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文檔簡介
1、串并聯(lián)離心泵一機多用、具有大流量低揚程和小流量高揚程兩種工況,為船舶輔助系統(tǒng)的重要設(shè)備,能有效減小設(shè)備的占地面積、及時有效地輸送液體和保護(hù)船舶的安全。串并聯(lián)離心泵內(nèi)部流動機理及振動特性的研究對于整船管路系統(tǒng)的流體激振力、振動、噪聲有著重要的作用。因此,開展串并聯(lián)離心泵的內(nèi)部流動機理及振動特性研究對于設(shè)備更新替換、優(yōu)化及系統(tǒng)的減振降噪具有重要意義。
本文的研究工作在安徽省自主創(chuàng)新專項資金“油料輸送及艦船用串并聯(lián)產(chǎn)業(yè)化項目”、國家
2、自然科學(xué)基金51279069和51079063項目、江蘇省研究生創(chuàng)新基金項目CXLX11_0578的資助下開展。
目前,串并聯(lián)離心泵的內(nèi)部流動機理及振動特性研究十分匱乏,本文在原始串并聯(lián)離心泵葉輪匹配螺旋壓水室的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上,對葉輪、螺旋型壓水室部件進(jìn)行設(shè)計、加工工藝創(chuàng)新、結(jié)構(gòu)優(yōu)化,并且以泵外特性試驗臺為基礎(chǔ)專門搭建了振動試驗臺,采用數(shù)值仿真計算、外特性試驗及振動試驗的方法對串并聯(lián)離心泵的內(nèi)部流動機理和振動特性進(jìn)行了研究。本研宄
3、的主要工作和創(chuàng)造性成果有:
(1)依據(jù)葉輪匹配螺旋型壓水室的原始結(jié)構(gòu)形式,提出了水力參數(shù)選擇方法,進(jìn)行了葉輪、螺旋型壓水室的水力設(shè)計;提出了創(chuàng)新的葉輪流道加工及葉輪前后蓋板固定方法,保證了流道表面光潔度和葉輪出口面積及安放角的一致性;改進(jìn)了轉(zhuǎn)子部件的動平衡工藝,提高了轉(zhuǎn)子部件的動平衡水平。在泵外特性試驗臺的基礎(chǔ)上,消除了進(jìn)出口管路、底座對振動的影響專門搭建了振動試驗臺,對泵組機腳處的振動進(jìn)行試驗研究。將串并聯(lián)泵串聯(lián)工況和并聯(lián)工
4、況的外特性試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行無量綱化處理及對比,得出了串并聯(lián)工況變化對水力性能的影響。分別在電機空載、串聯(lián)工況額定流量、并聯(lián)工況額定流量下,采用1/3倍頻程分析,對葉輪匹配螺旋型壓水室結(jié)構(gòu)的串并聯(lián)離心泵機腳處各個監(jiān)測點總振級測試,結(jié)果表明:并聯(lián)工況額定流量>串聯(lián)工況額定流量>電機空載。
(2)首次對原始結(jié)構(gòu)泵(葉輪匹配螺旋型壓水室的結(jié)構(gòu))進(jìn)行了改進(jìn)與創(chuàng)新設(shè)計,在保證葉輪水力設(shè)計不變的前提下,采用葉輪匹配導(dǎo)葉與環(huán)形壓水室的新型結(jié)構(gòu),保
5、證轉(zhuǎn)子部件質(zhì)量和動平衡精度等級、電機相同的前提下,進(jìn)行新型串并聯(lián)離心泵的外特性和振動試驗研究。對比原始結(jié)構(gòu)泵和新型結(jié)構(gòu)泵的無量綱試驗數(shù)據(jù),額定工況處的效率無論是并聯(lián)工況還是串聯(lián)工況,新型結(jié)構(gòu)泵均小于原始結(jié)構(gòu)泵。以機腳處加速度1/3倍頻程的總振級為評價指標(biāo),對新型結(jié)構(gòu)泵與原始結(jié)構(gòu)泵的總振級進(jìn)行了對比,不同頻率處的振動差值有所變化,且無規(guī)律可循。以監(jiān)測點處機腳加速度的總振級為評價指標(biāo),新型結(jié)構(gòu)泵比原始結(jié)構(gòu)泵振動降低3dB~4dB。分別以效率
6、和機腳振動為評價指標(biāo)對比了串并聯(lián)離心泵兩種結(jié)構(gòu)形式的優(yōu)劣,為不同優(yōu)化目標(biāo)的選擇提供參考依據(jù)。
(3)以機腳振動為評價指標(biāo),選擇新型串并聯(lián)離心泵為優(yōu)秀模型,總結(jié)了串并聯(lián)工況切換時數(shù)值計算的實現(xiàn)方法,分別采用k-ε,RNG k-ε,SST等不同的湍流模型進(jìn)行數(shù)值模擬并分析揚程、功率、效率等,與試驗結(jié)果進(jìn)行無量綱分析,得出RNG湍流模型在新型串并聯(lián)泵數(shù)值計算中具有好的適應(yīng)性,為內(nèi)部流場的分析奠定了基礎(chǔ)。對葉輪中截面、換向閥、吸入室處
7、的壓力分布圖、速度分布圖、湍動能、流線等進(jìn)行了對比分析,探究了串并聯(lián)離心泵串聯(lián)工況與并聯(lián)工況對內(nèi)部流動機理的影響,為串并聯(lián)離心泵內(nèi)部流動機理的研究奠定了基礎(chǔ)。
(4)由于結(jié)構(gòu)特性影響及初步水力設(shè)計方法的選取,并聯(lián)時,首級葉輪的流量向大流量偏移,首級葉輪的流量大于次級葉輪的流量;串聯(lián)工況時,由于忽略間隙泄漏,兩個葉輪之間的流量趨于相等。首次提出在串并聯(lián)離心泵水力設(shè)計時應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)設(shè)計的影響因素進(jìn)行相互耦合設(shè)計,并提出了首級葉輪和次
8、級葉輪差異化設(shè)計的方法。
(5)對原始結(jié)構(gòu)(葉輪匹配螺旋型壓水室)和新型結(jié)構(gòu)(葉輪匹配導(dǎo)葉與環(huán)形壓水室)的串并聯(lián)離心泵葉輪出口、換向閥、首級吸入室、次級吸入室、新型串并聯(lián)泵導(dǎo)葉、環(huán)形壓水室內(nèi)部流體壓力脈動等進(jìn)行了對比分析,原始結(jié)構(gòu)葉輪出口處的幅值明顯小于新型結(jié)構(gòu)的幅值。并對兩種結(jié)構(gòu)葉輪x方向的徑向力進(jìn)行分析,原始結(jié)構(gòu)泵的葉輪徑向力幅值大于新型結(jié)構(gòu)泵的葉輪。并探討了流體激振力和葉輪徑向力對機腳處總振級的影響。
(6)采
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