1、本文在國家杰出青年科學(xué)基金“離心泵基礎(chǔ)理論和節(jié)能關(guān)鍵技術(shù)研究”(編號(hào):50825902)和國家自然科學(xué)基金“離心泵內(nèi)部非定常流動(dòng)誘導(dǎo)振動(dòng)和噪聲機(jī)理”(編號(hào):50979034)以及江蘇省自然科學(xué)基金“基于流固耦合的低比轉(zhuǎn)數(shù)離心泵非穩(wěn)定流動(dòng)特性研究”(編號(hào):BK2010347)的資助下開展工作。
　　 高速離心泵一般指轉(zhuǎn)速大于5000r/min的離心泵。高速泵具有單級(jí)揚(yáng)程高、結(jié)構(gòu)緊湊、維護(hù)方便、可靠性好等優(yōu)點(diǎn)，在煉油、石油化工、化學(xué)

2、工業(yè)等行業(yè)廣泛應(yīng)用。低比轉(zhuǎn)速高速泵由于流量小，轉(zhuǎn)速高，離心葉輪內(nèi)部很容易產(chǎn)生回流和脫流現(xiàn)象，高速泵內(nèi)部非定常流動(dòng)引起的振動(dòng)問題備受重視，采用含分流葉片的復(fù)合葉輪將會(huì)改善葉輪流道內(nèi)的液流速度分布。論文采用數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法，對(duì)高速離心泵內(nèi)部流場(chǎng)及誘導(dǎo)振動(dòng)特性進(jìn)行了研究，主要的研究內(nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)有:
　　 (1)介紹了低比轉(zhuǎn)速離心泵加大流量設(shè)計(jì)法的基本原理，選取適當(dāng)?shù)姆糯笙禂?shù)設(shè)計(jì)出高速離心泵葉輪和蝸殼;再根據(jù)復(fù)合葉輪的設(shè)計(jì)原理

3、設(shè)計(jì)出4+4，5+5兩種方案的復(fù)合葉輪，并以這三種模型泵為對(duì)象進(jìn)行高速泵內(nèi)流場(chǎng)和流動(dòng)誘導(dǎo)振動(dòng)分析。
　　 (2)運(yùn)用ANSYSCFX軟件對(duì)三種方案下不同工況高速泵流場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬，并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比。模擬得到的性能曲線和實(shí)驗(yàn)結(jié)果趨勢(shì)基本一致，實(shí)驗(yàn)所得的效率和揚(yáng)程曲線均略低于模擬結(jié)果，各個(gè)曲線的最大誤差不超過5.8％，模擬預(yù)測(cè)所得的揚(yáng)程曲線均隨著流量的增大而降低，各個(gè)工況下，揚(yáng)程從小到大的排列順序?yàn)槿~片葉輪、4+4葉輪和5

4、+5葉輪。由于采用加大流量設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)高速泵葉輪，實(shí)驗(yàn)和模擬得到的性能曲線均在大流量處達(dá)到最高效率。分流葉片形式的高速泵具有更加均勻的壓力分布。
　　 (3)首次分析各個(gè)工況下有無分流葉片的高速泵葉輪徑向力分布情況，發(fā)現(xiàn)分流葉片的添加可以很好地降低高速泵葉輪的徑向力;隨著流量的增大，3種方案的高速泵葉輪所受到的徑向力呈減小的趨勢(shì)，在最大流量處徑向力最小，且各個(gè)方案的徑向力方向均指向直角坐標(biāo)系第二象限。
　　 (4)以定常計(jì)

5、算結(jié)果為初始條件對(duì)三種高速泵方案進(jìn)行了非定常的數(shù)值計(jì)算，分析了不同時(shí)刻隔舌附近的靜壓情況及蝸殼內(nèi)的壓力脈動(dòng)情況。發(fā)現(xiàn)在葉輪流道出口處產(chǎn)生的射流-尾跡現(xiàn)象與定常計(jì)算結(jié)果相比更加明顯，設(shè)計(jì)工況下隔舌附近的壓力脈動(dòng)呈現(xiàn)出明顯的周期性，合適地添加分流葉片可以有效地減小隔舌處壓力脈動(dòng)。兩種分流葉片方案的壓力峰值均出現(xiàn)在葉頻及其倍頻處，全葉片壓力峰值在兩倍葉頻處。偏離設(shè)計(jì)工況下高速泵隔舌和蝸殼內(nèi)的壓力脈動(dòng)幅值在大流量下要大于小流量的幅值，隔舌附近處

6、壓力脈動(dòng)均有最大峰值且向蝸殼其他部位擴(kuò)散，距離隔舌越遠(yuǎn)，壓力脈動(dòng)越小。
　　 (5)介紹了模態(tài)分析的基本理論，首次運(yùn)用單向流固耦合方法對(duì)有無分流葉片的高速泵轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)進(jìn)行了模態(tài)分析，獲得了轉(zhuǎn)子各階模態(tài)及振型，得出分流葉片的添加可以加大轉(zhuǎn)子部件的固有頻率，發(fā)現(xiàn)分流葉片轉(zhuǎn)子的葉片通過頻率很接近第四階和第五階固有頻率，在工作時(shí)發(fā)生振動(dòng)的可能性比較大。因此，復(fù)合葉輪轉(zhuǎn)子的模型泵設(shè)計(jì)不夠合理，需要對(duì)結(jié)構(gòu)改進(jìn)使轉(zhuǎn)子各階固有頻率偏離轉(zhuǎn)子的軸頻和

7、葉片通過頻率。
　　 (6)搭建了基于虛擬儀器的高速泵振動(dòng)測(cè)試試驗(yàn)臺(tái)，對(duì)有無分流葉片的高速泵泵體振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行了測(cè)量并分析，發(fā)現(xiàn)兩種方案的高速泵振動(dòng)信號(hào)都有一定的周期性，徑向烈度要大于軸向的振動(dòng)烈度。全葉片高速泵看出各個(gè)工況下在軸頻和葉頻處產(chǎn)生了較大的振幅，流量越大，振幅也越大。帶分流葉片的高速泵的葉頻幅值相對(duì)較小，說明分流葉片可以減小由動(dòng)靜干涉等流動(dòng)誘導(dǎo)振動(dòng)。由機(jī)械原因?qū)е碌母咚俦谜駝?dòng)具有更大的幅值，因此對(duì)高速泵加工和安裝的要求