縫隙引流葉輪離心泵的壓力脈動(dòng)及振動(dòng)特性

張文著,魏 群,陳紅勛,馬 崢,王岱峰

日益嚴(yán)苛的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)和客戶需求對(duì)離心泵的性能提出了更高的要求,使得離心泵運(yùn)行過程中的壓力脈動(dòng)及振動(dòng)問題受到更多關(guān)注.如何降低運(yùn)行過程中的壓力脈動(dòng)和振動(dòng)已成為離心泵設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮的問題.

陳紅勛等[1]基于流動(dòng)控制的思想提出了縫隙引流葉片結(jié)構(gòu),并將其應(yīng)用于離心泵葉輪的設(shè)計(jì)中.已有研究表明,與傳統(tǒng)葉輪離心泵相比,縫隙引流葉輪離心泵的水力性能在一定的工況范圍內(nèi)明顯提高[2-3].朱兵[4]已對(duì)縫隙引流葉輪提高低比轉(zhuǎn)速離心泵水力性能的機(jī)理進(jìn)行了分析,并對(duì)縫隙引流葉輪內(nèi)的壓力脈動(dòng)進(jìn)行了數(shù)值研究.為了更充分地認(rèn)識(shí)縫隙引流葉輪對(duì)離心泵運(yùn)行時(shí)的壓力脈動(dòng)和振動(dòng)特性的影響,有必要開展相關(guān)的實(shí)驗(yàn)研究.

在壓力脈動(dòng)方面,Parrondo等[5]的研究表明,壓力脈動(dòng)的大小主要取決于隔舌與葉輪的動(dòng)靜干涉強(qiáng)度.Guo等[6]通過研究發(fā)現(xiàn),離心泵蝸室內(nèi)流動(dòng)方向上的壓力脈動(dòng)逐漸減小而靜壓逐漸增大,且變化的流體力未必會(huì)導(dǎo)致較強(qiáng)的壓力脈動(dòng).蔡建程等[7]通過研究發(fā)現(xiàn),離心泵隔舌區(qū)域的壓力脈動(dòng)最嚴(yán)重,其整體強(qiáng)度隨轉(zhuǎn)速以近似二次函數(shù)的形式變化.Wang等[8-9]研究了導(dǎo)葉內(nèi)的壓力脈動(dòng),發(fā)現(xiàn)當(dāng)流量低于50%額定流量后,導(dǎo)葉中會(huì)出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)失速團(tuán),離心泵中的壓力脈動(dòng)會(huì)大幅增強(qiáng),非設(shè)計(jì)工況點(diǎn)時(shí)的壓力脈動(dòng)主頻為2倍葉頻(blade passing frequency,BPF).劉陽(yáng)等[10]根據(jù)成因?qū)毫γ}動(dòng)分類為葉頻脈動(dòng)、軸頻脈動(dòng)和隨機(jī)脈動(dòng),并從動(dòng)靜干涉、二次流以及汽蝕的角度總結(jié)了壓力脈動(dòng)的研究進(jìn)展.

在振動(dòng)方面,Trethewey等[11]研究了反應(yīng)堆冷卻泵旋轉(zhuǎn)軸的振動(dòng)特性,建立了旋轉(zhuǎn)軸振動(dòng)特性與其疲勞壽命的關(guān)系.Mele等[12]的研究發(fā)現(xiàn),離心泵的流動(dòng)誘導(dǎo)振動(dòng)與轉(zhuǎn)速成正比,且與運(yùn)行效率密切相關(guān).劉厚林等[13]研究了葉輪出口寬度對(duì)離心泵流體誘導(dǎo)振動(dòng)噪聲的影響,發(fā)現(xiàn)隨著葉輪出口寬度的增加,離心泵流體誘導(dǎo)振動(dòng)強(qiáng)度大致呈先增大后減小的趨勢(shì).胡芳芳等[14]對(duì)離心泵在各個(gè)工況下的壓力脈動(dòng)、振動(dòng)和噪聲進(jìn)行了測(cè)試分析,發(fā)現(xiàn)葉頻及其倍頻是壓力脈動(dòng)和振動(dòng)的主要特征頻率.金渝博等[15]分析了離心泵振動(dòng)激勵(lì)力的來源,并總結(jié)了應(yīng)用流固耦合方法研究離心泵振動(dòng)的研究進(jìn)展.

本工作在朱兵[4]的研究基礎(chǔ)上,參考相關(guān)實(shí)驗(yàn)方法,搭建了信號(hào)采集系統(tǒng),測(cè)量了離心泵不同位置的壓力脈動(dòng)和振動(dòng)信息,研究了縫隙引流葉輪對(duì)離心泵壓力脈動(dòng)和振動(dòng)特性的影響,以期為改善離心泵的壓力脈動(dòng)和振動(dòng)特性提供可行的思路和方案.

1 實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ图把b置

1.1 葉輪模型

常規(guī)葉輪的主要設(shè)計(jì)參數(shù)如下:外徑為220.0 mm,進(jìn)口直徑為62.4 mm,出口邊寬度為6.5 mm;4個(gè)2D圓柱葉片,葉片進(jìn)口角和出口角(以吸力面弧線計(jì)算)分別為4.5°和32.3°.定義常規(guī)葉輪離心泵的最高效率點(diǎn)流量為特征流量,相應(yīng)的工況為特征工況,即流量Q=9.42 m3/h,揚(yáng)程H=7 m,轉(zhuǎn)速n=1 000 r/min,相應(yīng)的軸頻為16.67 Hz,葉頻為66.67 Hz.

與常規(guī)葉輪相比,縫隙引流葉輪的主要結(jié)構(gòu)差異是在各主葉片前緣吸力面?zhèn)戎匦略O(shè)計(jì)了一個(gè)小的葉片,使得主葉片略有縮短,小葉片與主葉片在空間位置上有一定重疊并形成了一個(gè)小的縫隙.本工作中縫隙引流葉輪的外形參數(shù)與常規(guī)葉輪相同,可適配同一泵體,從而減少了因泵體差異對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響.兩種葉輪模型如圖1所示.

圖1 實(shí)驗(yàn)用葉輪Fig.1 Impellers for the experiment

1.2 測(cè)點(diǎn)布置及測(cè)試裝置

為便于測(cè)點(diǎn)布置和流場(chǎng)觀察,對(duì)泵體外形進(jìn)行重新設(shè)計(jì),蝸殼采用2D矩形截面流道,泵體模型如圖2所示.在泵體入口處布置壓力測(cè)點(diǎn)1,3,隔舌處布置壓力測(cè)點(diǎn)2,4,蝸室壁面上布置壓力測(cè)點(diǎn)5～11,出口處布置壓力測(cè)點(diǎn)12,13,壓力測(cè)點(diǎn)的位置及編號(hào)如圖3(a),(b)所示.在蝸室壁面上、隔舌處以及出口處布置了6個(gè)振動(dòng)測(cè)點(diǎn),其中隔舌處布置三維加速度傳感器,其余測(cè)點(diǎn)布置一維加速度傳感器,振動(dòng)測(cè)點(diǎn)的位置及編號(hào)如圖3(c)所示.

圖2 實(shí)驗(yàn)用泵體Fig.2 Pumps for the experiment

圖3 壓力測(cè)點(diǎn)和振動(dòng)測(cè)點(diǎn)分布示意圖Fig.3 Positional distributions of the pressure sensors and vibration sensors

壓力傳感器的量程為3 MPa,加速度傳感器的量程為490 m/s2.壓力傳感器通過信號(hào)放大器、加速度傳感器通過信號(hào)調(diào)理器一并將信號(hào)送入東華5922信號(hào)采集系統(tǒng),并存入計(jì)算機(jī)進(jìn)行相關(guān)信號(hào)處理.根據(jù)文獻(xiàn)[16-17]的建議,本工作設(shè)定實(shí)驗(yàn)采樣時(shí)間為60 s,采樣頻率為10 kHz.

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 性能實(shí)驗(yàn)

圖4為實(shí)驗(yàn)測(cè)得的傳統(tǒng)葉輪離心泵和縫隙引流葉輪離心泵的水力性能對(duì)比,其中G表示縫隙引流葉輪,O表示常規(guī)葉輪,P表示壓力,V表示振動(dòng).可見,隨著流量的增加,縫隙引流葉輪的效果逐漸顯現(xiàn).為全面比較兩種葉輪離心泵在不同流量下的壓力脈動(dòng)及振動(dòng)特性,對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行時(shí)域和頻域分析.

圖4 傳統(tǒng)葉輪離心泵與縫隙引流葉輪離心泵的性能曲線Fig.4 Performance curves for the ordinary centrifugal pump and the gap drainage impeller centrifugal pump

2.2 壓力脈動(dòng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

2.2.1 壓力脈動(dòng)時(shí)域統(tǒng)計(jì)分析

由于標(biāo)準(zhǔn)差可用于描述隨機(jī)信號(hào)在其均值附近的分布,反映信號(hào)的波動(dòng)分量,因此,本工作選取標(biāo)準(zhǔn)差作為統(tǒng)計(jì)指標(biāo),對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理.由于位于同一區(qū)域的測(cè)點(diǎn)的壓力脈動(dòng)變化規(guī)律相同,故將測(cè)點(diǎn)按區(qū)域分為4類,并從每個(gè)區(qū)域選取一個(gè)測(cè)點(diǎn)作為代表進(jìn)行比較,即泵體入口處以測(cè)點(diǎn)1為例,蝸室壁面以測(cè)點(diǎn)7為例,隔舌處以測(cè)點(diǎn)2為例,出口處以測(cè)點(diǎn)12為例.各測(cè)點(diǎn)的壓力脈動(dòng)幅值隨流量變化的曲線如圖5所示.可見:常規(guī)葉輪離心泵與縫隙引流葉輪離心泵的壓力脈動(dòng)隨流量變化的規(guī)律基本相同;入口處測(cè)點(diǎn)的壓力脈動(dòng)幾乎不隨流量變化,其余測(cè)點(diǎn)的壓力脈動(dòng)則隨著流量變化,呈先減小后增大的趨勢(shì).

圖5 兩種葉輪離心泵各測(cè)點(diǎn)處壓力脈動(dòng)信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)差隨流量的變化曲線Fig.5 Standard deviations of each pressure fl uctuation sensor under the different fl ow conditions for the two kinds of centrifugal pumps

由圖5可見,隔舌處(測(cè)點(diǎn)2,4)的壓力脈動(dòng)波幅最大,并在特征流量附近達(dá)到最小.根據(jù)朱兵[4]關(guān)于兩種離心泵流場(chǎng)的數(shù)值計(jì)算結(jié)果(見圖6):在設(shè)計(jì)工況下,速度矢量與隔舌輪廓相切;在非設(shè)計(jì)工況下,速度矢量與隔舌輪廓有明顯的夾角,引起水流與隔舌的強(qiáng)烈碰撞;特別是在大流量下,流體速度較快,與隔舌的沖擊會(huì)導(dǎo)致強(qiáng)烈的動(dòng)靜干涉作用,使隔舌處的壓力脈動(dòng)強(qiáng)度明顯增加.相比其他測(cè)點(diǎn),靠近隔舌處的測(cè)點(diǎn)(測(cè)點(diǎn)2,4,12,13)壓力脈動(dòng)幅值較高.這說明在大流量下,葉輪和隔舌間強(qiáng)烈的動(dòng)靜干涉嚴(yán)重影響了附近區(qū)域內(nèi)的流動(dòng)狀態(tài),加劇了該區(qū)域的壓力脈動(dòng).

圖6 不同流量下隔舌區(qū)域數(shù)值模擬流線圖[4]Fig.6 Numerical streamlines of the tongue region under the different fl ow conditions[4]

對(duì)于蝸室壁面的壓力脈動(dòng),已有研究發(fā)現(xiàn),不穩(wěn)定流動(dòng)現(xiàn)象(流動(dòng)分離和回流)是小流量工況下產(chǎn)生較大壓力脈動(dòng)幅值的原因之一[18].在大流量下,流體速度較大,葉輪與蝸室間的動(dòng)靜干涉作用明顯增強(qiáng),進(jìn)而加劇壓力脈動(dòng).葉輪出口距離蝸室壁面(蝸室流道正對(duì)葉輪出口的曲面)越近的位置(如測(cè)點(diǎn)11),測(cè)得的壓力脈動(dòng)幅值越大,葉輪出口距離蝸室壁面越遠(yuǎn)的位置(如測(cè)點(diǎn)5),測(cè)得的壓力脈動(dòng)幅值越小.這說明葉輪與蝸室壁面的距離會(huì)影響葉輪出口處的流動(dòng)狀態(tài),較短的距離會(huì)加劇葉輪和蝸室的動(dòng)靜干涉作用.

在小流量下,兩種離心泵各測(cè)點(diǎn)處的壓力脈動(dòng)幅值沒有明顯區(qū)別.在大流量下,縫隙引流葉輪離心泵的壓力脈動(dòng)明顯小于常規(guī)葉輪離心泵.分析文獻(xiàn)[4]中關(guān)于兩種離心泵的數(shù)值模擬結(jié)果(見圖7和8)可知:對(duì)于縫隙引流葉輪離心泵,小葉片會(huì)導(dǎo)引部分流體經(jīng)縫隙從葉片壓力面?zhèn)攘飨蛭γ鎮(zhèn)?減弱出口區(qū)域主流提前出現(xiàn)偏離吸力面而轉(zhuǎn)向壓力面?zhèn)攘鲃?dòng)的趨勢(shì),使葉輪出口速度分布更均勻;前緣偏置和重疊設(shè)計(jì)的小葉片增大了流道進(jìn)口區(qū)面積,改善了流道內(nèi)的速度場(chǎng)分布狀況,使流道內(nèi)部速度分布更均勻.另外,在大流量下,縫隙引流葉輪流道內(nèi)的湍流渦明顯弱于傳統(tǒng)葉輪.已有研究表明,葉輪出口的速度非均勻分布,即“射流-尾跡”結(jié)構(gòu),是離心泵內(nèi)最主要的壓力脈動(dòng)源,會(huì)對(duì)低比轉(zhuǎn)速離心泵效率產(chǎn)生很大影響,而二次流對(duì)低能流體的輸運(yùn)是造成葉輪出口出現(xiàn)“射流-尾跡”結(jié)構(gòu)的主要原因[19-23].因此,大流量下縫隙引流葉輪出口更均勻的速度分布,及其內(nèi)部較弱的二次流輸運(yùn),均是縫隙引流葉輪離心泵壓力脈動(dòng)小于常規(guī)葉輪離心泵的根本原因.

圖7 不同流量下兩種葉輪內(nèi)的速度分布Fig.7 Inner velocity contour of the two kind of impellers under the different fl ow conditions

圖8 離心泵內(nèi)部湍流渦結(jié)構(gòu)對(duì)比Fig.8 Comparisons of the inner turbulence Eddy structure

2.2.2 頻域特征分析

由2.2.1節(jié)分析可知,同一區(qū)域測(cè)點(diǎn)的壓力脈動(dòng)變化規(guī)律相同,故在每一個(gè)區(qū)域選取一個(gè)測(cè)點(diǎn)為代表進(jìn)行描述.選取0.2Q,0.5Q,1.0Q,1.5Q,1.8Q 5個(gè)流量工況,對(duì)比分析了常規(guī)葉輪離心泵和縫隙引流葉輪離心泵在不同位置處壓力脈動(dòng)的頻譜特征.初步分析發(fā)現(xiàn),在壓力脈動(dòng)頻譜圖中,幅值較突出的頻率成分主要集中在0～300 Hz,故本工作僅對(duì)比分析在此范圍內(nèi)的壓力脈動(dòng)頻域特征,并以葉頻為主刻度.

入口處以測(cè)點(diǎn)1為例,兩種葉輪離心泵入口處的壓力脈動(dòng)信號(hào)頻譜如圖9所示.對(duì)于常規(guī)葉輪離心泵,當(dāng)流量小于0.5Q時(shí),入口處的低頻成分幅值明顯偏大,5倍軸頻和2倍葉頻的幅值較大;當(dāng)流量大于1.0Q之后,葉頻及2倍葉頻的幅值較大,且軸頻對(duì)應(yīng)的幅值迅速增大,并在1.8Q時(shí)軸頻的幅值達(dá)到最大.縫隙引流葉輪離心泵入口處的壓力脈動(dòng)主頻為2倍葉頻,流量變化對(duì)主頻幅值的影響較小.相比于常規(guī)葉輪離心泵,縫隙引流葉輪離心泵各工況下的主頻幅值都較小.

隔舌處以測(cè)點(diǎn)2為例,兩種葉輪離心泵隔舌處的壓力脈動(dòng)信號(hào)頻譜如圖10所示.對(duì)于常規(guī)葉輪離心泵,隔舌處的壓力脈動(dòng)主頻為葉頻,其次是2倍葉頻;隨著流量增加,葉頻的幅值先減小后增大,并在0.5Q時(shí)達(dá)到最小,而2倍葉頻的幅值單調(diào)遞增.對(duì)于縫隙引流葉輪離心泵,小流量時(shí)葉頻的幅值較突出,隨著流量的增加,在大于特征流量后,2倍葉頻的幅值明顯增大.相比之下,常規(guī)葉輪離心泵的主頻幅值明顯大于縫隙引流葉輪離心泵.

圖10 不同流量下兩種葉輪離心泵隔舌處測(cè)點(diǎn)2的壓力脈動(dòng)信號(hào)結(jié)果Fig.10 Results of the pressure fl uctuation signal from sensor 2 in the tongue for the two kinds of centrifugal pumps under the different fl ow conditions

蝸室處以測(cè)點(diǎn)7為例,兩種葉輪離心泵蝸室處的壓力脈動(dòng)信號(hào)頻譜如圖11所示.對(duì)于常規(guī)葉輪離心泵,測(cè)點(diǎn)7的壓力脈動(dòng)主頻為葉頻,2倍葉頻的幅值也較大,且隨著流量增加,葉頻、2倍葉頻及軸頻的幅值同時(shí)增大.對(duì)于縫隙引流葉輪離心泵,測(cè)點(diǎn)7的壓力脈動(dòng)主頻為2倍葉頻,葉頻的幅值也相對(duì)較大,2倍葉頻及葉頻的幅值均有隨流量增加而增大的趨勢(shì),但幅值明顯小于常規(guī)葉輪離心泵.

圖11 不同流量下兩種葉輪離心泵蝸室處測(cè)點(diǎn)7的壓力脈動(dòng)信號(hào)結(jié)果Fig.11 Results of the pressure fl uctuation signal from sensor 7 on the volute wall for the two kinds of centrifugal pumps under the different fl ow conditions

出口處以測(cè)點(diǎn)12為例,兩種葉輪離心泵出口處的壓力脈動(dòng)信號(hào)頻譜如圖12所示.對(duì)于常規(guī)葉輪離心泵,在0.2Q流量下,出口處的壓力脈動(dòng)主頻為葉頻,當(dāng)流量大于0.5Q時(shí),主頻為2倍葉頻,其次為葉頻.縫隙引流葉輪離心泵在各流量下的主頻分布規(guī)律與常規(guī)葉輪離心泵相似,但相比之下,常規(guī)葉輪離心泵的主頻及次主頻的幅值都大于縫隙引流葉輪離心泵.

由上述分析可知,在常規(guī)葉輪離心泵各處的壓力脈動(dòng)中,主頻為葉頻,且幅值明顯大于縫隙引流葉輪離心泵.在縫隙引流葉輪離心泵中,除隔舌外,其余各處壓力脈動(dòng)的2倍葉頻幅值相對(duì)較大,但在大流量下仍小于常規(guī)葉輪離心泵.由2.2.1節(jié)分析可知,縫隙引流葉輪可減弱葉輪出口的“射流-尾跡”結(jié)構(gòu),即對(duì)應(yīng)頻譜圖中的葉頻幅值要小于常規(guī)葉輪離心泵.小葉片的添加可能在流道內(nèi)產(chǎn)生附加流動(dòng),從而造成縫隙引流葉輪頻譜圖中的2倍葉頻成分;而常規(guī)葉輪中的2倍葉頻成分則可能是由于流道內(nèi)的湍流渦結(jié)構(gòu)造成的.

圖12 不同流量下兩種葉輪離心泵出口處測(cè)點(diǎn)12的壓力脈動(dòng)信號(hào)結(jié)果Fig.12 Results of the pressure fl uctuation signal from sensor 12 in outlet for the two kinds of centrifugal pumps under the different fl ow conditions

2.3 振動(dòng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

2.3.1 振動(dòng)信號(hào)時(shí)域統(tǒng)計(jì)分析

圖13是振動(dòng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差統(tǒng)計(jì)結(jié)果.通過觀察發(fā)現(xiàn),水平布置的測(cè)點(diǎn)(x,4,6,7)曲線變化趨勢(shì)相同,垂直布置的測(cè)點(diǎn)(y,5)曲線變化趨勢(shì)相同,軸向布置的測(cè)點(diǎn)(z,8)曲線變化趨勢(shì)也相同,故在3個(gè)方向各選取一個(gè)測(cè)點(diǎn)(z,5,6)為代表進(jìn)行對(duì)比.

由圖13可見,隨著流量的增加,各振動(dòng)測(cè)點(diǎn)的振幅也呈先減小后增大的趨勢(shì),并在0.5Q流量附近達(dá)到最小值.在所選工況范圍內(nèi),出口處測(cè)點(diǎn)(7,8)的振動(dòng)加速度標(biāo)準(zhǔn)差最大,泵體水平方向(x,4,6)的標(biāo)準(zhǔn)差最小.當(dāng)流量小于0.5Q時(shí),縫隙引流葉輪離心泵各方向的振動(dòng)稍強(qiáng)于常規(guī)葉輪離心泵,當(dāng)流量大于0.5Q時(shí),縫隙引流葉輪離心泵各方向的振動(dòng)明顯弱于常規(guī)葉輪離心泵.

2.3.2 頻域特征

由于同一方向上不同測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)信號(hào)波形變化規(guī)律相同,故在3個(gè)方向各選取一個(gè)測(cè)點(diǎn)(z,5,6)為代表.這些測(cè)點(diǎn)在5個(gè)流量工況(0.2Q,0.5Q,1.0Q,1.5Q，1.8Q)下的振動(dòng)信號(hào)頻譜變換結(jié)果如圖14所示.初步分析發(fā)現(xiàn),在振動(dòng)頻譜圖中,幅值較突出的頻率成分主要集中在0～700 Hz,故本工作僅對(duì)比分析在此范圍內(nèi)的振動(dòng)頻域特征,并以葉頻為主刻度.

圖13 兩種葉輪離心泵振動(dòng)加速度標(biāo)準(zhǔn)差隨流量的變化曲線Fig.13 Standard deviations of each vibration acceleration sensors under the different fl ow conditions for the two kinds of centrifugal pumps

相比于壓力脈動(dòng),振動(dòng)的高頻成分更多.同一方向上,兩種葉輪離心泵振動(dòng)信號(hào)的主頻特征基本一致.軸向(測(cè)點(diǎn)z)主頻為8.5倍葉頻,但主頻幅值幾乎不受流量變化的影響;垂直方向(測(cè)點(diǎn)5)主頻為2倍葉頻,當(dāng)流量大于特征流量時(shí),4倍葉頻的幅值也較突出;水平方向(測(cè)點(diǎn)6)主頻為1.75倍葉頻,在主頻附近的頻率成分幅值較大.在大流量下,縫隙引流葉輪離心泵的主頻幅值明顯小于常規(guī)葉輪離心泵.

2.4 壓力脈動(dòng)與振動(dòng)信號(hào)的互相關(guān)分析

圖14 兩種葉輪離心泵在3個(gè)方向上振動(dòng)信號(hào)的頻譜結(jié)果Fig.14 Results of the vibration signals for the two kinds of centrifugal pumps in the three directions

圖15 在1.8Q流量下,相同位置測(cè)點(diǎn)的壓力脈動(dòng)和振動(dòng)波形圖及其互相關(guān)頻譜圖Fig.15 Graphs of the vibration and pressure fl uctuation signal results from the sensors in the same position,and their cross-correlation results under the 1.8Q fl ow condition

為了分析壓力脈動(dòng)與振動(dòng)信號(hào)之間的關(guān)聯(lián),選擇在相同位置的壓力測(cè)點(diǎn)和振動(dòng)測(cè)點(diǎn)作為研究對(duì)象,其中5號(hào)振動(dòng)測(cè)點(diǎn)和7號(hào)壓力測(cè)點(diǎn)、 6號(hào)振動(dòng)測(cè)點(diǎn)和9號(hào)壓力測(cè)點(diǎn)在泵體的同一位置.在1.8Q流量下,常規(guī)葉輪離心泵和縫隙引流葉輪離心泵在這兩個(gè)位置對(duì)應(yīng)的3個(gè)葉輪周期內(nèi)的壓力脈動(dòng)和振動(dòng)數(shù)據(jù)波形,以及兩種信號(hào)的互相關(guān)頻譜結(jié)果如圖15所示.可見,在同一時(shí)間段內(nèi),振動(dòng)信號(hào)的波峰數(shù)是壓力脈動(dòng)信號(hào)的2倍,且2倍葉頻處振動(dòng)信號(hào)和壓力脈動(dòng)信號(hào)的相關(guān)程度最大.

3 結(jié)論

(1)分析時(shí)域統(tǒng)計(jì)結(jié)果時(shí)發(fā)現(xiàn),隨著流量的增加,離心泵蝸室及出口處的壓力脈動(dòng)和振動(dòng)都呈先減小后增大的趨勢(shì);在0.5Q～1.0Q的流量范圍內(nèi),壓力脈動(dòng)和振動(dòng)較弱;在大流量下,壓力脈動(dòng)和振動(dòng)明顯增強(qiáng),且縫隙引流葉輪離心泵的壓力脈動(dòng)和振動(dòng)明顯小于常規(guī)葉輪離心泵.對(duì)比分析兩種葉輪的內(nèi)部流動(dòng)后認(rèn)為,縫隙引流葉輪出口更均勻的速度分布,及其內(nèi)部較弱的二次流輸運(yùn),均是縫隙引流葉輪離心泵壓力脈動(dòng)小于常規(guī)葉輪離心泵的根本原因,而壓力脈動(dòng)又是振動(dòng)的主要誘因之一.因此,縫隙引流葉輪可改善離心泵的壓力脈動(dòng)和振動(dòng)特性.

(2)分析壓力脈動(dòng)的頻譜結(jié)果時(shí)發(fā)現(xiàn),常規(guī)葉輪離心泵對(duì)應(yīng)的葉頻幅值較突出,而縫隙引流葉輪離心泵對(duì)應(yīng)的2倍葉頻幅值較突出.在大流量下,常規(guī)葉輪離心泵對(duì)應(yīng)的葉頻及2倍葉頻的幅值整體上都大于縫隙引流葉輪離心泵.相比之下,兩種離心泵的振動(dòng)頻譜結(jié)果中有更多的高頻成分,在水平和垂直方向上的振動(dòng)主頻都為2倍葉頻.在壓力脈動(dòng)與振動(dòng)的互相關(guān)結(jié)果中,葉頻及2倍葉頻的幅值較大,說明壓力脈動(dòng)和振動(dòng)密切相關(guān),同樣受到葉輪旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的激勵(lì)影響.壓力脈動(dòng)與振動(dòng)之間具體的量化關(guān)系,值得后續(xù)深入研究.

(3)在振動(dòng)實(shí)驗(yàn)中,垂直方向上的振動(dòng)最強(qiáng),水平方向次之,軸向最小.相比其他壓力測(cè)點(diǎn),隔舌處測(cè)點(diǎn)的壓力脈動(dòng)對(duì)流量變化較為敏感.因此,可利用這一特性,對(duì)離心泵的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控和故障診斷.