离心泵等效载荷识别分析及减振研究

摘要

随着船舶行业的快速发展，低噪声船舶是未来发展趋势，辅机系统中的各类机电设备是船舶主要振源之一，因此，开展机电设备的减振降噪研究至关重要。
　　设备减振降噪的关键技术之一就是准确获得激励源特性。多数设备由于自身结构形式和安装状态限制，往往很难通过实验方法直接测量激励源；而针对机电设备中典型激励力的估算方法又会受到设备机加及装配精度影响，导致激励力估算偏差较大。因此，根据测试响应和系统振动特性，识别系统受到的外部激励的载荷识别技术是间接获得激励源的有效途径。
　　离心泵组的电磁激励源、流体激励源和转子激励源的优化方法是泵组减振降噪中的另一项关键技术，虽然针对电机、离心泵和转子等系统的激励机理及性能优化研究较多，但尚未开展结合泵组传递路径，研究激励源与振动响应之间的量化关系。本文从泵组激励源识别、传递路径优化和激励源优化等方面开展研究，揭示泵组振动的本质，并提出适于工程实现的改进措施，具体工作有以下几个方面：
　　从识别方法、响应测点选取和噪声干扰三方面对载荷识别精度的影响关系进行仿真与实验研究。采用复合条件数的大小判定参与载荷识别的响应测点的优劣，求得最优响应组合与最差响应组合。对最优、最差响应组合，采用奇异值分解法、吉洪诺夫正则化方法、迭代求逆法识别不同噪声干扰情况下板结构的单点激励和两点激励，分析三种识别方法的适用范围。
　　针对泵组内部激励源复杂，直接识别真实载荷困难的情况，结合激励源传递路径特点，提出等效激励的概念，即等效激励使泵组产生的振动响应与真实激励源引起的振动响应一致。建立离心泵组的有限元模型，通过测试模态与仿真模态之间的相关性验证有限元模型的准确性。选取等效激励的作用位置，分频段识别等效激励，以等效激励为输入，优化泵组传递路径并预估优化效果。
　　采用二维有限元法，对离心泵组电机气隙磁密进行多截面等效计算，通过麦克斯韦应力张量法求解出了径向、切向电磁力，结果显示切向电磁力对泵组振动的影响可以忽略，通过对比电机空载机脚响应仿真与实测值，验证了电磁力结果的准确性。针对高频径向电磁力较大的问题，在考虑电机运行性能的前提下，提出修改槽配比和槽形以降低电磁激励力振动的优化方案。
　　运用CFD软件对离心泵进行全流道三维稳态和非稳态数值计算，并结合载荷识别结果，剖析流体噪声源特性及影响因素，指出蜗壳隔舌区域的流场压力脉动是泵组主要的流体激励源，有针对性地提出适宜工程应用的减小压力脉动的改进措施。
　　对离心泵组传递路径优化、电磁激励和流体激励优化的减振效果进行试验验证，取得了满意的减振效果。验证了复杂设备减振工作中等效激励识别方法的正确性，以及电磁激励和流体激励计算的准确性和优化措施的有效性。

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第1章 绪论

1.1引言

1.2载荷识别技术研究现状

1.3离心泵机组振源特性研究现状

1.4 本文主要研究内容

第2章 载荷识别频域方法研究

2.1响应测点的选取方法研究

2.2载荷识别频域方法

2.3载荷识别频域仿真研究

2.4本章小结

第3 章 载荷识别的实验研究和应用

3.1载荷识别频域实验研究

3.2载荷识别在多级离心泵的应用

3.3本章小结

第4章 电磁激励力分析与优化

4.1 二维电磁场计算方法

4.2电机空载磁场计算

4.3 电机额定工况下的磁场计算及优化

4.4 本章小结

第5章 离心泵流体激励力优化分析

5.1离心泵内部流场的数学模型

5.2离心泵三维稳态流场数值计算

5.3离心泵三维非稳态流场数值计算

5.4流场优化

5.5本章小结

第6章 多级离心泵组减振试验验证

6.1过渡支架优化试验验证

6.2电机优化试验验证

6.3泵组整体优化试验验证

6.4本章小结

结论

参考文献

攻读博士学位期间取得的学术科研成果

致谢