潜水排污泵叶轮与蜗壳间隙对振动特性影响

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        同普通离心泵一样，潜水排污泵在旋转的过程中由于叶片和隔舌的动静干涉作用，引起了流场的压力脉动。同时，由于蜗壳的不对称性以及叶轮出口处速度分布的不均匀性，叶轮在旋转的过程中也会存在周期性的径向力变化。径向力作用于叶轮和蜗壳上，会使泵体产生一定的振动，影响泵系统工作的稳定性，严重时会造成巨大的经济损失。因此，肯富来水泵意识到降低水泵在运行过程中所产生的振动十分必要。

        将加大流量设计法应用于潜水排污泵的设计过程中，根据实际情况的需要，设计出高扬程低比转速无过载潜水排污泵，并重点研究叶轮与蜗壳之间间隙的变化导致蜗壳结构振动的变化规律，通过数值模拟分析出在动静干涉作用下流道内部的压力脉动情况以及作用于蜗壳上的径向力分布规律。同时，对不同模型进行静力分析、模态分析以及在考虑流固耦合作用下的振动分析。此外，佛山水泵厂指出主要取得的成果有如下：

        1.基于Navier-Stokes方程和标准κ-ε湍流模型，对三种不同的计算模型的内部流场进行了多工况的定常数值模拟。从性能曲线中可以看出，同一叶轮和不同的蜗壳匹配均能获得无驼峰、陡降的流量一扬程曲线；流量一功率曲线上升的较为平坦，且最大功率不超过配套功率45kW，功率随着基圆直径的减小而减小；流量一效率曲线中的高效区范围宽，且在1.4Qopt附近效率有最大值。

        2.对三种不同间隙的模型进行非定常计算，研究流道内的压力脉动情况以及蜗壳壁面所受到的径向力。结果表明：间隙越小，压力脉动越剧烈；由于动静干涉作用，流道内各监测点处的压力脉动具有明显的周期性，压力脉动的主频在75Hz左右，与叶频相同。蜗壳壁面所受到的径向力大小同样具有明显的周期性，在不同时刻不同计算模型蜗壳壁面所受的径向力大小和方向均不相同；各计算模型蜗壳壁面所受的平均径向力随着流量的升高先减小后增大，在1.4Qopt时蜗壳壁面所受的平均径向力最小；在相同流量下，基圆直径D3=435mm的计算模型蜗壳壁面所受到的平均径向力最小。

        3.对三种模型进行静力分析和模态分析。结果表明：间隙对模型的最大变形量及最大应力值有很大的影响，在任意工况下，基圆直径D3=435mm的计算模型的最大变形量及最大应力值均为最小，即抗振效果好；间隙的不同对各阶频率影响不大，不同模型的一阶模态频率分别为200.11Hz、198.27Hz、188.79Hz，均大于通过计算得到的不同模型流道内压力脉动的主频73.5Hz。因此，所涉及到的模型在运行的过程中均不会因为共振而产生明显的振动情况。

        4.对不同间隙的计算模型进行了考虑流固耦合作用的非定常数值计算。结果表明：由于动静干涉的作用，在不同时刻泵体的振动位移和速度分布明显不同。叶轮与蜗壳之间的间隙对泵体的振动位移和速度有明显的影响，通过计算得到的基圆直径为435mm的模型振动最弱。基圆直径无论增大或减小，泵体的振动都将增强。