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离心油泵泵内压力脉动

发布时间:2020-5-27
离心油是由旋转部件(叶轮)和静止部件(导叶或蜗壳)组成的。与其他叶轮机械内的流动一样,泵内部的流动也属于非定常流动范畴。

离心油泵导热油泵自吸油泵)是由旋转部件(叶轮)和静止部件(导叶或蜗壳)组成的。与其他叶轮机械内的流动一样,泵内部的流动也属于非定常流动范畴。首先,由于旋转部件的转动,旋转部件和静止部件的几何边界都是非定常的,叶片和液流的相互耦合作用决定了泵无论在何种工况下运行都存在_类非定常流动,即外来扰动下的黏性流的响应;其次,黏性流体在流道固体边界会形成边界层,在离心力、科氏力的作用下,边界层不同程度的分离导致了泵内部的_类非定常流的存在,即由流动本身产生的非定常流。

由于离心油泵泵流道扩散、叶片扭曲、高速旋转、水的黏性大、动 / 静部件干涉等原因,泵内部流动极其复杂,是三维、黏性、非定常的湍流,存在着流动分离、二次流、间隙流、多相流、汽蚀等复杂的流动;也存在复杂的非定常流动现场,如动静部件干涉、进出口回流、黏性尾流、汽蚀以及旋转失速等。

可压缩介质内的非定常流动能引起压力的脉动,以声速传播。油的可压缩性虽然较小,但对于压力脉动的产生已足够了。由于泵内部流动属非定常流动,其速度场是脉动的,因而其压力场也是脉动的,进而作用在叶轮、导叶和蜗壳等部件上的水力作用力也是脉动的。泵内非定常流场压力场的部分能量以流动诱导噪声(压力脉动)发散出去。

不仅离心油泵泵内的非定常流动及现象能产生压力脉动,而且由边界层和流动分离引起的涡也会产生压力脉动。泵的动静部件的干涉(叶轮出口流体对导叶或蜗壳隔舌的周期性冲击)是泵内压力脉动的重要源泉,以叶频和倍叶频的离散频率传播。

与此相反,由于涡流和湍流的随机性,由其产生的压力脉动不是离散的,而是在_范围随机的连续谱,称为宽频压力脉动(白噪声)。在设计工况下,湍流引起的压力脉动比较微弱;在小流量工况下,离心油泵泵内流动分离及其引起的叶轮出口的回流,在主流和回流流体间的剪切层内产生激烈的旋涡,其增强了低于叶频的宽频压力脉动。

小流量工况下,叶轮进口回流诱发叶轮与进口部件(如进口导叶、多级泵的导叶等)间的强烈干涉,在主流和回流流体间的剪切层内产生激烈的旋涡,引起低于旋转频率(轴频)的宽频压力脉动。

汽蚀也能产生压力脉动和噪声,汽蚀过程中,气泡溃灭时会产生压力脉动,其进而激发振动和噪声。单个小气泡的爆裂能产生千赫兹范围内的 高频流动诱导噪声。小流量工况时,叶轮进口非定常的来流会产生低频汽蚀脉动:小流量工况时,叶轮进口前会产生进口回流,强烈的回流会诱发叶轮进口前流体的预旋,压力分布不均与;如果压力降到汽化压力下,在吸水管中形成汽化区;汽蚀区减小了吸水管过水断面面积,加大了其他区域的轴向流速,进而来流液流角增加了,这导致了进口回流的崩溃和汽蚀区的爆裂。这个过程循环进行,产生所谓的低频汽蚀脉动,在吸水管或诱导轮中会产生低于 10Hz 的强烈的压力脉动。

旋转失速可造成叶轮流道的阻塞和水泵扬程的降低,其在叶轮内产生的压力波动是激励转子发生异常振动的激振力。

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