潛水排污泵葉輪與蝸殼間隙對振動特性影響的研究.pdf

1、本文在國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃(863計劃)“高揚程無過載潛水排污泵”(項目編號為2007AA052207)的資助下開展研究工作。
　　 同普通離心泵一樣,潛水排污泵在旋轉(zhuǎn)的過程中由于葉片和隔舌的動靜干涉作用,引起了流場的壓力脈動。同時,由于蝸殼的不對稱性以及葉輪出口處速度分布的不均勻性,葉輪在旋轉(zhuǎn)的過程中也會存在周期性的徑向力變化。徑向力作用于葉輪和蝸殼上,會使泵體產(chǎn)生一定的振動,影響泵系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性,嚴重時會造成巨大的經(jīng)濟損

2、失。因此,降低水泵在運行過程中所產(chǎn)生的振動十分必要。
　　 本文將加大流量設計法應用于潛水排污泵的設計過程中,根據(jù)實際情況的需要,設計出型號為WQS150-48-45的高揚程低比轉(zhuǎn)速無過載潛水排污泵,并重點研究葉輪與蝸殼之間間隙的變化導致蝸殼結(jié)構(gòu)振動的變化規(guī)律。通過數(shù)值模擬分析出在動靜干涉作用下流道內(nèi)部的壓力脈動情況以及作用于蝸殼上的徑向力分布規(guī)律。同時,對不同模型進行靜力分析、模態(tài)分析以及在考慮流固耦合作用下的振動分析。本文的

3、主要研究內(nèi)容和取得的成果如下:
　　 (1)基于Navier-Stokes方程和標準κ-ε湍流模型,對三種不同的計算模型的內(nèi)部流場進行了多工況的定常數(shù)值模擬。從性能曲線中可以看出,同一葉輪和不同的蝸殼匹配均能獲得無駝峰、陡降的流量一揚程曲線;流量一功率曲線上升的較為平坦,且最大功率不超過配套功率45kW,功率隨著基圓直徑的減小而減小;流量一效率曲線中的高效區(qū)范圍寬,且在1.4Qopt附近效率有最大值。
　　 (2)對三種

4、不同間隙的模型進行非定常計算,研究流道內(nèi)的壓力脈動情況以及蝸殼壁面所受到的徑向力。結(jié)果表明:間隙越小,壓力脈動越劇烈;由于動靜干涉作用,流道內(nèi)各監(jiān)測點處的壓力脈動具有明顯的周期性,壓力脈動的主頻在75Hz左右,與葉頻相同。蝸殼壁面所受到的徑向力大小同樣具有明顯的周期性,在不同時刻不同計算模型蝸殼壁面所受的徑向力大小和方向均不相同;各計算模型蝸殼壁面所受的平均徑向力隨著流量的升高先減小后增大,在1.4Qopt時蝸殼壁面所受的平均徑向力最小

5、;在相同流量下,基圓直徑D3=435mm的計算模型蝸殼壁面所受到的平均徑向力最小。
　　 (3)對三種模型進行靜力分析和模態(tài)分析。結(jié)果表明:間隙對模型的最大變形量及最大應力值有很大的影響,在任意工況下,基圓直徑D3=435mm的計算模型的最大變形量及最大應力值均為最小,即抗振效果好;間隙的不同對各階頻率影響不大,不同模型的一階模態(tài)頻率分別為200.11Hz、198.27Hz、188.79Hz,均大于通過計算得到的不同模型流道內(nèi)壓