离心泵内流动诱导振动原因及类型
振动噪声己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一个重要难题。离心泵内的流体诱导振动是一种强迫振动,也称为水力激励振动,是由流场中的非定常流体力引起的。这些非定常流体力主要是由于动静干涉、旋转失速和空化等不稳定流动现象产生。
(1)动静干涉诱导振动
动静干涉作用主要是指旋转过流部件与静止过流部件间的周期性相互作用。对于单级离心泵就是指叶轮与蜗壳间的相互影响,对于多级离心栗就是指叶轮与导叶间的相互作用。
由于叶轮出口处流体流速的大小和方向沿圆周方向是不断变化的,这就使得叶轮出口尾流对静止部件内的流动产生了非定常影响,从而在静子部件内诱导产生复杂的压力场；同时,蜗壳隔舌或导叶等静止部件的存在也周期性地改变了叶轮的流动边界条件,对叶轮内部流动形成了干扰,使得叶轮内的压力场也极其不稳定;这种动静干涉作用最终会引起泵内的压力脉动,产生水力激励诱导振动。
另外,叶轮叶片数和导叶叶片数或隔舌数的组合是否合适对于动静干涉引起的诱导振动具有比较大的影响。
(2)旋转失速诱导振动
当流量减小到某个限度时,离心粟叶轮(导叶或幅壳)流道内会形成一个或几个失速团,这些失速团以同样的方向,但以较低角速度绕轴旋转,这种现象称为旋转失速。泵内旋转失速的发生频率是低于叶轮旋转频率的离散频率,叶轮内失速产生的频率为50%~90%的旋转频率(轴频),压出室中的旋转失速的频率为10%~25%的旋转频率。叶轮或压出室(导叶或锅壳)内发生的旋转失速会阻塞叶轮或压水室的流道,极易使泵内出现回流、脱流和二次流等不稳定流动结构,导致水泵扬程急剧降低并诱发强烈振动。
(3)空化诱导振动
空化是液体特有的一种复杂的流体动力学现象,当液流局部压力低于相应温度下该液体的饱和蒸汽压力时,液体内部便开始汽化形成气泡并快速生长，当这些气泡随主流运动到高压区时,将发生收缩和溃灭。离心泵在运转过程中,叶轮进口叶片吸力面与前盖板交接处也极易发生空化,在进口区域附近形成气泡。这些气泡随运动叶轮出口附近时,周围的高压液体使气泡急剧变小以至破裂,同时周围液体将迅速填充空穴,从而发生互相撞击而形成局部高压射流,引起周围流体的强烈压力脉动,形成水力激励。
轴向振动加速度脉动具有一定的弱周期性规律,径向振动加速度脉动没有任何周期性，蜗壳隔舌处的振动加速度在整个频率范围内都比较大，并且蜗壳隔舌处的振动加速度脉动幅值最大。
引起离心泵内非定常流体力的这些不稳定流动现象与离心泵的具体设计以及具体的运行工况相关,这些水力激励是在很多情况下是同时存在的,因此离心泵内流体流动诱导产生振动势必是这些激励共同作用的结果。
