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离心泵的叶轮参数优化及典型故障诊断研究

发布时间:2020-11-22 14:33
   离心泵作为最常用的的流体输送设备,在工业生产领域扮演着不可或缺的角色。实际应用中,由于其复杂的内部结构,泵内流体始终处于三维、粘性和非定常的流动状态,这种非定常流动引起的压力脉动对离心泵的平稳运行有很大危害,严重时甚至会造成叶片折损等典型故障的出现。针对上述问题,本文以单级单吸离心泵为研究对象,以改善泵内流体的流动状态、提高离心泵工作的稳定性和可靠性为目标,在离心泵的叶轮结构参数优化以及叶片折损故障的诊断方面开展了相关研究,具体的研究内容如下。(1)在叶轮结构的水力设计中,充分考虑到改善泵内流体流动状态这一因素的重要性,以减小能量损失、提高叶轮的抗汽蚀性能以及改善泵内流体的流动状态为目标,建立优化数学模型。将优化数学模型编写成M文件,并根据泵的性能要求确定叶轮结构参数的变化范围,利用Matlab软件中的遗传算法工具箱对数学模型进行多目标优化。分析优化后的方案,离心泵的工作效率、抗汽蚀性能和运行稳定性都有一定程度的提高。(2)根据优化后的叶轮结构参数,通过计算得出与其相匹配的蜗壳部件的结构参数。使用Pro/E软件建立离心泵的三维流体模型,采用ICEM CFD软件对泵的流体模型作非结构化网格划分,最后在Fluent软件中对离心泵分别进行稳态数值模拟和瞬态数值模拟,得到离心泵内部流场的压力分布云图以及压力脉动数据。对比优化前后泵内流场的压力脉动强度,结果显示,经过优化后泵内流体的流动状态得到了改善。(3)建立叶片发生1/2折损故障的离心泵模型,通过数值模拟得到故障工况下流场内的压力脉动数据。采用频谱分析法对正常工况和故障工况的压力脉动进行分析,比较两种工况压力脉动信号的频谱图,完成对离心泵叶片折损故障的判断识别。
【学位单位】:燕山大学
【学位级别】:硕士
【学位年份】:2019
【中图分类】:TH311
【部分图文】:

示意图,离心泵,单吸离心泵,叶轮结构


第 1 章 绪 论研究背景与研究意义心泵是一种常见的旋转机械,多用于流体的输送作业,图 1-1 是单级单构示意图。由于离心泵体积小、重量轻以及运行空间广等特点,在工业水、石油化工、和过程装备等重要领域都有大规模的应用。尤其在工域,随着工业技术水平的不断进步,生产系统也在逐步向连续化、一方向发展[1-3],人们对离心泵的使用也提出了更高的要求。离心泵结构上常常在高温、高速等恶劣环境下工作,很容易产生一些故障问题,现工作异常,将会引发与其配套设备的连锁反应,造成整个生产系统企业和社会造成巨大的损失。因此,为了更好地服务当前生产的需要心泵稳定、可靠的运行,成了当前离心泵研究领域的一项重要课题。

泵腔,汽蚀,汽泡,介质


第 2 章 离心泵叶轮参数多目标优化mvhf (x)=P+P+P1蚀余量数学模型泵运行中叶轮处于高速旋转状态,在叶轮的作用下介质从泵的出泵腔内的压强接近真空状态。由于泵内外存在着一定的压差,促低压侧流动,如果低压区域的压力值接近某极限值(介质在该温为极限值)时,泵腔内发生汽化现象,介质汽化产生的汽泡跟随力较高的地方时,汽泡又迅速凝缩、破灭,为了填充这一空间,碰撞,形成液流对叶轮表面的连续高速冲击,随着时间的推移,为持续的流体冲击而发生剥蚀,这种现象称为汽蚀现象。汽蚀过音、振动以及压力脉动等现象,给离心泵的正常运行带来非常严的吸上装置为例,如图 2-1 中K 点就是最容易发生汽蚀的地方。

曲线,叶片,曲线,工程硕士学位


燕山大学工程硕士学位论文( )( )6.72204134.418.76cos0.14882020134.44020coscos20128.5°-°°°°°=+tyü íìú ùê é+-=°qqr型绘制新建一个草绘文件,以坐标原点为圆心,绘制两个直圆,在基准工具栏下选择通过方程建立曲线,设定坐标叶片型线方程式(3-5),绘制完成后的叶片线型曲线如( ( ))( ) íì==**+=*ù018.761cos0.1488206.72134.4zrthetathetat
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