单级离心泵振动分析研究

发布时间：2017-03-29 10:27

  本文关键词：单级离心泵振动分析研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：离心泵是石化行业使用中的主要设备,其能否可靠的运行直接影响着企业的经济性和安全性。随着回转设备的高速化和动力装置的大型化,关于离心泵的振动问题也逐渐显现。在离心泵运行时，由流场作用产生的径向力是离心泵产生流体诱导振动的主要原因之一。离心泵内部非定常流动是诱导其产生振动的重要因素之一。通过分析研究离心泵内部流场探寻振动的诱导原因，可以有效减缓振动或者抑制振动发生，由此改善工作环境和延长设备寿命，并且可以避免机械故障的发生。 本文以IS50-32-125离心泵为研究对象，主要是对在径向力作用下离心泵产生的振动进行了初步的研究。本文运用Fluent13.0软件研究了IS50-32-125离心泵的内部流场，由此得出了蜗壳和叶轮流道内的静压和速度场分布规律，由稳态流场模拟结果计算得出了叶轮上的径向力与流量的变化关系，又对离心泵内部流场在0.5Q、Q和1.2Q流量下进行了三维非定常数值模拟分析，得出了非定常径向力F随时间t的周期性变化曲线。用有限元软件ANSYS对离心泵转子结构进行了模态分和在只考虑径向力作用下的振动响应分析,由此分析了转子的振动特性，计算得出了离心泵转子结构受激励时的振动位移、速度和加速度。
【关键词】：离心泵 有限元软件 流场分析 振动分析
【学位授予单位】：西安石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH311
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-7
• 主要符号说明7-8
• 第一章 绪论8-12
• 1.1 引言8
• 1.2 流体诱导振动国内外研究现状8-11
• 1.2.1 离心泵内部非定常流动的研究9-10
• 1.2.2 流体诱导振动分析10
• 1.2.3 流场与振动特性的关系10
• 1.2.4 流体诱导振动在工程中的应用10-11
• 1.3 本文的主要研究内容11-12
• 第二章 离心泵内部流场的稳态数值模拟12-25
• 2.1 三维粘性流动数值模拟12-13
• 2.1.1 直接数值模拟（DNS）12
• 2.1.2 非直接数值模拟12-13
• 2.2 湍流模型及控制方程13-15
• 2.2.1 湍流模型13
• 2.2.2 三维湍流控制方程13-14
• 2.2.3 标准 k-ε 模型(Standard k-ε )14-15
• 2.3 CFD 商业软件的介绍15-16
• 2.3.1 主要 CFD 软件的介绍15-16
• 2.4 离心泵三维几何模型的建立及网格的划分16-19
• 2.4.1 建立三维实体模型16-18
• 2.4.2 离心泵流道网格划分18-19
• 2.4.3 边界条件和计算区域类型设置19
• 2.5 准备计算网格19-22
• 2.5.1 读入网格19-21
• 2.5.2 创建网格交界面21
• 2.5.3 网格检查21-22
• 2.5.4单位换算22
• 2.5.5 平滑与交换网格22
• 2.6 模型设置22-23
• 2.6.1 求解器的选择22-23
• 2.6.2 运行环境的选择23
• 2.6.3 计算模型的确定23
• 2.7 材料定义23
• 2.8 确定边界条件23-24
• 2.9 数值离散和求解方法24
• 2.10 本章小结24-25
• 第三章 稳态数值模拟结果的分析25-31
• 3.1 离心泵静压分布及分析25-27
• 3.2 速度场分布及流场非对称性分析27-29
• 3.3 模拟数值计算与实验数据的比较29-30
• 3.3.1 扬程的计算29
• 3.3.2 效率的计算29-30
• 3.4 本章小结30-31
• 第四章 离心泵叶轮上径向力的计算31-40
• 4.1 径向力产生的原因31-32
• 4.2 离心泵径向力计算方法32-34
• 4.2.1 叶轮出口压力法32-34
• 4.2.2 直接积分法34
• 4.2.3 经验函数求解径向力34
• 4.3 稳态数值模拟径向力的计算34-35
• 4.4 离心泵非稳态数值模拟及瞬态径向力的计算35-39
• 4.4.1 滑移网格模型35-36
• 4.4.2 非定常流动控制方程的离散36-37
• 4.4.3 非定常流场径向力计算与分析37-39
• 4.5 本章小结39-40
• 第五章 基于 ANSYS 的离心泵振动分析40-55
• 5.1 有限元法40-41
• 5.1.1 有限元法的基本思路40
• 5.1.2 有限元法进行结构分析的基本步骤40-41
• 5.2 基于有限元法的离心泵结构模态分析41-48
• 5.2.1 模态分析理论41-42
• 5.2.2 ANSYS 中模态提取算法42
• 5.2.3 离心泵叶轮转子结构模型的建立42-44
• 5.2.3.1 叶轮转子三维模型的建立42-43
• 5.2.3.2 单元选择、材料特性及网格的划分43-44
• 5.2.3.3 约束的施加44
• 5.2.4 离心泵叶轮转子结构模态分析结果44-48
• 5.3 叶轮转子结构的频域响应分析48-54
• 5.3.1 频域响应分析的概述48-49
• 5.3.2 离心泵外载荷施加49-51
• 5.3.3 振动计算与分析51-54
• 5.4 本章小结54-55
• 第六章 总结与展望55-57
• 6.1 结论55-56
• 6.2 研究展望56-57
• 参考文献57-60
• 致谢60-61
• 攻读学位期间所发表的学术论文目录61-62
• 详细摘要62-73

【共引文献】

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9 丁希宁;梁武科;;两相流数值模拟分析等螺距诱导轮内空化问题[J];水资源与水工程学报;2009年05期

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本文编号：274279