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2、印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致， 允许论文被查阅和借阅，同时授权中国科学技术信息研究所将本论文编入中国 学位论文全文数据库并向社会提供查询，授权中国学术期刊( 光盘版) 电子杂 志社将本论文编入中国优秀博硕士学位论文全文数据库并向社会提供查询。 论文的公布( 包括刊登) 授权江苏大学研究生处办理。 本学位论文属于不保密口。 学位论文作者签名：獬 力脏年多月多日 指导教师签名 矽t 年( 7 月( p 日 潜水排污泵叶轮与蜗壳间 性影响的研究 隙对振动特 S t u d yI n f l u e n c eo f t h eG a pb e t w e e n
3、I m p e l l e ra n dV o l u t eO H V i b r a t i o nC h a r a c t e r i s t i ci nS u b m e r s i b l eS e w a g eP u m p 2 0 1 1 年6 月 江苏大学硕 士 学位论文 摘要 本文在国家高技术研究发展计划( 8 6 3 计划) “高扬程无过载潜水排污泵”( 项 目编号为2 0 0 7 A A 0 5 2 2 0 7 ) 的资助下开展研究工作。 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
4、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，降低水泵在运行过程中所产生的振动十分必要。 本文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，设计出型号为W Q S l 5 0 4 8 4 5 的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
5、合作用下的振 动分析。本文的主要研究内容和取得的成果如下： ( 1 ) 基于N a v i e r - S t o k e s 方程和标准k - e 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4 5 k W ，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 4 Q 咧附近效率有最大值。 ( 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
6、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 7 5 H z 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 蛇删时蜗壳壁 面所受的平均径向力最小；在相同流量下，基圆直径D 3 = 4 3 5 m m 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 潜水排污泵叶轮与蜗壳间隙对振动特性影响的研究 形量及最大应力值有很大
7、的影响，在任意工况下，基圆直径D 3 - - 4 3 5 m m 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2 0 0 1 l H z 、1 9 8 2 7 H z 、1 8 8 7 9 H z ，均 大于通过计算得到的不同模型流道内压力脉动的主频7 3 5 H z 。因此，本文所涉及 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
8、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4 3 5 m m 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 潜水排污泵，间隙，压力脉动，流固耦合，振动 江苏大 学 硕士 学 位论文 A B S T R A C T T h i sp a p e rw a sap a r to ft h ep r o j e c t s “H i g h h e a dn o n o v e r l o a ds u b m e r s i b l es e w a g e p u m p ”s u p p o r t e db yN a t i o n a lH i g hT e c
9、h n o l o g yR e s e a w ha n dD e v e l o p m e n tP r o g r a m ( N o 2 0 0 7 AA 0 5 2 2 0 7 ) A st h eo r d i n a r yc e n t r i f u g a lp u m p ，t h ep r e s s u r ep u l s a t i o no ft h ec h a n n e ld u et Ot h e r o t o r - s t a t o ri n t e r a c t i o no ft h ei m p e l l e ra n dt h et
10、 o n g u ew h i l et h ei m p e l l e rW a s w h i r l i n g T h er a d i a lf o r c es h o w e dc y c l i cc h a n g e sd u et ot h ea s y m m e t r yo ft h ev o l u t ea n dt h e h e t e r o g e n e i t yo ft h ev e l o c i t yd i s t r i b u t i o na tt h eo u t l e to ft h ei m p e l l e r T h e
11、r a d i a lf o r c e a c t i n go nt h ei m p e l l e ra n dt h ev o l u t el e a dt Ot h ev i b r a t i o nt h a ta f f e c tt h es t a b i l i t yo ft h e p u m p T h e r e f o r e ，i t Sn e c e s s a r y t od e c r e a s et h ev i b r a t i o nd u r i n gt h eo p e r a t i o n T h em e t h o do f
12、 “e l l l a 喀e df l o wd e s i g n ”w a su s e dt Od e s i g nt h es u b m e r s i b l es e w a g e p u m pi I l t h i sp a p e r T h eW Q S l 5 0 4 8 - 4 5h i g h - 1 1 e a dn o n o v e r l o a ds u b m e r s i b l es e w a g e p u m pw a sd e s i g n e da c c o r d i n gt ot h ea c t u a ln e e d
13、s T h es t u d ye m p h a s i z e dt h ev a r i a t i o n c h a r a c t e r i s t i c so ft h ev i b r a t i o nc a u s e db yt h ec h a n g eo ft h eg a p T h ep r e s s u r ep u l s a t i o n i 1 1t h ec h a n n e la n dt h e d i s t r i b u t i o nl a wo ft h er a d i a lf o r c ec a u s e db yt
14、h er o t o r - s t a t o r i n t e r a c t i o nw e r ea n a l y z e db ys t e a d yn u m e r i c a lc a l c u l a t i o n A f t e rt h a tt h es t a t i ca n a l y s i s ， m o d e la n a l y s i sa n dv i b r a t i o na n a l y s i sw i t l lF S Ii nd i f f e r e n tm o d e l sw e r ec o n s i d e
15、r e d T h e m a i nc o n t e n t so ft h i sp a p e rw e r eo u t l i n e da sf o l l o w e d ： 1 T h es t e a d yn u m e r i c a ls i m u l a t i o no ft h em o d e l su n d e rd i f f e r e n tc o n d i t i o n sw e r e i m p l e m e n t e db yF l u e n tb a s e do nt h eN a v i e r - S t o k e se
16、 q u a t i o na n dt h es t a n d a r dk - s t u r b u l e n c em o d e l T h ec o n c l u s i o n so b t a i n e df r o mt h ep e r f o r m a n c eg r a p hw e r et h a t , a l l t h et h r e em o d e l sC a l lg e tt h en o nd r o o p i n g ，s t e e ph e a dc u r v e s ；t h ep o w e rc u r v e sr o s e t a r d i l y , t h ep o w e rd r o p p e da st h eg a pd e c r e a s e da n dt h em a x i m u mp o w e rW a sl e s st h a n 4 5 k W ；T h
