离心泵空化故障识别的时域特征分析方法研究

分析离心泵壳体振动和进口水声信号特征是对其进行状态监测的重要技术之一。文章根据已开展的离心泵空化(汽蚀)试验,确定了空化(汽蚀)产生的特征频段,原始信号经过特征频段滤波后,在其时域信号中通过设定幅值阈值,提取出振动和水声信号的峰值,并对峰值均方根值和标准偏差值进行了计算。以此作为特征参量,对正常信号、扬程下降3%和性能崩溃三类不同强度的空化试验数据进行分类,同时分析了选择不同阈值参数的影响。结果表明:在给定的特征频段内,对水泵进口水声信号选择幅值阈值2,壳体振动信号选择幅值阈值3,既能较好地反映空化特征又能对该离心泵三类空化强度进行识别。     

离心泵空化现象的模拟试验研究

针对离心泵空化状态识别难的问题,对离心泵空化前后进、出口的压力、振动和水声信号进行了研究。设计并搭建了双离心泵综合试验平台,构建了信号检测与采集系统,利用Lab VIEW工具开发了状态监测系统。在保持离心泵流量恒定的前提下,通过调节进出口阀门开度,控制其扬程变化,完成了空化模拟试验。试验中,分别测取了机组3种工况下的流量、转速和进出口压力等数据,绘制了各工况的临界汽蚀余量判别曲线。并根据离心泵的结构特点与空化特性,对离心泵的压力、振动和水声信号进行了深入地分析比较,提取了其空化特征信息。研究结果表明,空化前后进、出口压力信号、振动信号以及水声信号可作为空化监测的特征量,且相对于水声,离心泵发生空化现象后,对进、出口压力和振动参数影响更明显。     

空化诱发离心泵振动特性的试验研究

离心泵内出现空化(汽蚀)时将诱发强烈的振动,本文对离心泵空化诱导振动特性进行了详细试验测量,重点分析了空化在各频段内振动强度的变化规律。随有效空化余量的降低,空化程度加剧,泵体测点上全频段范围内的振动特性在各个方向表现出相似的规律。通过对4000~8000 Hz频段内所得振动加速度的均方根进行分析,可以更有效地判断泵内空化的初生及发展过程,并且定义该频段信号为空化敏感频段。在临界汽蚀点附近时,不同测点处全频段范围内振动强度会经历一个急剧增加的过程,并到达极大值。     

带有前置导叶离心泵空化性能的试验及数值模拟

为分析前置导叶对离心泵空化性能的影响,在不同流量下开展带有前置导叶离心泵的空化性能试验,得到无导叶、导叶预旋角(12(时的离心泵空化性能曲线.空化性能试验结果表明,离心泵的临界空化余量随流量的增大近似线性增大.基于均相流假设的完全空化模型,考虑空化流可压缩性的影响修正RNG κ-ε湍流模型,采用SMPLEC算法,数值求解雷诺平均的Navier-Stokes方程,模拟离心泵安装前置导叶前后不同工况下的全流道空化流动.计算得到的H-LBOSGa曲线与试验数据吻合较好,验证计算方法的准确性.基于数值模拟结果,分析不同工况下叶轮内部空泡体积率的分布规律,发现前置导叶预旋调节对离心泵叶轮空化性能的影响较小,并能有效改善叶轮进口流态,使压力分布更均匀.     

大流量工况下离心泵非定常空化流动特性分析

为了研究在大流量工况下离心泵的空化现象,以及该工况下的空化与压力脉动关系,通过实验测试,在蜗壳内建立监测点进行数值分析,研究了大流量工况下,不同空化阶段离心泵的压力脉动情况,并且对离心泵的非定常空化流动特性进行了分析。首先,通过搭建离心泵闭式管路实验台,对离心泵外特性及不同程度空化情况进行了测试;然后,应用RNG k-ε湍流模型和全空化模型,对一台单级单吸悬臂式离心泵进行了数值计算,得到了空化流场和蜗壳上监测点P1～P5的压力脉动时域和频域特征;最后,基于数值计算结果,分别对叶轮内不同空化状态下,蒸汽体积分数、中间截面速度矢量分布以及监测点的压力脉动进行了分析。研究结果表明：随着空化的加剧,叶片吸力面的空泡区域不断扩大,对流道进口的堵塞作用逐渐增强,而蜗壳上各压力脉动监测点的主频也随之发生显著变化;因此,对泵蜗壳上压力脉动的监测和分析可为空化现象的判断提供参考。     

带诱导轮离心泵的数值模拟

该文系统总结了离心泵空化产生的原因,改进的方法。重点分析了诱导轮在改进离心泵空化特性的独特作用,对诱导轮和离心叶轮结构和性能配合进行了研究。并对同一离心泵叶轮分别加装一级诱导轮、两级诱导轮和三级诱导轮进行了对比分析。经过对比分析表明诱导轮在改进离心泵空化性能方面效果明显。     

基于频谱分析和卷积神经网络的高速轴向柱塞泵空化故障诊断

针对高速轴向柱塞泵不同空化故障等级诊断依赖人工特征提取、识别准确率低的问题,提出了一种融合振动信号频谱分析和卷积神经网络的诊断方法.采集不同空化等级情况下柱塞泵壳体振动信号,对连续的振动数据进行切片并作频谱分析,获得频谱图作为数据集;利用二维卷积神经网络对不同空化等级的信号频谱图进行分类.为提高所提方法的鲁棒性,采用带...     

叶片进口边开孔对离心泵空化和湍动能影响的研究

以某台低比转速离心泵为研究对象,提出了在离心泵叶轮入口处对叶片进行开孔的新方案,基于Realizable k-ε湍流模型和简化的Rayleigh-Plesset空化模型,研究了叶片进口边开孔对离心泵空化和湍动能的影响.对比分析了未开孔和几种不同开孔方案对离心泵性能的影响,计算得出扬程和效率并与实验数据进行对比.结果表明...     

离心泵空化余量分析研究

许多泵长期运行处在临界空化工况与初生空化工况之间,会造成叶片表面出现坑蚀和穿孔等破坏,从而使泵因空化而达不到预期寿命.由此选用一种单级单吸离心泵为研究对象,基于湍流模型k-ε和空化模型Zwart,进行非定常空化数值计算结果分析.对于初生空化的判定,以σ≥1.0时叶片表面刚刚发生空化,产生的汽泡对外特性无影响,且以汽体体...     

离心泵诱导轮的数值模拟

本文概述了离心泵空化（汽蚀）产生的原因及改进的方法。分析了诱导轮在改善离心泵空化（汽蚀）特性上的独特作用,对雳导轮和离心叶轮的结构和性能匹配进行l『研究。并对同一离心泵叶轮分别加装一级诱导轮、两级诱导轮和三级诱导轮的不同结果进行了对比分析。对比分析表明,诱导轮在改善离心泵空化（汽蚀）性能方面效果明显。     

滑动轴承中气蚀磨损现象研究现状评述

介绍了滑动轴承产生气蚀磨损现象的过程及传统上的通常解释方法，通过对国际上近20年来滑动轴承气蚀现象研究情况的分析总结，归纳了各种关于滑动轴承气蚀发生的机理研究、针对气蚀现象所产生的各种算法、针对空气蚀及蒸气蚀所进行的各种实验研究，介绍了主要的研究成果，指出存在的问题，并探讨了进一步开展研究的方向。     

空化效应在污水有机物降解中的应用

综述了空化效应产生的机理,分析超声降解水中有机污染物的机理、影响超声降解的因素,超声空化效应在实际工程应用中存在的效率低、能耗高。提出水力空化效应在有机物降解中的应用,利用水力空化效应降解有机物比超声降解的效率高、能耗低。     

气蚀的CFD评价方法

对空化射流气蚀实验装置的内部流场用CFD软件进行数值仿真计算,建立气泡破灭假设,利用气穴数σ评价气蚀的位置及程度,将仿真结果与实验数据对比得出气蚀发生的σ范围.结果表明:对于石油基液压油(ISO VG 32),气蚀发生在σ=1～6时,当σ=2.5时气蚀最严重;对于自来水,气蚀发生在σ=0.5～3时,当σ=1.5时发生最大气蚀.     

液体中空泡收缩过程的数值研究

材料在液体中的空蚀破坏程度会因为液体环境的改变而大相径庭,而液体中空泡的生长、溃灭是造成材料空蚀破坏最根本的原因。为了研究液体环境对空泡运动过程的影响,利用有限差分法计算空泡在不同液体环境中的收缩过程,对不同液体黏性、表面张力条件下不同尺寸空泡的收缩过程进行了分析。计算结果表明:液体黏性会减缓空泡收缩过程中的脉动现象,且黏性越大,空泡收缩过程中脉动现象所持续的时间越短,脉动幅度也越小;表面张力越大,空泡收缩稳定后的半径也越大,且表面张力在空泡收缩过程中表现出的对空泡泡壁的加速效应会增大空泡的脉动频率。与前人的研究相比,研究还发现:在同样的液体环境中,随着空泡初始半径的减小,空泡在收缩过程中呈现出的脉动现象所持续的时间会越来越短,而最终稳定后的量纲一半径则会越来越大,即空泡在收缩过程中被压缩的比例越来越小。计算结果为理解液体中空泡的溃灭行为和由此引起的空蚀破坏提供了理论依据。     

长度标准器超声清洗参数设计研究

针对提高激光诱导击穿光谱技术(LIBS)中等离子体的发射光谱强度的问题,提出一种在铜样品表面沉积金纳米颗粒的方法。在样品表面沉积纳米金颗粒后对铜进行激光诱导击穿(NELIBS),得到NELIBS和LIBS下的发射光谱强度增强因子、信噪比等参数。实验表明,通过在铜样品表面沉积金纳米颗粒的LIBS(NELIBS)可以有效增强等离子体辐射光谱信号强度,铜元素谱线增强因子最高可达8.01,微量元素镁元素谱线增强因子最高为6.01,且增强因子均随激光能量的增加而逐渐减小并趋于稳定;NELIBS可以明显改善信噪比,铜元素在激光脉冲能量为80 mJ时达到最优,镁元素在激光能量为50 mJ时达到最优。对谱线Cu I 521.8 nm和Mg II 279.569 nm进行洛伦兹拟合,并得到半高全宽,发现纳米金颗粒使谱线半高全宽增加,谱线Mg II 279.569 nm的半高全宽增加了165.58%,谱线Cu I 521.8 nm的半高全宽增加了30%。样品中的微量元素因谱线强度低、信噪比差而无法探测到,通过此方法可以有效提高探测能力。     

Scale effects on propeller cavitating hydrodynamic and hydroacoustic performances with non-uniform inflow

Considering the lack of theoretical models and ingredients necessary to explain the scaling of the results of propeller cavitation inception and cavitating hydroacoustics from model tests to full scale currently, and the insufficient reflection of the nuclei effects on cavitation in the numerical methods, the cavitating hydrodynamics and cavitation low frequency noise spectrum of three geometrically similar 7-bladed highly skewed propellers with non-uniform inflow are addressed. In this process, a numerical bridge from the multiphase viscous simulation of propeller cavitation hydrodynamics to its hydro-acoustics is built, and the scale effects on performances and the applicability of exist scaling law are analyzed. The effects of non-condensable gas(NCG) on cavitation inception are involved explicitly in the improved Sauer’s cavitation model, and the cavity volume acceleration related to its characteristic length is used to produce the noise spectrum. Results show that, with the same cavitation number, the cavity extension on propeller blades increases with diameter associated with an earlier shift of the beginning point of thrust decline induced by cavitation, while the three decline slopes of thrust breakdown curves are found to be nearly the same. The power of the scaling law based on local Reynolds number around 0.9R section is determined as 0.11. As for the smallest propeller, the predominant tonal noise is located at blade passing frequency(BPF), whereas 2BPF for the middle and both 2BPF and 3BPF for the largest, which shows the cavitating line spectrum is fully related to the interaction between non-uniform inflow and fluctuated cavity volume. The predicted spectrum level exceedance from the middle to the large propeller is 6.65 dB at BPF and 5.94 dB at 2BPF. Since it just differs less than 2 dB to the increment obtained by empirical scaling law, it is inferred that the scale effects on them are acceptable with a sufficient model scale, and so do the scaling law. The numerical implementation of cavitating hydrodynamics and hydro-acoustics prediction of propeller in big scale in wake has been completed.     

Experimental and numerical investigations on development of cavitation erosion pits on solid surface

Polished, grinded, and milled samples made of 40Cr stainless steel were prepared for the cavitation erosion experiment. A typical phenomenon of “pits chain”, which consisted of two contact pits and a smaller pit on the ridge between them, was found on the sample surfaces after 15-minute experiment. Numerical simulation indicated that the pressure fluctuation caused by the sequentially formed pits on the solid surface was the main reason for the formation of the “pits chain”. It proves that the early-formed pits affect the formation of the subsequent erosion pits, and the whole cavitation erosion process is not a probability event. Based on the numerical analyses, the development of erosion is divided into four stages, which describe how a pit develops vertically and horizontally under the effect of the pressure perturbation. The development was validated by the characteristics of the damaged surface observed at different experimental time.     

倒角阀座式水压锥阀空化射流动态行为数值模拟

使用可压缩的VOF空化两相流算法对倒角型阀座水压锥阀的空化射流进行了三维瞬态流场仿真。模拟结果揭示,空化结构首先在狭窄的倒角阀座流道内以附着空化的形式出现;在压差为4.4 MPa的工况条件下,空化分布集中在3个区域,阀座流道内及阀芯后沿的附着型空化,阀座流道至阀芯后沿的漩涡空化。射流势核在阀座流道入口及阀芯后沿均有分离流现象,从而诱发附着型空化;而大尺寸漩涡结构主要分布于射流势核的自由剪切层侧,漩涡空化亦相应地集中在自由剪切层侧,壁面侧偶发性形成薄层型漩涡空化。由于整体的空化行为涉及多个不同类型空化的耦合,其动态演变的周期特性受到干扰。阀座流道后部的脱落空化伴有明显的三维漩涡结构,阀芯后沿的漩涡空化与附着空化通过耦合作用形成大尺寸汽泡结构,揭示了后沿下游稀疏分布的大尺寸空化结构的产生过程。通过开展三维瞬态模拟,结合流场结构探索了空化射流的动态特性,从流体力学的层面解释了实验观测到的空化形态及分布规律。     

自振喷嘴空化起始能力实验研究

利用瞬态流和水声学原理设计研制了自振空化喷嘴,实验研究了该喷嘴的空化起始能力,并与锥形喷嘴进行了比较。结果表明,在更深的井底或更高的围压条件下,自振空化喷嘴比普通锥形喷嘴具有更大的起始空化数和更强的空化起始能力,最大达1.67,而锥形喷嘴的最大起始空化数仅为0.54。现场试验证明,自振空化喷嘴钻头对提高机械钻速具有更显著的作用。