為分析偏離工況下離心泵壓力脈動(dòng)和振動(dòng)情況，本文采用大渦模擬和滑移網(wǎng)格技術(shù)研究一離心泵在偏離工況下葉輪內(nèi)部和葉輪與蝸殼動(dòng)靜干涉位置的壓力脈動(dòng)，并對其進(jìn)行了頻域分析。分析結(jié)果表明：離心泵內(nèi)部流動(dòng)產(chǎn)生的壓力脈動(dòng)主頻多數(shù)情況下是其通過頻率。在不同運(yùn)行工況下，葉輪出口處的壓力脈動(dòng)幅值均最大，大流量偏離工況下離心泵內(nèi)部各部分壓力脈動(dòng)特性與設(shè)計(jì)工況基本相同，真空技術(shù)網(wǎng)(http://bjjyhsfdc.com/)認(rèn)為只是脈動(dòng)幅值略有增大；小流量偏離工況下，離心泵葉輪出口(葉輪和蝸殼動(dòng)靜干涉區(qū)域) 壓力脈動(dòng)幅值有所增大，脈動(dòng)主頻不再是通過頻率，而且其頻譜寬度明顯增大；當(dāng)離心泵運(yùn)行工況小于0.6Q 時(shí)，壓力脈動(dòng)明顯比設(shè)計(jì)工況劇烈。

　　1、前言

　　目前，高速和高載荷泵的市場需求很大，對其性能有了更高的要求。泵的振動(dòng)問題已經(jīng)成為一個(gè)非常重要的設(shè)計(jì)因素，因?yàn)榱己玫恼駝?dòng)特性可以提高運(yùn)行的穩(wěn)定性和防止其高周期性的疲勞破壞。離心泵的振動(dòng)主要分為機(jī)械振動(dòng)和水力振動(dòng)。機(jī)械振動(dòng)是由轉(zhuǎn)子系的不平衡、軸承的磨損以及機(jī)械結(jié)構(gòu)的剛度不足等因素引起； 水力振動(dòng)是由葉輪- 蝸殼的動(dòng)靜干涉作用引起的壓力脈動(dòng)、非設(shè)計(jì)工況下的不穩(wěn)定流動(dòng)及空化等引起，其中壓力脈動(dòng)是主要因素，已成為國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。

　　國內(nèi)外關(guān)于離心泵的壓力脈動(dòng)主要是從數(shù)值計(jì)算方法和試驗(yàn)測試方法兩方面展開研究。在數(shù)值計(jì)算方面，主要是通過頻譜分析方法研究壓力脈動(dòng)與動(dòng)靜部件相互干涉的關(guān)系及分析壓力脈動(dòng)對泵性能的影響。在試驗(yàn)測試方面，主要集中在用壓力脈動(dòng)測量試驗(yàn)論證葉輪和蝸殼間的不穩(wěn)定壓力場，及壓力場與噪聲產(chǎn)生機(jī)理的關(guān)系。由于水力波動(dòng)引起離心泵振動(dòng)主要是葉輪與蝸殼動(dòng)靜干涉處的壓力脈動(dòng)和葉輪內(nèi)部的壓力脈動(dòng)，前者會(huì)加強(qiáng)泵體的振動(dòng)，后者會(huì)引起軸的周期性振動(dòng)。所以要提高流體機(jī)械在運(yùn)行過程中穩(wěn)定性，對上述2 種壓力脈動(dòng)的研究就尤為必要。

　　目前，采用試驗(yàn)手段監(jiān)測泵內(nèi)( 特別是轉(zhuǎn)動(dòng)的葉片上) 壓力脈動(dòng)通常比較困難，且成本過高。故本文采用大渦模擬和滑移網(wǎng)格技術(shù)研究一離心泵在偏離工況下葉輪內(nèi)部和葉輪與蝸殼動(dòng)靜干涉位置的壓力脈動(dòng)特性，并對其進(jìn)行頻域分析，為研究和分析泵在偏離工況下運(yùn)行時(shí)水力波動(dòng)引起泵體的振動(dòng)情況提供依據(jù)。

　　2、離心泵幾何模型

　　本文以一離心泵作為研究對象，泵的主要幾何尺寸及額定工況參數(shù)如下：葉輪直徑D =240mm，葉片數(shù)z = 6，設(shè)計(jì)流量Q = 160m³/h，揚(yáng)程H = 15m，轉(zhuǎn)速n = 1450r/min。全流道計(jì)算域模型如圖1 所示，計(jì)算域由4 個(gè)部分組成，分別是進(jìn)口延伸段、葉輪、蝸殼和出口延伸段。

圖1 全流道計(jì)算域模型

　　為有效分析葉輪與蝸殼動(dòng)靜部件干涉引起的壓力脈動(dòng)和葉輪內(nèi)部的壓力脈動(dòng)，如圖2 所示在葉輪和蝸殼之間軸向設(shè)置4 個(gè)監(jiān)測點(diǎn)，其中R1監(jiān)測點(diǎn)設(shè)置在蝸殼隔舌處。葉輪內(nèi)部監(jiān)測點(diǎn)設(shè)置在葉片表面附近區(qū)域，沿著葉片曲線方向分別設(shè)置4 個(gè)監(jiān)測點(diǎn)。

圖2 壓力監(jiān)測點(diǎn)布置

　　5、結(jié)論

　　(1) 離心泵內(nèi)部流動(dòng)產(chǎn)生的壓力脈動(dòng)的主頻多數(shù)情況下是其通過頻率，即轉(zhuǎn)頻和葉片數(shù)的乘積；

　　(2) 離心泵在不同運(yùn)行工況下，葉輪出口處的壓力脈動(dòng)幅值都是最大，這是由于葉輪出口處是旋轉(zhuǎn)葉輪和靜止蝸殼的干涉作用區(qū)所致；

　　(3) 大流量偏離工況下離心泵內(nèi)部各部分壓力脈動(dòng)特性與設(shè)計(jì)工況基本相同，只是脈動(dòng)幅值略有增大；

　　(4) 小流量偏離工況下，離心泵葉輪入口和蝸殼隔舌處的壓力脈動(dòng)特性與設(shè)計(jì)工況基本相同，但是在葉輪出口(葉輪和蝸殼動(dòng)靜干涉區(qū)域) 壓力脈動(dòng)幅值有所增大，脈動(dòng)主頻發(fā)生變化，不再是通過頻率，而且其頻譜寬度明顯增大；

　　(5) 當(dāng)離心泵運(yùn)行工況小于0.6Q 時(shí)，壓力脈動(dòng)明顯比設(shè)計(jì)工況劇烈。