摘要：在偏离工况下，泵内流体的非定 常流动极易加剧泵体的振动，本文对于离 心泵的压力脉动及振动性能开展研究，进 一步分析二者间的关联特性，并建立离心 泵闭式系统进行试验测试，同步测试泵体 偏离工况下的振动及压力脉动，并基于傅 里叶变换得到频谱及功率谱特性，为离心 泵内部流动诱导振动的相关研究提供经 验参考。
在海洋船舶工程中，泵是关键的运行 设备之一，但离心泵运行于偏离工况下将 产生较大的振动，影响泵设备的安全稳定 运行。离心泵振动的重要影响因素即水 力激励，国内外学者也对此进行了深入的 研究，主要包括CFD 模拟及试验测试方 面，对于泵内非定常流场以及不同流动条 件下泵 的振动特性展开系统化研究，获 得了离心泵内非定常流动的压力脉动特 性以及振动信号中的水力因素，在此基础 上，开展了压力脉动随位置、旋转矢速、空 气流动的变化研究，并对比分析了空化流 动诱导、动静干涉以及叶轮间隙对于离心 泵振动的影响，获得了流体诱导振动的传 播路径。在离心泵工作中，将产生动态压 力分量，即压力脉动，泵体内部的压力脉 动较为复杂，在不同工况下，同一泵的压 力脉动也不一致；同时，由于离心泵多为 螺旋型蜗壳，叶轮出口易形成环形畸变， 需在主轴设计中充分考虑径向力的影响。 目前对于离心泵压力脉动的研究多局限 于独立性的蜗壳与叶轮的研究，而未考虑 蜗壳与叶轮流道间的耦合作用，因此本文 搭建试验台同时监测离心泵的压力脉动 及振动情况，以研究偏离工况下离心泵的 压力脉动与振动间的关联性。
1 试验装置
搭建闭式试验系统开展偏离工况下 离心泵的压力脉动和振动特性分析，试验
研究对象为中低比转速离心泵，试验系统
结构及组成见图1 所示，包括模型泵、稳 压罐、电磁流量计、气蚀罐、真空泵以及数 据采集系统等，其中，模型泵电机由变频 机调控，其蜗壳形式为螺旋形，闭式叶轮 片数为6 片，其主要性能参数：比转速及 转速分别为90、1480r/min，离心泵流量及 扬程分别为45m3/h、15m；试验过程中系 统流量的控制通过阀门实现，系统布置多 处压力及流量测点实现各处压力及流量 信号的实时监测；此外，为降低管路振动 对测量结果的影响，试验系统中离心泵进 出口段均配置挠性接头。
2 试验与结果
2.1 试验方法
为准确测试离心泵各段压力脉动情 况，于泵体进口、隔舌以及出口处均布置 压力测点，通过真空压力表及压力传感器 实时监测各点的压力脉动情况，并通过多 通道振动噪声测试系统同步采集各处压 力脉动信号，其中三项振动加速传感器将 提升信息采集及处理的精度及响应速度， 其有效测量频带范围在0 至100kHz，共 振频率高于25kHz，信号测量采集精度及 非线性均小于0.2%、1%。
2.2 结果分析
2.2.1 压力脉动及振动的频谱分析 在试验系统的基础上，开展各设计及 偏离工况下离心泵的压力脉动及振动性 能测试，通过对信号采集系统所采集的模 型泵各测点的压力脉动信号的分析，发现 压力脉动与振动间的关联性及变化规律。 在试验过程中，模型泵的运行转速通过变 频器控制稳定于设计转速，约1480r/min， 由此，可得到其轴频率及叶轮频率分别为
24.2 Hz 及145 Hz。图2 所示为模型泵各 压力测点的压力脉动频谱图，可发现，水 力诱导产生的振动多处于低频段，且各测 点压力脉动频谱特性较一致，幅值频率主 要为离散频率，如轴频率及叶轮频率等； 在不同特征频率下脉动幅值的对比发现， 叶频处压力脉动幅值最大，且在各特征频 率下，进出口测点的压力脉动幅值均低于 隔舌处压力脉动幅值。
2.2.2 压力脉动及振动的功率谱分析 压力脉动及振动功率谱可反映功率 及频率间的变化关联性，进而得到各频段 信号的能量分布情况。其中，PSD 为功 率谱密度。可发现，各测点压力脉动功率 谱在离散频率下的离散性较强，如轴频率 及叶轮频率等，泵进口的脉动随频率变化 的规律性较差，而出口及隔舌处的脉动能 量随频率呈现下降趋势，且在各特征频率 下，泵进、出口处压力脉动能量均低于隔 舌处压力脉动能量。
3 结语
离心泵压力脉动频谱的峰值频率多 为离散频率，在不同特征频率下，叶频处 压力脉动幅值最大，进出口测点的压力脉 动幅值均低于隔舌处压力脉动幅值；在 各特征频率下，泵进、出口处压力脉动能 量均低于隔舌处压力脉动能量。泵内非 定常流动与振动的关联性较强，出口压力 脉动在轴频的高次谐波处对振动有一定 影响。
