comprender su diseño y el efecto de los parámetros de diseño en el comportamiento de la bomba. Una vez se tenga un buen entendimiento de las diferentes partes de la bomba de pistones, el objetivo es modelar el comportamiento dinámico de la presión y flujo en la salida de la bomba. En concreto se ha realizado: Conjunto plato inclinado, patín deslizante – Estudio de las características estáticas y dinámicas del patín deslizante, incluyendo la ranura tallada en el patín. Las ecuaciones de Navier Stokes en coordenadas cilíndricas se han aplicado entre el patín y el plato incluyendo la ranura. Los resultados presentados en este trabajo contemplan, distribución de la presión, las fugas de fluido, la fuerza y par sobre el patín, se ha estudiado la variación de dichos parámetros al modificar las dimensiones y posición de la ranura. El comportamiento dinámico del patín se ha tenido también en cuenta. Se estudia la posición de la ranura con el fin de optimizar el comportamiento del patín. Barrilete, placa de cierre.- Se analiza mediante la simulación de las ecuaciones de Reynolds de lubricación por FDM (método de diferencias finitas), la distribución de presiones, las fugas, la fuerza y los pares entre el barril y la placa de cierre. La fuerza total y los pares de torsión sobre el barril, se evalúan partiendo de la presión simulada, mostrando que los pares dinámicos que existen sobre el eje XX son mucho menores que los pares actuantes sobre el eje YY. . Pistón cilindro - Se ha investigado el comportamiento del pistón mediante la modificación del número de ranuras y su posición, la distribución de la presión en el intersticio pistón-cilindro, la fuerza sobre el pistón, las fugas y el par de torsión que actúa sobre el pistón se han analizado. También las zonas donde la cavitación es probable que aparezca se han presentado, se discute la forma de prevenir la aparición de cavitación a través del uso de ranuras. La ecuación de lubricación de Reynolds se ha modelizado en el intersticio pistón-cilindro mediante el uso de volúmenes finitos, la excentricidad y el movimiento relativo pistón-cilindro se han considerado. Diferentes configuraciones de ranuras han sido evaluadas con el fin de encontrar mínimas fugas, máximo par y mínima aparición de cavitación. Se especifican instrucciones de diseño para optimizar el comportamiento del pistón. Modelo dinámico de la bomba.- Se ha presentado un amplio conjunto de ecuaciones explícitas para cada parte con movimiento relativo de la bomba de pistones. Todas las ecuaciones se han validado mediante un análisis numérico y en su caso experimental. Las ecuaciones han sido combinadas para estudiar de forma dinámica las perturbaciones de presión y el caudal de fugas. El efecto de la pulsación de caudal cuando se modifica el diseño de la bomba también es presentado. En esta tesis, un modelo de simulación basado en ecuaciones analíticas se ha desarrollado, modelo que produce resultados muy rápidamente y aclara con mucha precisión el efecto de las fugas a través de los diferentes intersticios de la bomba.
