發(fā)布時間：2017-07-31 16:35

  本文關鍵詞：船用串并聯(lián)離心泵內部流動機理及振動特性研究

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【摘要】：串并聯(lián)離心泵一機多用、具有大流量低揚程和小流量高揚程兩種工況,為船舶輔助系統(tǒng)的重要設備,能有效減小設備的占地面積、及時有效地輸送液體和保護船舶的安全。串并聯(lián)離心泵內部流動機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)離心泵的內部流動機理及振動特性研究對于設備更新替換、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)新專項資金“油料輸送及艦船用串并聯(lián)產業(yè)化項目”、國家自然科學基金51279069和51079063項目、江蘇省研究生創(chuàng)新基金項目CXLX11_0578的資助下開展。 目前,串并聯(lián)離心泵的內部流動機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構基礎上,對葉輪、螺旋型壓水室部件進行設計、加工工藝創(chuàng)新、結構優(yōu)化,并且以泵外特性試驗臺為基礎專門搭建了振動試驗臺,采用數值仿真計算、外特性試驗及振動試驗的方法對串并聯(lián)離心泵的內部流動機理和振動特性進行了研究。本研究的主要工作和創(chuàng)造性成果有： (1)依據葉輪匹配螺旋型壓水室的原始結構形式,提出了水力參數選擇方法,進行了葉輪、螺旋型壓水室的水力設計；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；改進了轉子部件的動平衡工藝,提高了轉子部件的動平衡水平。在泵外特性試驗臺的基礎上,消除了進出口管路、底座對振動的影響專門搭建了振動試驗臺,對泵組機腳處的振動進行試驗研究。將串并聯(lián)泵串聯(lián)工況和并聯(lián)工況的外特性試驗數據進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構的串并聯(lián)離心泵機腳處各個監(jiān)測點總振級測試,結果表明：并聯(lián)工況額定流量串聯(lián)工況額定流量電機空載。 (2)首次對原始結構泵(葉輪匹配螺旋型壓水室的結構)進行了改進與創(chuàng)新設計,在保證葉輪水力設計不變的前提下,采用葉輪匹配導葉與環(huán)形壓水室的新型結構,保證轉子部件質量和動平衡精度等級、電機相同的前提下,進行新型串并聯(lián)離心泵的外特性和振動試驗研究。對比原始結構泵和新型結構泵的無量綱試驗數據,額定工況處的效率無論是并聯(lián)工況還是串聯(lián)工況,新型結構泵均小于原始結構泵。以機腳處加速度1/3倍頻程的總振級為評價指標,對新型結構泵與原始結構泵的總振級進行了對比,不同頻率處的振動差值有所變化,且無規(guī)律可循。以監(jiān)測點處機腳加速度的總振級為評價指標,新型結構泵比原始結構泵振動降低3dB-4dB。分別以效率和機腳振動為評價指標對比了串并聯(lián)離心泵兩種結構形式的優(yōu)劣,為不同優(yōu)化目標的選擇提供參考依據。 (3)以機腳振動為評價指標,選擇新型串并聯(lián)離心泵為優(yōu)秀模型,總結了串并聯(lián)工況切換時數值計算的實現方法,分別采用k-ε,RNG k-ε,SST等不同的湍流模型進行數值模擬并分析揚程、功率、效率等,與試驗結果進行無量綱分析,得出RNG湍流模型在新型串并聯(lián)泵數值計算中具有好的適應性,為內部流場的分析奠定了基礎。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)工況對內部流動機理的影響,為串并聯(lián)離心泵內部流動機理的研究奠定了基礎。 (4)由于結構特性影響及初步水力設計方法的選取,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)離心泵水力設計時應考慮結構設計的影響因素進行相互耦合設計,并提出了首級葉輪和次級葉輪差異化設計的方法。 (5)對原始結構(葉輪匹配螺旋型壓水室)和新型結構(葉輪匹配導葉與環(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)泵導葉、環(huán)形壓水室內部流體壓力脈動等進行了對比分析,原始結構葉輪出口處的幅值明顯小于新型結構的幅值。并對兩種結構葉輪x方向的徑向力進行分析,原始結構泵的葉輪徑向力幅值大于新型結構泵的葉輪。并探討了流體激振力和葉輪徑向力對機腳處總振級的影響。 (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、原始結構、新型結構在不同頻段的能量變化進行分析,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。
【關鍵詞】：串并聯(lián) 離心泵 內部流動 振動 試驗研究 小波包
【學位授予單位】：江蘇大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：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 國內外研究現狀15-21
• 1.2.1 船用串并聯(lián)泵的國內外研究現狀16-18
• 1.2.2 離心泵內部流動研究18-19
• 1.2.3 離心泵振動研究現狀19-20
• 1.2.4 串并聯(lián)離心泵存在的問題20-21
• 1.3 本文主要研究內容21-23
• 第二章 串并聯(lián)泵設計及振動試驗23-47
• 2.1 串并聯(lián)泵結構23-24
• 2.2 關鍵部件水力設計24-28
• 2.2.1 葉輪設計24-27
• 2.2.2 蝸殼水力設計27-28
• 2.3 加工工藝改進控制28-31
• 2.4 外特性試驗31-33
• 2.5 振動試驗臺33-38
• 2.5.1 試驗臺整體結構33-35
• 2.5.2 壓電式加速度振動傳感器35-36
• 2.5.3 數據采集系統(tǒng)36-38
• 2.6 振動試驗測試分析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 本章結論46-47
• 第三章 船用串并聯(lián)泵結構優(yōu)化及振動特性研究47-64
• 3.1 整體結構優(yōu)化47-49
• 3.2 關鍵水力部件設計49-51
• 3.3 外特性試驗對比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 新型結構與原始結構串并聯(lián)泵額定流量下倍頻程分析59-62
• 3.5 本章結論62-64
• 第四章 船用串并聯(lián)泵內部流動機理研究64-87
• 4.1 計算模型64-74
• 4.1.1 三維實體造型64-66
• 4.1.2 控制方程及計算模型66-69
• 4.1.3 計算邊界條件69
• 4.1.4 網格無關性分析69-72
• 4.1.5 湍流模型適應性研究72-74
• 4.2 串并聯(lián)泵內部流動特性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 本章結論85-87
• 第五章 船用串并聯(lián)泵水力激振力機理研究87-113
• 5.1 瞬態(tài)計算參數設置87-89
• 5.2 葉輪出口處壓力脈動分析89-95
• 5.3 導葉流道內部壓力脈動分析95-99
• 5.4 環(huán)形壓水室內部壓力脈動分析99-102
• 5.5 換向閥內部壓力脈動分析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 兩種結構形式泵的葉輪徑向力分析109-111
• 5.9 本章結論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 二進小波變換114-116
• 6.1.3 二進小波包分析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 本章結論125-127
• 第七章 總結與展望127-132
• 7.1 全文總結127-131
• 7.2 尚待解決的問題與前景展望131-132
• 參考文獻132-143
• 攻讀學位期間學術論文發(fā)表與研究成果143-145
• 致謝145

【參考文獻】

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本文編號：600117