离心泵变工况流场及叶轮流体激振力研究

目前采用势流理论计算离心泵叶轮的流体激振问题的结果不佳,对离心泵三维流场进行了定常和非定常计算,分析了不同工况下离心泵蜗壳内的压力分布情况,研究了不同工况下的离心泵叶轮上的稳态和瞬态作用力的变化规律.计算结果表明,稳态作用力在不同工况下的计算值能较好符合实验数据,离心泵偏离设计工况时稳态作用力会显著增加;瞬态作用力与叶轮和隔舌的干涉流动有很大关系,不同工况下瞬态作用力呈周期变化,其变化频率与叶片通过频率基本一致,随流量增大其幅值也显著增大.对稳态和瞬态作用力进行深入研究可以为离心泵叶轮流固耦合振动分析打下基础,有利于离心泵叶轮转子系统的减振降噪.

横向流体激振力作用下的不平衡离心叶轮转子分岔特性研究

将叶轮转子系统简化为Jeffcott转子,建立了不平衡离心叶轮转子在非线性横向流体激振力和非线线轴承油膜力作用下的振动模型,并推导了系统的无量纲运动方程。运用数值积分法研究了系统的分岔特性。最后分析了横向流体激振力以及叶轮不平质量对离心叶轮系统动力学性能的影响。

高速离心泵隔舌对流体激振力的影响研究

为了研究隔舌厚度对高速离心泵压力脉动的影响规律,采用基于RNG k-ε型封闭的Reynold平均方程和滑移网格技术对三维非定常流进行了数值模拟,得到了内部流场特性及泵的压力脉动情况,并对其进行了频域分析。计算结果表明:在设计工况下,叶轮受到的激振力与叶轮和隔舌的压力脉动有关;激振力的频率主要成分是叶片通过隔舌的频率;流体激振力的幅值随着隔舌厚度的增加而增加。

流体激振力对高速泵转子振动特性的影响研究

对高速泵三维流场进行了非定常计算,分析了高速泵内的压力分布情况。研究了高速泵叶轮上的稳态径向力和脉动径向力,分析了流体激振力对高速泵叶轮系统的振动及其轴心轨迹的影响。计算结果表明:泵内部流场的压力分布合理,稳态作用力的计算符合实际数据;瞬态作用力与叶轮和隔舌的干涉流动有很大关系;在脉动激振力作用下,泵转子振动响应谱图中出现了脉动激振力的频率及其谐波频率。

偏心及部分进汽下密封间隙流体激振力数值研究

喷嘴配汽汽轮机在部分进汽时调节级附近会形成极不均匀的流场,不仅影响调节级动叶轮周力的分布,还会对临近密封间隙内的流场及流体对转子的作用力产生扰动。以某国产300MW汽轮机端部汽封间隙为参考,建立密封间隙CFD模型,求解三维、粘性、可压缩N-S方程,研究了不同进汽方式、偏心情况下流场特性及流体对转子作用力。结果表明:部分进汽的位置、转子的偏心距及两者的相对位置对汽流力的大小、方向和变化趋势产生了较大的影响。在某些部分进汽情况下,偏心距增大也会减小汽流力。

横向流体激振力作用下叶轮转子的分岔特性

将离心叶轮转子系统简化为Jeffcott转子,建立了带有支座松动与碰摩耦合故障的不平衡离心叶轮转子在非线性横向流体激振力和非线性轴承油膜力作用下的振动分析模型,并推导了系统的无量纲运动方程。运用数值积分法研究了系统的分岔特性,最后分析了横向流体激振力对含有松动与碰摩的离心叶轮转子系统动力学性能的影响。结果表明:在转速较高时,横向流体激振力对该类转子的分岔特性有较大影响。

间隙环流流体激振力的摄动求解方法

间隙环流流场控制方程是复杂的三维非线性偏微分方程组．本文基于紊流整体流动模型和Ｍｏｏｄｙ壁面摩擦系数方程，对间隙环流流场控制方程组进行了简化，并采用摄动法进行了分析求解．

关于作用在离心压缩机上的流体激振力以及由此产生的转子振动特性综述

引起离心压缩机转子非同步受迫振动的来源有许多,其中较典型的因素包括产生于压缩机气体通道中的气动力学现象。例如叶轮失速、扩压器失速(有叶片和无叶片)以及由于叶轮和扩压器不对中而产生的气流不稳定等。通常这些现象的唯一表现形式就是转子的振动信号。本文对可能引起离心压缩机转子非同步振动的诸多因素进行了回顾,并且针对每个因素的背景信息、流场细节以及其它可能存在的激励源等方面,逐一进行了描述,并在适当的情况下运用CFD技术对流场予以分析。综述中还例举了可以用来验证上述现象的空气压力的监测数据以及可以证明这些现象的存在的转子振动数据。这些数据均来自于对实际设备的的监测,例如频率和振幅等特征参数。

偏心对流体激振力作用下转子振动特性的影响

将叶轮转子系统简化为Jeffcott转子,在流体激振力和非线性油膜力作用下建立了带有碰摩与裂纹耦合的动力学模型,并推导了系统的无量纲运动方程。运用数值积分法分析了系统响应随转子偏心量和转速变化的分岔图、相图、Poincare映射图和时序响应图等,最后讨论了流体激振力和偏心量对叶轮转子分岔特性的影响。

流体机械转子系统非线性振动机理研究

为解决现有转子的线性振动模型难以精确描述转子非线性振动的问题,建立了基于Muszynska非线性密封力模型的转子-密封-轴承系统的非线性运动模型。运用四阶龙格-库塔法求解了转子系统的非线性运动方程,分别分析了在3000,8500,12000,15000 r/min转速下转子的轴心轨迹图;还求解了转速、转子结构和轴承尺寸等参数下的振动分岔图。基于建立的非线性振动模型,搭建了转子-密封-轴承系统试验台,探究了压强对转子轴心轨迹振动的影响,最终从模拟和试验2个方面探究了转子的振动规律,为进一步的优化提供基础。结果表明,在转子转速由3000 r/min增大到12000 r/min的过程中,轴心轨迹图由无量纲半径为0.4的圆形逐渐变为成倍周期图型;当转速超过15000 r/min时,转子的振动变得没有规律,变成混沌图;从转子不同影响参数下的分岔图发现,转子系统的振幅与转速和密封长度成正比,与密封间隙和轴承润滑长度成反比;在设计转子结构时可以通过增加密封间隙或延长轴承润滑长度的方式降低振幅。在转子系统中,影响最大的因素是转子转速,其次是转子结构。

高速离心泵口环密封流体激振力特性研究

在离心泵等旋转机械中口环通常作为一种减小泄露流量的部件,但随着口环间隙的减小和转子转速的增加,其动力学特性对高速离心泵的稳定运行影响不容忽视。基于数值模拟的方法计算研究了高速离心泵在工作状态下口环处产生的流体力,并讨论了减小口环处不稳定流体激振力的方法。通过整体建模高速离心泵流场域,计算了处于具体的进出口边界条件下的口环中转子在不同涡动半径、涡动比和口环密封尺寸下所受流体激振力。结果表明:单蜗壳式高速离心泵口环密封处产生的流体力占据了叶轮总体径向力的大部分,泵转子涡动时口环密封处产生频率等于轴频的交变力频率;口环密封激振力与转子涡动半径和涡动比有密切的关系;口环密封尺寸对口环流体激振力的影响显著,在相同口环间隙与长度比下,口环轴向长度的变化对口环所受流体力的影响比口环间隙大,同时,对口环密封性能影响小。

小尺度下低雷诺数和发生体对流体激振力的影响

研究低雷诺数和发生体特征对流动特性及流体激振力的影响对开发利用微弱风能有重要意义。本文采用有限容积法,数值模拟了小尺度下(持征尺寸D=1 cm)、不同雷诺数(20、40、60、100、200、400、500、1000)、不同发生体形状(圆柱、三角柱、方柱)下的流体流动情况,并对各工况下流动特性、流体激振力进行了分析比较。结果表明:同一发生体下,流体激振力(平均值)ft及其峰值f_(t,max)随着雷诺数Re的增大而增大;同一雷诺数下,(?)(三角柱)>(?)(方柱)>(?)(?)(圆柱),f_(t,max)(三角柱)>f_(t,max)(方柱)>f_(t,max)(圆柱)。当Re=1000时,(?)(三角柱)=0 112 N,(?)(方柱)=0 0914 N,(?)(圆柱)=0.077 N。

瞬态流体激励下离心泵转子振动特性研究

以IS型离心泵三维模型为研究对象,采用计算流体动力学方法(CFD)对离心泵进行非定常流场数值模拟,进而得到作用在叶轮上的瞬态流体激振力。同时建立泵转子系统的二维有限元模型,将流体激振力作为外载荷施加在转子动力学模型上,研究了离心泵在不同工况下不平衡质量与所受流体激振力对叶轮处振动特性及其轴心轨迹的影响。通过对不同位置的轴承处特性进行对比,研究轴承处的振动特征。结果表明:叶轮所受流体激振力具有多种频率成分,且激振力随工况的偏移逐渐增大,泵转子系统在不平衡质量力与瞬态流体激振力作用下,叶轮处的振动幅值最大,其次为轴承处。

气流激振对球轴承涡轮增压器转子动力学特性的影响

车用球轴承涡轮增压器气流激振力包括密封流体激振力和叶顶间隙气流激振力。针对某型号车用球轴承涡轮增压器,分别应用Black模型和Alford模型,计算得到密封流体激振力和叶顶间隙气流激振力。将计算结果代入模型进行仿真计算,得到密封流体激振力和叶顶间隙气流激振力对增压器转子系统临界转速、稳定性、不平衡响应的影响规律。分别与临界转速实验结果、与未添加叶顶间隙气流激振力模型计算结果、未添加密封流体激振力和叶顶间隙气流激振力的计算结果进行对比分析,结果表明:密封流体激振力增加系统阻尼,降低球轴承涡轮增压器转子系统的振幅,提升系统的稳定性;气流激振增加系统交叉刚度,降低系统稳态响应振幅。

ISFD抑制密封-转子系统流体激振的实验研究

为了改善密封-转子系统流体激振问题,提出了一种结构新颖的整体式挤压油膜阻尼器(ISFD)。基于ISFD建立了密封-转子系统的动力学模型,并搭建了该系统的实验台,探究了ISFD对转子动力学特性的影响规律;对比了一定工况条件下,刚性支承和ISFD支承密封-转子系统的振动幅值变化;分别开展了不同转速和不同偏心率条件下,密封-转子系统响应变化的实验研究。研究结果表明:在不同工况条件下,与刚性支承相比,ISFD支承密封-转子系统的振动幅值降低幅度达到40%~70%,并且ISFD使转子的轴心轨迹由复杂的形状变成趋近于椭圆形;ISFD对转子不平衡力和流体激振力引起的振动均有良好的抑制效果,可以有效地抑制转子-密封系统的流体激振。

倾斜转子对密封流体激振特性的影响

建立了具有倾斜转子的普通梳齿密封全三维数值计算模型,利用计算流体力学方法对转子倾斜情况下密封流体激振力进行了数值研究,得出偏转角度、偏心距、入口压力和转速对泄漏量和流体激振力的影响.结果表明:偏转角度和偏心距对泄漏量影响较小;入口压力与泄漏量呈线性关系;偏转角度、偏心距、入口压力和转速对径向力和切向力的影响基本呈线性关系,偏转角度、偏心距、入口压力以及转速对径向力的影响较对切向力的影响大;由于转子倾斜,径向力随转速和偏心距的增大逐渐减小.

关于对流体激振及离心叶轮转子分岔特性的研究

将叶轮转子系统简化为Jeffcott转子系统,并考虑到系统流体激振力,采用短轴承非线性油膜力模型,求出了在非线性油膜力作用下的运动微分方程,采用Runge-Kutte法计算了转子在不同转速下的响应,通过分岔图,轨迹图,相图和Poincare映射图,研究了转子系统的分叉特性.并通过改变系统参数质量偏心,做了系统分岔特性的比较,结果表明流体激振力和质量偏心将影响系统的稳定性能.

流体激振及其对离心叶轮转子的影响

求出了离心泵叶轮所受的流体激振力,并研究了离心泵在考虑流体激振力时的动态特性。建立了在该状态下的运动微分方程。分析了流体激振力对离心泵叶轮系统的振动及其轴心轨迹的影响,为离心泵的监控和设计提供了理论依据。

离心泵隔舌间隙对叶轮流体作用力的影响

本文对直径分别为150 mm和160 mm的两个叶轮内部三维流场进行了定常和非定常计算,研究了不同工况下离心泵叶轮上的稳态力和瞬态力的变化规律、以及隔舌间隙对激振力的影响。计算结果表明,离心泵偏离设计工况时稳态作用力会显著增加;而瞬态作用力与叶轮和隔舌的干涉流动有很大关系,不同工况下瞬态作用力呈周期变化,其变化频率与叶片通过频率基本一致,随流量增大其幅值也明显增大;切割叶轮会造成叶轮稳态力和瞬态力的幅值均变小。

管内气液两相流诱导振动研究进展

本文首先综述了流动工况及结构参数对管道振动特性的影响规律,其次对流体激振力作出了总结,最后在此基础上对未来研究方向进行了展望。结果表明:管道振动与流型密切相关,段塞流与环状流下的振动较为强烈;激振力随体积含气率的增加呈现出先增大后减小的趋势;振动强度随气液混合流速、气/液相表观流速的增大而增强。激振力强度随管径的增大而增大,但其主频随管径的增大而减小。流体激振力的产生原因主要有动量通量的波动、流体对管道的冲击力及流体压力波动;较准确的激振力预测关联式为韦伯数的幂函数。