悬臂式多级离心泵转子动力学特性研究

【摘要】：悬臂式多级离心泵在国民经济各个领域被广泛的应用,其结构形式引起的陀螺效应对多级泵安全性有极大的影响,鉴于其独特的结构形式,对悬臂式多级离心泵的振动研究十分重要。本文通过对悬臂式多级离心泵的数值模拟,重点研究了不同工况下各级叶轮所受径向力、轴向力分布规律,“干湿态”下临界转速及振型,流体激振力与不平衡质量对临界转速、瞬态响应、谐响应的影响。同时采用振动故障测试仪进行振动频谱及轴心轨迹实验,旨在揭示影响悬臂式多级离心泵转子系统稳定性的主要因素,找出抑制系统失稳的主要方法及措施,提高悬臂式多级泵的稳定性与安全性。本文主要工作和研究成果有:1.对国内外转子动力学及故障诊断技术的研究进展进行了系统总结,并提出了本文的主要研究内容。基于CFX进行定常与非定常数值模拟,得到了该多级泵的外特性特征,并对径向力、轴向力进行分析。通过与外特性试验值进行对比分析,结果表明在设计点工况下的数值模拟准确性较高。2.采用SAMCEF动力学软件对悬臂式转子部件进行一维梁模型、二维傅里叶模型和三位实体模型下的临界转速计算,对比分析临界转速以及振型图差异。结果表明三种模型下的临界转速差异不大,且比传统公式方法计算得到的临界转速值高。考虑密封力激励后的临界转速无明显增大,但振动幅值减小明显,说明口环密封力对提高悬臂式多级泵转子的稳定性有一定作用。3.基于瞬态响应分析,研究“干态”下不平衡质量大小、不同启动时间对悬臂式转子系统的影响。考虑口环密封力、流体激振力、附加水体质量下的“湿态”瞬态响应,得到不同参数下的轴心轨迹曲线以及位移响应曲线。4.基于谐响应分析,分析干态和湿态下转子系统的加速度与频率关系曲线,得到不同模型下的响应图。干态瞬态响应主要分析不平衡质量相位对转子系统临界转速及径向位移的影响,湿态响应主要分析口环间隙力与流体激振力对转子系统的影响。5.采用ADRE 408振动故障测试仪对悬臂式多级泵进行不同运行工况下的振动监测以及轴心轨迹测量。主要分析各级泵体之间的振动频谱特征、不同工况下的轴心轨迹曲线以及有无不锈钢壳体对悬臂式多级泵振动的影响。通过滤波对实测的轴心轨迹曲线进行故障分析,结果表明转子部件存在不平衡质量以及不对中现象;最大径向位移幅值小于叶轮与导叶间的单边间隙,避免了径向摩擦。

【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O347.6;TH311