葉陽輝 朱相源 孫光普 李國君

(西安交通大學(xué)熱流科學(xué)與工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 西安 710049)

離心泵內(nèi)空泡演化與其對(duì)振動(dòng)的影響

葉陽輝 朱相源 孫光普 李國君

(西安交通大學(xué)熱流科學(xué)與工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 西安 710049)

對(duì)不同流量下離心泵內(nèi)穩(wěn)態(tài)及旋轉(zhuǎn)空化進(jìn)行了可視化研究，獲得了不同汽蝕余量下空泡團(tuán)形態(tài)，同時(shí)對(duì)泵體振動(dòng)進(jìn)行了測量，分析了泵體振動(dòng)與空泡團(tuán)形態(tài)之間的關(guān)系。試驗(yàn)結(jié)果表明：壓力面上發(fā)生空化將加劇振動(dòng)，尤其是發(fā)生超空化后更加顯著。多數(shù)情況下吸力面上空泡團(tuán)較薄，且吸力面發(fā)生空化對(duì)振動(dòng)影響相對(duì)壓力面較小。旋轉(zhuǎn)空化發(fā)生后振動(dòng)減弱，處于正對(duì)位置的流道內(nèi)空泡團(tuán)形態(tài)基本相同，空泡團(tuán)脫落頻率約為27 Hz，壓力面出現(xiàn)穩(wěn)定空化后振動(dòng)開始回升。

離心泵； 振動(dòng)； 旋轉(zhuǎn)空化； 可視化

引言

空化會(huì)導(dǎo)致離心泵水力性能下降、過流部件損壞、振動(dòng)和噪聲等一系列問題[1]。此外，空化還會(huì)使離心泵在小流量下更容易出現(xiàn)不穩(wěn)定性，包括旋轉(zhuǎn)空化和空化喘振等，導(dǎo)致壓力和流量的周期性振蕩?？张輬F(tuán)形態(tài)對(duì)離心泵水力性能、汽蝕、振動(dòng)噪聲及小流量下不穩(wěn)定現(xiàn)象起著決定性的作用。雖然數(shù)值模擬被大量應(yīng)用于水力機(jī)械內(nèi)空化流動(dòng)的預(yù)測，但由于汽液兩相密度差較大、空泡潰滅異常劇烈且湍流-空化相互作用極為復(fù)雜，適用于空化流動(dòng)的高精度數(shù)值方法仍有待開發(fā)?？梢暬茄芯靠栈鲃?dòng)形態(tài)變化和驗(yàn)證數(shù)值方法最直接和有效的手段。

在小流量下誘導(dǎo)輪和離心泵內(nèi)都容易出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)空化現(xiàn)象，該現(xiàn)象是各流道內(nèi)空化流動(dòng)相互作用的結(jié)果。起初隨著空化數(shù)的降低各流道內(nèi)空泡團(tuán)尺度同步增大，當(dāng)空泡團(tuán)尺度增大到一定程度時(shí)個(gè)別流道內(nèi)空泡團(tuán)發(fā)生分離脫落從而堵塞該流道，使得下個(gè)流道的流量增大、攻角減小從而使空泡團(tuán)尺度減小，在各流道空化流動(dòng)相互作用下，最終每個(gè)流道內(nèi)空泡團(tuán)都不斷經(jīng)歷增大、脫落和消失的周期性變化過程，且相鄰流道相位不同，該現(xiàn)象即為旋轉(zhuǎn)空化。不少學(xué)者對(duì)此進(jìn)行了研究[2-7]。

對(duì)離心泵振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行分析是判斷空化發(fā)展程度的有效手段[8-10]。王勇等[11]測試了不同流量下離心泵內(nèi)空化誘導(dǎo)振動(dòng)，高波等[12]對(duì)離心泵內(nèi)空化誘導(dǎo)低頻振動(dòng)進(jìn)行了試驗(yàn)研究，而蒲道林[13]的試驗(yàn)研究結(jié)果表明4～8 kHz為離心泵內(nèi)空化誘導(dǎo)振動(dòng)的敏感頻段。FRIEDRICHS等[5]并未就空化尤其是旋轉(zhuǎn)空化對(duì)泵體振動(dòng)的影響進(jìn)行研究，本文在其工作的基礎(chǔ)上對(duì)離心泵內(nèi)空化流動(dòng)進(jìn)行可視化研究，同時(shí)對(duì)泵體振動(dòng)進(jìn)行測量，分析泵體振動(dòng)與空泡團(tuán)形態(tài)之間的關(guān)系，為通過振動(dòng)判斷離心泵內(nèi)空化發(fā)展程度及減小空化誘導(dǎo)振動(dòng)提供基礎(chǔ)。

1 試驗(yàn)裝置與方法

1.1 試驗(yàn)裝置和試驗(yàn)泵

試驗(yàn)在離心泵閉式試驗(yàn)臺(tái)上完成，水從汽蝕罐流入試驗(yàn)泵，經(jīng)穩(wěn)壓罐流回汽蝕罐，通過與汽蝕罐相連的真空泵降低泵進(jìn)口壓力。流量通過電動(dòng)調(diào)節(jié)閥控制、使用電磁流量計(jì)測量，轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速使用扭矩傳感器測量，振動(dòng)使用壓電式單向加速度傳感器測量，可用頻率范圍為0.5～5 000 Hz。泵出口壓力使用絕對(duì)壓力傳感器測量，量程為0～0.5 MPa，精度等級(jí)為0.5級(jí)，泵進(jìn)口壓力使用動(dòng)態(tài)壓力傳感器測量，量程為0～0.12 MPa，精度等級(jí)為0.5級(jí)。溫度使用熱電阻數(shù)顯溫度傳感器測量，量程為0～100℃。高速攝像機(jī)使用德國Mikrotron公司的Eosens mini-2，在30萬像素下能達(dá)到4 500幀/s的拍攝速率，最大分辨率為1 696像素×1 710像素。

試驗(yàn)泵主要設(shè)計(jì)參數(shù)為：流量Qd=25 m3/h，揚(yáng)程Hd=15 m，轉(zhuǎn)速n=2 500 r/min，比轉(zhuǎn)數(shù)ns=135。蝸殼使用透明有機(jī)玻璃加工，試驗(yàn)過程中由蝸殼右側(cè)垂直于蝸殼進(jìn)行拍攝(圖 1)，可拍攝到葉片進(jìn)口到出口的完整流道區(qū)域。為便于觀測離心泵內(nèi)空化流動(dòng)，設(shè)計(jì)了具有較大汽蝕余量的葉輪，其結(jié)構(gòu)與FRIEDRICHS等[5]使用的葉輪結(jié)構(gòu)類似(圖 2)，同樣采用頭部為半圓形的圓柱形葉片。葉輪幾何參數(shù)：葉片入口直徑D1=100 mm、葉輪出口直徑D2=170 mm、葉輪出口寬度b2=6 mm、葉片數(shù)Z=6、葉片入口角β1=22°、葉片出口角β2=18°、葉片包角φ=90°。為了保證小流量下葉輪出口周向均勻性[14]，使發(fā)生旋轉(zhuǎn)空化時(shí)葉輪內(nèi)流場基本不受隔舌的影響，葉輪出口直徑較蝸殼基圓直徑小115 mm，即等效于FRIEDRICHS等[5]使用的無葉擴(kuò)壓器。葉輪后蓋板和葉片的材料為6065鋁合金，數(shù)控加工完成后噴上黑色漆以便對(duì)空泡進(jìn)行拍攝。前蓋板為聚碳酸酯(PC)塑料，具有高透明度和強(qiáng)度，使用高強(qiáng)度膠將前蓋板與葉片粘合，此外，前蓋板上開設(shè)6個(gè)直徑5 mm的小凹槽與葉片上相應(yīng)的凸臺(tái)契合。為減小間隙泄漏的影響，未設(shè)置平衡孔及后口環(huán)，前口環(huán)使用迷宮型密封結(jié)構(gòu)，口環(huán)間隙為0.3 mm。

圖1 試驗(yàn)泵及可視化拍攝角度Fig.1 Test pump and shooting angle

圖2 葉輪實(shí)物圖Fig.2 Photograph of impeller

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)開始前向試驗(yàn)系統(tǒng)灌注水后靜置3 d，使水中大氣核充分溢出。試驗(yàn)泵通過變頻柜變頻啟動(dòng)，逐漸增加至額定轉(zhuǎn)速，選擇0.6Qd、0.7Qd、0.8Qd、0.9Qd、Qd、1.1Qd和1.2Qd7個(gè)流量工況進(jìn)行性能試驗(yàn)，然后選擇0.6Qd、0.8Qd、Qd和1.2Qd4個(gè)流量工況進(jìn)行空化試驗(yàn)?？栈囼?yàn)時(shí)通過真空泵抽氣降低泵進(jìn)口壓力，每個(gè)工況點(diǎn)都待運(yùn)行穩(wěn)定后采集記錄泵的進(jìn)口靜壓、揚(yáng)程、效率和振動(dòng)等信號(hào)，采樣頻率為15 kHz，記錄時(shí)間為1 min(后處理時(shí)外特性數(shù)據(jù)取該1 min內(nèi)的平均值)，與此同時(shí)拍攝記錄空泡團(tuán)形態(tài)。試驗(yàn)初隨著進(jìn)口壓力降低揚(yáng)程略微上升，該階段泵進(jìn)口壓力每下降10 kPa測量一個(gè)工況點(diǎn)，當(dāng)揚(yáng)程開始下降或發(fā)生旋轉(zhuǎn)空化后減小壓降值，并通過調(diào)節(jié)電動(dòng)閥開度使流量保持不變，在臨界汽蝕余量附近盡量多測幾個(gè)工況點(diǎn)，直到電動(dòng)調(diào)節(jié)閥完全打開為止。對(duì)每個(gè)流量重復(fù)以上步驟，整個(gè)試驗(yàn)過程中水溫上升約1℃，滿足汽蝕試驗(yàn)要求。對(duì)以上4個(gè)流量下試驗(yàn)測量過程再重復(fù)進(jìn)行2次，確保試驗(yàn)結(jié)論的可重復(fù)性。

通過試驗(yàn)可視化觀察可見，發(fā)生旋轉(zhuǎn)空化時(shí)每個(gè)流道內(nèi)空泡團(tuán)形態(tài)與正對(duì)面流道基本相同，通過對(duì)泵進(jìn)口壓力進(jìn)行快速傅里葉變換可以獲得空泡團(tuán)脫落頻率。采集安裝于蝸殼和軸承側(cè)面的2個(gè)加速度傳感器信號(hào)來測量水平方向的振動(dòng)(圖 3)，取測量結(jié)果的均方根T來表征振動(dòng)的強(qiáng)度[11]，公式為

式中Xi——信號(hào)的測量值N——采樣數(shù)

圖3 加速度傳感器安裝位置Fig.3 Mounting for acceleration sensors

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 水力及空化性能試驗(yàn)

首先對(duì)離心泵進(jìn)行了水力性能試驗(yàn)，所得的揚(yáng)程H和效率η隨流量Q變化曲線如圖4所示。由圖4可見最高效率點(diǎn)在0.9Qd附近，大流量下效率下降較快，主要原因是大流量下隔舌后部流動(dòng)分離顯著、流動(dòng)損失較大。

圖4 試驗(yàn)泵水力性能曲線Fig.4 Performance curves of test pump

圖5 不同流量下空化性能曲線Fig.5 Cavitation performance curves at different flow rates

圖5為試驗(yàn)泵在不同流量下空化性能曲線，橫坐標(biāo)為對(duì)數(shù)坐標(biāo)，實(shí)心三角形為小流量下旋轉(zhuǎn)空化發(fā)生區(qū)間。各流量下起初隨著汽蝕余量降低都出現(xiàn)小范圍的附著空化而改善了過流條件[15-16]，揚(yáng)程隨之略微增大。在1.2Qd下由于空化主要集中在壓力面上，揚(yáng)程很快開始下降，并在汽蝕余量為6.7 m時(shí)達(dá)到臨界汽蝕余量點(diǎn)(揚(yáng)程下降3%)，其余3個(gè)流量在到達(dá)臨界汽蝕余量點(diǎn)之前空化主要集中在吸力面上，臨界汽蝕余量相對(duì)1.2Qd下顯著減小。在0.8Qd和0.6Qd下發(fā)生旋轉(zhuǎn)空化，旋轉(zhuǎn)空化發(fā)生后揚(yáng)程開始緩慢下降，在旋轉(zhuǎn)空化結(jié)束階段揚(yáng)程略微回升，該揚(yáng)程變化過程與HOFMANN等[17]的試驗(yàn)結(jié)果一致。試驗(yàn)過程中平均溫度約為19℃，下面分別詳細(xì)介紹穩(wěn)態(tài)空化和旋轉(zhuǎn)空化下空泡團(tuán)長度和泵體振動(dòng)隨汽蝕余量的變化情況。

2.2 穩(wěn)態(tài)空化下空泡演化及振動(dòng)特性

圖6為1.2Qd下不同汽蝕余量時(shí)空泡團(tuán)形態(tài)，本文中空泡團(tuán)長度為空泡團(tuán)起止點(diǎn)間的直線距離，如圖 6d所示。圖 7為空泡團(tuán)長度Lcav和振動(dòng)隨汽蝕余量變化的情況，頂部橫坐標(biāo)為相應(yīng)的空化數(shù)σ。由圖9可見，隨著汽蝕余量的降低，壓力面空泡團(tuán)長度起初緩慢增長，超空泡出現(xiàn)后其增長加快，且壓力面空泡團(tuán)長度與超空泡長度之差幾乎不變，而吸力面空泡團(tuán)長度始終緩慢增長且較薄?？栈^嚴(yán)重時(shí)(圖6c、6d)由于流道變窄流速升高，在吸力面末端會(huì)出現(xiàn)少量空泡。在葉片頭部成核區(qū)附近距離葉片約1.5 mm處不時(shí)有空泡產(chǎn)生，隨著空泡向下游流動(dòng)與葉片的距離逐漸增大，形成斷斷續(xù)續(xù)的空泡層。該空泡層是由空泡篩選效應(yīng)[18]導(dǎo)致的：大氣核在垂直于流線方向的壓力梯度作用下向遠(yuǎn)離葉片方向運(yùn)動(dòng)。由于空泡團(tuán)始終集中在壓力面，振動(dòng)變化較為簡單，隨著汽蝕余量降低振動(dòng)單調(diào)增大，出現(xiàn)超空泡后振動(dòng)增幅提升。起初軸承處振動(dòng)比蝸殼處大，而蝸殼處振動(dòng)上升得更快，在最后2個(gè)工況點(diǎn)蝸殼處振動(dòng)更大。

圖6 1.2Qd下不同汽蝕余量時(shí)空泡團(tuán)形態(tài)Fig.6 Cavity structures under different NPSH at 1.2Qd

圖7 1.2Qd下振動(dòng)和Lcav隨汽蝕余量的變化Fig.7 Variations of vibration and cavity lengths with NPSH at 1.2Qd

圖 8為額定流量下不同汽蝕余量時(shí)空泡團(tuán)形態(tài)，圖 9為空泡團(tuán)長度和振動(dòng)隨汽蝕余量變化情況，空心三角形表示空泡團(tuán)時(shí)有時(shí)無。由圖9可見,隨著汽蝕余量的降低，吸力面空泡團(tuán)長度穩(wěn)定增長且仍然較薄，壓力面剛出現(xiàn)空化時(shí)并不穩(wěn)定存在，其后壓力面空泡團(tuán)長度和超空泡長度的增速逐漸增大。振動(dòng)起初緩慢增大，汽蝕余量降到約9 m后振動(dòng)減小并幾乎保持不變，當(dāng)壓力面上出現(xiàn)空化后振動(dòng)開始增大，尤其是發(fā)生超空化后振動(dòng)顯著增大，蝸殼處振動(dòng)的增幅同樣較軸承處大。

圖8 額定流量下不同汽蝕余量時(shí)空泡團(tuán)形態(tài)Fig.8 Cavity structures under different NPSH at Qd

圖9 額定流量下振動(dòng)和Lcav隨汽蝕余量變化Fig.9 Variations of vibration and cavity lengths with NPSH at Qd

2.3 旋轉(zhuǎn)空化下空泡演化及振動(dòng)特性

圖10 0.8Qd下振動(dòng)和Lcav隨汽蝕余量的變化Fig.10 Variations of vibration and cavity lengths with NPSH at 0.8Qd

圖12 0.8Qd下汽蝕余量為3.34 m時(shí)一個(gè)周期內(nèi)空泡團(tuán)形態(tài)變化Fig.12 Evolution of cavity structure during one period when NPSH was 3.34 m at 0.8Qd

圖10為0.8Qd下空泡團(tuán)長度和振動(dòng)隨汽蝕余量變化情況，在旋轉(zhuǎn)空化區(qū)間內(nèi)吸力面空泡團(tuán)長度包括最大和最小長度。旋轉(zhuǎn)空化發(fā)生后吸力面空泡團(tuán)的最大長度先快速增大后基本不變，而最小長度則先基本不變后快速增大，空泡團(tuán)仍然較薄，脫落的空泡團(tuán)尺度較小。在旋轉(zhuǎn)空化末期當(dāng)吸力面空泡團(tuán)延伸至流道喉部時(shí)將阻塞部分流道，使得該流道的壓力面附近流速較大而發(fā)生空化，故該階段壓力面上空泡團(tuán)時(shí)有時(shí)無?？栈^為嚴(yán)重時(shí)壓力面附近由空泡篩選效應(yīng)導(dǎo)致的空泡層較為顯著，不過該空泡層仍然時(shí)有時(shí)無。汽蝕余量為3.34 m時(shí)泵進(jìn)口壓力脈動(dòng)頻譜見圖11，該工況點(diǎn)位于旋轉(zhuǎn)空化區(qū)間內(nèi)，其中在軸頻(41.7 Hz)及2倍軸頻處存在峰值[19-20]，該頻率是由葉輪偏心導(dǎo)致的，另一峰值為27.6 Hz，旋轉(zhuǎn)空化區(qū)間內(nèi)其余工況的頻譜圖也在27 Hz附近存在峰值，該頻率即為空泡團(tuán)脫落頻率，由此可見空泡團(tuán)脫落周期約為葉輪旋轉(zhuǎn)周期的1.5倍。汽蝕余量為3.34 m時(shí)某時(shí)刻及葉輪旋轉(zhuǎn)180°、360°和540°后的空泡團(tuán)形態(tài)見圖12，由于處于正對(duì)位置的流道內(nèi)空泡團(tuán)形態(tài)基本相同，該圖可視為某流道一個(gè)周期內(nèi)空泡團(tuán)形態(tài)變化。葉輪旋轉(zhuǎn)540°后與初始時(shí)刻空泡團(tuán)形態(tài)基本相同，從可視化角度驗(yàn)證了空泡團(tuán)脫落周期約為葉輪旋轉(zhuǎn)周期1.5倍的結(jié)論。起初隨著汽蝕余量的降低振動(dòng)緩慢增大，直到發(fā)生旋轉(zhuǎn)空化后開始減小，當(dāng)壓力面發(fā)生空化后振動(dòng)回升，且出現(xiàn)超空化后增速加快，在最后一個(gè)工 況點(diǎn)又快速減小，主要原因是在該工況點(diǎn)泵的進(jìn)口壓力及揚(yáng)程都很低，空泡潰滅處壓力較低使得空泡潰滅過程較緩和。前述1.2Qd和額定流量下若汽蝕余量進(jìn)一步減小也應(yīng)會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)減弱的情況。

圖11 0.8Qd下汽蝕余量為3.34 m時(shí)泵進(jìn)口壓力脈動(dòng)頻譜Fig.11 FFT of inlet pressure when NPSH was 3.34 m at 0.8Qd

圖13為0.6Qd下空泡團(tuán)長度和振動(dòng)隨汽蝕余量變化的情況，汽蝕余量為4.37 m時(shí)某時(shí)刻及葉輪旋轉(zhuǎn)180°、360°和540°后的空泡團(tuán)形態(tài)見圖 14，由該圖可較明顯地看出空泡團(tuán)生長和脫落的過程。旋轉(zhuǎn)空化發(fā)生后吸力面空泡團(tuán)的最大與最小長度之差逐漸增大，脫落的空泡團(tuán)尺度不斷增大，隨著旋轉(zhuǎn)空化加劇，該差值逐漸減小，脫落的空泡團(tuán)尺度也減小。與0.8Qd相比壓力面上空泡團(tuán)時(shí)有時(shí)無的情況出現(xiàn)得較早且持續(xù)時(shí)間較長。最后一個(gè)工況點(diǎn)(汽蝕余量為1.76 m)空化極為嚴(yán)重，葉輪前蓋板前方充滿空泡使得該工況點(diǎn)難以看清葉輪內(nèi)空泡團(tuán)形態(tài)。在旋轉(zhuǎn)空化區(qū)間對(duì)進(jìn)口壓力進(jìn)行快速傅里葉變

圖13 0.6Qd下振動(dòng)和Lcav隨汽蝕余量的變化Fig.13 Variations of vibration and cavity lengths with NPSH at 0.6Qd

圖14 0.6Qd下汽蝕余量為4.37 m時(shí)一個(gè)周期內(nèi)空泡團(tuán)形態(tài)變化Fig.14 Evolution of cavity structure during one period when NPSH was 4.37 m at 0.6Qd

換得到旋轉(zhuǎn)空化周期同樣約為27 Hz。振動(dòng)變化的趨勢與0.8Qd下大體相同，起初隨著汽蝕余量的降低振動(dòng)緩慢增大，發(fā)生旋轉(zhuǎn)空化后開始減小，而壓力面出現(xiàn)空化后振動(dòng)開始增大，在最后一個(gè)工況點(diǎn)又突然減小。不同的是0.6Qd下的振動(dòng)在汽蝕余量為3 m附近時(shí)存在一個(gè)極大值點(diǎn)，重復(fù)測量得到相同結(jié)論，這是脫落的大尺度空泡團(tuán)移動(dòng)至喉部時(shí)阻塞流道導(dǎo)致的。

FRIEDRICHS等[5]的試驗(yàn)結(jié)果表明不同流量下旋轉(zhuǎn)空化初生點(diǎn)的空化數(shù)σI,Rot與進(jìn)口攻角αA之比非常接近。表1列出了旋轉(zhuǎn)空化初生空化數(shù)及其后 振動(dòng)極大值點(diǎn)空化數(shù)σT,vib與進(jìn)口攻角之比。由表可見0.6Qd和0.8Qd下σI,Rot/(2αA)所在區(qū)間部分重合，其值較為接近，σT,vib/(2αA)所在區(qū)間基本重合，其值在8附近。

表1 旋轉(zhuǎn)空化初生及振動(dòng)強(qiáng)度轉(zhuǎn)折區(qū)間

3 結(jié)論

(1) 壓力面上發(fā)生空化后振動(dòng)加劇，尤其是發(fā)生超空化后更加顯著。而吸力面發(fā)生空化對(duì)振動(dòng)影響較為復(fù)雜，總體而言其影響相對(duì)壓力面較小。

(2) 旋轉(zhuǎn)空化發(fā)生后揚(yáng)程下降、振動(dòng)減弱，處于正對(duì)位置的流道內(nèi)空泡團(tuán)形態(tài)基本相同，壓力面出現(xiàn)穩(wěn)定空化即旋轉(zhuǎn)空化結(jié)束后振動(dòng)開始回升，當(dāng)揚(yáng)程極小時(shí)振動(dòng)驟降。在0.6Qd下若有大空泡團(tuán)脫落阻塞喉部會(huì)使振動(dòng)增強(qiáng)。

(3) 在0.6Qd和0.8Qd下，旋轉(zhuǎn)空化初生點(diǎn)的空化數(shù)與進(jìn)口攻角之比相近，且振動(dòng)轉(zhuǎn)折點(diǎn)的空化數(shù)與進(jìn)口攻角之比也相近，發(fā)生旋轉(zhuǎn)空化時(shí)空泡團(tuán)脫落頻率均約為27 Hz。

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Evolution of Cavitation Bubbles and Its Influence on Vibration in Centrifugal Pump

YE Yanghui ZHU Xiangyuan SUN Guangpu LI Guojun

(KeyLaboratoryofThermo-FluidScienceandEngineering,MinistryofEducation,Xi’anJiaotongUniversity,Xi’an710049,China)

Visual analysis illustrated the steady and rotating cavitation in a centrifugal pump at different flow rates. The cavity structures under different NPSH were captured and the cavity lengths, including the supercavity length were obtained. The corresponding vibrations of the volute and bearing were measured by using acceleration sensors. The influences of the cavity structures on the vibrations were analyzed. Experimental results showed that the vibration was increased when the cavitation occurred at the pressure side, especially when the supercavitation occurred. The cavitation at the suction side was usually thin and its influence on the vibration was relatively small. The growth rate of the cavity length at the pressure side was increased after the appearance of supercavitation. At the flow rates of 0.6Qdand 0.8Qd, the vibration turned from increase to decrease soon after the rotating cavitation appeared, and the ratios of the cavitation number to attack angle at the turning point were close to each other. And then the vibration was increased again when the stable cavitation occurred at the pressure side, and finally it was decreased sharply when the pump head was extremely small. Besides, the vibration was increased when large shedding cavities blocked the flow channel. During the rotating cavitation, the cavity structures in the opposite channels were similar to each other, and the cloud shedding frequency was around 27 Hz according to visual observations and the fast Fourier transform of inlet pressure fluctuations.

centrifugal pump; vibration; rotating cavitation; visualization

10.6041/j.issn.1000-1298.2017.06.011

2016-09-06

2016-11-16

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51076126)

葉陽輝(1987—)，男，博士生，主要從事空化試驗(yàn)與數(shù)值模擬研究，E-mail: steven.stef@stu.xjtu.edu.cn

李國君(1963—)，男，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事流體機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)研究，E-mail: liguojun@mail.xjtu.edu.cn

TH311

A

1000-1298(2017)06-0088-06