本文選題：懸臂式多級離心泵　切入點：間隙流　出處：《江蘇大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：懸臂式多級離心泵緊湊結(jié)構(gòu),廣泛地應(yīng)用于軍用、民用中對空間要求較為苛刻的領(lǐng)域。但由于葉輪轉(zhuǎn)子和導(dǎo)葉被布置在遠(yuǎn)離軸承支撐的一側(cè),懸臂式多級泵轉(zhuǎn)子系統(tǒng)在不平衡激振力作用下極易產(chǎn)生徑向撓度,出現(xiàn)不穩(wěn)定渦動現(xiàn)象。然而存在于蓋板側(cè)及口環(huán)的間隙泄漏流是重要的激勵源之一,因此,間隙泄漏流動對于懸臂式多級泵的影響不容忽視,開展間隙流動狀態(tài)及其動力特性的研究很有必要。本文以M220型懸臂式多級離心泵為研究對象,對其間隙流動、間隙動力特性以及間隙流對轉(zhuǎn)子穩(wěn)定性的影響進(jìn)行了較為深入的研究,并在此基礎(chǔ)上開展了一系列針對間隙流對轉(zhuǎn)子性能影響的試驗研究。本文主要工作和研究成果有:(1)基于CFX 14.5對帶有間隙泄漏的多級離心泵全流場進(jìn)行定常計算,模擬預(yù)測值與試驗值吻合較好,驗證了數(shù)值模擬的準(zhǔn)確性。分析了各工況下間隙流動對泵體內(nèi)部主流場的影響,其中小流量工況下間隙流對主流靜壓分布、速度分布和湍動能分布的影響最為明顯。(2)基于M220間隙泄漏模型構(gòu)造了4種間隙流道,通過研究壓力脈動的方式尋找間隙流能量分布與間隙結(jié)構(gòu)的關(guān)聯(lián)性。研究發(fā)現(xiàn)口環(huán)和級間間隙的存在增加了前后泵腔的主頻幅值,帶口環(huán)的前泵腔壓力脈動沿間隙流道從外徑向內(nèi)徑有所增強,帶級間間隙的后泵腔壓力脈動則相反。(3)基于CFD方法對懸臂式多級離心泵葉輪在不同軸向位移下泵的外特性、能量特性、前蓋板側(cè)間隙流場、間隙的壓力脈動及葉輪徑向力軸向力進(jìn)行了研究。通過對比,發(fā)現(xiàn)前泵腔間隙變化對外特性和徑向力影響較大,后泵腔間隙變化則對軸向力的影響最為明顯。(4)建立口環(huán)蓋板側(cè)間隙流整體計算模型,基于試驗結(jié)果驗證了求解間隙流動力特性系數(shù)方法的準(zhǔn)確性;采用二階攝動方程求解得到懸臂式多級離心泵的間隙流動力特性系數(shù),并在設(shè)計工況下將間隙流動力特性系數(shù)以矩陣的形式耦合到�；蟮膽冶凼蕉嗉夒x心泵轉(zhuǎn)子系統(tǒng)中,分別對不考慮和考慮間隙流下的臨界轉(zhuǎn)速和不平衡響應(yīng)進(jìn)行了對比分析,發(fā)現(xiàn)間隙流的存在對轉(zhuǎn)子具有一定的支撐效果,提高了轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的穩(wěn)定性。(5)為了研究間隙流對轉(zhuǎn)子振動性能的影響,設(shè)計并搭建完成了懸臂式多級離心泵振動及軸心軌跡測試實驗臺�；谡駝釉囼炁_測得了不同流量工況下泵體振動和轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的軸心軌跡。研究發(fā)現(xiàn),懸臂式轉(zhuǎn)子系統(tǒng)工作時存在不平衡量,且在大流量點轉(zhuǎn)子系統(tǒng)較為穩(wěn)定,在小流量點出現(xiàn)不對中的現(xiàn)象,間隙流動影響明顯。該試驗結(jié)論為下一步懸臂式多級離心泵優(yōu)化設(shè)計提供一定的參考。
[Abstract]:The compact structure of cantilever type multistage centrifugal pump, widely used in the military field, demanding more of the civilian space. But because of the impeller rotor and the guide vane is arranged on the side away from the bearing support, cantilever multi-stage pump rotor system under unbalanced load is very easy to produce the radial deflection, unstable vortex the gap exists in the phenomenon. However, flat side and ring the leakage flow is one of the important source of excitation therefore, leakage flow for cantilever type multistage pump can not be ignored, it is necessary to study the flow condition and the dynamic characteristics of space. This paper takes M220 type multistage centrifugal pump as the research object, flow in the gap clearance, dynamic characteristics and effect of clearance flow on the stability of the rotor are studied, and on this basis to carry out a series of the clearance flow on the rotor performance impact test Experimental research in this paper. The main work and research results are: (1) CFX 14.5 in multistage centrifugal pump with leakage of whole flow field based on the steady calculation, simulation results agree well with the experimental results, verified the accuracy of numerical simulation. Analysis of the impact of clearance flow under the condition of the pump body of the mainstream field. The distribution of static pressure on the mainstream flow under small flow rate condition the influence of gap, velocity distribution and turbulent kinetic energy distribution is most obvious. (2) M220 leakage model to construct 4 space channel based on the pressure fluctuation in a way to find the gap flow correlation weight distribution and gap structure. The study found that the ring and level the gap between the existence of an increase of around the frequency of the pump chamber, before the pump pressure pulsation with a mouth ring along the gap flow from the outside diameter to the inner diameter increased after the pump pressure pulsation level of the gap between the opposite. (3) based on the CFD method On the external characteristics, cantilever type multistage centrifugal pump impeller at different axial displacement pump energy characteristics, shroud clearance flow, pressure pulsation of axial force and radial force gap were studied. By contrast, found that before the pump cavity gap and radial force characteristics changes of foreign influence, influence of pump cavity gap the axial force is most obvious. (4) a ring cover flow calculation model of overall clearance, test results verify the accuracy of solving the gap flow dynamic coefficients based on the method of using space; two order perturbation equations are solved for cantilever multi stage centrifugal pump flow dynamic characteristics and operating conditions in the design of the clearance flow the dynamic coefficients to form coupled to the modular matrix of the cantilever type multistage centrifugal pump rotor system, respectively with and without clearance flow under the critical speed and unbalance response in the Analysis, found the clearance flow has a certain effect on the rotor support, improve the stability of the rotor system. (5) in order to study the gap flow effects on the performance of rotor vibration, design and build a test bench cantilever multi-stage centrifugal pump vibration and orbit orbit measurement test. With different flow conditions of pump body vibration and vibration of rotor system based on test bench. The study found that the cantilever rotor system when unbalance, and more stable in the large flow rotor system, not the phenomenon appears in the small flow rate, clearance flow significantly affected. The test results for the next step of cantilever type multistage centrifugal pump optimization design to provide certain reference.

【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TH311

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：1620808