離心泵內(nèi)流動誘導振動原因及類型

　　振動噪聲己成為衡量離心泵性能的一個重要指標。如何進行低振動低噪聲離心泵的設計已成為當前水泵領域面臨的一個重要難題。離心泵內(nèi)的流體誘導振動是一種強迫振動,也稱為水力激勵振動,是由流場中的非定常流體力引起的。這些非定常流體力主要是由于動靜干涉、旋轉(zhuǎn)失速和空化等不穩(wěn)定流動現(xiàn)象產(chǎn)生。

　　(1)動靜干涉誘導振動

　　動靜干涉作用主要是指旋轉(zhuǎn)過流部件與靜止過流部件間的周期性相互作用。對于單級離心泵就是指葉輪與蝸殼間的相互影響,對于多級離心栗就是指葉輪與導葉間的相互作用。

　　由于葉輪出口處流體流速的大小和方向沿圓周方向是不斷變化的,這就使得葉輪出口尾流對靜止部件內(nèi)的流動產(chǎn)生了非定常影響,從而在靜子部件內(nèi)誘導產(chǎn)生復雜的壓力場；同時,蝸殼隔舌或?qū)~等靜止部件的存在也周期性地改變了葉輪的流動邊界條件,對葉輪內(nèi)部流動形成了干擾,使得葉輪內(nèi)的壓力場也極其不穩(wěn)定;這種動靜干涉作用最終會引起泵內(nèi)的壓力脈動,產(chǎn)生水力激勵誘導振動。

　　另外,葉輪葉片數(shù)和導葉葉片數(shù)或隔舌數(shù)的組合是否合適對于動靜干涉引起的誘導振動具有比較大的影響。

　　(2)旋轉(zhuǎn)失速誘導振動

　　當流量減小到某個限度時,離心粟葉輪(導葉或幅殼)流道內(nèi)會形成一個或幾個失速團,這些失速團以同樣的方向,但以較低角速度繞軸旋轉(zhuǎn),這種現(xiàn)象稱為旋轉(zhuǎn)失速。泵內(nèi)旋轉(zhuǎn)失速的發(fā)生頻率是低于葉輪旋轉(zhuǎn)頻率的離散頻率,葉輪內(nèi)失速產(chǎn)生的頻率為50%~90%的旋轉(zhuǎn)頻率(軸頻),壓出室中的旋轉(zhuǎn)失速的頻率為10%~25%的旋轉(zhuǎn)頻率。葉輪或壓出室(導葉或鍋殼)內(nèi)發(fā)生的旋轉(zhuǎn)失速會阻塞葉輪或壓水室的流道,極易使泵內(nèi)出現(xiàn)回流、脫流和二次流等不穩(wěn)定流動結構,導致水泵揚程急劇降低并誘發(fā)強烈振動。

　　(3)空化誘導振動

　　空化是液體特有的一種復雜的流體動力學現(xiàn)象,當液流局部壓力低于相應溫度下該液體的飽和蒸汽壓力時,液體內(nèi)部便開始汽化形成氣泡并快速生長，當這些氣泡隨主流運動到高壓區(qū)時,將發(fā)生收縮和潰滅。離心泵在運轉(zhuǎn)過程中,葉輪進口葉片吸力面與前蓋板交接處也極易發(fā)生空化,在進口區(qū)域附近形成氣泡。這些氣泡隨運動葉輪出口附近時,周圍的高壓液體使氣泡急劇變小以至破裂,同時周圍液體將迅速填充空穴,從而發(fā)生互相撞擊而形成局部高壓射流,引起周圍流體的強烈壓力脈動,形成水力激勵。

　　軸向振動加速度脈動具有一定的弱周期性規(guī)律,徑向振動加速度脈動沒有任何周期性，蝸殼隔舌處的振動加速度在整個頻率范圍內(nèi)都比較大，并且蝸殼隔舌處的振動加速度脈動幅值最大。

　　引起離心泵內(nèi)非定常流體力的這些不穩(wěn)定流動現(xiàn)象與離心泵的具體設計以及具體的運行工況相關,這些水力激勵是在很多情況下是同時存在的,因此離心泵內(nèi)流體流動誘導產(chǎn)生振動勢必是這些激勵共同作用的結果。