转子时序对多级离心泵性能影响的数值模拟与试验研究

发布时间：2017-05-01 23:10

  本文关键词：转子时序对多级离心泵性能影响的数值模拟与试验研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：多级离心泵广泛应用于消防、冶金、化工和电力等国民经济的重要领域。一直以来,多级离心泵的水力设计都采用单级泵的设计方法,对级间流动的干涉并未考虑。近年来,越来越多的研究和工程实践表明多级离心泵级间流动的干涉对泵性能有着十分显著的影响。因此如何应用级间流动的干涉提高多级离心泵各项性能的研究已成为当前水力机械领域的一个研究热点,这其中通过调整过流部件周向时序位置来优化泵性能已发展为一个重要的研究方向。本文以节段式多级离心泵为研究对象,采用理论分析、数值计算和试验测试相结合的方法,深入细致地研究了叶轮转子周向时序位置对多级泵能量性能、压力脉动和振动特性的影响,丰富和发展了多级离心泵性能优化设计方法。本文的主要工作内容及成果如下：1、较为系统地总结了叶轮机械时序效应的研究进展,介绍了CFD和有限元技术在多级泵内流计算、强度分析和流体诱导振动等方面的应用现状,阐述了时序效应在多级离心泵研究领域的发展趋势。2、基于CFD三元粘性流动理论,分析了相关内流湍流模型,总结了目前离心泵使用的边界条件,确定了描述多级泵内部湍流的合理模型是SST模型,认为多级泵瞬态流场计算的合理边界条件是进口总压和出口静压。在CFD计算的基础上,介绍了流体诱导振动的基础理论,并结合多级泵确定了CFD和FEA联合求解多级离心泵流体诱导振动的计算策略。3、采用CFD方法研究了一台2级离心泵内转子时序对泵动力学特性的影响,结果表明：当下游叶轮周向时序调整后,泵的扬程和效率基本不变,各级流道内的压力脉动的幅值主要受所在级叶轮的影响,但同一时刻下扬程和流道内压力的瞬态波动相位发生偏移,最大偏移达90度；叶轮周向时序调整使得叶片通过频率上的轴向力和径向力振幅减小,最大减小幅度分别为84.72%和89.8%。4、采用CFD和FEA联合仿真的方法研究了转子时序效应对该2级离心泵泵体振动特性的影响,结果表明多级泵叶轮时序布置后,叶频及其谐频上的振动幅值得到明显降低；当次级叶轮周向位置处在最大时序角度时,振动最大值出现最大降幅达56.3%。5、基于试验和正交设计研究了转子时序对一台5级离心泵能量特性和振动特性的影响,试验表明：转子时序调整后五级泵的扬程和效率在全流量范围内变化不显著；额定工况下,转子时序对主要峰值频率(1×fn、2×fn、3×fn和4×fn)的幅值有较大影响,最大降幅达47.4%；泵的最大烈度发生在进口端垂直方向,在最优转子时序布置下,振动最大烈度值下降了23.1%,全流量范围内的平均振动水平下降了17.3%。6、基于5级泵振动试验结果提出了通过时序布置优化泵振动特性的方法。初步探明：应避免高级数的叶轮发生连续同步时序,在此前提下上游叶轮连续两级同步时序有利于抑制振动,另外在末级叶轮的上游应布置连续两级的同步时序方案。进一步归纳出了最优振动特性时的转子时序位置计算公式,提高了时序优化方法通用性。
【关键词】：多级离心泵 转子 时序 数值模拟 试验测试
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH311
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 绪论11-20
• 1.1 课题研究目的及意义11-12
• 1.2 叶轮机械转子时序效应的研究现状12-14
• 1.3 数值模拟在多级离心泵中的应用现状14-18
• 1.3.1 CFD在多级离心泵中的应用现状14-16
• 1.3.2 有限元在多级离心泵中的应用现状16-18
• 1.4 本文主要研究内容18-20
• 第二章 离心泵内流及其诱导振动数值计算理论与方法20-30
• 2.1 流体计算动力学理论基础20-24
• 2.1.1 流体计算动力学控制方程20
• 2.1.2 RANS方程20-21
• 2.1.3 湍流模型21-23
• 2.1.4 边界条件23-24
• 2.2 流体诱导振动分析方法24-29
• 2.2.1 流体诱导振动计算理论基础24-28
• 2.2.2 多级泵流体诱导振动分析方法28-29
• 2.3 本章小结29-30
• 第三章 节段式多级泵转子时序影响的数值模拟30-55
• 3.1 研究模型30-34
• 3.1.1 结构模型30-31
• 3.1.2 网格模型31-33
• 3.1.3 流体计算模型33-34
• 3.1.4 研究方案34
• 3.2 数值计算结果与分析34-45
• 3.2.1 CFD结果验证34-35
• 3.2.2 能量性能分析35-36
• 3.2.3 压力脉动36-44
• 3.2.4 轴向力/径向力分析44-45
• 3.3 流体诱导振动分析45-53
• 3.3.1 有限元分析模型45-46
• 3.3.2 泵体结构振动响应分析46-53
• 3.4 本章小结53-55
• 第四章 节段式多级泵转子时序影响的试验测试55-83
• 4.1 试验模型与测试系统55-60
• 4.1.1 试验模型泵55-56
• 4.1.2 试验台56-57
• 4.1.3 试验台基础57
• 4.1.4 外特性数据采集系统57-59
• 4.1.5 振动数据采集系统59-60
• 4.2 试验方案及试验步骤60-63
• 4.2.1 试验方案60-63
• 4.2.2 试验步骤63
• 4.3 多级泵能量特性测量结果与分析63-66
• 4.4 多级泵振动特性测量结果与分析66-82
• 4.4.1 多级泵振动频域特性分析66-73
• 4.4.2 多级泵振动烈度特性分析73-78
• 4.4.3 时序优化方案分析78-81
• 4.4.4 时序优化方案计算公式81-82
• 4.5 本章小结82-83
• 第五章 总结与展望83-85
• 5.1 作总结83-84
• 5.2 研究展望84-85
• 参考文献85-91
• 致谢91-92
• 作者在攻读硕士学位期间取得的科研成果92
• 一、论文发表92
• 二、参加科研项目92

【引证文献】

中国重要会议论文全文数据库 前1条

1 易玲;李志鹏;陈艳慧;徐达;;基于fluent分析叶片数对自平衡多级离心泵首级叶轮性能的影响[A];第十九次中国水电设备学术讨论会论文集[C];2013年

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本文编号：339845