超低扬程贯流泵模型试验的压力脉动研究

发布时间：2020-03-16 20:58

【摘要】：为了研究在不同扬程和不同叶片安放角下超低扬程贯流泵内压力脉动的变化规律,结合某泵站,采用物理模型试验的方法,在模型泵转轮进口和导叶出口处安放两个压力脉动测点,通过时域和频域分析,对超低扬程贯流泵内的压力脉动进行研究。结果表明:超低扬程贯流泵内的最大压力脉动发生在转轮与导叶之间;转轮进口处,低于设计扬程时的压力脉动变化比高扬程时大;导叶出口处,高于设计扬程时的压力脉动变化比低扬程时大;由空化现象可以看出,叶片安放角对贯流泵内的压力脉动有很大的影响作用;转轮进口和导叶出口处的压力脉动均以BPF为主;在高扬程工况下,以1~2倍固有频率的低频压力脉动幅值随扬程增加而增大,低扬程工况下未发现这种现象。
【图文】：

示意图,试验台,示意图

?实际中存在的压力脉动问题具有一定的指导意义。1试验装置与测点布置1．1试验装置模型泵的压力脉动试验是在河海大学水力机械多功能试验台上进行的，试验台按照SL140－2006《水泵模型及装置模型验收试验规程》进行设计与建造，试验综合不确定度≤0．4%。试验台的总容量为50m3，其循环系统为立式封闭系统。主要设备由尾水箱、压力水箱、电磁流量计、供水泵、电动闸阀、手动蝶阀、Φ500管道等组成。试验台主要参数如下:扬程H=－5～20m;流量Q=0～1m3/s;转矩M=0～200N/m;转速n=0～2000r/min。试验台系统示意图见图1。图1试验台系统示意图Fig．1Schematicdiagramoftestbench传感器采用型号为HPT700的专用压力变送器，其主要参数为:输出信号为4～20mA，量程为0～300kPa，供电电压为24VDC，精度为0．5%。信号采集采用型号为HPT3000的采集仪及配套分析系统。在信号处理方面，虽然压力变送器输出信号为电流，但是结合其采集系统，实际输出在计算机上的为电压值0～5V，即输出电流与内置电阻的乘积。在试验开始之前需进行信号零点的采集，采集到的信号零点为1V。在信号结果处理时采用式(1)得到计算压力脉动所需的压力值Px:Px300=Vx－V04(1)式中:Vx为试验采集电压值，V;Px为所需压力值，kPa;V0为采样零点，1V。又因为1kPa=0．1m水柱，所以由Px可以得到换算成水头(m)的压力脉动幅值:F=7．5(Vx－V0)(2)式中:F为压力脉动幅值，m。1．2模型泵参数及测点布置该泵站所用贯流泵水力模型为《南水北调工程水泵模型同台测试》中的TJ04－ZL－07水力模型。该水力模型比转数为1248．3，汽蚀比转数为1154．9，转轮叶片为3片，导叶数为5片，轮毂比为0．367，，叶根厚度为10mm，叶尖厚度为7mm，

示意图,压力脉动,测点布置,示意图

片，导叶数为5片，由公式(3)、式(4)可以计算出模型泵的额定转速为871r/min，额定流量为0．222m3/s。由原模型nD值相等，可以得到模型泵的额定转速为:nm=npDpDm(3)式中:np、nm分别为原、模型水泵的额定转速，r/min;Dp、Dm分别为原、模型水泵的转轮直径，mm。模型水泵的额定流量为:Qm=Qpnmnp()DmDp()3(4)式中:Qp、Qm分别为原、模型水泵的额定流量，m3/s。压力脉动的两个测点分别布置在转轮进口和导叶出口的位置，其测点布置示意图见图2。图2压力脉动测点布置示意图Fig．2Schematicdiagramofpressurepulsationmeasuringpoints2试验结果与分析试验采集了在叶片安放角为－4°，－2°，0°，+2°，+4°下，扬程分别为0，0．3，0．8，1．35，1．9m时模型泵的转轮进口和导叶出口处的压力脉动，并对采集到的压力脉动数据进行时域和频域的分析。2．1压力脉动时域分析压力脉动的时域分析通常采用混频幅值的相对值来进行描述。国际电工委员会(IEC)有关规程推荐采用概率统计方法，分析脉动波形的混频双峰值，国内外也偏向于按置信度来计算混频的压力脉动的峰峰值［6］。所以，本试验结果按97%置信度进行处理。A=ΔHH×100%(5)式中:A为压力脉动相对幅值;ΔH为压力脉动两个振幅峰峰值，m;H为试验扬程，m。2．1．1压力脉动与扬程的关系图3是当模型泵的叶片安放角为－4°时，转轮进口和导叶出口处的相对幅值与水泵扬程的关系示意图。由图3可知，无论是转轮进口还是导叶出口处的压力脉动相对幅值都随着扬程的增加先减小后增大，在设计扬程0．3m时，相对幅值降至最低。由此可知，水泵偏离设计工况运行时，压力脉动相对幅值174超低扬程贯流泵模?

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