轴流泵多工况压力脉动特性试验

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1、2014年11月农业机械学报第45卷第11期doi:10．6041/j．issn．1000-1298．2014．11．022*轴流泵多工况压力脉动特性试验张德胜王海宇施卫东潘大志邵佩佩(江苏大学流体机械工程技术研究中心，镇江212013)摘要:为了掌握不同流量工况下的轴流泵压力脉动特性，在轴流泵叶轮段和导叶段外壁面布置了6个压力脉动监测点，对多个流量工况的压力脉动进行了动态测量，揭示了轴流泵内部不同位置处压力脉动规律。试验结果表明，叶轮进口监测点P1的波形为规则的正弦波形，叶轮内部中间测点P2的压力脉动峰峰值最大，叶轮进口监测点P

2、1压力脉动次之。叶轮进口、叶轮中间和叶轮出口监测点由于受到叶轮内压力梯度的交替变化影响，时域脉动周期与叶片旋转周期一致，在小流量工况下叶轮内部涡流诱导了明显的二次谐波。基于快速傅里叶变换，获得了不同监测点压力脉动频域分布结果，并发现叶轮区域3个压力脉动测点在不同工况的主频均为叶片通过频率(BPF)，谐频为叶频的倍数，其幅值呈指数形式衰减。但在导叶进口、导叶中间和导叶出口监测点的压力脉动频域中出现了撞击和回流诱导的低频信号，同时也存在叶轮的主频及其谐频。关键词:轴流泵压力脉动多工况叶频谐波试验中图分类号:TH311文献标识码:A文章

3、编号:1000-1298(2014)11-0139-07主要采用数值模拟研究轴流泵压力脉动，但数值模引言［14］拟存在计算误差，尤其在非设计工况，模拟结果轴流泵属于低扬程泵，在农田灌溉、市政给排的准确性也难以得到保证，因此，本文针对某一轴流水、调水工程、核电工程和电厂循环水工程等方面具泵模型在不同工况下进行系列试验和分析，旨在揭有广泛的应用。在大型轴流泵运行过程中，叶片区示真实轴流泵内部压力脉动的分布特性。的水力激振可能会导致振动噪声、机组共振和叶片［1－4］1试验装置与模型泵裂纹，是影响泵稳定运行的关键因素。王福军［5］等运用数

4、值模拟的方法对轴流泵内的压力脉动压力脉动试验在江苏大学流体机械国家认可实进行了分析，解释了轴流泵内部压力脉动分布的规验室Φ250轴流泵模型闭式试验台进行，试验装置［6］［7－8］律。Guo等和Arndt等对导叶式扩压器离心如图1所示，主要由试验泵段、增压泵、流量计、调节泵的压力脉动和振动进行了试验研究，发现压力脉阀、闸阀、稳压罐等组成。试验采用的仪器主要有:动的周向不均匀性，脉动幅值在叶轮出口处最大。泵进出口压力变送器2只，涡轮流量计1只，转矩转［9－11］张德胜等运用数值模拟方法分析了南水北调速传感器1台，泵参数测量仪1台，6只

5、CYG1146T工程某一轴流泵模型内的非定常流动特性和压力脉型压阻式高频压力变送器，其基本参数见表1。数动规律，并对采样频率和采样时间的合理选取给出据采集系统采用美国国家仪器公司NIUSB-6218板［12］了推荐范围。姚志峰等采用试验的方法，发现了卡，模拟通道数量32路，最大采样率250kHz。根双吸泵中低于轴频的低频脉动和轴频脉动在吸水室据试验要求，配置了信号调理模块，将传感器、电源区域占主导地位，偏离额定工况时压水室压力脉动模块、数据采集模块连接一起，并对各通道的电信号［13］峰峰值显著增加。高波等采用高速摄影和振动进行调理

6、，由计算机LabVIEW程序进行各通道数据加速度测量手段，实现了叶轮内部空化流动的可视采集、滤波和信号处理。3化及对应的低频振动信号的提取，发现叶频时的振模型泵参数如下:额定流量Qopt=390m/h，扬动加速度幅值变化规律与空化发展程度相对应，可程H=3.2m，转速n=1450r/min，名义比转数ns=表征泵内空化程度。700，叶片数z=4，导叶叶片数zd=7，叶轮直径D2=由于轴流泵试验系统庞大，试验成本较高，目前200mm，叶顶间隙C=0.5mm。收稿日期:2013-11-18修回日期:2014-01-15*国家自然科学基

7、金资助项目(51109093)、“十二五”国家科技支撑计划资助项目(2011BAF14B01)和江苏省优势学科建设工程资助项目作者简介:张德胜，副研究员，博士，主要从事泵设计理论及流动特性研究，E-mail:zds@ujs．edu．cn140农业机械学报2014年1.0Qopt、1.2Qopt流量点的压力脉动时域图如图3～7所示。其中，压力脉动幅值以压力脉动系数Cp表征，定义为p－pCp=(1)12ρUtip2式中p———瞬时压力，Pap———时均压力，Pa3ρ———水的密度，kg/mUtip———叶顶圆周速度，m/st定义旋转周

8、期数N=，式中t为任一点信号T的采集时间，T为叶轮旋转1周的时间。为了清楚地展示脉动的时域规律，本文时域图中均为4个周期的压力脉动数据。图1试验装置图Fig．1Experimentalsetup(a)试验台结构图(b)压力脉动测试系统1．汽蚀罐2．