離心泵內(nèi)流動誘導(dǎo)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(biāo)。如何進行低振動低噪聲離心泵的設(shè)計已成為當(dāng)前水泵領(lǐng)域面臨的一個重要難題。離心泵內(nèi)的流體誘導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)產(chǎn)生復(fù)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(dǎo)振動。

　　另外,葉輪葉片數(shù)和導(dǎo)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(dǎo)振動具有比較大的影響。

　　(2)旋轉(zhuǎn)失速誘導(dǎo)振動

　　當(dāng)流量減小到某個限度時,離心粟葉輪(導(dǎo)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(dǎo)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(jié)構(gòu),導(dǎo)致水泵揚程急劇降低并誘發(fā)強烈振動。

　　(3)空化誘導(dǎo)振動

　　空化是液體特有的一種復(fù)雜的流體動力學(xué)現(xiàn)象,當(dāng)液流局部壓力低于相應(yīng)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(dāng)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(shè)計以及具體的運行工況相關(guān),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(dǎo)產(chǎn)生振動勢必是這些激勵共同作用的結(jié)果。