流體激勵誘發(fā)離心泵基座振動的研究.pdf

1、研究流體激勵誘發(fā)離心泵基座的振動，對進(jìn)一步減小基座振動傳遞至其他設(shè)備引起的設(shè)備故障與傳遞至板殼結(jié)構(gòu)引起的輻射噪聲有重要意義。本文的目的在于從泵內(nèi)表面-蝸殼-支架-基座與葉輪-轉(zhuǎn)軸-支撐-基座兩條流體激勵力傳遞途徑分別研究流體激勵所誘發(fā)垂直于離心泵基座方向的振動，并分析離心泵基座振動的混沌非線性特性。
　　運(yùn)用Pro-E與ICEM建立離心泵流域的幾何模型與網(wǎng)格，基于計(jì)算流體力學(xué)運(yùn)用CFX分析了離心泵的穩(wěn)態(tài)流場與瞬態(tài)流場，并積分得出空

2、間三個方向泵內(nèi)表面所受流體合力與葉輪所受流體合力與合力矩，運(yùn)用分段擬合的方法建立了泵內(nèi)表面流體合力數(shù)學(xué)模型，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)方法分析了葉輪各表面對葉輪所受流體合力與合力矩的貢獻(xiàn)，通過流域內(nèi)壓力脈動值與轉(zhuǎn)軸振動位移的測試證明了分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。
　　根據(jù)試驗(yàn)臺架，建立包括蝸殼、電機(jī)模型、電機(jī)、支架與離心泵基座系統(tǒng)的FEM模型，通過對比模態(tài)分析結(jié)果與LMS模態(tài)測試驗(yàn)證FEM模型的正確性，基于流場計(jì)算所得瞬態(tài)流場各時間步泵內(nèi)表面流體壓力，分析了

3、流體激勵泵內(nèi)表面-蝸殼-支架-基座所誘發(fā)的瞬態(tài)響應(yīng)。
　　基于達(dá)朗伯原理建立了包含有離心泵基座的四圓盤三軸段、垂直于基座方向的轉(zhuǎn)子動力學(xué)模型;基于配重法運(yùn)用光電傳感器、電渦流位移傳感器與所構(gòu)建的LabVIEW剛度辨識虛擬儀器測試了轉(zhuǎn)子支撐的剛度，并分析了葉輪內(nèi)流體質(zhì)量對轉(zhuǎn)子系統(tǒng)固有頻率與振型的影響;基于Newmark算法運(yùn)用Matlab分析了流場計(jì)算所得葉輪徑向流體激勵作用下轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)，并分析了轉(zhuǎn)子動力學(xué)中將流體力簡化為圓

4、盤附加質(zhì)量建模方法的準(zhǔn)確性;通過僅電機(jī)轉(zhuǎn)動與電機(jī)離心泵共同轉(zhuǎn)動的實(shí)驗(yàn)對比分析了所設(shè)計(jì)臺架中電機(jī)與離心泵對基座振動的貢獻(xiàn)量;對比分析了流體力兩個途徑激勵離心泵基座誘發(fā)的振動，并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果做了對比。
　　從統(tǒng)計(jì)理論出發(fā)，提出三種方法修正兩個一維數(shù)組所構(gòu)成平面上，數(shù)據(jù)對所對應(yīng)點(diǎn)在該平面上的概率分布矩陣，從而改進(jìn)Cellucci的互信息算法，并由該改進(jìn)算法計(jì)算了Lorenz序列的最佳延遲時間，而后得出最大Lyapunov指數(shù)驗(yàn)證了改進(jìn)算法

5、的有效性。
　　運(yùn)用改進(jìn)的互信息算法與Tisean3.0偽最近鄰點(diǎn)算法工具包對四個測試點(diǎn)所得離心基座振動位移進(jìn)行了延遲時間與嵌入維數(shù)的分析，并依據(jù)該延遲時間與嵌入維數(shù)重構(gòu)了相空間，運(yùn)用Tisean3.0小數(shù)據(jù)量算法工具包分析了各振動位移時間序列的最大Lyapunov指數(shù)以判斷系統(tǒng)混沌非線性特性。通過以上研究得出了以下主要結(jié)論:
　　1)運(yùn)用CFD計(jì)算可以有效地得出離心泵所受流體力與力矩;葉輪徑向流體合力主要以葉輪轉(zhuǎn)動頻率，而

6、非葉片通過頻率進(jìn)行波動，蝸殼所受流體空間三個方向合力、葉輪所受其它方向流體力與繞三個方向的合力矩均主要以葉片通過頻率進(jìn)行波動;運(yùn)用分段擬合的方法所得到蝸殼流體力數(shù)學(xué)模型比單段擬合與正余弦函數(shù)逼近有更好的精度;葉片所受流體徑向合力是葉輪所受徑向流體力的主要來源，葉輪前蓋板外表面與后蓋板外表面之間的壓力差決定葉輪所受軸向力的大小，前蓋板流體壓力分布的不均勻程度決定葉輪繞徑向轉(zhuǎn)矩的大小，運(yùn)用離心泵轉(zhuǎn)軸振動位移與葉輪徑向流體力的對比可以驗(yàn)證流場

7、計(jì)算的正確性。
　　2)建立的蝸殼、電機(jī)模型、電機(jī)與基座系統(tǒng)FEM模型是可靠的;流體激勵泵內(nèi)表面-蝸殼-支架誘發(fā)垂直于基座方向振動的位移幅值與加速度幅值均較小;離心泵起動階段所產(chǎn)生初始壓力脈動在非穩(wěn)態(tài)振動階段對基座振動有較大影響;泵內(nèi)表面局部壓力脈動是寬頻激振源，會誘發(fā)出離心泵系統(tǒng)的各階模態(tài)振動。
　　3)所建立的轉(zhuǎn)子動力學(xué)模型是正確有效的;所提出支撐剛度不拆卸測試方法是有效可行的;建立的支撐剛度辨識虛擬儀器系統(tǒng)能夠可靠地得

8、出轉(zhuǎn)子支撐剛度;葉輪內(nèi)流體質(zhì)量對轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的中頻固有頻率有一定影響，而對系統(tǒng)低頻與高頻固有頻率與各階振型影響較小;流體力激勵葉輪-轉(zhuǎn)軸-基座所誘發(fā)的基座振動主要頻率為轉(zhuǎn)子的基頻;正弦外激勵作用下，將流體力簡化為葉輪內(nèi)20％與40％水質(zhì)量所得基座振動均遠(yuǎn)小于將流體激勵力直接作用于系統(tǒng)所引起的基座振動;流體力激勵泵內(nèi)表面-蝸殼-支架-基座所引起的基座振動遠(yuǎn)小于激勵葉輪-轉(zhuǎn)軸-支撐-基座所引起的基座振動;流體激勵誘發(fā)離心泵基座振動的主要來源是流

9、體激勵轉(zhuǎn)子系統(tǒng)所誘發(fā)的基座振動而不是電機(jī)所誘發(fā)的振動;流體激勵作用下離心泵基座振動位移的最大峰值頻率為轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動頻率，而振動加速度的最大峰值頻率為五倍轉(zhuǎn)動頻率;從流體激勵力的兩條傳遞途徑分別研究其所誘發(fā)基座振動的方法是有效可行的。
　　4)等間距劃分時間序列所構(gòu)成平面會得到錯誤的互信息值;當(dāng)時間序列長度不為邊緣劃分區(qū)間個數(shù)整數(shù)倍時，Cellucci算法將會得到錯誤的最佳延遲時間;所提出的三種互信息改進(jìn)算法不僅能夠消除Cellucci