非稳态流体激励下离心泵转子振动特性研究

建立了离心泵全流道三维定常及非定常CFD数值模型,通过非稳态计算得到作用于叶轮上的流体激振力,同时建立了泵转子有限元模型,研究不平衡质量与非稳态流体激振力对转子振动特性的影响。研究结果表明离心泵叶轮内流体激振力具有多种频率成分。不考虑转子上不平衡质量影响时,叶轮处转子在流体激振力作用下振动幅值最大,依次为转轴中部、下部轴承和上部轴承对应的转子位置。转轴上不同位置振动频率特性具有差异,实际故障诊断时要考虑测试部位的影响。考虑不平衡质量影响时,在远离受流体激振力作用的叶轮部位,转子振动频率成分减少。     

带有支座松动故障的离心泵叶轮转子分岔特性分析

将离心泵叶轮转子系统简化为中间带有刚性圆盘的柔性转子,在引入非线性横向流体激振力的条件下,建立带有支座松动故障的不平衡离心叶轮转子在非线性轴承油膜力作用下的振动模型,并推导系统的无量纲运动方程.运用数值积分法研究系统的分岔特性,分析横向流体激振力以及松动端轴承支座质量对该类离心泵叶轮转子系统非线性动力学特性的影响.     

流固耦合作用下空间导叶式离心泵叶轮湿模态分析

研究流固耦合作用下流体机械叶轮的湿模态分析,对避免水泵共振和保证水泵的安全运行具有重要意义。本文以某空间导叶式离心泵为研究对象,运用ANSYS Workbench软件,研究了叶轮部件在空气和水环境中的干湿模态特性,分析了流固耦合作用对叶轮部件固有频率和模态振型的影响。同时,结合流体机械动静干涉的原理,讨论了离心泵叶轮的共振特性与原因。研究表明:在水体附加质量和附加阻尼的作用下,叶轮各个阶次的固有频率大幅降低,模态振型的幅值受到水体的抑制作用有所降低;水环境下叶轮降低的固有频率与激振力频率不再相近,进而抑制了叶轮共振模态的激发;叶轮在不同流体环境下的固有频率与流体声速密切相关,声速越低,固有频率越小。     

流体激振力对高速泵转子振动特性的影响研究

对高速泵三维流场进行了非定常计算,分析了高速泵内的压力分布情况。研究了高速泵叶轮上的稳态径向力和脉动径向力,分析了流体激振力对高速泵叶轮系统的振动及其轴心轨迹的影响。计算结果表明:泵内部流场的压力分布合理,稳态作用力的计算符合实际数据;瞬态作用力与叶轮和隔舌的干涉流动有很大关系;在脉动激振力作用下,泵转子振动响应谱图中出现了脉动激振力的频率及其谐波频率。     

离心泵隔舌间隙对叶轮流体作用力的影响

本文对直径分别为150 mm和160 mm的两个叶轮内部三维流场进行了定常和非定常计算,研究了不同工况下离心泵叶轮上的稳态力和瞬态力的变化规律、以及隔舌间隙对激振力的影响。计算结果表明,离心泵偏离设计工况时稳态作用力会显著增加;而瞬态作用力与叶轮和隔舌的干涉流动有很大关系,不同工况下瞬态作用力呈周期变化,其变化频率与叶片通过频率基本一致,随流量增大其幅值也明显增大;切割叶轮会造成叶轮稳态力和瞬态力的幅值均变小。     

立式屏蔽泵振动特性分析及叶轮结构优化

由于立式屏蔽泵的叶轮转子振动是影响其可靠性和安全性的关键因素。以某型立式屏蔽泵为研究对象,分析诱发振动的流体激振力主要是叶轮承受的不平衡轴向力,结合离心泵设计理论和工程经验,提出了2种改进方案。采用流固耦合模拟技术,分别进行了泵内流场、叶轮静应力、预应力模态计算,比较分析2种改进方案,结果表明方案A承受不平衡轴向力更小,内流场水力损失更少,更不易产生共振,为同类型泵的减振设计及优化提供一定参考。     

裂纹角的大小对裂纹转子振动特性的影响

将离心叶轮转子系统简化为Jeffcott转子系统,在考虑非线性油膜力的基础上,综合考虑了系统的流体激振力,建立了含有裂纹故障转子的动力学模型。运用数值积分法分析了不同裂纹角下系统响应随转速变化的分岔图、相图和Poincare映射图等,结果表明,裂纹深度一定的情况下,随着裂纹角的增大,流体激振力和非线性油膜力对转子系统分岔特性的影响也逐渐增大。     

基于颗粒阻尼的立式屏蔽泵底座减振技术研究

文章以某型立式屏蔽泵为研究对象,分析诱发振动的流体激振力主要是泵内流体激励力泵内流体激励力,结合离心泵设计理论和工程经验,改进了底座结构,在保证刚度和强度前提下,结合颗粒阻尼减振技术,在六种颗粒阻尼材料中,优选合适的颗粒阻尼,并进行试验验证。试验结果表明,3mm钢丸减振效果最好,可以降低2dB,最终机脚振级为111.8dB。     

水力激振加剧离心泵振动的试验研究

对一次偶然发现的离心泵振动值偏高问题进行根本原因分析,找出导致加剧泵振动值偏大的根本原因来自于水力激振;通过改善叶轮流道制造质量,达到了降低泵振动值的满意效果,提出高能量离心泵~([1])振动值偏大现象与水力激振有很大关联。     

叶轮偏心间隙气流激振力的数值模拟

叶轮偏心引起的叶顶间隙气流激振影响透平轮机械的安全运行,运用CFD理论研究了气流激振问题,通过Fluent软件对轴流引风机的一级带偏心叶轮的内部流场的数值模拟,计算出了该级叶轮由于叶轮偏心引起的叶顶间隙静态气流激振力,该数值模拟计算结果与理论计算结果取得了较好的一致.通过改变叶轮的叶顶间隙、偏心距以及转速,可以发现由叶轮偏心引起的叶顶间隙静态气流激振力F与叶顶间隙δ成反比,与叶轮偏心距e、转速n成正比.     

Multi-Field Analysis and Experimental Verification on Piezoelectric Valve-Less Pumps Actuated by Centrifugal Force

A piezoelectric centrifugal pump was developed previously to overcome the low frequency responses of piezoelectric pumps with check valves and liquid reflux of conventional valveless piezoelectric pumps. However, the electro-mechanical-fluidic analysis on this pump has not been done. Therefore, multi-field analysis and experimental verification on piezoelectrically actuated centrifugal valveless pumps are conducted for liquid transport applications. The valveless pump consists of two piezoelectric sheets and a metal tube with piezoelectric elements pushing the metal tube to swing at the first bending resonant frequency. The centrifugal force generated by the swinging motion will force the liquid out of the metal tube. The governing equations for the solid and fluid domains are established, and the coupling relations of the mechanical,electrical and fluid fields are described. The bending resonant frequency and bending mode in solid domain are discussed, and the liquid flow rate, velocity profile, and gauge pressure are investigated in fluid domain. The working frequency and flow rate concerning different components sizes are analyzed and verified through experiments to guide the pump design. A fabricated prototype with an outer diameter of 2.2 mm and a length of80 mm produced the largest flow rate of 13.8 m L/min at backpressure of 0.8 k Pa with driving voltage of 80 Vpp. Bysolving the electro-mechanical-fluidic coupling problem,the model developed can provide theoretical guidance on the optimization of centrifugal valveless pump characters.     

基于ANSYS的YOXD650液力耦合器泵轮的强度分析

利用ANSYS软件对YOXD650型液力耦合器的泵轮进行有限元分析,研究其在液体离心力作用下,液体对泵轮的作用力情况,计算得出其最大应力远小于许用应力,为耦合器泵轮的设计提供了参考.     

离心式固液两相流泵叶片形状对流体动力特性影响的研究

给出了考虑离心力作用时的叶片近壁表面固液两相流体粘性流动的分析方法,以实泵为例从理论上分析和阐述了叶片形状对流体的动力特性的影响,并通过对比试验对其进行了验证。明确了这种影响主要体现在三个方面,即泵的水力效率及其动力性能和理论扬程。同时给出了叶片型线的优劣评价依据和如何实现或获得一条合理叶片型线的方法。所得结论对离心式固液两相流泵叶片型线的选型和设计具有指导意义。     

离心式液氢泵的动力特性与传热特性分析

对输运液氢的离心式液氢泵进行低温结构设计与动力单元分析,叶轮是速度能转变为压力能获得高压流体的重要部件,对离心泵的稳定输出特性有较大的影响。其中,转子(包括转轴和叶轮)是连动部件,也属于低温泵结构性传热部件。对应用于储运系统的某小流量高压头的离心式液氢泵的叶轮和转轴部件,进行功能分区,利用CFD内嵌模块对其进行数值计算。根据运行系统中输送载荷,对低温条件下的转子部件进行热-结构耦合瞬态应力应变分析,获得其动力特性;采用流固耦合方法,对叶轮区的流体域进行数值计算,分析不同流体载荷下叶轮表面应力分布;对低温离心泵轴-叶轮的传热区进行设计,分析低温-室温隔热效果,为离心式液氢泵的设计研发、结构优化和性能改进提供理论依据和参考。     

多级离心泵创建压力室平衡轴向力的试验研究

可靠的轴向力平衡装置是高压多级离心泵实现长期安全运行的重要机构。针对高压离心泵对运行可靠性和使用寿命的要求,创新设计了一种压力室平衡装置自动平衡高压离心泵的轴向力。在流力基本理论指导下基于试验流体力学方法研究了3个阻尼孔直径对整机效率、流量、压力、功率的影响。针对D25-30×5多级离心泵,通过试验确定了在阻尼孔直径为ф4~6mm时,得到了较高的整机效率η=0.701~0.802,效率比原平衡盘结构最大提高18%。机组运行振动小、噪声低,能长时间平稳可靠工作。     

基于叶片翼型负荷的螺旋离心泵叶轮域能量转换机理

为了研究螺旋离心泵叶轮做功原理以及能量转换机理,应用计算流体力学原理对100LN-7型螺旋离心泵进行数值模拟,由此获得螺旋离心泵叶轮域速度参数,在引入动静扬程和负荷系数基础上,将欧拉方程用速度表示,建立试验方案。在叶片负荷翼型理论下,应用欧拉方程将螺旋离心泵的能量转换与叶轮几何形状、尺寸联系起来,分析沿叶轮包角的能量变化,揭示螺旋离心泵叶轮域能量转换特性。结果表明叶轮作为泵内做功核心部件,其螺旋段螺旋推进作用提供了能量传递,离心段完成能量转换,叶轮的螺旋段螺旋推进作用和离心段的能量转换相互配合,构成了螺旋离心泵工作的过程。其中,叶片翼型负荷中的升力对叶片做功贡献最大,这一结论对于提高螺旋离心泵叶轮水力设计具有重要的意义。     

螺旋式纸浆离心泵的研究进展

介绍了螺旋式离心泵的基本结构和原理,对新产品设计过程中需要解决的技术问题进行了总结。分析了螺旋式离心泵工业应用、理论设计、试验研究、内部流动数值模拟、叶轮受力和动平衡等方面的国内外研究进展,指出了水力模型设计、内部流动数值模拟、定量测试的研究方向。     

离心泵泵腔液体压力分布理论计算及验证

准确描述泵腔液体压力分布是研究叶轮盖板力的核心研究问题,也是泵研究领域中的难题。建立泵腔液体流动模型并提出基本假设,将泵腔液体流动视为轴对称二维黏性层流运动,采用数量级比较法,对泵腔液体运动的Navier-Stokes方程简化,并进行积分求得Navier-Stokes方程的近似解析解,推导出设计工况下泵腔液体压力数学模型。在该数学模型计算中,引入势扬程修正系数,解决了泵腔入口液体压力的计算问题,并给出具体确定方法。以IS80-50-315型离心泵为研究对象,在不同叶轮平衡孔直径下,对设计工况下前后泵腔液体压力进行测试和理论计算,对比分析结果表明,两者结果较为一致。还采用2个典型的泵腔液体压力测试实例,进一步验证了设计工况下泵腔液体压力数学模型的可靠性。该研究成果是对经典泵腔液体压力计算公式的补充与完善。     

Principle and experimental verification of caudal-fin-type piezoelectric-stack pump with variable-cross-section oscillating vibrator

In the traditional flow-resistance-differential (FRD) type valve-less piezoelectric pump,the generated outflow and pressure are discontinuous because of the inherent periodicity and fluctuation of the pump.To overcome these drawbacks,utilizing the bending vibration of piezoelectric bimorph to drive fluid was conducted.However,our investigation on the current status of this piezoelectric bimorph pump shows that larger driving force and vibration amplitude are required for fluid pumping;the pumping can be realized through the centrifugal force;and the mechanism of fluid pumping is no longer further studied.Based on these cases,the paper designed a piezoelectric-stack pump with variable-cross-section oscillating (VCSO) vibrator by imitating the swing of the caudal-fin of tuna,and the pump is neither the rotating type nor the volumetric type according to the taxonomy.The interaction between the oscillating vibrator and the fluid parcel is firstly analyzed from the viewpoint of momentum conservation,and the analytical expression of pump flow rate is obtained.Then the modal and harmonic response analyses on the vibrator immerged in water are carried out.From the analyses the first two orders resonance frequencies are 832 Hz and 1 939 Hz,respectively,and the peak value of the tip amplitude is 0.6 mm.Laser Doppler vibrometer is used to measure both the frequency and vibration amplitude,and the determined first two orders resonance frequencies are 617 Hz and 1 356 Hz,respectively.The measured tip amplitude reaches to the peak value of 0.3 mm.At last,experimental measurement for the flow rates with different driving frequencies is conducted.The results show that the flow rate can reach 560 mL/min at 1 370 Hz when the pump runs under the backpressure of 30 mm water column.And the flow rate is as much as 560% of that of experiment results carried out by researchers from Brazil.The proposed pump innovates in both theory and taxonomy;in addition,the pump overcomes the drawbacks such as large flow fluctuation and low flow rate