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    小流量工況泵閥耦合系統(tǒng)失穩(wěn)機(jī)理研究

    2023-02-27 13:14:32率志君李玩幽姜晨醒
    振動(dòng)與沖擊 2023年4期

    于 濤,率志君,王 曦,簡(jiǎn) 潔,李玩幽,姜晨醒,肖 頎

    (1. 哈爾濱工程大學(xué) 動(dòng)力與能源工程學(xué)院,哈爾濱 150000;2. 廈門大學(xué) 能源學(xué)院,福建 廈門 361000;3. 武漢第二船舶設(shè)計(jì)研究所 熱能動(dòng)力技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,武漢 430205)

    泵閥耦合系統(tǒng)的穩(wěn)定性對(duì)于核電站給水系統(tǒng)的安全運(yùn)行至關(guān)重要。離心泵、彈簧閥以及管路等部件是核電站給水系統(tǒng)的重要組成部分,各元件協(xié)同作用,保證系統(tǒng)正常運(yùn)行。彈簧止回閥安裝在離心泵出口處,閥門開(kāi)度根據(jù)不同工況下的流量和壓力等參數(shù)進(jìn)行自我調(diào)節(jié),使得泵閥耦合系統(tǒng)能夠適應(yīng)多種運(yùn)行工況,并表現(xiàn)出良好的特性[1]。核電站系統(tǒng)的安全設(shè)計(jì)至關(guān)重要,其中穩(wěn)定可靠的回路系統(tǒng)是保證核電系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行的重要組成部分,因此對(duì)低振動(dòng)的泵閥耦合子系統(tǒng)提出了更高要求。

    根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行需要,泵閥耦合系統(tǒng)往往需要在小流量工況條件下運(yùn)行,容易引起系統(tǒng)的流動(dòng)失穩(wěn)。一方面,離心泵流場(chǎng)內(nèi)部會(huì)發(fā)生失速現(xiàn)象,從而誘發(fā)幅值較高的低頻壓力脈動(dòng),使得離心泵振動(dòng)加劇[2-9]。周佩劍等[10]研究了小流量工況下離心泵隔舌區(qū)域的流場(chǎng)特性,發(fā)現(xiàn)失速團(tuán)常出現(xiàn)在逆壓梯度較大的區(qū)域,造成流道堵塞,引發(fā)高幅值壓力脈動(dòng)。瞿麗霞等[11]研究了雙吸離心泵的流場(chǎng)特性,發(fā)現(xiàn)偏離額定流量程度越大,葉輪內(nèi)部的壓力脈動(dòng)幅值越高。Sano等[12]采用油膜法顯示技術(shù)捕捉到了離心泵導(dǎo)葉中的失速現(xiàn)象,并研究了導(dǎo)葉失速所引起的低頻壓力脈動(dòng)。另一方面,當(dāng)離心泵下游使用受系統(tǒng)參數(shù)實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)的被動(dòng)式彈簧閥時(shí),閥內(nèi)流動(dòng)特性和閥瓣瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)特性受上游壓力波動(dòng)影響很大,可能導(dǎo)致閥瓣顫振,甚至出現(xiàn)敲擊現(xiàn)象,嚴(yán)重影響泵閥耦合系統(tǒng)的可靠性[13-17]。張偉濤[18]和劉華坪等[19]研究了閥門在開(kāi)啟和關(guān)閉過(guò)程中的閥瓣受力特性以及逆流沖擊的產(chǎn)生原因。Botros[20]研究了止回閥的動(dòng)態(tài)過(guò)程,發(fā)現(xiàn)當(dāng)水動(dòng)力小于彈簧力時(shí),閥門不能全開(kāi),閥體振動(dòng)加劇。Qian等[21]研究了不同進(jìn)口壓力下閥瓣運(yùn)動(dòng)規(guī)律以及閥瓣受力情況,發(fā)現(xiàn)進(jìn)口波動(dòng)壓力對(duì)閥瓣受力影響很大,并且研究了閥內(nèi)彈簧剛度對(duì)開(kāi)閥過(guò)程的影響。

    目前對(duì)于泵閥耦合系統(tǒng)流致激勵(lì)特性的研究,更多關(guān)注于固定閥門開(kāi)度或閥門開(kāi)度變化規(guī)律已知的情況[22-26]。張玉良等[27-28]建立了離心泵的循環(huán)管路系統(tǒng),研究了啟動(dòng)過(guò)程中的外特性和內(nèi)部流動(dòng)演化特性。楊帥[29]采用MOC-CFD耦合模擬,研究了快速開(kāi)閥和關(guān)閥過(guò)程中泵的動(dòng)態(tài)特性和瞬態(tài)流動(dòng)的演化過(guò)程。劉巧玲[30]采用一維與三維耦合計(jì)算,研究了不同啟動(dòng)方式下并聯(lián)泵送系統(tǒng)瞬態(tài)特性。對(duì)于使用受離心泵出口壓力實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)的被動(dòng)式彈簧閥的研究仍是較少。因此研究小流量工況泵閥耦合系統(tǒng)的流場(chǎng)特性以及結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)特性具有重要的科研價(jià)值。本文以某泵閥耦合系統(tǒng)為對(duì)象,重點(diǎn)研究小流量工況非穩(wěn)態(tài)流致激勵(lì)特性,并闡明泵閥耦合系統(tǒng)顫振現(xiàn)象的產(chǎn)生機(jī)理。

    1 計(jì)算區(qū)域及方法

    1.1 彈簧止回閥工作原理

    本文所研究的彈簧止回閥是由一個(gè)進(jìn)口和兩個(gè)出口所組成的三通結(jié)構(gòu)。彈簧止回閥的閥門開(kāi)度受到流體介質(zhì)的壓力,閥瓣的重力和彈簧的阻力等共同作用。當(dāng)入口壓力小于閥瓣的觸發(fā)壓力時(shí),流體通過(guò)閥桿底部進(jìn)入閥桿內(nèi)部,隨后經(jīng)由空排口流出閥門;當(dāng)入口壓力達(dá)到閥瓣觸發(fā)壓力,閥門完全打開(kāi),閥桿隨著閥瓣向上運(yùn)動(dòng),流體介質(zhì)無(wú)法通過(guò)閥桿流向空排口,而只能由主出口排出。由圖1閥瓣受力分析可知,閥瓣運(yùn)動(dòng)過(guò)程是在壓差引起的流體力、運(yùn)動(dòng)部件重力和彈簧力的平衡過(guò)程中實(shí)現(xiàn)的,根據(jù)牛頓第二定律總結(jié)出閥瓣運(yùn)動(dòng)方程如式(1)所示。

    (1)

    式中:m為運(yùn)動(dòng)部件質(zhì)量;k為彈簧剛度;F為閥瓣所受流體力;c為阻尼;x0為彈簧的初始位移。

    圖1 閥瓣受力分析Fig.1 Valve force analysis

    1.2 計(jì)算區(qū)域

    本文的研究的泵閥耦合系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的多部件耦合系統(tǒng),離心泵和彈簧止回閥是系統(tǒng)中兩個(gè)主要的運(yùn)動(dòng)設(shè)備。泵出口流體介質(zhì)推動(dòng)彈簧止回閥閥瓣運(yùn)動(dòng),是閥瓣所受流體激勵(lì)的主要來(lái)源,離心泵出口壓力變化和流量波動(dòng)情況將直接影響閥門內(nèi)部流場(chǎng)特性。泵閥耦合系統(tǒng)的幾何和性能參數(shù)由表1給出。針對(duì)離心泵計(jì)算,旋轉(zhuǎn)區(qū)域葉輪要單獨(dú)進(jìn)行設(shè)置,因而將離心泵的流體域分成四部分:入口導(dǎo)葉、葉輪、出口導(dǎo)葉以及蝸殼。對(duì)于彈簧止回閥計(jì)算,需要將閥瓣壁面和閥桿設(shè)置為剛體運(yùn)動(dòng),并賦予一定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,進(jìn)而模擬閥瓣的運(yùn)動(dòng)過(guò)程,因此將彈簧止回閥的流體域分成三部分:閥體、閥桿以及空排口。離心泵和彈簧止回閥的流體區(qū)域如圖2所示。

    表1 主要參數(shù)Tab.1 Main parameters

    圖2 主要部件流體模型Fig.2 Fluid model of main components

    試驗(yàn)中系統(tǒng)通過(guò)主出口的閘閥控制回路流量,仿真中將其簡(jiǎn)化為具有縮擴(kuò)結(jié)構(gòu)的管路,無(wú)需施加流量邊界條件而自耦合求解,流量參數(shù)變化通過(guò)內(nèi)部計(jì)算獲得。通過(guò)減小閥門喉部直徑來(lái)增大局部水力損失,進(jìn)而減弱過(guò)流能力,通過(guò)調(diào)節(jié)閥門喉部直徑即可獲得相應(yīng)的穩(wěn)定流量和系統(tǒng)阻力。通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn),當(dāng)總流量小于0.14倍額定流量時(shí),閥門處于關(guān)閉狀態(tài),流體只能通過(guò)空排口排出;當(dāng)總流量大于0.4倍額定流量時(shí),閥門完全打開(kāi),流體只能通過(guò)主出口排出;當(dāng)泵閥耦合系統(tǒng)在0.14~0.4倍額定流量之內(nèi)運(yùn)行時(shí),閥門處于半開(kāi)半閉狀態(tài),流體既能通過(guò)主出口排出又能通過(guò)空排口排出,且開(kāi)度越小,閥瓣處的流動(dòng)越復(fù)雜,受離心泵出口壓力脈動(dòng)的影響較大。根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行需要,0.2倍額定流量為典型工況點(diǎn),更容易引起系統(tǒng)流動(dòng)失穩(wěn),所以本文選取該流量點(diǎn)進(jìn)行研究。為了更真實(shí)的模擬流場(chǎng)內(nèi)部流動(dòng),對(duì)泵閥耦合系統(tǒng)進(jìn)出口流域做相應(yīng)延長(zhǎng),以便其在邊界處的流動(dòng)能夠充分發(fā)展。本文采用四面體單元對(duì)流體區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格劃分,計(jì)算區(qū)域網(wǎng)格如圖3所示。

    圖3 計(jì)算區(qū)域網(wǎng)格Fig.3 Computational domain mesh

    1.3 計(jì)算方法

    本文使用ANSYS FLUENT軟件對(duì)計(jì)算域的控制方程進(jìn)行求解,并采用RNGk~ε湍流模型封閉方程組[31],其主要特點(diǎn)是考慮了高波數(shù)、小尺度渦對(duì)低波數(shù)、大尺度渦的影響,提高了漩渦流動(dòng)的精度,在求解離心泵和閥門流場(chǎng)方面具有優(yōu)勢(shì)[32-35]。進(jìn)口采取總壓邊界條件,出口采取靜壓邊界條件,均設(shè)置為0.1 MPa。葉輪流域設(shè)置為旋轉(zhuǎn)域,轉(zhuǎn)速為2 980 r/min,同時(shí)導(dǎo)葉流域與葉輪前后蓋板外側(cè)相接觸的部分,設(shè)置為旋轉(zhuǎn)壁面,其他流體域設(shè)置為靜止區(qū)域。彈簧止回閥的閥瓣運(yùn)動(dòng)過(guò)程受壓差大小以及彈簧位移量實(shí)時(shí)控制,因此采用UDF宏命令對(duì)閥瓣運(yùn)動(dòng)方程進(jìn)行編譯,其具體計(jì)算流程如圖4所示。根據(jù)牛頓第二定律求取閥瓣的運(yùn)動(dòng)加速度和速度,并將運(yùn)動(dòng)速度賦值給閥瓣,進(jìn)而指定剛體的運(yùn)動(dòng)方式。網(wǎng)格更新方法采用Smoothing和Remeshing結(jié)合的方式,對(duì)網(wǎng)格質(zhì)量不好的區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格重新劃分。

    圖4 計(jì)算流程圖Fig.4 Calculation process diagram

    在瞬態(tài)求解中,采用滑移網(wǎng)格模型來(lái)模擬動(dòng)靜干涉效應(yīng),葉輪每旋轉(zhuǎn)2度計(jì)算一個(gè)時(shí)間步。在流場(chǎng)計(jì)算分析之前,分別對(duì)離心泵和彈簧止回閥進(jìn)行網(wǎng)格無(wú)關(guān)性以及Yplus值檢驗(yàn)。由圖5可知,當(dāng)離心泵和彈簧止回閥的網(wǎng)格數(shù)量分別達(dá)到160萬(wàn)和190萬(wàn)之后,網(wǎng)格數(shù)目繼續(xù)增長(zhǎng)對(duì)揚(yáng)程和閥瓣升力的收斂性貢獻(xiàn)很小。因此綜合考慮計(jì)算精度和時(shí)間成本,本文采取350萬(wàn)網(wǎng)格總量的計(jì)算模型,各區(qū)域網(wǎng)格數(shù)為:閥體132.1萬(wàn)、空排口26.7萬(wàn)、閥桿15.8萬(wàn)、入口導(dǎo)葉14.9萬(wàn)、葉輪36.4萬(wàn)、蝸殼導(dǎo)葉99.5萬(wàn)和進(jìn)出口管路24.6萬(wàn)。所有流域的Yplus值均小于150,滿足RNGk~ε湍流模型的適用條件。

    圖5 模型檢驗(yàn)Fig.5 Model checking

    1.4 水力特性試驗(yàn)驗(yàn)證

    本文試驗(yàn)回路由離心泵、彈簧止回閥、閘閥和管道回路組成,試驗(yàn)裝置臺(tái)如圖6所示。離心泵由電機(jī)驅(qū)動(dòng),變頻電機(jī)轉(zhuǎn)速為2 980 r/min,滿足試驗(yàn)要求。

    圖7(a)和圖7(b)為離心泵和彈簧止回閥的外特性曲線,其中流量比為主出口流量和空排口流量的比值。通過(guò)對(duì)比試驗(yàn)與仿真數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn),二者基本吻合。圖7(c)為離心泵出口壓力頻域曲線,對(duì)比發(fā)現(xiàn)離心泵出口壓力在葉頻248.3 Hz及其倍頻和低頻3.8 Hz處均存在明顯的峰值,仿真結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果基本一致,僅存在幅值上的區(qū)別,主要原因是計(jì)算過(guò)程中對(duì)邊界條件的簡(jiǎn)化。綜上所述,數(shù)值計(jì)算結(jié)果可信。

    注:1.水箱;2.壓力表;3.離心泵;4.壓力脈動(dòng)傳感器;5.彈簧止回閥;6.閘閥;7.流量計(jì)。圖6 試驗(yàn)裝置臺(tái)結(jié)構(gòu)圖Fig.6 Test system structure

    圖7 試驗(yàn)值和仿真值對(duì)比Fig.7 Comparison of experimental and simulation results

    2 計(jì)算結(jié)果及分析

    2.1 內(nèi)部流動(dòng)分析

    由圖8泵閥耦合系統(tǒng)壓力和速度分布圖可知,由于離心泵對(duì)經(jīng)其內(nèi)部流體的增壓作用,離心泵流場(chǎng)內(nèi)部壓力沿流動(dòng)方向壓力逐漸增加,并且受動(dòng)靜干涉作用的影響,導(dǎo)葉隔舌處是整個(gè)流場(chǎng)內(nèi)壓力變化最劇烈的位置,同時(shí)葉輪內(nèi)壓力等值線與葉片表面不再垂直,說(shuō)明葉片表面處存在著較大壓力梯度。當(dāng)流體流經(jīng)閘閥和閥桿進(jìn)出口等過(guò)流面積較小的區(qū)域時(shí),受節(jié)流作用的影響,主出口和空排出口處壓力明顯降低。流體在經(jīng)過(guò)葉輪做功之后,流速明顯升高,在導(dǎo)葉入口處達(dá)到最大,并且葉輪和導(dǎo)葉流道存在明顯的流動(dòng)分離、漩渦和回流等不穩(wěn)定現(xiàn)象。當(dāng)流體流經(jīng)狹小的閥瓣間隙和閥桿窗口時(shí),由于過(guò)流面積較小,流體被擠壓為一股高速射流,這樣多股水流相遇對(duì)撞以及流動(dòng)死角的存在所引起的銳緣現(xiàn)象,使得閥門流場(chǎng)內(nèi)部出現(xiàn)了尺度各異的漩渦結(jié)構(gòu)。

    2.2 瞬態(tài)流動(dòng)特性分析

    小流量工況下泵閥耦合系統(tǒng)流場(chǎng)內(nèi)部存在較多的漩渦結(jié)構(gòu),會(huì)對(duì)其壓力分布特性產(chǎn)生影響。為了探究泵閥耦合系統(tǒng)瞬態(tài)流動(dòng)特性,在流場(chǎng)內(nèi)部布置壓力脈動(dòng)監(jiān)測(cè)點(diǎn),如圖9所示。

    圖8 壓力與速度分布Fig.8 Distribution of pressure and velocity

    圖9 監(jiān)測(cè)點(diǎn)分布Fig.9 Distribution of monitoring points

    圖10為導(dǎo)葉和蝸殼區(qū)域監(jiān)測(cè)點(diǎn)壓力脈動(dòng)頻域曲線,其主要頻率為葉頻及其倍頻和低頻3.8 Hz。離心泵出口壓力脈動(dòng)表現(xiàn)出與蝸殼監(jiān)測(cè)點(diǎn)一樣的頻率分布特性,主要集中在低頻3.8 Hz,其產(chǎn)生原因?qū)⒃诤罄m(xù)進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。與導(dǎo)葉區(qū)域相比,蝸殼區(qū)域的壓力脈動(dòng)幅值明顯下降,主要是因?yàn)榱黧w流入蝸殼后,過(guò)流面積突然增大,流體發(fā)生強(qiáng)擴(kuò)散現(xiàn)象,導(dǎo)致壓力脈動(dòng)產(chǎn)生衰減。但是不同頻率的壓力脈動(dòng)幅值衰減程度也不一樣,葉頻及其倍頻衰減較大,而低頻3.8 Hz衰減較小,這與其產(chǎn)生機(jī)理有關(guān)。葉頻的產(chǎn)生源于動(dòng)靜干涉效應(yīng)。低頻的產(chǎn)生則與導(dǎo)葉區(qū)域的周期性堵塞密切相關(guān)。導(dǎo)葉失速會(huì)引起較大的流量脈動(dòng),其引起低頻壓力脈動(dòng)相較于葉頻不易耗散,因此壓力幅值下降幅度較小。

    通過(guò)前部分的研究可知,導(dǎo)葉流域可能存在產(chǎn)生低頻壓力脈動(dòng)的周期性堵塞,進(jìn)而對(duì)離心泵導(dǎo)葉流量進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析。由圖11可知,各個(gè)導(dǎo)葉流道不斷的發(fā)生阻塞和退出阻塞并且沿著順時(shí)針?lè)较虿粩鄠鬟f,在39個(gè)葉輪旋轉(zhuǎn)周期內(nèi)存在3個(gè)明顯的失速周期,其中1個(gè)葉輪旋轉(zhuǎn)周期為葉輪旋轉(zhuǎn)1周所需要的時(shí)間。由于導(dǎo)葉失速團(tuán)產(chǎn)生時(shí),會(huì)阻塞流道進(jìn)口的大部分面積,導(dǎo)致各個(gè)流道內(nèi)的流量進(jìn)行重新分配,更多的水流進(jìn)入到相鄰流道,流量也就發(fā)生周期性的變化。受導(dǎo)葉區(qū)域的周期性堵塞的影響,壓力脈動(dòng)也呈現(xiàn)出周期性變化,1個(gè)導(dǎo)葉失速周期所需的時(shí)間為0.26 s,體現(xiàn)在頻率上為3.8 Hz。

    通過(guò)不同時(shí)刻流線圖,可以更加直觀的觀察到整個(gè)失速過(guò)程。圖12為不同時(shí)刻葉輪截面流線圖,T為一個(gè)葉輪旋轉(zhuǎn)周期,由圖可知,隨著葉輪旋轉(zhuǎn),沿著葉輪旋轉(zhuǎn)方向?qū)~區(qū)域會(huì)發(fā)生周期性的堵塞,并且以13個(gè)葉輪旋轉(zhuǎn)周期為一個(gè)導(dǎo)葉失速周期。

    圖10 監(jiān)測(cè)點(diǎn)壓力脈動(dòng)頻譜Fig.10 Pressure pulsation spectrum at the monitoring point

    圖11 導(dǎo)葉流量分布Fig.11 Flow distribution of guide vane

    流體對(duì)過(guò)流結(jié)構(gòu)表面的作用力包括壓力和黏性切應(yīng)力兩部分[36]。不過(guò),由于水的黏性比較小,葉輪徑向力和閥瓣受力主要以流體壓力為主,采用直接積分法,可以直接獲取葉輪表面和閥瓣表面上所受到的作用力大小及方向,其計(jì)算公式為

    (2)

    式中:p為作用于表面A的壓力;e為表面A的法向量。

    由圖13葉輪徑向力頻譜可知,其主要頻率為低頻3.8 Hz、軸頻49.7 Hz和3倍葉頻745 Hz,并且在低頻3.8 Hz處峰值最高,表明導(dǎo)葉的周期性堵塞也會(huì)對(duì)其上游部件產(chǎn)生影響。

    圖12 葉輪截面流線圖Fig.12 Streamline diagram of impeller section

    圖13 葉輪徑向力頻譜Fig.13 Spectrum of the impeller radial force

    2.3 閥瓣瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)特性

    閥瓣運(yùn)動(dòng)特性取決于閥瓣所受的流體力、彈簧力和自身慣性力,其中彈簧力和慣性力都是結(jié)構(gòu)屬性,而流體力則完全取決于閥內(nèi)流動(dòng)特性。閥瓣運(yùn)動(dòng)過(guò)程是閥瓣所受流體力、閥瓣重力和彈簧反作用力的平衡過(guò)程中實(shí)現(xiàn)的,并且離心泵的出口壓力將直接影響閥瓣所受流體力。由圖14(a)可知,在離心泵的運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中閥瓣受力始終在正負(fù)波動(dòng),且存在較為明顯的周期性,這將直接決定閥瓣的運(yùn)動(dòng)過(guò)程,進(jìn)而引發(fā)彈簧止回閥的顫振現(xiàn)象。由圖14(b)可知,閥瓣受力在低頻3.8 Hz和10.2 Hz存在較高峰值,其中低頻3.8 Hz與離心泵出口壓力脈動(dòng)的低頻成分相一致,而10.2 Hz則與彈簧止回閥內(nèi)部的彈簧質(zhì)量的固有頻率相接近。

    圖14 閥瓣受力Fig.14 Force analysis during valve movement

    由圖15可知,閥瓣運(yùn)動(dòng)過(guò)程是一個(gè)阻尼震蕩過(guò)程。當(dāng)閥瓣受到流體介質(zhì)的壓力大于運(yùn)動(dòng)部件的重力和彈簧力之和時(shí),此時(shí)閥瓣受力為正,閥門加速開(kāi)啟。隨著閥瓣上移,其彈簧力作為反作用力逐漸增大。當(dāng)閥瓣受力為負(fù)時(shí),閥瓣速度減小直至反向,閥門漸漸關(guān)閉,彈簧力也減小,壓差引起的流體力卻快速增大。當(dāng)閥瓣受力為正時(shí),閥瓣下移速度降低并最終正向,實(shí)現(xiàn)1個(gè)震蕩周期。

    圖15 閥瓣運(yùn)動(dòng)規(guī)律Fig.15 The law of valve movement

    閥瓣運(yùn)動(dòng)過(guò)程會(huì)改變泵閥耦合系統(tǒng)的流量分配,因此需要進(jìn)一步分析閥瓣位移波動(dòng)引起的流量脈動(dòng)。由圖16可知,空排口流量與總流量脈動(dòng)幅值相當(dāng),趨勢(shì)大致相同,但總流量略微滯后于空排口流量,主出口流量脈動(dòng)不明顯。由此可見(jiàn),在閥瓣運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,閥桿處的節(jié)流作用是引起泵閥耦合系統(tǒng)流量脈動(dòng)的主要原因。

    圖16 流量分布特性Fig.16 Flow distribution characteristics

    3 結(jié) 論

    本文研究了小流量工況下泵閥耦合系統(tǒng)的非穩(wěn)態(tài)流致激勵(lì)特性,主要結(jié)論如下:

    (1) 小流量工況離心泵導(dǎo)葉區(qū)域沿著葉輪旋轉(zhuǎn)方向發(fā)生周期性堵塞,并以13個(gè)葉輪旋轉(zhuǎn)周期為1個(gè)導(dǎo)葉失速周期,受其影響,流場(chǎng)內(nèi)部呈現(xiàn)明顯的低頻壓力脈動(dòng)。

    (2) 閥瓣運(yùn)動(dòng)過(guò)程是在壓差引起的流體力、運(yùn)動(dòng)部件重力和彈簧力的平衡過(guò)程中實(shí)現(xiàn)的,受上游離心泵出口壓力波動(dòng)影響,閥瓣受力始終在正負(fù)之間波動(dòng),進(jìn)而引起彈簧止回閥發(fā)生顫振現(xiàn)象。

    (3) 閥瓣運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,閥桿處的節(jié)流作用是引起泵閥耦合系統(tǒng)流量脈動(dòng)的主要原因。

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