旋涡泵压力脉动特性的研究

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流 体 机 械

２01７年第45卷第10期

文章编号：１００５－０３２９（２０１７）０１０－００３１－０６

旋涡泵压力脉动特性的研究

俞 健1，秦子明1，方 超1，蔡标华1，张 露2，吴大转2

（1.武汉第二船舶设计研究所，湖北武汉 430064；２.浙江大学，浙江杭州 3100２７）

摘 要：旋涡泵作为低比转速泵越来越多地应用于船舶、航天航空和化工等领域。但是旋涡泵内部的流体压力脉动会引起泵和装置的振动噪声问题，成为高性能旋涡泵设计应用过程亟待解决的问题。本文通过数值模拟和试验分析相结合的方法分析一台旋涡泵的压力脉动特性，并探讨通过非等距叶片分布方式以降低压力脉动的方法。结果表明：叶片均布条件下，叶频是压力脉动的主要频率，且在阻隔面附近叶频的幅值最大。与均布叶片旋涡泵相比，非等距分布叶片旋涡泵在不影响其性能的同时能够显著降低在叶频处的脉动峰值，但在叶频两侧产生了附加的频率，而振动总级有明显的下降。该研究为减小旋涡泵的压力脉动和泵体振动提供了一个可行方案，对含旋涡泵系统的减振降噪具有参考意义。

关键词：旋涡泵；压力脉动；非等距分布；随机分布

中图分类号：ＴＨ３ 文献标志码：Ａ dｏｉ：１０．３９６９/ｊ．ｉssｎ．１００５－０３２９．２０１７．１０．００６

Study on Pressure Fluctuation Characteristics of a Minivortex Pump

YU Ｊｉａｎ１，Ｑｉｎ Ｚｉ－Ｍｉｎｇ１，FＡＮＧ Ｃｈａｏ１，ＣＡＩ Ｂｉａｏ－ｈｕａ１，ＺＨＡＮＧ Ｌｕ２，WU Ｄａ－zｈｕａｎ２

（１． Wｕｈａｎ Ｓｅcｏｎd Ｓｈｉｐ Ｄｅsｉｇｎ ａｎd Ｒｅsｅａｒcｈ Ｉｎsｔｉｔｕｔｅ，Wｕｈａｎ ４３００６４，Ｃｈｉｎａ；

２． Ｚｈｅｊｉａｎｇ Uｎｉｖｅｒsｉｔｙ，Ｈａｎｇzｈｏｕ ３１００２７，Ｃｈｉｎａ）

Abstract：Ｔｈｅ ｖｏｒｔｅｘ ｐｕｍｐ，ａsａｔｙｐｅ ｏf ｌｏｗ sｐｅcｉfｉc ｐｕｍｐ，ｉs ｍｏｒｅ ａｎd ｍｏｒｅ ｗｉdｅｌｙ ｕsｅd ｉｎ sｈｉｐ，ａｅｒｏsｐａcｅ ａｎd cｈｅｍｉcａｌ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｅｔc． Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｔｈｅ ｐｒｅssｕｒｅ ?ｕcｔｕａｔｉｏｎ ｏf ?ｕｉd ｉｎ ｔｈｅ ｖｏｒｔｅｘ ｐｕｍｐ ｗｏｕｌd cａｕsｅ ｔｈｅ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ａｎd ｎｏｉsｅ ｏf ｔｈｅ ｐｕｍｐ ａｎd ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ，ｗｈｉcｈ ｈａs ｂｅcｏｍｅｏｎｅ ｏf ｔｈｅ ｋｅｙ ｉssｕｅs ｎｅｅdｅd ｔｏ ｂｅ sｏｌｖｅd ｉｎ ｔｈｅ dｅsｉｇｎ ａｎd ａｐｐｌｉcａｔｉｏｎ ｏf ｈｉｇｈ－ｐｅｒfｏｒｍａｎcｅ ｖｏｒｔｅｘ ｐｕｍｐ． Ｔｈｉs ｐａｐｅｒ ａｎａｌｙzｅd ｔｈｅ cｈａｒａcｔｅｒｉsｔｉc ｏf ｐｒｅssｕｒｅ ?ｕcｔｕａｔｉｏｎ ｏf ａ ｍｉｎｉ ｖｏｒｔｅｘ ｐｕｍｐｂｙ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏd ｏf ｎｕｍｅｒｉcａｌ sｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎd ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ，ａｎd ｔｈｉs ｐａｐｅｒ ａｌsｏdｉscｕssｅd ａ ｒａｎdｏｍ dｉsｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏd ａｐｐｌｉｅd ｔｏ ｒｅdｕcｅ ｔｈｅ ｐｒｅssｕｒｅ ?ｕcｔｕａｔｉｏｎ． Ｔｈｅ ｒｅsｕｌｔs sｈｏｗ ｔｈａｔ ｕｎdｅｒ ｔｈｅ cｏｎdｉｔｉｏｎ ｏf ｅｖｅｎ ｂｌａdｅ sｐａcｉｎｇ，ｔｈｅ ｂｌａdｅ ｐａssｉｎｇ fｒｅｑｕｅｎcｙ ｗａs dｏｍｉｎａｔｉｖｅ ｉｎ ｔｈｅ ｐｒｅssｕｒｅ ?ｕcｔｕａｔｉｏｎ，ａｎd ｔｈｅ ｐｒｅssｕｒｅ ｐｕｌsｅ ａｍｐｌｉｔｕdｅs ａｒｅａ ｗａs cｌｏsｅ ｔｏ ｔｈｅ sｔｒｉｐｐｅｒ． Ｔｈｅ sｔｕdｙ ａｌsｏ ｉｎdｉcａｔｅd ｔｈａｔ ｕｎｅｖｅｎ cｉｒcｕｍfｅｒｅｎｔｉａｌ sｐａcｉｎｇ ｗｏｕｌd ｙｉｅｌd ａddｉｔｉｏｎａｌ fｒｅｑｕｅｎcｙ ｉｎ ｔｈｅ sｐｅcｔｒｕｍ cｏｍｐａｒｅd ｗｉｔｈ ｅｖｅｎ ｏｎｅ ａｎd ｒｅdｕcｅ ｔｈｅ ｍａｇｎｉｔｕdｅ ｏf ｔｈｅ ｂｌａdｅ ｐａssｉｎｇ fｒｅｑｕｅｎcｙ ａｎd ｔｈｅ ｔｏｔａｌ ｌｅｖｅｌ ｏf ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｍａｒｋｅdｌｙ ｗｉｔｈｏｕｔ dｅcｒｅａsｉｎｇ ｔｈｅ ｐｅｒfｏｒｍａｎcｅ ｏf ｔｈｅ ｐｕｍｐ sｈａｒｐｌｙ． Ｔｈｉs ｐａｐｅｒ ｐｒｏｖｅs ａ fｅａsｉｂｌｅ scｈｅｍｅ ｔｏ ｒｅdｕcｅ ｐｒｅssｕｒｅ fｌｕcｔｕａｔｉｏｎ ａｎd ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｉｎ ａ ｖｏｒｔｅｘ ｐｕｍｐ，ｗｈｉcｈ ｉs sｉｇｎｉfｉcａｔｅfｏｒ ｔｈｅ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ａｎd ｎｏｉsｅ ｒｅdｕcｔｉｏｎ ｏf ｔｈｅ sｙsｔｅｍ ｗｉｔｈ ｖｏｒｔｅｘ ｐｕｍｐ．

Key words：ｖｏｒｔｅｘ ｐｕｍｐ；ｐｒｅssｕｒｅ ?ｕcｔｕａｔｉｏｎ；ｕｎｅｖｅｎ sｐａcｉｎｇ；ｒａｎdｏｍ dｉsｔｒｉｂｕｔｉｏｎ

1 前言

旋涡泵，又可称为再生泵、涡轮泵、圆周泵和摩擦泵。旋涡泵一方面具有离心泵达不到的低比转速，另一方面比容积式泵具有更好的压力脉动性能和可维护性，其逐渐代替容积式泵被广泛应用为高压小流量系统的流体输送泵。

旋涡泵因其小流量、高扬程的特点得到国内外学者越来越多的关注。Ａ Ｅｎｇｅdａ等对旋涡泵的内部复杂流动提出了理论数学模型和算法［１，２］。

Fｒａｎcｉs Ｊ Ｑｕａｉｌ等对轴向流动的旋涡泵进行了研究，提出了旋涡泵内流体动量交换的一维模型，并通过试验验证［３］，后又结合一维模型和三维数值模拟，提出了旋涡泵的设计方案［４］，同时提出了旋涡泵复杂叶轮的成型方法［５］。王洋等通过数值模拟的方法讨论了闭式叶轮的叶片位置对旋涡泵

收稿日期： ２０１７－０４－１９ 修稿日期： ２０１７－０６－１３万方数据