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s形下卧式轴伸贯流泵装置振动特性试验研究 0 轴伸式贯流泵装置 贯流泵装置的结构类型可分为四种类型：泡沫导向泵装置、垂直泉流泵装置、总流补偿器装置和轴向流泵装置。在大型泵站中，除全通流泵装置未应用外，其他三种泵设备类型均已应用于工程应用。特别是近年来，国内外科学家对气泡叶片流泵装置和垂直井流泵装置进行了大量的cfd值计算和物理模型试验。研究内容主要集中在叶片流泵装置和垂直井流泵装置的内部流态、水力模型的性能，以及对泵装置整体水性能的cfd分析和模型试验方面。这些结果表明，这两种装置的水效率显著提高。然而，对轴向流泵装置的研究相对较少。陈志山、王晓伟等研究了斜轴向流泵装置与斜向流泵装置之间的流态、流量内流的分析，以及泵装置内部的水流动脉和0kg泵装置的水效率。李龙等人研究了叶片型对轴向流泵装置水效率的影响。上述研究是典型的轴向流泵装置，其内容不包括泵设备的结构创新和泵装置的振动性能。到目前为止，轴向流泵装置的水效率还没有达到高中。 能量性能与空化性能是泵装置的2个重要性能参数,振动是泵装置安全稳定运行的一个重要的评价指标。泵装置在运行中产生轻微的振动和噪声,是不可避免的,若机组在运行中产生剧烈的振动,则会降低泵装置效率,引起零部件或整台机组损坏、甚至会引起泵站建筑物的振动,乃至被迫停机。对于模型泵及泵装置的振动测试,国内外已有学者开展了相关地研究工作,如:N.R.Sakthivel、王勇、张德胜及吴登昊等分别针对离心泵、立式轴流泵装置及管道泵开展了振动性能测试的相关研究工作。开展泵装置振动的研究,对分析振动产生的原因,探讨消除或减轻泵装置振动危害的技术措施,对促进泵站技术改造,提高泵装置效率和运行的安全性、经济性等均具有重要的意义。 本文以新型S形下卧式轴伸贯流泵装置为研究对象,采用物理模型试验的方法对该泵装置的能量性能和振动性能进行研究,重点分析了泵装置的振动特性,该研究工作可为轴伸式贯流泵装置的形式选择、设计及工程推广应用提供一定的参考。 1 流道多目标优化平台 采用流道的三维水力设计方法对轴伸式贯流泵装置的进、出水流道结构形状进行初步设计,针对初设的进、出水流道的三维形体几何特征选取若干关键几何参数作为约束变量,将流道其余尺寸关联至关键几何参数,即通过关键几何参数的改变达到流道三维形体的整体改变。通过将三维建模软件Unigraphics NX、网格剖分软件ICEM CFD、CFD软件ANSYS CFX和自编求解目标函数程序集成至i SIGHT软件中,构建流道的多目标多约束自动优化平台。进水流道的目标函数为水力损失、轴向速度分布均匀度及速度加权平均角;出水流道的目标函数为水力损失和动能恢复系数;流道的约束条件为流道三维形体的关键几何尺寸,优化算法选用非支配解排序遗传算法,该方法无需人为设置各目标的权重及比例系数。 基于iSIGHT的流道多目标优化平台,优化后的进、出水流道结合文献的TJ04-ZL-23号水力模型构成新型S形下卧式轴伸贯流泵装置,如图1所示。 泵装置的主要控制尺寸为:泵装置总长L为10.14D;进水流道长度为3.00D,进口宽度为2.60D,进口高度为1.27D;出水流道长度为6.12D,出口宽度为2.58D,出口高度为1.27D,其中D为叶轮直径,m。 通过ANSYS CFX软件对轴伸式贯流泵装置进行全流道的三维数值计算,获取其内部的速度及压力场,预测泵装置的能量性能,以泵装置效率目标为准则进行评判是否需进行模型试验,最终经模型试验验证该贯流泵装置水力性能的高效性。新型S形下卧式轴伸贯流泵装置的物理模型如图2所示。 2 振动测试目的和方法 S形下卧式轴伸贯流泵模型装置的叶轮直径为300 mm,试验转速为1 350 r/min,叶顶间隙平均值为0.15 mm。泵装置物理模型试验按照《水泵模型及装置模型验收试验规程》(SL140-2006)中6.1节的能量试验要求进行测试,能量试验前,确保在无空化条件下泵装置在额定工况点运转30 min以上,排除系统中的游离气体、气泡和存气,根据不同叶片安放角时泵装置运行工况特点,采集16～18个不同的泵装置流量点。 对于复杂的结构,由抽象化的力学模型分析得到的结果,往往不能完全反映实际情况,在研究分析动力机械系统振动规律时,必须对系统直接进行测试,通过试验结果验证现有理论分析的可靠程度,同时在测试的过程中,得到新的动力学参数,以建立更加符合实际的简化模型,所以振动测试在工程领域中具有重要的意义。振动测量和信号分析是实验科学的一个重要组成部分,利用现代测试方法对工程复杂结构进行振动测量,对测量的信号进行分析,研究结构的动态特性,为工程设计和科学研究提供可靠的依据。 振动参数的测量主要有3种方法:机械测试法,电测法和光测法。目前,振动测试手段主要依靠电测法,其得益于电子技术的飞速