潛水排污泵葉輪與蝸殼間隙對(duì)振動(dòng)特性影響的研究.pdf

1、本文在國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863計(jì)劃)“高揚(yáng)程無過載潛水排污泵”(項(xiàng)目編號(hào)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(dòng)靜干涉作用,引起了流場(chǎng)的壓力脈動(dòng)。同時(shí),由于蝸殼的不對(duì)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(huì)存在周期性的徑向力變化。徑向力作用于葉輪和蝸殼上,會(huì)使泵體產(chǎn)生一定的振動(dòng),影響泵系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性,嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損

2、失。因此,降低水泵在運(yùn)行過程中所產(chǎn)生的振動(dòng)十分必要。
　　 本文將加大流量設(shè)計(jì)法應(yīng)用于潛水排污泵的設(shè)計(jì)過程中,根據(jù)實(shí)際情況的需要,設(shè)計(jì)出型號(hào)為WQS150-48-45的高揚(yáng)程低比轉(zhuǎn)速無過載潛水排污泵,并重點(diǎn)研究葉輪與蝸殼之間間隙的變化導(dǎo)致蝸殼結(jié)構(gòu)振動(dòng)的變化規(guī)律。通過數(shù)值模擬分析出在動(dòng)靜干涉作用下流道內(nèi)部的壓力脈動(dòng)情況以及作用于蝸殼上的徑向力分布規(guī)律。同時(shí),對(duì)不同模型進(jìn)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(dòng)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(biāo)準(zhǔn)κ-ε湍流模型,對(duì)三種不同的計(jì)算模型的內(nèi)部流場(chǎng)進(jìn)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(yáng)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(duì)三種

4、不同間隙的模型進(jìn)行非定常計(jì)算,研究流道內(nèi)的壓力脈動(dòng)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(dòng)越劇烈;由于動(dòng)靜干涉作用,流道內(nèi)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)處的壓力脈動(dòng)具有明顯的周期性,壓力脈動(dòng)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(shí)刻不同計(jì)算模型蝸殼壁面所受的徑向力大小和方向均不相同;各計(jì)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(shí)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(jì)算模型蝸殼壁面所受到的平均徑向力最小。
　　 (3)對(duì)三種模型進(jìn)行靜力分析和模態(tài)分析。結(jié)果表明:間隙對(duì)模型的最大變形量及最大應(yīng)力值有很大的影響,在任意工況下,基圓直徑D3=435mm的計(jì)算模型的最大變形量及最大應(yīng)力值均為最小,即抗振效果好;間隙的不同對(duì)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(jì)算得到的不同模型流道內(nèi)壓