本文關(guān)鍵詞：船用串并聯(lián)離心泵內(nèi)部流動機(jī)理及振動特性研究

  更多相關(guān)文章： 串并聯(lián) 離心泵 內(nèi)部流動 振動 試驗(yàn)研究 小波包

【摘要】：串并聯(lián)離心泵一機(jī)多用、具有大流量低揚(yáng)程和小流量高揚(yáng)程兩種工況,為船舶輔助系統(tǒng)的重要設(shè)備,能有效減小設(shè)備的占地面積、及時有效地輸送液體和保護(hù)船舶的安全。串并聯(lián)離心泵內(nèi)部流動機(jī)理及振動特性的研究對于整船管路系統(tǒng)的流體激振力、振動、噪聲有著重要的作用。因此,開展串并聯(lián)離心泵的內(nèi)部流動機(jī)理及振動特性研究對于設(shè)備更新替換、優(yōu)化及系統(tǒng)的減振降噪具有重要意義。 本文的研究工作在安徽省自主創(chuàng)新專項(xiàng)資金“油料輸送及艦船用串并聯(lián)產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目”、國家自然科學(xué)基金51279069和51079063項(xiàng)目、江蘇省研究生創(chuàng)新基金項(xiàng)目CXLX11_0578的資助下開展。 目前,串并聯(lián)離心泵的內(nèi)部流動機(jī)理及振動特性研究十分匱乏,本文在原始串并聯(lián)離心泵葉輪匹配螺旋壓水室的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上,對葉輪、螺旋型壓水室部件進(jìn)行設(shè)計(jì)、加工工藝創(chuàng)新、結(jié)構(gòu)優(yōu)化,并且以泵外特性試驗(yàn)臺為基礎(chǔ)專門搭建了振動試驗(yàn)臺,采用數(shù)值仿真計(jì)算、外特性試驗(yàn)及振動試驗(yàn)的方法對串并聯(lián)離心泵的內(nèi)部流動機(jī)理和振動特性進(jìn)行了研究。本研究的主要工作和創(chuàng)造性成果有： (1)依據(jù)葉輪匹配螺旋型壓水室的原始結(jié)構(gòu)形式,提出了水力參數(shù)選擇方法,進(jìn)行了葉輪、螺旋型壓水室的水力設(shè)計(jì)；提出了創(chuàng)新的葉輪流道加工及葉輪前后蓋板固定方法,保證了流道表面光潔度和葉輪出口面積及安放角的一致性；改進(jìn)了轉(zhuǎn)子部件的動平衡工藝,提高了轉(zhuǎn)子部件的動平衡水平。在泵外特性試驗(yàn)臺的基礎(chǔ)上,消除了進(jìn)出口管路、底座對振動的影響專門搭建了振動試驗(yàn)臺,對泵組機(jī)腳處的振動進(jìn)行試驗(yàn)研究。將串并聯(lián)泵串聯(lián)工況和并聯(lián)工況的外特性試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行無量綱化處理及對比,得出了串并聯(lián)工況變化對水力性能的影響。分別在電機(jī)空載、串聯(lián)工況額定流量、并聯(lián)工況額定流量下,采用1/3倍頻程分析,對葉輪匹配螺旋型壓水室結(jié)構(gòu)的串并聯(lián)離心泵機(jī)腳處各個監(jiān)測點(diǎn)總振級測試,結(jié)果表明：并聯(lián)工況額定流量串聯(lián)工況額定流量電機(jī)空載。 (2)首次對原始結(jié)構(gòu)泵(葉輪匹配螺旋型壓水室的結(jié)構(gòu))進(jìn)行了改進(jìn)與創(chuàng)新設(shè)計(jì),在保證葉輪水力設(shè)計(jì)不變的前提下,采用葉輪匹配導(dǎo)葉與環(huán)形壓水室的新型結(jié)構(gòu),保證轉(zhuǎn)子部件質(zhì)量和動平衡精度等級、電機(jī)相同的前提下,進(jìn)行新型串并聯(lián)離心泵的外特性和振動試驗(yàn)研究。對比原始結(jié)構(gòu)泵和新型結(jié)構(gòu)泵的無量綱試驗(yàn)數(shù)據(jù),額定工況處的效率無論是并聯(lián)工況還是串聯(lián)工況,新型結(jié)構(gòu)泵均小于原始結(jié)構(gòu)泵。以機(jī)腳處加速度1/3倍頻程的總振級為評價指標(biāo),對新型結(jié)構(gòu)泵與原始結(jié)構(gòu)泵的總振級進(jìn)行了對比,不同頻率處的振動差值有所變化,且無規(guī)律可循。以監(jiān)測點(diǎn)處機(jī)腳加速度的總振級為評價指標(biāo),新型結(jié)構(gòu)泵比原始結(jié)構(gòu)泵振動降低3dB-4dB。分別以效率和機(jī)腳振動為評價指標(biāo)對比了串并聯(lián)離心泵兩種結(jié)構(gòu)形式的優(yōu)劣,為不同優(yōu)化目標(biāo)的選擇提供參考依據(jù)。 (3)以機(jī)腳振動為評價指標(biāo),選擇新型串并聯(lián)離心泵為優(yōu)秀模型,總結(jié)了串并聯(lián)工況切換時數(shù)值計(jì)算的實(shí)現(xiàn)方法,分別采用k-ε,RNG k-ε,SST等不同的湍流模型進(jìn)行數(shù)值模擬并分析揚(yáng)程、功率、效率等,與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行無量綱分析,得出RNG湍流模型在新型串并聯(lián)泵數(shù)值計(jì)算中具有好的適應(yīng)性,為內(nèi)部流場的分析奠定了基礎(chǔ)。對葉輪中截面、換向閥、吸入室處的壓力分布圖、速度分布圖、湍動能、流線等進(jìn)行了對比分析,探究了串并聯(lián)離心泵串聯(lián)工況與并聯(lián)工況對內(nèi)部流動機(jī)理的影響,為串并聯(lián)離心泵內(nèi)部流動機(jī)理的研究奠定了基礎(chǔ)。 (4)由于結(jié)構(gòu)特性影響及初步水力設(shè)計(jì)方法的選取,并聯(lián)時,首級葉輪的流量向大流量偏移,首級葉輪的流量大于次級葉輪的流量；串聯(lián)工況時,由于忽略間隙泄漏,兩個葉輪之間的流量趨于相等。首次提出在串并聯(lián)離心泵水力設(shè)計(jì)時應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的影響因素進(jìn)行相互耦合設(shè)計(jì),并提出了首級葉輪和次級葉輪差異化設(shè)計(jì)的方法。 (5)對原始結(jié)構(gòu)(葉輪匹配螺旋型壓水室)和新型結(jié)構(gòu)(葉輪匹配導(dǎo)葉與環(huán)形壓水室)的串并聯(lián)離心泵葉輪出口、換向閥、首級吸入室、次級吸入室、新型串并聯(lián)泵導(dǎo)葉、環(huán)形壓水室內(nèi)部流體壓力脈動等進(jìn)行了對比分析,原始結(jié)構(gòu)葉輪出口處的幅值明顯小于新型結(jié)構(gòu)的幅值。并對兩種結(jié)構(gòu)葉輪x方向的徑向力進(jìn)行分析,原始結(jié)構(gòu)泵的葉輪徑向力幅值大于新型結(jié)構(gòu)泵的葉輪。并探討了流體激振力和葉輪徑向力對機(jī)腳處總振級的影響。 (6)采用小波包變換理論對串并聯(lián)離心泵的串聯(lián)工況、并聯(lián)工況、原始結(jié)構(gòu)、新型結(jié)構(gòu)在不同頻段的能量變化進(jìn)行分析,得出了各個工況對不同頻段振動的影響,為下一步的減振降噪提供了一定的參考依據(jù)。
【關(guān)鍵詞】：串并聯(lián) 離心泵 內(nèi)部流動 振動 試驗(yàn)研究 小波包
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：U664.58;TH311
【目錄】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-14
• 第一章 緒論14-23
• 1.1 課題研究目的及意義14-15
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀15-21
• 1.2.1 船用串并聯(lián)泵的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀16-18
• 1.2.2 離心泵內(nèi)部流動研究18-19
• 1.2.3 離心泵振動研究現(xiàn)狀19-20
• 1.2.4 串并聯(lián)離心泵存在的問題20-21
• 1.3 本文主要研究內(nèi)容21-23
• 第二章 串并聯(lián)泵設(shè)計(jì)及振動試驗(yàn)23-47
• 2.1 串并聯(lián)泵結(jié)構(gòu)23-24
• 2.2 關(guān)鍵部件水力設(shè)計(jì)24-28
• 2.2.1 葉輪設(shè)計(jì)24-27
• 2.2.2 蝸殼水力設(shè)計(jì)27-28
• 2.3 加工工藝改進(jìn)控制28-31
• 2.4 外特性試驗(yàn)31-33
• 2.5 振動試驗(yàn)臺33-38
• 2.5.1 試驗(yàn)臺整體結(jié)構(gòu)33-35
• 2.5.2 壓電式加速度振動傳感器35-36
• 2.5.3 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)36-38
• 2.6 振動試驗(yàn)測試分析38-46
• 2.6.1 1/3倍頻程分析39-40
• 2.6.2 不同監(jiān)測點(diǎn)的倍頻程分析40-41
• 2.6.3 不同流量的倍頻程分析41-44
• 2.6.4 串并聯(lián)工況的倍頻程分析44-46
• 2.7 本章結(jié)論46-47
• 第三章 船用串并聯(lián)泵結(jié)構(gòu)優(yōu)化及振動特性研究47-64
• 3.1 整體結(jié)構(gòu)優(yōu)化47-49
• 3.2 關(guān)鍵水力部件設(shè)計(jì)49-51
• 3.3 外特性試驗(yàn)對比51-53
• 3.4 新型串并聯(lián)泵倍頻程分析53-62
• 3.4.1 新型串并聯(lián)泵不同監(jiān)測點(diǎn)倍頻程分析53-55
• 3.4.2 新型串并聯(lián)泵不同流量下倍頻程分析55-57
• 3.4.3 新型串并聯(lián)泵串并聯(lián)工況下倍頻程分析57-59
• 3.4.4 新型結(jié)構(gòu)與原始結(jié)構(gòu)串并聯(lián)泵額定流量下倍頻程分析59-62
• 3.5 本章結(jié)論62-64
• 第四章 船用串并聯(lián)泵內(nèi)部流動機(jī)理研究64-87
• 4.1 計(jì)算模型64-74
• 4.1.1 三維實(shí)體造型64-66
• 4.1.2 控制方程及計(jì)算模型66-69
• 4.1.3 計(jì)算邊界條件69
• 4.1.4 網(wǎng)格無關(guān)性分析69-72
• 4.1.5 湍流模型適應(yīng)性研究72-74
• 4.2 串并聯(lián)泵內(nèi)部流動特性74-81
• 4.2.1 串并聯(lián)葉輪中截面分析74-78
• 4.2.2 換向閥流動特性分析78-79
• 4.2.3 次級吸入室流動特性分析79-81
• 4.3 串并聯(lián)泵首、次級葉輪性能研究81-85
• 4.4 本章結(jié)論85-87
• 第五章 船用串并聯(lián)泵水力激振力機(jī)理研究87-113
• 5.1 瞬態(tài)計(jì)算參數(shù)設(shè)置87-89
• 5.2 葉輪出口處壓力脈動分析89-95
• 5.3 導(dǎo)葉流道內(nèi)部壓力脈動分析95-99
• 5.4 環(huán)形壓水室內(nèi)部壓力脈動分析99-102
• 5.5 換向閥內(nèi)部壓力脈動分析102-107
• 5.6 首級吸入室壓力脈動分析107-108
• 5.7 次級吸入室壓力脈動分析108-109
• 5.8 兩種結(jié)構(gòu)形式泵的葉輪徑向力分析109-111
• 5.9 本章結(jié)論111-113
• 第六章 基于小波包變換的振動特性研究113-127
• 6.1 小波分析基本理論113-117
• 6.1.1 小波變化理論113-114
• 6.1.2 二進(jìn)小波變換114-116
• 6.1.3 二進(jìn)小波包分析116-117
• 6.2 振動信號的頻域分析117-121
• 6.3 振動信號的小波包分析121-125
• 6.4 本章結(jié)論125-127
• 第七章 總結(jié)與展望127-132
• 7.1 全文總結(jié)127-131
• 7.2 尚待解決的問題與前景展望131-132
• 參考文獻(xiàn)132-143
• 攻讀學(xué)位期間學(xué)術(shù)論文發(fā)表與研究成果143-145
• 致謝145

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：600117