旋喷泵的振动特性分析与研究
旋喷泵是一种极低比转速泵，它作为世界上最简单的泵，高效节能、稳定可靠，大量应用于炭黑、食品、化工以及深井采矿系统中用以提供小流量高扬程的稳定出流。我国是从九十年代末开始引进旋喷泵，目前国内对旋喷泵的结构设计以及内部流动状况研究比较多，而对其振动问题的研究还没有见到。旋喷泵在使用过程中出现振动剧烈，集流管中段断裂的情况，导致维修频率高。为了解决和预防旋喷泵振动问题的发生，研究其振动机理，预测导致振动发生的激励力，对其进行振动特性分析具有重要的意义。
本文从振动理论、旋喷泵的特点和研究现状出发，运用数值模拟技术，在分析旋喷泵内部流场和压力脉动的基础上，深入研究了结构的振动特性，为工程应用提供参考。本文的主要研究内容有：
1、介绍了旋喷泵的工作原理，综合概述了旋喷泵和流体诱导振动的研究历史和现状，明确了本文的主要研究内容和研究方法。
2、应用Pro/E软件分别对旋喷泵的结构实体和流道进行了三维建模，并用ICEM对模型进行了非结构网格的划分。利用CFX软件，基于标准k-ε湍流模型和大涡模型对旋喷泵内部三维流场分别进行了稳态和瞬态的数值模拟。根据数值模拟结果，分析内部三维流场的流动特性及压力脉动情况，初步预测了流体诱导振动的原因。
3、将旋喷泵的实体有限元模型导入到Workbench软件中，把流场计算中得到的固体表面压力加载到实体模型上，进行单向流固耦合的静应力分析，发现集流管的第二个拐弯处受到的应力较大，容易变形产生振动。在此基础上进行有预应力的结构模态分析，得到其自振频率和振型。旋喷泵的内部流动与外部泵体结构之间相互作用，易引起共振或加剧振动。因此通过比较结构固有频率与流场压力脉动频率，分析了共振问题。
4、结合上面的分析，对集流管的外部结构进行了改进，提高了其应力强度和固有频率，避免了与流场压力脉动产生共振，为结构的优化设计提供了参考。
旋喷泵;振动特性;数值模拟;压力脉动;模态分析
江苏大学
硕士
化工过程机械
王春林
2011
中文
TH311;TB533.1
79
2012-04-28（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）