高扬程离心泵振动特性的试验研究

针对一台小流量高扬程离心泵组,通过调节流量和转速等手段对离心泵进行变工况振动测试研究,分析了泵组振动的基本特性,探讨了与泵组振动相关的内部流动形态,并借助泵组出口旁通阀进行分流抑制泵组振动测试研究,研究了系统小流量运行工况下控制泵组振动水平的方法.测试及研究结果表明:随着流量的增大,泵组总振级呈先减小后增大趋势,设计流量下泵组总振级最低,相比关死点工况,总振级低约9 dB,且尤其体现在1倍叶频和1.5~3 kHz宽频段,这主要与泵组不同流量下内部流动激励有关;泵组总振级随转速的增大呈增大趋势,且在1倍轴频和低频10~315 Hz范围内振级影响更显著;泵组振动强度随旁通流量的增大呈先减小后保持稳定的趋势,最佳旁通流量下总振级降低约2 dB,这说明对于系统要求在小流量工况运行的泵组,可通过合理控制旁通流量有效缓解和控制离心泵组振动.     

叶片出口边侧斜对船用离心泵外辐射噪声的影响

以125CLLA-13型船用离心泵为研究对象,分析叶片出口边侧斜对船用离心泵外辐射噪声的影响.首先对出口边非侧斜和侧斜2种叶轮模型泵进行了全流场瞬态数值计算,提取蜗壳及泄漏流道壁面脉动激励作为载荷,对原模型泵进行基于模态响应的振动计算,并试验验证了振动噪声数值预测的可行性.进一步以提取的载荷对2种叶轮模型泵进行了基于声振耦合的外辐射噪声计算,结果表明:相同工况下2种叶片出口方式模型泵声功率频谱变化趋势基本一致,侧斜出口模型泵声功率级明显低于非侧斜出口模型泵声功率级LW,声功率级均在叶频(BPF)处最大,且叶频处声功率级在设计工况下最小,在小流量工况下最大;离心泵外辐射噪声分布具有一定偶极性和指向性,各工况下侧斜出口模型泵指向性声压整体较非侧斜模型泵有所减小,设计工况下指向性声压最小,小流量工况下指向性声压最大,从降噪角度考虑,侧斜出口方式优于非侧斜出口方式.该研究可为船用离心泵减振降噪设计提供参考.     

不同叶片包角离心泵空化振动和噪声特性

为研究叶轮叶片包角对离心泵空化诱导振动噪声的影响,以1台单级单吸离心泵为研究对象,保持泵体和叶轮其他几何参数不变,将叶片包角从115°改为110°,120°和125°．在离心泵闭式试验台上测量了不同叶片包角模型泵在不同装置空化余量时的振动和噪声信号,并对信号进行处理和分析．试验结果表明:叶片包角变化对离心泵设计工况下空化性能的影响无明显规律,存在1个最优值;随着叶片包角的增大,各测点加速度传感器测得振动强度的变化规律各不相同,出口法兰测点的振动强度相对最小,振动强度均在10 m／s2以下;随着叶片包角的增大,模型泵在无空化状态下运行时,噪声信号轴频峰值减小,叶频峰值变化复杂;空化初生和发展时,轴频峰值均呈先增加后降低的趋势,1 750～2 250 Hz频段的能量峰值随空化程度的加剧先增大后减小．     

花生仁压缩及剪切特性试验研究

以海花1号花生仁为研究对象,对其进行三轴尺寸、压缩特性及剪切特性测试。结果表明:花生仁的长度、宽度、厚度尺寸均呈正态分布;在立放、正放及侧放条件下,花生仁的变形量与所受压力均呈先增大后减小趋势,立放时花生仁的最大破损力最小,正放次之,侧放最大;在正放和侧放条件下,花生仁所受的剪切力均随调湿比例的增加先增大后减小;花生仁宽度、厚度越大,花生仁所能承受最大剪切力越大;在正向剪切情况下,花生仁所能承受的最大剪切力整体大于侧向剪切下承受的最大剪切力。     

离心泵进水口形式设计及其对振动噪声的影响

为了研究离心泵进口形状对振动噪声的影响,在保证泵体和叶轮几何参数不变的情况下,改变离心泵进水口形式,从试验与数值模拟2个方面对进水口诱导离心泵振动进行研究．采用RNG k －ε模型分别对进口改进前后的离心泵进行全流道稳态及非稳态数值模拟,分别获得2种进口形式离心泵的稳态速度及非稳态压力脉动特性,对其进行对比分析,并测量了不同进水口形式下模型泵机脚的振动信号,对振动信号数据进行处理,以验证仿真结果及修改离心泵进水口所产生的振动影响．结果表明：改进离心泵进口,对其进口及叶轮蜗壳内压力速度分布有一定改善,直进式离心泵比预旋式离心泵对流场影响更小,叶轮及蜗室内各个监测点压力脉动也有所减小,经试验验证机脚振动响应减小了约5 dB．     

离心泵空化监测阈值确定方法研究

空化监测阈值的确定是对水泵空化状态判别的关键环节,通过获取某离心泵进口声压和壳体振动信号,对其在额定转速1 440 r/min,流量为90 、100、110、120 m3/h的4种工况进行空化模拟试验研究.基于统计理论,提出利用参考频带能量的峰值确定空化阈值的方法.结果表明:在给定的参考的频宽下,试验测得的水声信号和壳体振动信号符合声压变化规律曲线,即随着空泡数的减小能量值先上升后下降.将试验得到的能量曲线峰值利用3σ原则确定其下限,再降低3～5 dB可作为空化阈值的参考.随着流量的增大,水声信号在参考频域能量的峰值先增大后减小,其对空化的敏感性大大强于壳体振动信号.     

分流叶片长度对离心泵压力脉动及径向力的影响

针对低比转速离心泵,设计0.55 D2、0.65 D2、0.80 D2(D2为长叶片外径)3种长度分流叶片,建立分流叶片离心泵三维全流场模型,通过非定常数值模拟对比分析3种分流叶片长度离心泵压力脉动特性,以及作用在叶轮和蜗壳上的径向力特性。研究结果表明:带分流叶片离心泵内流场压力脉动呈主要波动周期和次要波动周期;蜗壳上的径向力远大于叶轮上的径向力;随着分流叶片长度增加,压力脉动幅值和径向力先增大后减小,0.65 D2方案压力脉动和径向力均小于0.55 D2和0.80 D2方案。分流叶片长度过短或过长都不利于减小压力脉动和径向力。     

基于流固耦合的离心泵蜗壳振动特性优化

针对具有超厚叶片的离心泵叶轮与蜗壳匹配问题,采用双向耦合方法对3种蜗壳结构产生的振动位移和振动速度进行了数值模拟。计算结果表明,由于叶轮与隔舌之间的流场动静干涉作用,蜗壳受到交替的激振力作用,在不同时刻振动位移和振动速度分布呈周期性变化;蜗壳基圆直径与叶轮直径的比值D3/D2对蜗壳振动有明显的影响,当D3/D2≤1.013时,超厚叶片出口压力诱导蜗壳振动强烈;当D3/D2逐渐增大时,蜗壳振动明显减弱。在设计工况下,方案A（D3/D2=1.013）振动位移最大值为4.288×10-6m,振动速度最大值为8.547×10-4m/s;方案C（D3/D2=1.19）振动位移最大值为2.923×10-6m,振动速度最大值为5.253×10-4m/s;优选方案B（D3/D2=1.13）的振动最小,其位移和速度最大值分别为2.56×10-6m和4.823×10-4m/s,仅约为方案A的60%。该结果也验证了径向力的作用规律与蜗壳振动特性的直接关联性。     

缝隙引流叶轮离心泵空化试验研究

在额定转速、不同流量工况下,对带有缝隙引流叶轮和常规叶轮的低比转数离心泵进行空化试验,通过安装在待测试离心泵不同位置上的加速度传感器获得相应的振动加速度信号,进而分析2种叶轮离心泵的空化特征信号,对比2种离心泵的空化特性.试验结果表明:缝隙引流叶轮离心泵比常规叶轮离心泵有更好的抗空化性能;Q=26 m³/h时,在空化过程中3个振动测点处的加速度信号有效值均随有效空化余量的减小而增大,并且缝隙引流叶轮离心泵的振动弱于常规叶轮离心泵,说明振动加速度测试可有效监测空化发生前后信号的变化;在本次试验的多个测点中,出口处的振动测点对空化较为敏感,更适宜作为空化监测点.     

不同结构形式对串并联离心泵振动特性的影响

为了研究串并联离心泵不同结构形式对泵外特性及其振动特性的影响,选取叶轮匹配螺旋型压水室和叶轮匹配导叶匹配环形压水室2种结构形式,并参考优秀水力模型采用速度系数法对2种结构形式的串并联离心泵的叶轮进行水力设计,按照标准专门搭建了外特性与振动试验台,对串并联离心泵2种结构形式下的外特性及不同监测点的机脚加速度的1/3倍频程进行数据采集、测试与分析.研究结果表明:叶轮匹配螺旋型压水室的原始结构形式的效率比叶轮匹配导叶匹配环形压水室的新型结构形式的效率要高;串并联离心泵采用叶轮匹配导叶匹配环形压水室的结构形式对于泵组的减振降噪具有良好的作用,新型结构比原始结构在全频段各个监测点振动噪声减小3~4 dB;各个监测点的振动在各个频段的变化无规律可循,监测点的振动噪声也有所变化,监测考核时应布置多个监测点进行综合评价.     

液体射流泵空化噪声与振动试验

针对液体射流泵的空化噪声与振动进行了试验研究;运用B＆K加速度仪和水听器对射流泵各部位在不同工况下的空化噪声与振动进行了测量。结果表明：（1）射流泵空化噪声以单极子声源为主,随着流速和紊流度的增大,偶极子作用逐渐增大;（2）射流泵空化噪声与振动随空化程度加剧而更强烈,最强烈处也从喉管向扩散管转移;（3）射流泵面积比越小,达到临界空化前噪声频谱波动越强,临界空化之后噪声谱级趋于平稳,随频率增加而递减;（4）初生空化出现前后噪声在整个频域范围内都有一个较大的跃升,约5-10 dB,此跃升可作为判断初生空化的参考方法;（5）泵体3个正交方向振动并不相同,径向振动较轴向更为明显。     

空气罐水锤防护的并联泵系统水力振动分析

针对常见的以空气罐为水锤防护装置的并联泵系统,建立了进、出水池间的传递矩阵,用迭代法对复变量方程进行了求解,得到了系统自振频率及其对应振型.以某长距离供水工程为例进行了水力振动计算,得到了14阶系统自振频率及其振型,其中第1,14阶自振频率分别为0.010 6,0.183 3 Hz,自振频率低,仅当扰动源为低频扰动时才可能发生水力共振;系统各阶衰减因子均为负值,表明系统是稳定的,不会出现自激振动;把实例泵系统第8管段的PVC-M管改为焊接钢管,对系统进行了水力振动计算.由于管材改变,水锤波速增大,空气罐空气容积增大,各阶自振频率都增大,波谷、波峰出现的位置不同,压力与流量振幅增大,表明水锤波速对系统自振频率及其振型影响很大,因此在水力振动分析时,对管材、水中含气量等影响水锤波速的因素要引起足够的重视.     

叶片数对离心泵内流诱导振动噪声的影响

基于虚拟仪器数据采集系统和泵产品测试系统在离心泵闭式试验台上建立了泵空化诱导振动噪声试验测试系统,实现了泵能量性能参数和流动诱导振动噪声信号的同步采集．以一台比转数为93的5叶片单级单吸离心泵作为研究对象,在保证泵体和叶轮其他几何参数不变的情况下,将叶轮叶片数分别设计为4,6和7片．测量了不同叶片数下模型泵在全流量范围内的能量性能、振动强度和噪声信号,并对振动和噪声信号数据进行了处理．试验结果表明：模型泵内部流动诱导的振动对泵体的影响最大,5叶片时模型泵的振动强度最高;随着流量的增大各测点振动强度大致都呈现先基本不变后显著上升的趋势;泵的噪声信号主要集中在0—2000Hz的范围内;在小于设计流量时,随着叶片数的增大,轴频的峰值逐步增大．研究结果对于建立低振动低噪声离心泵水力设计方法具有重要的参考意义和指导作用．     

泵振动的原因及其消除措施

针对泵机组的各部件存在的振动,分析了产生振动的原因。从泵的水力、机械结构设计,到泵的安装、运行、维护等方面,提出了减轻泵振动的措施。结果表明,保证泵零部件结构尺寸、精度与泵的无过载性能等水力特性相适应;保证泵的实际运行工况点与泵的设计工况点吻合;保证加工精度与设计精度的一致性;保证零部件安装质量与其运行要求的一致性;保证检修质量与零部件磨损规律的一致性,可以减轻泵的振动。     

1 000 MW级核电站离心式上充泵转子轴系的扭振特性

为研究1 000 MW级核电站离心式上充泵转子轴系扭振特性,应用Pro／E和ICEM软件对水体部件进行三维造型和网格划分,借助现代CAE技术,并采用有限元分析软件Ansys对上充泵转子轴系的扭转振动特性进行数值计算,通过扭振分析得到转子轴系在不同转速下的扭转振幅．结果表明:采用三支撑转子轴系的结构稳定性相比于两端支撑的转子轴系各阶固有频率都有明显提高,这有助于减小上充泵运行时的振动和噪声;在4 900 r／min的转速下转子轴系发生了较为明显的一阶扭转共振,引起共振的主要原因是电动机驱动力矩的6次谐波分量频率和转子轴系的一阶扭振固有频率的整数倍接近;上充泵设计运行转速为4 500 r／min,转速与转子轴系各阶临界转速值相差较大,其转子轴系的扭转振幅较小,不会发生扭转共振,表明所设计的转子轴系结构是合理的．     

水轮机应用蜂窝密封的吸水和减振模拟试验

为减少混流式水轮机止漏环中流体产生的自激振动,根据止漏环各种密封结构,简化并提出密封模型,并根据模型搭建了试验台.采取直接测量转轴振动的方法,对比了简化后的密封模型与蜂窝密封在调整转子偏心程度的情况下振动幅值、波形图和频谱图的差别,以及增加转子质量不平衡块后两种密封振动幅值的变化.结果表明,蜂窝密封比普通的迷宫密封更能够抑制由于偏心和不平衡引起的振动.在最小密封间隙的上下游安置吸水装置,对比其振动情况,上游吸水可有效地降低转子振动.     

间隙比对近壁不同钝体涡激振动特性的影响

为研究不同间隙比L/D对近壁单圆柱与单方柱的涡激振动特性的影响,了解尾流对壁面不稳定性的作用机理,搭建了开式循环水槽试验台,利用粒子图像测速(PIV)系统,对过渡流下2种近壁模型进行了试验研究.结果表明:两者具有相似的涡激振动特性,当L/D很小时,钝体下侧剪切层发展受到抑制;随着L/D增大,壁面的抑制作用减弱,尾流处有形成旋涡对的趋势,旋涡逐渐靠近钝体并趋于对称,涡的尺度先增大后减小,近壁面附近流体的加速效应先增强后减弱,且主振频率逐渐减小;两者都呈现出周期性的涡脱运动,但也存在差异,方柱尾流分离点固定,而圆柱不固定;同一Re下,相同L/D下方柱涡的尺度比圆柱更大,近壁面附近的流速也更快;随着L/D增大,圆柱尾流处振幅先增强后减弱,而方柱一直增强且主振频率略小,表明近壁方柱涡脱落周期比圆柱更长.对实际工程领域应用具有一定的参考价值.