泵腔径向间隙对多级离心泵水力及噪声性能的影响

发布时间：2020-04-02 12:00

【摘要】：悬臂式多级离心泵具有结构紧凑,维护使用方便等优点,广泛应用于石油化工、楼宇供水、农田排灌以及矿山排水等诸多领域。在离心泵以往的研究中,水力性能是其设计过程中的研究重点,但随着社会的进步和发展,水泵的噪声性能也开始引起人们的重视,具有出色噪声性能的多级离心泵将会拥有更强的产品竞争力。在多级离心泵的实际设计过程中,水力性能与噪声性能的提高并不是完全一致的。为了平衡二者的关系,本文以某悬臂式多级离心泵为研究对象,通过运用理论分析、数值计算与试验验证相结合的方法,研究了泵腔径向间隙对多级离心泵水力及噪声性能的影响。本文所做的主要工作有:(1)调研水泵行业发展背景,归纳总结国内外离心泵水力及噪声性能研究现状,确定本文的研究对象、研究方法及主要研究内容;分析总结流体计算和声学计算理论及其基本控制方程。(2)建立多级离心泵三维全流场模型,通过网格无关性分析确定了一套合适数量的网格模型,并对数值计算得到的扬程进行试验验证;设计三种泵腔径向间隙方案,应用CFX14.5软件进行流场计算,对比分析各方案外特性、内部流场及叶轮径向力分布,发现仅环切叶轮叶片,会在叶轮出口边形成一圈水环,该水环能够对叶轮出流起到收集和缓冲的作用,有利于改善多级离心泵的内部流动状态。(3)深入研究叶轮、导叶和泵腔区域的压力脉动频域分布规律。首先,通过误差分析,确定非定常计算的时间步长和计算时间;其次,研究发现动静干涉是多级离心泵产生压力脉动的主要原因,其频域分布受到叶轮叶片数和导叶叶片数的共同影响,在叶轮叶频和导叶叶频的公倍数频率处出现了明显的压力脉动增强现象,而且,研究发现泵腔径向间隙对三种方案的压力脉动影响虽然不是非常明显,但叶片环切方案的幅值整体上略低于其它方案。(4)基于非定常计算得到的偶极子声源,应用LMS Virtual.Lab软件中Acoustics模块进行内声场计算,并分析进、出口场点声压级频域响应。研究发现多级离心泵进、出口场点声压级幅值整体上随频率的增大而减小;在叶轮叶频、导叶叶频与二者公倍数频率处均有明显的峰值,其中公倍数频率处峰值最明显,并且三个方案的声压级幅值在不同频率处变化规律不同。(5)以叶片环切方案为基础,研究通过改变叶轮叶片数来降低压力脉动与噪声幅值的可能性。首先,将叶轮叶片数由原来的6片减少到5片,数值预测得到的扬程仍然满足设计要求;其次,压力脉动幅值降低,并且避免了在0~2000Hz范围内出现峰值增强现象,噪声性能得到了较好的提升,进、出口场点声压级全频均值较原方案分别降低5.92dB和5.31dB;最后,在多级离心泵闭式试验台上进行扬程及压力脉动试验研究,试验得到的扬程及压力脉动曲线分布规律与模拟结果基本一致。
【图文】：

结构图,原型样机,结构图,多级离心泵

1.进水端盖 2.密封圈 3.叶轮 4.导叶 5.不锈钢泵体 6.垫片 7.机械密封件8.出水端盖 9.接线盒 10.电机 11.紧固螺钉图 1-1 原型样机结构图Fig.1-1 Assembly diagram of prototype研究内容于悬臂式多级离心泵原有模型，通过改变叶轮出口边尺寸，设方案，采用 CFD 与声学计算相结合的计算方法，对比分析了内部流场、压力脉动及内声场噪声等方面对多级离心泵的影响对叶轮进行优化设计，通过数值计算预测其性能，，并进行了扬。具体研究内容如下：基于 CFD 方法对多级离心泵三维全流场模型进行模拟计算，分，通过网格无关性分析，综合考虑准确性和计算量两个方面，网格进行定常数值模拟，并通过试验验证了数值计算方法的可

点分布,稳态,进态,声学理论

二章 CFD 与声学理论基础（CFD）基础omputational Fluid Dynamics，CFD）是一计算机科学的结合产物，具体来说，是计算方法，对流体力学中存在的现象及象的性能结果，以解决实际工程中所存在将连续区域离散为一系列的点分布，进态计算为例，其求解过程如图 2-1 所示时间步的计算过程。
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH311

【参考文献】