高抗汽蚀冷凝水泵的性能及振动研究

摘要

冷凝水泵的抗汽蚀设计一直是叶片泵领域的焦点及难点。在冷凝水泵的使用过程中，因为汽蚀原因而发生损坏或振动增大的案例屡见不鲜。本文从高抗汽蚀及降低水泵叶频振动的需求出发，采用一维水力设计、三维数值模拟与设计校核、水力与结构优化以及样机制造及测试手段，对冷凝水泵的性能及叶频振动进行了研究。本文的主要工作和研究成果如下：
　　1.综合考虑抗汽蚀要求及振动要求，开展冷凝水泵的水力模型设计，采用数值模拟并进行试验验证。研究发现采用高抗汽蚀叶轮与预旋叶片导流栅结构可以有效提高叶轮的抗汽蚀性能。高抗汽蚀叶轮的轴面流道形状及叶片进口边布置对叶轮的抗汽蚀性能产生重要影响，预旋导叶的布置应与叶轮的进口边在叶片数量、叶片角度、动静间隙等方面匹配。
　　2.为了有效保证采取高抗汽蚀叶轮与预旋叶片导流栅结构的冷凝水泵的抗汽蚀性能，应采取如下结构：
　　（1）首级叶轮（进口朝上）倒灌布置；
　　（2）水泵进口应设置排汽口；
　　（3）机封回水、平衡回水、水润滑轴承回水等回流管路不应接入到首级叶轮进口附近。单级泵各回水管应接到水泵进口、排汽口前部。多级泵各回水管应接到第一级叶轮压水室。
　　3.通过对泵振动的测试分析研究可知：多级冷凝水泵叶轮叶片数错开布置，可以在一定程度上分散叶频振动能量，降低叶频振动幅值，但是多级叶轮在转子上的相位分布要合理，否则会产生额外的叶频激励。
　　4.通过不同叶片数配比的测试分析可知：叶轮与导叶的叶片数配比会对叶频振动产生明显影响。叶片数配比的选择应避开0.5、1、2等倍数关系，选取接近0.75倍或1.5倍的叶片数配比有利于抑制叶频振动。
　　5.通过叶轮与蜗壳间隙的研究可知：叶轮与蜗壳隔舌之间的间隙也对叶频振动产生明显影响。在满足效率及性能曲线形状的基础上，为了降低叶频振动，应取较大的动静间隙。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1 概述

1.2 国内外研究现状及发展趋势

1.3 抗汽蚀设计与结构考虑

1.4 本文研究内容

第二章 冷凝水泵模型设计

2.1 模型的水力设计流程

2.2 水力设计结果参数

2.3 冷凝水泵模型的结构设计

2.4 本章小结

第三章 冷凝水泵内部流场数值模拟及优化

3.1 概述

3.2 几何模型建模

3.3 计算方案

3.4 数值模拟结果与讨论

3.5 汽蚀状态分析

3.6 本章小结

第四章 模型样机的加工制造

4.1 零部件的加工制造

4.2 转子跳动检查及动平衡

4.3 模型泵装配

4.4 本章小结

第五章 模型泵的试验分析

5.1 试验台架

5.2 性能试验

5.3 汽蚀试验

5.4 振动测试及分析

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢