立式多级离心泵机组振源特性分析及振动控制研究

摘要

设备的低噪声设计是解决设备振动问题的最根本方法，振源特性分析和振动响应预估是低噪声设计的关键技术。旋转机械是最常用的机电设备之一，发展其低噪声设计水平具有重要价值。
　　论文针对本学院教学实验室振动过大的多级离心泵机组，在载荷识别基础上进行了振源特性深入分析，提出了振动控制措施。主要研究内容如下:
　　1、对机组转子系统、定子系统和支撑系统进行了模态分析，初步分析了振动响应产生的原因，发现各个子系统在不同频段都存在局部模态共振。
　　2、建立了机组有限元模型，利用实验模型验证了其准确性;计算了条件数并选择了参与识别的振动响应测点，将各种振源等效为轴承点集中载荷，应用频响函数求逆法进行了机组载荷识别。根据载荷识别结果，再次分析了振动响应产生的原因，发现中频段的振动响应产生原因是振源幅值较大。
　　3、进行了泵整机流场在设计工况下的三维稳态数值计算，得到了每一级流场中间截面的静压、动压、速度和迹线的分布规律，揭示了泵内的流动特征;在此基础上进行了三维非稳态数值计算，得到了叶轮流道和蜗舌区的压力脉动特性，揭示了泵内的非稳态特征;计算了驱动电机电磁激振力的频率及幅值。振源特性分析结果表明:流体激励为低、中频段连续谱，电磁激励为中频段单线谱。
　　4、在上述分析的基础上，详细分析了振动响应产生的原因，提出了振动控制方案;依次进行了结构优化和振源优化并进行了实验验证，改进后的机组振动加速度取得了降低到原机组35％的效果。
　　论文综合运用模态分析、载荷识别、振源特性分析和振动控制，初步归纳出振动过大的机电设备进行改进设计的流程，为机电设备的低噪声设计提供了有益的参考。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 频域载荷识别国内外研究概况

1．3 泵机组振源特性研究概况

1．3．1 流体激励-非稳态压力脉动研究概况

1．3．2 电磁激励-径向不平衡磁拉力研究概况

1．4 本文的主要研究内容

第2章 泵机组模态分析

2．1 振动响应测试

2．2 转子系统模态分析

2．2．1 泵转子系统模态分析

2．2．2 电机转子系统模态分析

2．3 定子系统模态分析

2．3．1 泵定子系统模态分析

2．3．2 电机定子系统模态分析

2．4 支撑系统模态分析

2．4．1 托架轴承体模态分析

2．4．2 弹性支架模态分析

2．5 本章小结

第3章 泵机组振源识别

3．1 泵机组有限元模型建立及验证

3．1．1 有限元建模

3．1．2 实验模型验证有限元模型

3．2 利用条件数选择参与识别的响应测点

3．3 泵机组频域载荷识别

3．4 本章小结

第4章 泵整机稳态与非稳态流场数值计算

4．1 泵整机流场计算模型

4．2 泵整机三维稳态流场数值计算

4．2．1 计算方法及边界条件

4．2．2 计算结果及分析

4．3 泵整机三维非稳态流场数值计算

4．3．1 计算方法及边界条件

4．3．2 计算结果及分析

4．4 本章小结

第5章 电机电磁径向激振力波分析与计算

5．1 基本理论

5．2 电机电磁激振力波频率

5．3 电机电磁激振力波幅值

5．4 本章小结

第6章 泵机组振动控制

6．1 泵机组振动响应产生原因详细分析及控制方案

6．2 泵机组结构优化

6．3 泵机组振源优化

6．3．1 电磁激励优化

6．3．2 流体激励优化

6．4 本章小结

结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢