离心泵关死点内流诱导振动测试

（）文章编号：２２０１０４０７８４２０１５０１７６１０－－－中国农村水利水电·２１５年第１期０

离心泵关死点内流诱导振动测试谈明高２，刘厚林２，王　健２吴贤芳１，

）（江苏镇江２江苏镇江２１１２０１３；２．江苏大学流体机械工程技术研究中心，２０１３１．江苏大学能源与动力工程学院，

采用加速度传感器对一比转数为６并对试验结果进行５的离心泵关死工况下的流动诱导振动进行了测试，　　摘　要：

了详细分析。试验结果表明：径向振动加速度脉动没有任何周期性；①轴向振动加速度脉动呈现一定的弱周期性规律，大约是叶片通过频率４００Ｈｚ附近，　②蜗壳隔舌处的振动加速度脉动幅值最大；③各测点的最大振动加速度均出现在１的１而７断面处的径向振动程度是最弱的。０倍；④蜗壳５断面处的轴向振动程度是最为剧烈的，离心泵；关死点；诱导振动　　关键词：

ＴＨ３１１　　　文献标识码：Ａ　　中图分类号：

ＡＴｅｏｆｓｔｏｆＦｌｏｗＩｎｄｕｃｅｄＶｉｂｒａｔｉｏｎｉｎａＣｅｎｔｒｉｆｕａｌＰｕｍｕｎｄｅｒＳｈｕｔｆＣｏｎｄｉｔｉｏｎｓ　－　　　　　　　　　　ｇｐ　

１２２２

，，ＷＡａｏＴＡＬＩＷＵＸｆａｌｉｉａｎｎＮ　ＭｉｎＵＨｏｕｎＮＧＪｉａｎ　－－－　　ｇｇ，ｇ

；，，（２１２０１３，Ｃｈｉｎａ２．ＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒＺｈｅｎｉａｎＪｉａｎｓｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔａｎｄＰｏｗｅｒＥｎｉｎｅｅｒｉｎＳｃｈｏｏｌｏｆＥｎｅｒ１．　　　　　　ｊｇｇｙｇｇｇｙ　　，），，２１２０１３，ＪｉａｎｓｕＰｒｏｖｉｎｃｅＣｈｉｎａＺｈｅｎｉａｎａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏＪｉａｎｓｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔＥｎｉｎｅｅｒｉｎｏｆＦｌｕｉｄＭａｃｈｉｎｅｒ　　　　　ｊｇｇｇｙｇｙｙｇｇ　　　

：），ａｔＳＯＣ（ＳｈｕｔＡｂｓｔｒａｃｔＴｈｅｆｌｏｗｉｎｄｕｃｅｄｖｉｂｒａｔｉｏｎｉｎａｃｅｎｔｒｉｆｕａｌｕｍ　　　　　　　　ｆ　Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｗｈｏｓｅ　ｓｅｃｉｆｉｃ　ｓｅｅｄ　ｉｓ　６５，ｉｓ　ｔｅｓｔｅｄ　ｂｕ－ｏｆ－ｇｐｐ　ｐｐｙ　，ｉｎａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ　ｓｅｎｓｏｒｓａｎｄ　ｔｈｅ　ｔｅｓｔ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ａｒｅ　ａｎａｌｚｅｄ　ｃａｒｅｆｕｌｌ．Ｔｈｅ　ｍａｉｎ　ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｓ　ａｒｅ　ａｓ　ｆｏｌｌｏｗｓ．①Ｔｈｅ　ａｘｉａｌ　ｖｉｂｒａｔｉｏｎｓｇ　ｙｙ

，ｒｅｓｅｎｔｓ　ｗｅａｋ　ｅｒｉｏｄｉｃｉｔｗｈｉｌｅ　ｔｈｅ　ｒａｄｉａｌ　ｖｉｂｒａｔｉｏｎ　ｈａｓ　ｎｏ　ｅｒｉｏｄｉｃｉｔ．②Ｔｈｅ　ｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎ　ａｍｌｉｔｕｄｅ　ａｔ　ｖｏｌｕｔｅ　ｔｏｎｕｅ　ｉｓ　ｔｈｅ　ｂｉｅｓｔ．ｐｐｙｐｙｐｇｇｇ，③Ｔｈｅ　ｂｉｅｓｔ　ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｅａｃｈ　ｔｅｓｔ　ｏｉｎｔ　ｉｓ　ａｔ　１　４００Ｈｚｗｈｉｃｈ　ｉｓ　ａｂｏｕｔ　１０ｔｉｍｅｓ　ｂｌａｄｅ　ａｓｓｉｎｆｒｅｕｅｎｃ．④Ｔｈｅ　ａｘｉａｌ　ｖｉｂｒａｔｉｏｎｇｇｐｐｇ　ｑｙ，ｗａｔ　Ｓｅｃｔｉｏｎ　５ｏｆ　ｖｏｌｕｔｅ　ｉｓ　ｔｈｅ　ｍｏｓｔ　ｖｉｏｌｅｎｔｈｉｌｅ　ｔｈｅ　ｒａｄｉａｌ　ｖｉｂｒａｔｉｏｎ　ａｔ　Ｓｅｃｔｉｏｎ　７ｉｓ　ｗｅａｋｅｓｔ．，，：Ｋｏｒｄｓｅｗｃｅｎｔｒｉｆｕａｌ　ｕｍｓｓｈｕｔｆ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｄｕｃｅｄ　ｖｉｂｒａｔｉｏｎ－ｏｆｉｎｙｇｐｐ　

失速、动静干涉、回流、脱流和二次流等，这些不稳定流动现象与泵的具体设计以及具体的运行工况相关。很多情况下这些水力激励是同时存在的，因此泵内流体流动诱导产生振动势必

［３］

是这些激励共同作用的结果。Ｄｎｏｇ等的研究表明叶片与蜗

０　引　言

也称为水力激离心泵内的流体诱导振动是一种强迫振动，

励振动，是由流场中的非定常流体力引起的。一直以来人们普

１］

。随着遍认为空化是离心泵流动诱导振动产生的主要原因［

壳的动静干涉和叶轮各流道流量的不均匀对泵内局部压力脉动和远场噪声有很大影响；同时叶轮蜗壳间的间隙变化能够明显改变泵内流动结构，间隙增大有利于降低压力脉动，间隙减

［４］

小会导致振动加剧。Ｓｉｖａｓｔａｖ等试验测试了不同工况下三ｒ

大功率离心泵的发展，其内部由非空化引起的流动诱导振动才引起人们的关注。也就是说，即使泵内部不存在空化及其相关问题，其内部不稳定流动也会引起较大的振动，甚至会导致结

２］

。引起离心泵内诱导振动噪声不稳定流动包括旋转构破坏［

种不同叶轮与蜗壳隔舌间隙下的流体振动与噪声，结果表明振

［５］

动噪声随间隙的增大而降低，但泵的效率变化不大。Ｊｏｓé等

收稿日期：０４２２１４２０－－）；基金项目：国家自然科学基金资助项目（国家科技支撑５１１０９０９５

；资助项目（江苏省“六大人才高峰”计２１３ＢＡＦ０１Ｂ０２）０）资助项目；划（江苏大学高级人才科研启动基ＺＺＺＢ－０４０）。金资助项目（ＪＤＧ０７９１３

，女，讲师，作者简介：博士，吴贤芳（从事流体机械研究。Ｅ８０－）１９

：。－ｍａｉｌｗｘｆｔｍ＠ｕｓ．ｅｄｕ．ｃｎｇｊ

的研究同样表明叶轮与蜗壳间的动静干涉对离心泵内的径向力、叶片载荷、二次流结构和叶轮扭矩等都有较大的影响。Ｌａｎｔｈｅｍ等ｇｊ

［６，７］

应用ＣＦＤ数值模拟得到了离心泵内的速度

）场，通过非定常伯努利（方程计算得到叶片表面压力，Ｂｅｒｎｏｕｌｌｉ采用Ｆ计算结果表明离心泵ｏｕｒｉｅｒ变换求解频域的波动方程，叶轮叶片表面所受的非定常力是流动诱导振动噪声的主要成

离心泵关死点内流诱导振动测试　　吴贤芳　谈明高　刘厚林　等泵内的流动诱导振动最大。何希杰因，当叶片经过隔舌时，

８］

等［试验分析了离心泵水力设计对振动的影响，指出离心泵隔

７７１

死点试验扬程为Ｈｓ结构参数：叶片数ｚ＝６、叶片２．７９ｍ；１ｏｃ＝进口直径Ｄ１＝７叶轮外径Ｄ２＝１叶片出口宽度５ｍｍ、９８ｍｍ、

舌安放角、叶轮与蜗壳间的间隙以及叶片形状等的设计好坏直

９］接影响到泵运行稳定性。吴仁荣等［通过对离心泵振动噪声、叶片出口角β蜗壳基圆直径Ｄ３＝２蜗ｂ２°２０ｍｍ、９ｍｍ、４２＝２＝

壳进口宽度ｂ３３ｍｍ。３＝

情况的研究，给出了若干降低离心泵振动噪声的水力设计和结

１０］

构设计的原则。黄国富等［指出采用双流道蜗壳、增加泵叶

２．２　试验方案

为了较为全面地得到关死工况下泵体表面的振动数据，在泵体表面布置了７个测点并安装了加速度传感器，７个测点的位置分布如图２所示。测点１、测２、３和４测得的是轴向振动，点５、其中测点４位于蜗壳隔舌处。６和７测得的是径向振动，

轮与蜗舌的间隙、适当增加叶片数以及叶片侧斜等方案有利于降低船用离心泵内的压力脉动，从而降低流体诱导振动。对于离心泵流体流动诱导振动的研究而言，虽然取得了一定的进展，但未形成系统的低振动低噪声离心泵设计方法。

振动噪声已成为衡量离心泵性能的一个重要指标。如何进行低振动低噪声离心泵的设计已成为当前水泵领域面临的

１］１

。为了能够初步掌握离心泵关死工况下流动一个重要难题［

诱导振动的规律，本文在开式试验台上对一离心泵关死点工况下的流动诱导振动进行了测试，并对试验数据进行了详细分析，以期能够为低振动低噪声离心泵的设计提供一定的理论参考。

１　试验离心泵流动诱导振动测量

１．１　试验台

离心泵振动测试试验台如图１所示。试验台包含的主要设备有振动测试系统、变频控制柜、三相异步电动机、电磁流量计、压力变送器以及泵产品参数测量仪等。试验泵安装在固定的钢铁底座上，底座通过地脚螺栓固定在水平地面上。这样的刚性连接可以保证振动测量的精度。

图２　测点位置示意图

２．３　信号采样频率

要使得连续信号采样后得到的离散信号能够保证原信号的主要特征，既不失真，也没有干扰，就要选择合适的采样频率。采样频率设置过低，离散的时域信号可能不能够反应原来连续信号的波形特征，一直发生频率混淆现象。采样频率设置过高，这就意味着对一定时间长的波形采集过多的离散数据，需要占用很大的存储空间，同时运算时间也很长，且对信号作快速傅立叶变换时会导致频率分辨率下降。综合考虑，本文振。动试验中采样频率ｆ２．４ｋＨｚ０ｓ取为１

３　试验结果与分析

３．１　振动加速度时域曲线

图３给出了试验泵７个测点关死工况下一个周期内振动加速度随时间变化的脉动曲线。

从图３可以看出，由于关死工况下泵内流动结构复杂且不

图１　离心泵振动试验台

稳定，各测点振动加速度的脉动规律都比较复杂；测点１、２、３和４的振动加速度脉动曲线有一定的周期性，各曲线都存在６个大小不同峰值脉动区域，特别是测点４，这一现象最为明显；与前面４个测点相比，测点５、６和７的振动加速度脉动曲线峰值区域明显减少，曲线相对较为平坦；振动加速度的最大脉动

２

／各测点平均振动加速度从幅值出现在测点４，已超过６０ｍｓ；

１．２　振动测试设备

试验采用的振动测试设备由北京东方振动和噪声技术研究所生产，主要包括ＩＮＶ３０２０Ｃ数据采集系统、ＤＡＳＰ－Ｖ１０软件以及７个ＩＣＰ型加速度传感器等。试验中所采用的７个加

－２

／（／速度传感器灵敏度介于９．至１０．９３４ｍＶｍ·ｓ）５４２ｍＶ－２

（之间，频率测量范围均为０．ｍ·ｓ）５～８　０００Ｈｚ之间。

大到小依次为４、且最大值和最小值分别为２、３、１、７、６和５，／因此可以说轴向振动加速度要大于径向振９．０５和３．０８ｍｓ，

２

２　试验模型与试验方案

２．１　试验模型

３

设计点流量Ｑ试验模型泵的设计参数：设计５ｍ／ｈ、ｄ＝２

动加速度。

３．２　振动加速度频域曲线

图４给出了试验泵７个测点关死工况下振动加速度频域曲线。

／、设计转速ｎ比转数ｎ关扬程Ｈｄ＝１１ｍ、５０ｒｍｉｎ５、１　４６ｄ＝ｓ＝

７８１离心泵关死点内流诱导振动测试　　吴贤芳　谈明高　刘厚林　等

图４　各测点振动加速度的频域曲线

图３　各测点振动加速度时域曲线

测点２的振动速度有效值最大，即该点　　从表１可以看出，

这同振动烈度最大，其后从大到小依次为测点１、３、４、６、７和５，时说明试验泵轴向的振动烈度要大于径向的振动烈度。

各测点的最大振动加速度值均出现在从图４可以看出，

约为叶片通过频率的１这一结果应该与关１４０Ｈｚ左右，０倍，０　

死工况下泵内各种不稳定流动的传播频率有密切关系，同时这也再次说明关死点工况下泵体的流动诱导振动是由泵内各种不稳定流动综合作用的结果，动静干涉虽然有影响但并不起主导作用；各测点在１４００Ｈｚ附近处的最大峰值从大到小依次　为１、且最大值和最小值分别为７．７、３、２、６、４和５，２０和３．０８

２

；／说明测点４在整个频域段内都有比较大的振动加速度，ｍｓ

４　结　语

采用加速度传感器对离心泵关死点工况下的内部流动诱导振动噪声进行了试验测试，试验结果表明：

（）轴向振动加速度脉动有一定的周期性规律，径向振动１

加速度脉动没有任何周期性；蜗壳隔舌处的振动加速度脉动幅值最大。

（）测试结果的频域分析表明，２７个测点的最大振动加速度均出现在１大约是叶片通过频率的１　４００Ｈｚ附近，０倍左右。

（）蜗壳隔舌处的振动加速度在整个频率范围内都比３较大。

（）蜗壳５断面处的轴向振动是最为剧烈的，４７断面处的径向振动是最弱的。参考文献：

［］江苏１Ｄ］．江苏镇江：　王　勇．离心泵空化及其诱导振动噪声研究［

关死工况下蜗壳隔舌处的流动冲击是比较大的。

３．３　各测点振动强度比较

，泵的振动测量与评价方法》泵的根据国标ＧＢ１０８８９－８９《振动强烈程度应采用振动速度的有效值来表示。因此对试验数据进行一次时间积分并求平均值，从而得到各测点的振动速度有效值，具体计算结果列于表１中。

表１　各测点振动速度的有效值

测点有效值

１　

２　

３　

４　

５　

６　

／ｍｍｓ７

□

１．１５４６０８０５７４０４９４　１．　１．　１．　０．　１．　０．

离心泵关死点内流诱导振动测试　　吴贤芳　谈明高　刘厚林　等

大学，２０１１．

［］２Ｍ］．潘中永译．　克里斯托弗．厄尔斯．布伦南著．泵流体力学［

江苏镇江：江苏大学出版社，１２．０２

［３］ｏｎＲ，ＣｈｕＳ，ＫａｔｚＪ．Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｂｅｔｗｅｅｎｕｎｓｔｅａｄｆｌｏｗ，　Ｄ　　　ｇｐｙ　　　

，］ｒｅｓｓｕｒｅｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎｓａｎｄｎｏｉｓｅｉｎａｃｅｎｔｒｉｆｕａｌｕｍＪ．Ｊｏｕｒ－　　　　　　ｐｇｐｐ［，（）：ｎａｌｏｆＦｌｕｉｄｓＥｎｉｎｅｅｒｉｎ１９９５，１１７１２４－２９．　　　ｇｇ

［］４ｒｉｖａｓｔａｖＯＰ，ＰａｎｄｕＫ　Ｒ，ＧｕｔａＫ．Ｅｆｆｅｃｔｏｆｒａｄｉａｌａｂｅｔｗｅｅｎ　Ｓ　　　　　　　ｐｇｐ　

ｉｍｅｌｌｅｒａｎｄｄｉｆｆｕｓｅｒｏｎｖｉｂｒａｔｉｏｎａｎｄｎｏｉｓｅｉｎａｃｅｎｔｒｉｆｕａｌｕｍ　　　　　　　　　　ｐｇｐｐ［］），ＰＪ．ＪｏｕｒｎａｌｏｆｔｈｅＩｎｓｔｉｔｕｔｉｏｎｏｆＥｎｉｎｅｅｒｓ（ＩｎｄｉａａｒｔＭＣ，　　　　　　ｇ，（）：ＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｉｎｅｅｒｉｎＤｉｖｉｓｉｏｎ２００３，８４１３６－３９．　ｇｇ　

［］，，Ｅ，５ｏｓéＧｏｎｚáｌｅｚＪｏａｕìｎＦｅｒｎáｎｄｅｚｄｕａｒｄｏＢｌａｎｃｏｅｔａｌ．Ｎｕ－　Ｊ　　　ｑ

ｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｄｎａｍｉｃｅｆｆｅｃｔｓｄｕｅｔｏｉｍｅｌｌｅｒｍｅ　　　　　　　　－ｖｏｌｕｔｅｙｐ［］－ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ　ｉｎ　ａ　ｃｅｎｔｒｉｆｕａｌ　ｕｍＪ．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｆｌｕｉｄｓ　Ｅｎｉｎｅｅｒｇｐｐｇ（）：，ｉ００２，１２４２３４８－３５４．ｎ２ｇ

［］ｄｕｃｅｄｉｎ６　Ｌａｎｔｈｅｍ　Ｍ　Ａ，Ｏｌｈｏｆｆ　Ｎ．Ａ　ｎｕｍｅｒｉｃａｌ　ｓｔｕｄｏｆ　ｆｌｏｗ－ｇｊｙ　

ｉ－ｍｅｎｓｉｏｎａｌ　ｃｅｎｔｒｉｆｕａｌ　ｕｍＰａｒｔⅠ：ｈｄｒｏｄｎｏｉｓｅ　ｉｎ　ａ　ｔｗｏ－ｄｇｐｐ　ｙｙ［］，：ｎｍｉｃｓＪ．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｆｌｕｉｄｓ　ａｎｄ　Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ２００４，１９（３）３４９－ａ３６８．

７９１

［］ｉｎｄｕｃｅｄ７　Ｌａｎｔｈｅｍ　Ｍ　Ａ，Ｏｌｈｏｆｆ　Ｎ．Ａ　ｎｕｍｅｒｉｃａｌ　ｓｔｕｄｏｆ　ｆｌｏｗ－ｇｊｙ　

－ｄ－ｎｏｉｓｅ　ｉｎ　ａ　ｔｗｏｍｅｎｓｉｏｎａｌ　ｃｅｎｔｒｉｆｕａｌ　ｕｍＰａｒｔⅡ．ｈｄｒｏａｃｏｕｓｉｇｐｐ　ｙ［］，：ｔｉｃｓＪ．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｆｌｕｉｄｓ　ａｎｄ　Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ２００４，１９（３）３６９－３８６．

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檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪殏檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪殏

檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪殏《中国农村水利水电》投稿须知（）。文中计量单位一律采用法定计量单位。文稿直接通过网上投稿。文稿字数一般不超过６包括图、表）０字（２００　

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图、电路图等的描绘应依照有关国家标准。除机械图外，其他插图中所标尺寸均应注明单位。文稿中的物理量符号（包括角。图名与表名应中英文对照。标）须给出相应的意释（必要时在文稿后附上本文符号意义表）

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：期刊：作者．文题．刊名，年份，卷（期）页．

专著：作者．书名．版次．出版地：出版者，年份：页．

请勿引用。文献序号按文中出现的先后顺序排列。文献各项书写顺序如下：

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６８７７６１３３。

《中国农村水利水电》编辑部

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