深海油压动力源效率的分析与研究

摘要

随着深海开发的持续发展，深海油压动力源作为深海装备的基础动力装备，变得日益重要，且发展迅速。鉴于深海环境的特殊，以及深海油压动力源与生俱来的高功率密度，在深海开发被广泛应用。液压在经过粗犷式发展后，如今对液压的研究趋向小型化，集约化和高效化，深海油压动力源作为油压动力源，同样带有液压系统的通病——效率问题。随着国家提倡绿色发展，可持续发展的口号，分析研究动力源的效率问题变得更加具有意义。
　　本文以深海油压动力源的效率为研究对象，从深海油压动力源的结构出发，厘清其功率转化与传递路线，并应用相关理论和数值仿真分析其功率损失的重点部位。
　　首先，介绍了深海油压动力源及其效率相关的研究现状。分析深海油压动力的结构组成，得出其功率传递路线，认为效率损失主要存在于深海电机和液压泵两部分。于是对深海电机及液压泵（内外齿轮泵）的效率特性进行了理论分析，其中深海电机区别于普通地面电机最大特征是存在油摩损失，并对11kW直流深海电机的油摩损失进行数值仿真计算。而液压泵的机械损失也主要在于存在油液的粘性摩擦损失。综合可知油液的粘度将是影响深海油压动力源效率的重要因素。
　　其次，结合Solidworks的建模与Pumplinx的数值仿真对深海油压动力源的内啮合齿轮泵进行深海2000m，3000m及4000m的仿真分析。同时作为对比，对相近排量的外啮合齿轮进行相同环境条件下的仿真计算。结果表明DTE21（10＃）液压油适用于深海高压低温环境;另外由于外啮合齿轮泵存在困油，其功率损失高于内啮合齿轮泵，表明该环境下内啮合齿轮在效率方面优于外啮合。
　　再次，对深海油压动力源效率优化做探索性研究。仿真分析深海4000m情况下，深海油压动力源液压泵应用地面系统常用DTE25(46＃)液压油的情况，结果表明其发热功率损失为约为DTE21（10＃）的2.2倍，说明46＃不适于4000m深海油压动力源。另外，从液压系统的角度出发，应用AMEsim对比仿真蓄能器在深海油压动力源系统中的节能作用，结果表明:在系统带负载启动时，含蓄能器系统能有效地吸收系统带负载启动时的溢流损失。
　　最后，通过对三个系列深海油压动力源进行效率试验研究，采集数据，结果表明整机的容积效率与液压泵的单机容积效率基本接近，则说明深海油压动力源的集成结构是合理的。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 研究意义

1．3 国内外研究现状

1．3．1 深海油压动力源的简介及研究现状

1．3．2 深海油压动力源效率的研究现状

1．3．3 充油电机油摩损失的研究现状

1．4 主要研究内容

第2章 深海油压动力源结构及效率特性

2．1 深海油压动力源的结构组成及其功率传递组成

2．1．1 深海油压动力源的结构组成

2．1．2 深海油压动力源的密封

2．1．3 深海油压动力源的功率传递组成

2．2 深海油压动力源的效率特性分析

2．2．1 深海电机的效率特性

2．2．2 深海电机的油摩损耗分析

2．2．3 齿轮泵的效率特性

2．3 本章小结

第3章 深海环境下液压泵的CFD仿真及计算分析

3．1 计算流体力学的概述

3．1．1 CFD的定义

3．1．2 计算流体力学控制方程

3．2 液压泵深海工作环境的分析

3．3 齿轮泵的CFD分析

3．3．1 模型建立

3．3．2 网格划分

3．3．3 液压油的选用

3．3．4 仿真计算策略及仿真参数设置

3．3．5 计算结果后处理及分析

3．4 本章小结

第4章 深海油压动力源效率的优化分析

4．1 液压油粘度对效率的影响

4．1．1 液压油粘度

4．1．2 液压油粘度对液压系统的影响

4．1．3 不同粘度液压油对功率损失分析

4．2 蓄能器对深海油压动力源液压系统效率的影响

4．2．1 蓄能器

4．2．2 液压系统仿真分析

4．3 本章小结

第5章 深海油压动力源效率的试验研究

5．1 试验系统的工作原理

5．2 试验系统的组成及功能

5．2．1 试验系统的组成

5．2．2 试验系统的功能

5．3 试验方案设计

5．4 深海油压动力源的功率传递的计算

5．5 试验结果与数据处理分析

5．5．1 试验结果

5．5．2 试验结果的数据处理与分析

5．6 试验误差分析

5．6．1 数据测量的误差

5．6．2 数据计算及处理的误差

5．7 本章小结

结论与展望

本文结论

研究展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文