侧壁式压水室离心泵内部非定常流动及其振动特性

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离心泵作为一种机械设备,其叶轮产生的交变激励力易造成轴系、轴承等部件疲劳失效破坏,同时离心泵诱发的振动对系统的稳定运行至关重要,因此如何降低离心泵的振动能量成为研究的关键问题。离心泵内部非稳态流动结构是诱发离心泵振动噪声的主要因素之一,主要包括叶片表面流动分离、旋涡、旋转失速、空化、叶轮-隔舌动静干涉作用等现象。本文以自行设计的侧壁式压水室离心泵为研究对象,详细分析其内部非定常流动、空化及其振动特性,并和常规压水室离心泵进行对比,主要工作及获得的结果如下:  1.从降低叶轮-隔舌动静干涉出发提出一种压水室扩散段和叶轮轴线呈锐角的侧壁式压水室,并对侧壁式压水室离心泵内部流动和振动特性进行研究。  2.通过实验分析侧壁式压水室和常规压水室模型泵的能量性能,小流量工况下两台泵的性能几乎一致,而大流量工况下侧壁式压水室离心泵的效率比常规压水室低。  3.在相同的条件下对侧壁式压水室和常规压水室离心泵进行定常和非定常数值计算,预测了模型泵性能,并对比了叶频处的压力脉动幅值,结论是:侧壁式压水室可以有效地降低离心泵的动静干涉作用,因此其具有低压力脉动水平特性。  4.采用数值计算分析了其旋转失速特性,揭示了模型泵旋转失速工况时内部复杂流场结构特征和不同工况下压力脉动频谱特性,并得到旋转失速特征频率。  5.对侧壁式压水室离心泵内部空化特征进行数值计算,获得了不同有效空化余量下叶轮内部的空化形态、空化位置以及泵的空化性能。通过非定常数值计算得到了模型泵叶频处压力脉动幅值随有效空化余量的变化规律。  6.采用LMS振动测试系统对侧壁式压水室离心泵全工况内的振动信号进行测量,揭示了不同频段振动能量随流量变化规律和空化诱导振动特性。  7.通过和常规压水室离心泵振动特性对比得到:采用侧壁式压水室后,叶轮-隔舌动静干涉机制发生变化,不同频段内侧壁式压水室离心泵的振动能量比常规压水室离心泵低,因此侧壁式压水室可以有效地降低离心泵的振动能量。
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