發(fā)布時(shí)間：2020-06-06 06:45

【摘要】：斜流泵是葉片角度全調(diào)節(jié)的混流泵,其對(duì)運(yùn)行工況的適應(yīng)性和寬廣的高效性,使其得到越來越廣泛的應(yīng)用。進(jìn)入21世紀(jì)以來,在國(guó)內(nèi)大型泵站中,引進(jìn)了抽芯式斜流泵這種具有優(yōu)良水力設(shè)計(jì)的大型混流泵,其最大優(yōu)點(diǎn)是轉(zhuǎn)子為全抽芯,安裝檢修十分方便。進(jìn)水方式采用喇叭口吸水,相應(yīng)的泵房形式為“濕室型”泵房,可以減小工程投資,但與傳統(tǒng)的大型水泵進(jìn)口采用肘形、鐘形或簸箕形進(jìn)水流道相比,泵吸入口直接從進(jìn)水池取水,沒有條件通過進(jìn)水流道作流態(tài)的進(jìn)一步調(diào)整,同時(shí)泵體與水工建筑物之間難以形成固定的結(jié)構(gòu)支撐,因此,泵內(nèi)流動(dòng)穩(wěn)定性很難得到保證,尤其是運(yùn)行中會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)烈的機(jī)組振動(dòng)而導(dǎo)致供水安全隱患。本文針對(duì)實(shí)際工程中出現(xiàn)的機(jī)組異常振動(dòng)現(xiàn)象,采用數(shù)值模擬方法和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試手段,對(duì)水泵機(jī)組振動(dòng)的原因做了較為全面的分析。 在水力學(xué)計(jì)算中,使用幾種常用的k-ε模型對(duì)泵站進(jìn)水流道進(jìn)行數(shù)值仿真,通過與模型試驗(yàn)數(shù)據(jù)的對(duì)比,得出Realizablek-ω模型最適用于泵站進(jìn)水池流態(tài)的模擬；對(duì)不同開機(jī)組合條件下泵站進(jìn)水流態(tài)進(jìn)行的數(shù)值仿真,驗(yàn)證了該泵站現(xiàn)有整流裝置的有效性,討論了不同開機(jī)組合對(duì)進(jìn)水流態(tài)及對(duì)水泵機(jī)組振動(dòng)的影響。 分別使用標(biāo)準(zhǔn)k-ε、RNG k-ε、Realizable k-ε及SST k-ω等4種常用湍流模型對(duì)斜流泵內(nèi)部流場(chǎng)進(jìn)行定常數(shù)值模擬,使用RNG k-ε模型和大渦模擬方法進(jìn)行非定常數(shù)值模擬,并將計(jì)算得到的結(jié)果與水泵實(shí)測(cè)性能曲線進(jìn)行對(duì)比。分析了不同湍流模型及計(jì)算方法對(duì)斜流泵內(nèi)部流場(chǎng)模擬的適用性,結(jié)果表明,使用RNG k-ε模型對(duì)斜流泵內(nèi)部流場(chǎng)進(jìn)行非定常計(jì)算所得到的結(jié)果精度最高。以此為基礎(chǔ),對(duì)斜流泵內(nèi)部流動(dòng)特性進(jìn)行了分析。 分析了不同流量下斜流泵內(nèi)壓力脈動(dòng)的特性。結(jié)果表明,斜流泵內(nèi)最大壓力脈動(dòng)發(fā)生在葉輪出口處,且該處壓力脈動(dòng)幅值沿徑向向外側(cè)逐漸增大,指出對(duì)葉輪出口位置和葉輪輪緣處的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化是減輕斜流泵內(nèi)壓力脈動(dòng)強(qiáng)度的有效方法；偏工況運(yùn)行會(huì)導(dǎo)致斜流泵內(nèi)壓力脈動(dòng)的加劇,且偏離設(shè)計(jì)工況越遠(yuǎn),脈動(dòng)幅值越大,在偏離設(shè)計(jì)工況的條件下,斜流泵特別要避免在小流量區(qū)內(nèi)運(yùn)行；斜流泵內(nèi)壓力脈動(dòng)的主要頻率與其轉(zhuǎn)輪的通過頻率相等,故設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)對(duì)斜流泵的轉(zhuǎn)輪等這些主要部件進(jìn)行模態(tài)分析,以避免出現(xiàn)共振產(chǎn)生的條件。通過對(duì)轉(zhuǎn)輪的模態(tài)進(jìn)行分析,結(jié)果表明水力性能優(yōu)良的斜流泵內(nèi)壓力脈動(dòng)不會(huì)引發(fā)其轉(zhuǎn)輪發(fā)生共振或低倍諧共振。 斜流泵機(jī)組的振動(dòng)測(cè)試。結(jié)果表明,機(jī)組振動(dòng)隨其葉片角度的增大而增強(qiáng),隨開機(jī)臺(tái)數(shù)的增多而降低,機(jī)組對(duì)稱運(yùn)行可減弱其振動(dòng)；機(jī)組開機(jī)時(shí)的沖擊力使水泵主軸出現(xiàn)的偏移,導(dǎo)致了機(jī)組的異常振動(dòng),建議盡量減少機(jī)組的啟停次數(shù),并采用軟啟動(dòng)技術(shù)減小機(jī)組啟動(dòng)時(shí)的沖擊力,進(jìn)而減輕機(jī)組運(yùn)行時(shí)的振動(dòng)。
【學(xué)位授予單位】：武漢大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號(hào)】：TH313

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