对离心泵这类旋转机械的振动特性研究较为成熟是水轮机[4]。M.Dubas借助ANSYS软件计算了在空气中混流式水轮机的静、动态特性;H.Tomita采用有限元法建立了水轮机液固耦合振动方程;谷朝红用混合法对转轮叶片进行了流固耦合振动分析;肖若富利用能量法分析转轮在水中的动态特性;梁权伟运用顺序耦合法分析了转轮的静强度特性,并用全耦合法进行了转轮在水介质中的动态特性模拟分析。近年来,对离心泵在流体激励力作用下的振动研究还比较少。
二十世纪七十年代,基本上是在不考虑流体惯性的影响的情况下对泵转子动力特性进行的分析,是利用经典振动方程计算得到一阶模态值小于转频。二十世纪八十年代,主要是侧重于间隙流动对其的影响而对泵转子的动力特性进行研究,反映的是转子动力特性与动静部件间隙内的流体之间的关系。二十世纪九十年代初期,对泵转子动力学特性的研究表明经典振动方程式中的二阶系数矩阵是不足以描述动静干扰问题。1995年考虑主轴转动的影响后,引入了直接力矩系数和断面耦合力矩系数,解决了上述问题。在实际工程中为了避免泵体共振,需要对泵体进行模态实验分析,以确定泵体固有频率。徐建国研究了轴流泵叶片在空气中的固有模态和在受到离心力作用后的预应力模态,同时将实验与数值模拟结果进行比较,对水泵的生产实践具有指导意义。袁启铭通过分析轴流泵流场特性,采用顺序耦合的方法,为水泵叶片在激振力作用下的动态响应分析打下了基础。同时,将变形后的叶片模型再进行流场分析,实现真正的藕合振动分析。王春林、易同祥等通过设置监测点,得到了泵不同位置的压力脉动值,并进行了频域分析,为解决泵振动问题提供了依据。史首宏,戴侃以实际工程问题为研究对象,对离心泵振动监测提供了较可靠的实验资料[4]。
目前对离心泵某一具体部件的振动进行分析的主要方法是有限元法。如何将离心泵重要的内部流道分析与泵体振动有限元分析结合起来,如果想深入了解离心泵在流体激励下的振动响应特征,则需进一步的深入研究。
本课题基于以上背景,将流体动力学理论、有限元理论和振动理论三种不同理论相结合,对离心泵进行了内部流场计算分析以及振动响应数值模拟分析和试验研究。