亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        船用離心泵低頻振動(dòng)特性分析

        2018-08-27 10:38:46,,,
        船海工程 2018年4期
        關(guān)鍵詞:振動(dòng)

        ,,,

        (武漢理工大學(xué) a.能源與動(dòng)力工程學(xué)院;b.高性能船舶技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室;c.船舶動(dòng)力系統(tǒng)運(yùn)用技術(shù)交通行業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,武漢 430063)

        離心泵在正常工作時(shí)會(huì)引起艦船殼體的低頻振動(dòng),進(jìn)而會(huì)向流場(chǎng)周圍輻射噪聲,對(duì)艦船的聲隱身性能極為不利。目前已有的離心泵振動(dòng)相關(guān)的研究主要針對(duì)泵體的振動(dòng)特性[1-3],或者針對(duì)內(nèi)部非定常流動(dòng)誘發(fā)的流體激勵(lì)特性[4-8],關(guān)于離心泵不同工況下的機(jī)腳振動(dòng)特性研究未見報(bào)道。由于離心泵內(nèi)部流場(chǎng)受到結(jié)構(gòu)影響而產(chǎn)生的交變壓力脈動(dòng)是產(chǎn)生振動(dòng)的主要原因之一,而流固耦合方法適用于解決離心泵的結(jié)構(gòu)與內(nèi)部非定常流場(chǎng)相互影響的問題[9-12],因此考慮建立流體域、離心泵、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器、三相異步電動(dòng)機(jī)以及機(jī)座的有限元模型,采用流固耦合方法對(duì)離心泵在不同工況下0~400 Hz內(nèi)的機(jī)腳振動(dòng)特性進(jìn)行分析。

        1 計(jì)算模型

        1.1 模型參數(shù)

        以IS100-65-315單級(jí)單吸臥式離心泵為研究對(duì)象,其設(shè)計(jì)參數(shù)見表1。

        1.2 三維建模和網(wǎng)格劃分

        利用Pro/E分別建立離心泵流道計(jì)算域、整個(gè)泵體(包括蝸殼、葉輪、支架)、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感

        表1 離心泵設(shè)計(jì)參數(shù)

        器、三相異步電動(dòng)機(jī)以及機(jī)座的三維模型。為保證計(jì)算的可行性,提高運(yùn)算速度和運(yùn)算精度,未考慮泵體上的小孔、凸臺(tái)和倒角。此外,在保證轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器和三相異步電動(dòng)機(jī)質(zhì)量不變的情況下,將其簡(jiǎn)化成實(shí)心圓柱體。機(jī)座材料是結(jié)構(gòu)鋼,其他結(jié)構(gòu)材料是鑄鐵,材料的屬性見表2。

        表2 材料特性參數(shù)

        利用Workbench的網(wǎng)格自動(dòng)劃分功能實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)區(qū)域網(wǎng)格的生成,網(wǎng)格尺寸d應(yīng)小于薄板振動(dòng)波長(zhǎng)λ的1/6,即d≤λ/6。經(jīng)計(jì)算,d≤64 mm,因此單元尺寸取為4 mm,滿足要求,網(wǎng)格數(shù)量為813 681。利用ICEM CFD軟件對(duì)流體區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格劃分,由于流體域的形狀比較復(fù)雜,因此,采用非結(jié)構(gòu)化四面體網(wǎng)格進(jìn)行劃分。網(wǎng)格尺寸和結(jié)構(gòu)體網(wǎng)格尺寸相同。由于蝸殼隔舌的曲率變化較大,生成的網(wǎng)格質(zhì)量較差,因此,對(duì)該部分進(jìn)行局部加密,最終流體域的網(wǎng)格總數(shù)為2 395 477。計(jì)算域網(wǎng)格見圖1。

        圖1 計(jì)算域網(wǎng)格

        2 數(shù)值計(jì)算理論

        2.1 流體域計(jì)算控制方程

        對(duì)離心泵內(nèi)部流場(chǎng)采用RANS法進(jìn)行計(jì)算,選用標(biāo)準(zhǔn)k-ε湍流模型,其控制方程組如下[13]。

        1)連續(xù)方程。

        (1)

        2)動(dòng)量方程。

        (2)

        湍動(dòng)能和湍動(dòng)能耗散方程分別為

        (3)

        (4)

        2.2 結(jié)構(gòu)域計(jì)算控制方程

        離心泵在運(yùn)行過程中,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)每一時(shí)刻都承受著流體運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的壓力,從而引起結(jié)構(gòu)的振動(dòng),運(yùn)用有限元法進(jìn)行瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析,控制方程為[14]

        Mx″+Cx′+Kx=F(t)

        (5)

        式中:M為質(zhì)量矩陣;C為阻尼矩陣;K為剛度矩陣;x、x′、x″分別為位移矢量、速度矢量、加速度矢量;F(t)為力矢量。

        2.3 數(shù)值計(jì)算方法

        用CFX對(duì)流體計(jì)算區(qū)域進(jìn)行流場(chǎng)的非定常計(jì)算,用Workbench 對(duì)結(jié)構(gòu)區(qū)域進(jìn)行瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析。取定常計(jì)算結(jié)果為其初始條件。在進(jìn)行流固耦合計(jì)算時(shí),分別將結(jié)構(gòu)域的蝸殼、葉片、葉輪前蓋板、葉輪后蓋板與流體接觸的面設(shè)置為流固耦合面,對(duì)控制方程采用有限體積法進(jìn)行離散,湍流模型選用標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型。進(jìn)出口條件分別采用壓力進(jìn)口、均速出口,采用標(biāo)準(zhǔn)壁面函數(shù)對(duì)近壁區(qū)進(jìn)行處理。對(duì)流場(chǎng)每隔9°計(jì)算一個(gè)時(shí)間點(diǎn),即每個(gè)計(jì)算時(shí)間步長(zhǎng)為10-3s,葉輪旋轉(zhuǎn)3個(gè)周期,一共120個(gè)時(shí)間步,對(duì)3個(gè)周期內(nèi)的流場(chǎng)和結(jié)構(gòu)場(chǎng)的響應(yīng)進(jìn)行計(jì)算。采用Second Order Backward Euler格式對(duì)流場(chǎng)進(jìn)行瞬時(shí)求解,殘差收斂目標(biāo)設(shè)置為10-5。流固耦合計(jì)算數(shù)據(jù)傳遞過程的松弛因子設(shè)置為默認(rèn)值0.75,收斂標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置為10-3。通過設(shè)置不同出口速度對(duì)0.60Q~1.40Q5種工況的流動(dòng)進(jìn)行模擬。

        3 模擬結(jié)果

        3.1 離心泵外特性和振動(dòng)特性試驗(yàn)驗(yàn)證

        搭建離心泵試驗(yàn)臺(tái)架,進(jìn)行清水試驗(yàn)。對(duì)離心泵5種工況的揚(yáng)程和效率進(jìn)行測(cè)量,同時(shí)在每個(gè)機(jī)腳上布置兩個(gè)測(cè)點(diǎn),對(duì)其設(shè)計(jì)工況下的機(jī)腳振動(dòng)加速度進(jìn)行測(cè)量,測(cè)點(diǎn)位置見圖2。將數(shù)值模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,從而對(duì)流固耦合計(jì)算結(jié)果的可靠性和模型的正確性進(jìn)行驗(yàn)證。

        提取離心泵流固耦合最后一個(gè)周期內(nèi)計(jì)算得到的瞬時(shí)進(jìn)、出口壓力和轉(zhuǎn)矩,每隔4個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)提取1次,并對(duì)數(shù)據(jù)按照式(5)、(6)進(jìn)行處理,得到各個(gè)工況下的揚(yáng)程與效率,由此繪制出Q-H、Q-η外特性曲線,并與試驗(yàn)所得到的外特性曲線進(jìn)行對(duì)比,見圖3。泵揚(yáng)程和效率的計(jì)算式如下。

        (6)

        (7)

        圖2 測(cè)點(diǎn)布置示意

        圖3 離心泵外特性

        由圖3可見,流固耦合計(jì)算得到的離心泵的外特性曲線與試驗(yàn)得到的趨勢(shì)基本一致,即揚(yáng)程隨著流量的增大而減小,效率隨著流量的增大先增大后減小,且在流量為1.20Q時(shí)達(dá)到最大。該離心泵比轉(zhuǎn)數(shù)為46,屬于低比轉(zhuǎn)數(shù)泵,揚(yáng)程、效率曲線也符合低比轉(zhuǎn)數(shù)泵的變化趨勢(shì)。在設(shè)計(jì)工況附近,揚(yáng)程的仿真值與試驗(yàn)值誤差為5%,其余工況誤差均在4%左右,不超過5%。對(duì)于效率曲線,在小流量工況時(shí)誤差最大,為3.20%,其余工況誤差均在3%以內(nèi)。

        分別提取離心泵設(shè)計(jì)工況下1號(hào)、3號(hào)、6號(hào)測(cè)點(diǎn)振動(dòng)加速度的仿真值和試驗(yàn)值,對(duì)6個(gè)頻率點(diǎn)處的振動(dòng)加速度級(jí)進(jìn)行對(duì)比,見表3。

        由表3可見,設(shè)計(jì)工況下機(jī)腳的振動(dòng)加速度級(jí)仿真值和實(shí)驗(yàn)值相差不大,所有頻率點(diǎn)處加速度級(jí)差值的平均值為1.97 dB,其中只有3個(gè)頻率點(diǎn)處的差值超過了3 dB,其余頻率點(diǎn)處的平均值為1.33 dB。因此,仿真計(jì)算結(jié)果基本反映了離心泵機(jī)腳在設(shè)計(jì)工況下的振動(dòng)特性。從總體來看,流固耦合計(jì)算的結(jié)果比較可靠,所建立的模型也滿足仿真的要求。

        表3 離心泵機(jī)腳振動(dòng)加速度級(jí)對(duì)比 dB

        3.2 離心泵在設(shè)計(jì)工況下的流場(chǎng)分布

        分別對(duì)第3個(gè)計(jì)算周期內(nèi)T/4、T/2、3T/4、T時(shí)刻的流場(chǎng)進(jìn)行比較,見圖4。

        圖4 不同時(shí)刻的流場(chǎng)壓力云圖

        由圖4可見,在這4個(gè)時(shí)刻,最小壓力均出現(xiàn)在葉輪的中心位置,為7.87×104Pa;最大壓力均出現(xiàn)在出口延長(zhǎng)段,為5.42×105Pa,約為最小壓力的6.59倍。葉輪區(qū)域的流場(chǎng)壓力自葉輪中心沿著半徑方向逐漸增大,直到葉梢達(dá)到最大,這是因?yàn)槿~輪在旋轉(zhuǎn)時(shí)對(duì)流體產(chǎn)生離心力,并且沿著半徑逐漸增大,最終在葉梢達(dá)到最大。蝸殼區(qū)域的流場(chǎng)壓力在蝸舌處最小,并且沿著流道逐漸增大,直到蝸殼出口處達(dá)到最大,這是因?yàn)槲仛そ孛婷娣e沿著流道逐漸變大,有擴(kuò)壓的作用。

        3.3 離心泵在設(shè)計(jì)工況下的振動(dòng)特性

        對(duì)離心泵在設(shè)計(jì)工況下的流動(dòng)進(jìn)行仿真,得到的加速度云圖見圖5。

        由圖5可見,離心泵出口處的振動(dòng)加速度比機(jī)腳處的大,這是因?yàn)闄C(jī)腳處施加了約束,出口端沒有施加約束,是自由狀態(tài)。

        提取離心泵設(shè)計(jì)工況下機(jī)腳處的加速度仿真值,分別對(duì)6個(gè)測(cè)點(diǎn)最后2個(gè)葉輪旋轉(zhuǎn)周期內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行傅里葉變換,得到0~400 Hz范圍內(nèi)的頻譜,見圖6。

        圖5 離心泵振動(dòng)加速度云圖

        圖6 離心泵機(jī)腳振動(dòng)加速度頻譜

        由圖6可見,6個(gè)測(cè)點(diǎn)均在25.39 Hz出現(xiàn)第1個(gè)峰值,離心泵的轉(zhuǎn)速為1 450 r/min,轉(zhuǎn)頻為24.17 Hz,說明離心泵在其轉(zhuǎn)頻處振動(dòng)比較強(qiáng)烈。此外,在150.40、287.10 Hz也出現(xiàn)了很明顯的峰值。該離心泵有6個(gè)葉片,其葉頻為145.02 Hz,說明離心泵在葉頻和葉頻2倍頻處也會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈振動(dòng),其中1、2、3、4測(cè)點(diǎn)在150.40、287.10 Hz處的峰值均比24.17 Hz處高,5、6測(cè)點(diǎn)在此頻率下的峰值與24.17 Hz處的相差很小,這是由于1、2、3、4測(cè)點(diǎn)位于蝸殼一側(cè),而離心泵在正常工作時(shí)旋轉(zhuǎn)的流體會(huì)對(duì)蝸殼產(chǎn)生周期流體激勵(lì)力,導(dǎo)致蝸殼處的機(jī)腳在葉頻和葉頻的倍頻處產(chǎn)生比較強(qiáng)烈的振動(dòng);5、6測(cè)點(diǎn)位于遠(yuǎn)離蝸殼的一側(cè),沒有受到周期流體激勵(lì)力的直接作用,因此在葉頻和葉頻2倍頻處產(chǎn)生的振動(dòng)比較小。

        從圖6還可以看出,測(cè)點(diǎn)1與測(cè)點(diǎn)2、測(cè)點(diǎn)3與測(cè)點(diǎn)4、測(cè)點(diǎn)5與測(cè)點(diǎn)6的頻譜圖均比較相似,為方便比較,分別對(duì)其中8個(gè)頻率點(diǎn)處的加速度級(jí)進(jìn)行對(duì)比,見表4。

        由表4可見,相同機(jī)腳不同測(cè)點(diǎn)處相同頻率下的振動(dòng)加速度級(jí)相差很小,所有頻率點(diǎn)處差值的平均值小于1.30 dB,其中只有4個(gè)頻率點(diǎn)處的差值超過了2 dB,最大差值為3.28 dB,其余頻率點(diǎn)處的差值皆小于2 dB,其中75%的頻率點(diǎn)處的差值小于1.50 dB。因此判斷每個(gè)機(jī)腳可以只提取1個(gè)節(jié)點(diǎn)的加速度進(jìn)行振動(dòng)特性分析;同時(shí),在搭建離心泵機(jī)腳振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)架時(shí),只需在每個(gè)機(jī)腳處布置1個(gè)測(cè)點(diǎn)就可滿足要求。

        表4 相同機(jī)腳不同測(cè)點(diǎn)處振動(dòng)加速度級(jí)對(duì)比 dB

        從圖6還可看出,1、2、3、4測(cè)點(diǎn)的頻譜圖較相似,由于1、2測(cè)點(diǎn),3、4測(cè)點(diǎn)分別在相同的機(jī)腳上,為方便比較,分別對(duì)比1、3測(cè)點(diǎn)頻譜圖中11個(gè)頻率點(diǎn)處的振動(dòng)加速度級(jí),見圖7。

        圖7 1、3測(cè)點(diǎn)處振動(dòng)加速度級(jí)對(duì)比

        由圖7可見,測(cè)點(diǎn)1每個(gè)頻率點(diǎn)的振動(dòng)加速度級(jí)均大于測(cè)點(diǎn)3,所有頻率點(diǎn)處的差值平均值為4.89 dB,其中最小差值為3.14 dB,最大差值為5.78 dB。測(cè)點(diǎn)3所在的機(jī)腳靠近離心泵出口側(cè),測(cè)點(diǎn)1所在的機(jī)腳遠(yuǎn)離出口側(cè),而離心泵蝸殼的截面直徑沿著流道逐漸變大,在出口達(dá)到最大,有擴(kuò)壓的作用,因此水在蝸殼內(nèi)流動(dòng)時(shí)動(dòng)能轉(zhuǎn)化為壓力能,流速減小,水壓增大,從而水的動(dòng)量減小,測(cè)點(diǎn)3所在的機(jī)腳受到的流體激勵(lì)力小于測(cè)點(diǎn)1所在的機(jī)腳,最終導(dǎo)致測(cè)點(diǎn)1的振動(dòng)比測(cè)點(diǎn)3強(qiáng)烈。

        3.4 離心泵在不同工況下的振動(dòng)特性

        分別對(duì)0.60Q、0.80Q、1.20Q、1.40Q流量時(shí)的流動(dòng)進(jìn)行流固耦合模擬。提取各工況下測(cè)點(diǎn)1、3、5的振動(dòng)加速度數(shù)據(jù)并進(jìn)行傅里葉變換,3個(gè)峰值頻率(25.39、150.40、287.10 Hz)處的振動(dòng)加速度級(jí),見圖8。

        圖8 不同工況在峰值頻率處的機(jī)腳加速度級(jí)對(duì)比

        由圖8可見,c)圖中的曲線比a)、b)圖中的平穩(wěn),其中25.39、150.40 Hz2個(gè)頻率點(diǎn)處加速度級(jí)變化量的平均值分別為3.95、3.34 dB,而287.10 Hz處的為1.18 dB,說明測(cè)點(diǎn)1、3、5在25.39、150.40 Hz處的振動(dòng)加速度級(jí)隨著工況的變化而產(chǎn)生的變化比287.10 Hz處大。此外,a)、b)、c)中的曲線均在1.20Q時(shí)出現(xiàn)低谷,說明離心泵3個(gè)機(jī)腳的振動(dòng)在1.20Q工況時(shí)呈現(xiàn)下降趨勢(shì),結(jié)合前述Q-η曲線顯示離心泵在該工況下效率最高,因此建議同類型的離心泵工作時(shí)盡量采用1.20Q工況。

        4 結(jié)論

        1)在0~400 Hz內(nèi),離心泵的機(jī)腳在轉(zhuǎn)頻、葉頻以及葉頻的2倍頻處會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的振動(dòng),而且蝸殼一側(cè)的機(jī)腳在葉頻和葉頻兩倍頻處的振動(dòng)比轉(zhuǎn)頻處的強(qiáng)烈,建議在實(shí)際安裝中針對(duì)轉(zhuǎn)頻、葉頻以及葉頻2倍頻處的振動(dòng)采取減振措施。

        2)在對(duì)離心泵機(jī)腳進(jìn)行振動(dòng)特性分析時(shí),每個(gè)機(jī)腳只需提取1個(gè)節(jié)點(diǎn)的振動(dòng)數(shù)據(jù)就可滿足分析要求,同時(shí)在對(duì)離心泵機(jī)腳的振動(dòng)進(jìn)行測(cè)試時(shí),只需在每個(gè)機(jī)腳布置1個(gè)測(cè)點(diǎn)。

        3)對(duì)于蝸殼處的機(jī)腳,由于蝸殼流道的擴(kuò)壓作用,遠(yuǎn)離離心泵出口側(cè)的機(jī)腳振動(dòng)加速度級(jí)比靠近出口側(cè)的機(jī)腳 大4.89 dB,實(shí)際安裝中應(yīng)著重對(duì)遠(yuǎn)離出口側(cè)的機(jī)腳采取減振措施。

        4)離心泵在轉(zhuǎn)頻、葉頻處的振動(dòng)隨著不同工況而產(chǎn)生的變化比葉頻2倍頻處大,且3個(gè)機(jī)腳在轉(zhuǎn)頻、葉頻以及葉頻2倍頻處的振動(dòng)在1.20Q工況時(shí)均呈下降趨勢(shì),建議同類型的離心泵在工作時(shí)盡量采用1.20Q工況。

        仿真計(jì)算時(shí)只考慮了轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器和三相異步電機(jī)的重力對(duì)離心泵機(jī)腳振動(dòng)特性的影響,未能模擬實(shí)際工作狀況。因此,下一步應(yīng)開展能精準(zhǔn)模擬轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器和三相異步電機(jī)正常工作的建模方法的研究。

        猜你喜歡
        振動(dòng)
        振動(dòng)的思考
        某調(diào)相機(jī)振動(dòng)異常診斷分析與處理
        振動(dòng)與頻率
        This “Singing Highway”plays music
        具非線性中立項(xiàng)的廣義Emden-Fowler微分方程的振動(dòng)性
        中立型Emden-Fowler微分方程的振動(dòng)性
        基于ANSYS的高速艇艉軸架軸系振動(dòng)響應(yīng)分析
        船海工程(2015年4期)2016-01-05 15:53:26
        主回路泵致聲振動(dòng)分析
        UF6振動(dòng)激發(fā)態(tài)分子的振動(dòng)-振動(dòng)馳豫
        帶有強(qiáng)迫項(xiàng)的高階差分方程解的振動(dòng)性
        亚洲一区二区在线视频,| 久久综合精品国产丝袜长腿| 免费jjzz在线播放国产| 国产天堂av手机在线| 成人麻豆视频免费观看| 久久婷婷人人澡人人爽人人爱| 欧美xxxx做受欧美88| 男女啪啪永久免费观看网站| 国产91 对白在线播放九色| 国产免费99久久精品| 一个人看的视频在线观看| 成人综合婷婷国产精品久久蜜臀| 亚洲毛片αv无线播放一区| 2021精品综合久久久久| 亚洲av日韩精品一区二区| 老妇高潮潮喷到猛进猛出| 青青草97国产精品免费观看| 亚洲国产一区二区三区在线视频| 日本在线免费不卡一区二区三区| 亚洲日韩中文字幕在线播放| 高潮毛片无遮挡高清免费| 男人的天堂在线无码视频| 亚洲产在线精品亚洲第一页| 亚洲国产a∨无码中文777| 免费国产裸体美女视频全黄| 亚洲欧美在线视频| 中文字幕av素人专区| 女人被爽到高潮视频免费国产| 无码欧亚熟妇人妻AV在线外遇| 日韩精品不卡一区二区三区| 蜜桃精品人妻一区二区三区| 国产97色在线 | 亚洲| 色综合久久精品中文字幕| 蓝蓝的天空,白白的云| 精品人妻少妇嫩草av无码专区| 亚洲欧洲高潮| 丝袜美腿亚洲综合玉足| 亚洲午夜无码毛片av久久| 性大片免费视频观看| 久久久久亚洲精品天堂| 国产91精品自拍视频|