包含转动系统的水泵传递特性研究

《包含转动系统的水泵传递特性研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、包含转动系统的水泵传递特性研究摘要：水力机械的传递特性能够表达自身的水力性能以及与之相关的机械性能。所叙述的水泵传递特性理论与实验研究，传递系统除水压和流量特性之外，还包含了水泵转轴的转动力矩和转动速度特性，从而较为完整地表现包含水力与动力两方面的水泵总体特性。分析计算和实验研究的结果表明，数据处理、传递系数辩识方式以及实验方法是可行的；泵轴的转动特性影响传递矩阵的系数数值，但波动参数之间的基本特性关系保持不变；较为完整的矩阵表达传达了水泵水力和转动特性及其相互关系的一些新信息。研究的基本结论为全面、深入了解水泵的系统特性提供了重要的依据。关键词：水泵转动特性传递

2、矩阵得益于航空航天工程中伴生脉动推进(POGO)现象的研究成果，水力机械稳定特性的分析技术被日益重视并迅速发展起来。相关的研究需要流体力学、材料力学、数学、计算机数据处理等基础理论的支持，具体工作涉及数学建模、实验技术、性能模拟、稳定性分析[1～4]，研究成果可用于水力机械的稳定性分析、特性参数关联影响评价、基础波动理论探讨等方面，有较高的研究和应用价值。由于实验条件和分析手段的限制，以往的研究基本局限于系统的水力波动特性。如果用传递矩阵表达水力机械传递特性，这个矩阵仅涉及动水压力和流量。自然，这样的矩阵可以扩展包含其他动态特性参数[5]，例如，力矩、转速、导水叶

3、开度和水流空化系数等，但随之而来的实验和分析工作的难度与数量会陡然增大许多。尽管如此，更完整的传递特性研究对于人们了解水力机械的全面性能，特别是某些参数的特有性能，有着重要的研究价值与意义。2主要数据的处理2.1原始试验数据的处理方法计算机数据采集设备取得的试验数据记录是原始时域数据。如果采样频率12Hz，激励周长取为120s且其上定义120个分析窗口，那么每一个分析窗口延续1.0s且占有512个采样数据。用加汉宁权的傅立叶变换处理每一分析窗口，则水压力数据记录的频域上离散型傅立叶变换系数为(2)式中：px(n)为水压力傅立叶变换系数，n为谱系数序列，alstyl

4、e="LINE-HEIGHT:17.25pt;TEXT-ALIGN:left"align=left>如前所述，水力系统的流量波动参数是间接计算得到的，也就是流量复系数qs(n)是通过一组水压力波动传递函数整理计算出来的。数据处理过程中为降低计算误差还使用一测点作信号参照通道，一般取在激励点相反端的试验机械一侧。对于泵轴力矩波动数据记录的处理方式，是与水压力参数的处理类似的，而泵轴的转动速度傅立叶变换系数则又是由泵轴力矩波动特性间接得到，具体方法取决于泵轴上转动速度与力矩波动之间的传递关系。2.2泵轴转动速度计算传递矩阵方程中泵轴转动速度的傅立叶变换系数是通过力矩波

5、动参数间接得到的。整理泵轴系统的结构关系可得二者传递关系。泵轴驱动系统结构如图3所示。Kφ是弹性联轴节上作用力矩与变形角度之比，由联轴节生产厂商提供或在现场试验标定。T是力矩仪计量一侧的受侧力矩，J为力矩仪至弹性联轴节一段的转动惯量。当以Ω表示转动角速度，φ表示变形角，t表示时间，角标0、1分别表示电动机、水泵一侧参数时，这个轴联接系统的平衡方程为图3装有弹性联轴节的泵轴结构(3)对方程两边再作微分处理，因为，则(4)考虑到装置系统中调速器的作用，电动机一侧的Ω0可近似视为常数，而一常数的傅立叶变换在不含零点的频域上等于零，因此，对式(4)作傅立叶变换，即可得到转

6、动速度与力矩的波动传递函数(5)式中：ω为角频率。显然，一旦取得有关力矩的计算结果，且已知轴系的转动惯量J和力矩变形系数Kφ，则转动速度的傅立叶系数可由式(5)计算得到。3用传递矩阵表达的传递特性3.1传递矩阵在对实验数据的处理基础上，实验系统的传递特性分析与计算最终以矩阵形式表达。3.1.1矩阵结构在线性传播和不受外力作用的假定条件下，单纯水力系统波动向量仅有水压力和流量两种参数，即(p,q)。现保持假定条件不变，将实验系统的泵轴力矩和转动波动参量植入水力波动向量之中。如此，矩阵就有了3×3个元素，也即两向量间传递关系有下列矩阵方程表示(6)式中：9个mi,j依

7、次为矩阵系数，p、q、T、Ω分别为水压力、流量、泵轴力矩和角速度波动参量，向量中p、q的角标“4、3”表示其信号取自靠近实验机械的两侧信号通道(参见图1)。当有三组互为独立的实验波动数据时，这个包含9个未知量的矩阵方程可用线性方程解法解算。3.1.2系数定义式(6)中p、q、T、Ω以及mi,j均为频率的复函数系数。按照物理意义，各矩阵系数命名如下：m11、m22为水压力、流量传递系数；m12为水力阻抗系数；m21为水力导纳系数；m13与m23为机械转动阻抗系数；m31与m32为机械转动导纳系数；m33为转动惯性传递系数。其中，m11、m12、m21、m22即原来基

8、本矩阵中的