离心泵流体激振：蜗壳与叶轮路径的振动分析

本文档深入探讨了离心泵在工作过程中，由蜗壳途径和叶轮途径产生的流体激励力引发的振动现象。研究首先采用了计算流体动力学（CFD）方法，对蜗壳内表面的流体力作用进行了详细的数值模拟，构建了电机-离心泵-机架的有限元（FEM）动力学模型，分析了其在瞬态条件下的响应特性。作者利用Newmark-β算法，进一步剖析了CFD模拟的叶轮表面流体合力和合力矩对叶轮-转轴-支撑-机架转子系统的影响，构建了相应的动力学模型，探究了振动响应的特性。 研究发现，泵内部的流体压力脉动是一个重要的宽频激振源，它能够激发离心泵系统的各种固有振动模式。在振动特性上，流体通过叶轮途径对离心泵基座产生的影响尤为显著。具体来说，基座的位移幅值谱显示，最大峰值位于叶轮的转速频率，而振动加速度幅值谱的最大峰值则出现在叶轮流道通过的特定频率，而非叶片通过频率。这揭示了叶轮在流体力传递过程中的关键作用，它是流体力量转化为振动的主要通道。 相比之下，蜗壳途径引起的离心泵基座振动则明显小于叶轮途径，表明叶轮-转轴-支撑-机架结构对于流体激励振动的响应更为强烈。这一发现对于理解离心泵振动控制和优化设计具有重要指导意义，因为了解振动的源头和传播路径可以帮助工程师们针对性地采取措施，减少振动对设备性能的影响，提高泵的稳定性和可靠性。 本研究不仅提供了深入理解离心泵流体激励振动机制的方法，而且为工程实践中的振动抑制策略提供了科学依据。关键词包括离心泵、蜗壳、叶轮、流体激振以及转子动力学，这些领域都与泵的性能优化和故障预防密切相关。通过这项研究，工程师们可以更好地掌握如何通过改进设计和操作条件来减少振动问题，从而提升离心泵的整体效能。