偏離工況下離心泵的壓力脈動和振動分析

1、偏離工況下離心泵的壓力脈動和振動分析 為分析偏離工況下離心泵壓力脈動和振動情況，本文采用大渦模擬和滑移網(wǎng)格技術(shù)研究一離心泵在偏離工況下葉輪內(nèi)部和葉輪與蝸殼動靜干預位置的壓力脈動，并對其開展了頻域分析。分析結(jié)果說明：離心泵內(nèi)部流動產(chǎn)生的壓力脈動主頻多數(shù)情況下是其通過頻率。在不同運行工況下，葉輪出口處的壓力脈動幅值均最大，大流量偏離工況下離心泵內(nèi)部各部分壓力脈動特性與設計工況基本相同，真空技術(shù)網(wǎng)(http:/)認為只是脈動幅值略有增大；小流量偏離工況下，離心泵葉輪出口(葉輪和蝸殼動靜干預區(qū)域) 壓力脈動幅值有所增大，脈動主頻不再是通過頻率，而且其頻譜寬度明顯增大；當離心泵運行工況小于0.6Q 時，

2、壓力脈動明顯比設計工況劇烈。 1、前言 目前，高速和高載荷泵的市場需求很大，對其性能有了更高的要求。泵的振動問題已經(jīng)成為一個非常重要的設計因素，因為良好的振動特性可以提高運行的穩(wěn)定性和防止其高周期性的疲勞破壞。離心泵的振動主要分為機械振動和水力振動。機械振動是由轉(zhuǎn)子系的不平衡、軸承的磨損以及機械構(gòu)造的剛度缺陷等因素引起； 水力振動是由葉輪- 蝸殼的動靜干預作用引起的壓力脈動、非設計工況下的不穩(wěn)定流動及空化等引起，其中壓力脈動是主要因素，已成為國內(nèi)外研究的熱點。 國內(nèi)外關(guān)于離心泵的壓力脈動主要是從數(shù)值計算方法和試驗測試方法兩方面展開研究。在數(shù)值計算方面，主要是通過頻譜分析方法研究壓力脈動與動靜部

3、件相互干預的關(guān)系及分析壓力脈動對泵性能的影響。在試驗測試方面，主要集中在用壓力脈動測量試驗論證葉輪和蝸殼間的不穩(wěn)定壓力場，及壓力場與噪聲產(chǎn)生機理的關(guān)系。由于水力波動引起離心泵振動主要是葉輪與蝸殼動靜干預處的壓力脈動和葉輪內(nèi)部的壓力脈動，前者會加強泵體的振動，后者會引起軸的周期性振動。所以要提高流體機械在運行過程中穩(wěn)定性，對上述2 種壓力脈動的研究就尤為必要。 目前，采用試驗手段監(jiān)測泵內(nèi)( 特別是轉(zhuǎn)動的葉片上) 壓力脈動通常比較困難，且成本過高。故本文采用大渦模擬和滑移網(wǎng)格技術(shù)研究一離心泵在偏離工況下葉輪內(nèi)部和葉輪與蝸殼動靜干預位置的壓力脈動特性，并對其開展頻域分析，為研究和分析泵在偏離工況下運

4、行時水力波動引起泵體的振動情況提供依據(jù)。 2、離心泵幾何模型 本文以一離心泵作為研究對象，泵的主要幾何尺寸及額定工況參數(shù)如下：葉輪直徑D =240mm，葉片數(shù)z = 6，設計流量Q = 160m3/h，揚程H = 15m，轉(zhuǎn)速n = 1450r/min。全流道計算域模型如圖1 所示，計算域由4 個部分組成，分別是進口延伸段、葉輪、蝸殼和出口延伸段。 圖1 全流道計算域模型 為有效分析葉輪與蝸殼動靜部件干預引起的壓力脈動和葉輪內(nèi)部的壓力脈動，如圖2 所示在葉輪和蝸殼之間軸向設置4 個監(jiān)測點，其中R1監(jiān)測點設置在蝸殼隔舌處。葉輪內(nèi)部監(jiān)測點設置在葉片表面附近區(qū)域，沿著葉片曲線方向分別設置4 個監(jiān)測點。 圖2 壓力監(jiān)測點布置 5、結(jié)論 (1) 離心泵內(nèi)部流動產(chǎn)生的壓力脈動的主頻多數(shù)情況下是其通過頻率，即轉(zhuǎn)頻和葉片數(shù)的乘積； (2) 離心泵在不同運行工況下，葉輪出口處的壓力脈動幅值都是最大，這是由于葉輪出口處是旋轉(zhuǎn)葉輪和靜止蝸殼的干預作用區(qū)所致； (3) 大流量偏離工況下離心泵內(nèi)部各部分壓力脈動特性與設計工況基本相同，只是脈動幅值略有增大； (4) 小流量偏離工況下，離心泵葉輪入口和蝸殼隔舌處的壓力脈動特性與設計工況基本相同，但是在葉輪出口(葉輪和蝸殼動靜干預區(qū)域) 壓