高速泵小流量工况流场特性及监测识别研究

发布时间：2020-11-02 20:19

　　 高速离心泵结构紧凑、扬程高,被广泛应用于石油化工航天等领域。其高转速特征和特定的叶轮(带诱导轮)型式,导致其内流场与常规转速的离心泵有较大差异,特别是在小流量情况下引发的流体激振力一直是相关研究热门。本文以一台流量Q_d=3m~3/h,扬程H=250米、转速n=8500rpm的高速泵为研究对象,利用CFX软件平台对其进行三维数值模拟及非定常压力脉动计算,研究其内流场特征;通过模糊神经网络建立模型以关联振动信号与内流场的联系,同时设计一套交互式软件对高速泵设备状态进行监测。主要研究工作如下:(1)开展了高速泵的小流量工况内流数值研究。对高速泵进口管道、诱导轮、叶轮、蜗壳等过流件进行非结构化网格划分,实现高速泵0.2Q到1.0Q等5种工况的数值模拟,获取其压力场、速度场、涡量等内部流动特征规律。(2)开展了小流量工况下的高速泵压力脉动和振动试验研究。采用大涡模拟(LES)的湍流模型进行非定常计算以研究压力脉动规律,搭建高速泵性能外特性和振动试验台,掌握其内部水力脉动和振动之间的关联性。(3)高速泵的振动特征处理及泵运行状态识别。通过小波包能量熵及时域变换提取振动特征量,基于模糊神经网络建立了一套高速泵的状态识别模型,通过振动特征数据驱动的形式以识别高速泵内流场稳定状态。(4)设计开发了一套高速泵监测识别软件,可实时进行采集设备状态数据并显示,通过数据库设计以存储历史状态数据,同时可进行振动分析与性能分析,及工况状态识别。
【学位单位】：浙江理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TH311
【部分图文】：

需确保高速泵的安全稳定运行，对高速泵关键部位进行温度与振动参数测，保证在设备发生重大故障前能及时停机以免遭受损坏。其次考虑实面，对其压力，流量等参数也需进行监测。因此高速泵监控系统设计时定明确其工作原理及结构特点，掌握相关部件对整体运转的各个功能，求进行制定合适的监测方案，着重考虑监测系统的实时性与全面性，以完备的数据，以准备进一步的数据分析。高速泵实验台的总体设计1 高速泵系统结构特点本实验装置采用 GSB-Q3-250 型号卧式高速离心泵，设计流量为 3m3/h250m，具有一级齿轮增速箱，油泵缓冲润滑的单级开式叶轮高速离心泵结构如图 2.1，主要由以下 6 部分组成。

图 2.2 高速泵实验装置图针对本实验的高速泵的系统结构及其特点，为应对其密封系统，传动系统润滑系统及水力性能系统进行全方位的监测。一方面从经济和高效出发，尽可能用较少的传感器得到准确的信号特征量。根据高速泵运行特点确定监测参数如下：高速泵流量；进出口温度、压力；高速轴承的温度，振动；油泵的油压、温度；机械密封的压力、振动；冷却器差压和温度等 38 个信号参数量，以综合反应高速泵的运行状态。为实现对高速泵运行参数变量监测，实时获取现场数据并远程监控其状态可根据数据传输方式进行三层模块划分：（1）现场传感器采用分布式数据采集（2）下位机对数据统一集中处理；（3）上位机远端的监控软件的显示处理。其总体流程设计如图 2.3 所示，由各类传感器负责采集高速泵各项运行状态参数并将监测变量转化为标准的 4-20mA 的电流信号，由下位机的 A/D 模块进行统一采集，并对信号进行初步的滤波与整合，并上传给上位机软件或网络端进行观测

图 2.3 监控流程图2.2 监测仪器选取及布置由于高速泵结构精密复杂，为保证其安全运行，需实时检测其运转时的各状态参数。一旦各参数超过预警值，需立马发出故障预警及紧急停机，防止高泵部件损坏。此外还可通过各项监测值对泵的运行状态，性能参数进行分析。此对相关传感器的选型及监测位置至关重要。2.2.1 压力监测选取布置为获取高速泵扬程，需测量泵体进出口法兰压力。对叶轮入口、出口及诱轮的进出口压力测量可进一步了解泵内内流场压力分布及脉动规律。对于冷却统的正常供油冷却，还需对油泵油压及缓冲罐的液位差压等处进行监测，以防
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本文编号：2867522