图4.2～图4.4分别给出了非空化工况、NPSHa=1.05m和NPSHa=0.9m的条件下，叶片吸力面、流道中间及叶片压力面上5个监测点的压力脉动时域及频域图。此外，空化工况下叶轮内各监测点出现了很多频率低于叶轮转频fi的低频压力脉动成分，并且低频压力脉动幅值随有效空化余量的减小而增大。......
2025-09-29
设计流量工况下蜗壳内压力脉动分析
【摘要】：图4.15～图4.17分别列出了非空化工况、NPSHa=2.0m和NPSHa=1.8m的条件下，蜗壳内监测点V1～V13的压力脉动时域及频域图。蜗壳内压力脉动幅值最大处与非空化时一致，仍是蜗舌端部V2点在叶片通过频率fBPF处压力脉动幅值最大。表4.2蜗壳内压力脉动的最大幅值续表离心泵蜗壳内流动状况最复杂的部位是蜗舌附近。
图4.15～图4.17分别列出了非空化工况、NPSHa=2.0m和NPSHa=1.8m的条件下，蜗壳内监测点V1～V13的压力脉动时域及频域图。
图4.15 非空化工况下蜗壳内压力脉动时域及频域图（见彩插）
（a）蜗舌区V1～V3三个监测点；（b）蜗型段V4～V8五个监测点
图4.15 非空化工况下蜗壳内压力脉动时域及频域图（续）（见彩插）
（c）蜗型段及扩散段V9～V13五个监测点
由图4.15可见，非空化工况时，时间总长为10个叶轮周期，此时间段内各监测点出现了10次规律的波动，监测点V1～V13的压力脉动主频均为叶片通过频率fBPF，次主频为2fBPF和3fBPF。蜗壳内各监测点中，蜗舌端部V2点在叶片通过频率fBPF处压力脉动幅值最大。
图4.16 NPSHa=2.0m工况下蜗壳内压力脉动时域及频域图（见彩插）
（a）蜗舌区V1～V3三个监测点；（b）蜗型段V4～V8五个监测点
图4.16 NPSHa=2.0m工况下蜗壳内压力脉动时域及频域图（续）（见彩插）
（c）蜗型段及扩散段V9～V13五个监测点
由图4.16可见，NPSHa=2.0m时，时间总长为10个叶轮周期，此时间段内各监测点出现了10次规律的波动，各监测点的压力脉动主频均为叶片通过频率fBPF，次主频为2fBPF和3fBPF。蜗壳内压力脉动幅值最大处与非空化时一致，仍是蜗舌端部V2点在叶片通过频率fBPF处压力脉动幅值最大。
图4.17 NPSHa=1.8m工况下蜗壳内压力脉动时域及频域图（见彩插）
（a）蜗舌区V1～V3三个监测点；（b）蜗型段V4～V8五个监测点
图4.17 NPSHa=1.8m工况下蜗壳内压力脉动时域及频域图（续）（见彩插）
（c）蜗型段及扩散段V9～V13五个监测点
由图4.17可见，NPSHa=1.8m时，时间总长为10个叶轮周期，此时间段内各监测点出现了10次规律的波动，各监测点的压力脉动主频均为叶片通过频率fBPF，次主频为2fBPF和3fBPF，与非空化工况和NPSHa=2.0m时相同。蜗壳内压力脉动幅值最大处出现在蜗舌附近螺旋段上V4点处，与非空化工况和NPSHa=2.0m时不同。(https://www.chuimin.cn)
非空化工况、NPSHa=2.0m和NPSHa=1.8m时，蜗壳内13个监测点的压力脉动振幅基本随频率的增大而逐渐减小，扩散段上监测点V10、V11、V12、V13的压力脉动幅值变化基本一致。
表4.2所示为离心泵非空化工况、NPSHa=2.0m和NPSHa=1.8m时，蜗壳内监测点V1～V13压力脉动的最大幅值。由表可以看出，非空化工况时，蜗壳内压力脉动最大幅值在蜗舌端部V2点处最大，其值为6 847.0Pa，蜗舌附近螺旋段上V4点处其次，在蜗型段上V6点处最小，其值为432.8Pa。NPSHa=2.0m时，蜗型段上监测点V6的压力脉动最大幅值变化较为显著，减小至约为非空化时的7/10，而其他监测点的脉动最大幅值变化不太大，脉动最大幅值仍在蜗舌端部V2点处最大。NPSHa=1.8m时，蜗舌端部V2点，蜗舌附近叶轮出口上V3点，蜗型段上V4点、V5点、V6点的压力脉动最大幅值明显增大，分别约为非空化时的1.1、1.3、1.3、1.9、1.1倍，蜗舌附近螺旋段上V4点的压力脉动最大幅值远大于其他点，其值为8 328.5Pa。
表4.2 蜗壳内压力脉动的最大幅值
续表
离心泵蜗壳内流动状况最复杂的部位是蜗舌附近。据此，蜗舌附近V1、V2、V3点处的压力脉动应非常强烈，表4.2的结果显示，虽然非空化工况和NPSHa=2.0m时蜗舌端部V2点处的压力脉动幅值最大，但是NPSHa=1.8m时压力脉动幅值在蜗舌附近螺旋段上V4点处最大，蜗舌端部V2点处其次，V4点处为V2点处的1.1倍。
为研究这一现象，图4.18和图4.19给出了V2点和V4点在非空化工况、NPSHa=2.0m和NPSHa=1.8m时蜗壳横截面4个不同时刻的流线分布。
图4.18 V2横截面瞬态流线分布
（a）非空化工况
图4.18 V2横截面瞬态流线分布（续）
（b）NPSHa=2.0m；（c）NPSHa=1.8m
由图4.18可以看出，蜗舌附近V2横截面内存在明显的二次流，在离心泵出口两侧出现了强度不等的对称反向旋涡，横截面中间流态总体较为平滑。三种工况下离心泵出口两侧旋涡及横截面中间流线分布随时间变化不大。
图4.19 V4横截面瞬态流线分布
（a）非空化工况
图4.19 V4横截面瞬态流线分布（续）
（b）NPSHa=2.0m；（c）NPSHa=1.8m
由图4.19可以看出，V4横截面上的流态非常复杂，横截面内存在较强的二次流，表现为左、右两侧强度不等的对称反向旋涡，特别是在Δ/28时刻，非空化工况和NPSHa=1.8m时在两个对称反向旋涡中间区域又出现了新的旋涡，位于横截面靠近蜗壳外边壁的区域。在2Δ/28时刻，非空化工况时中间旋涡逐渐地向上偏移，分裂成两个小涡；NPSHa=2.0m时在横截面靠近蜗壳外边壁的区域左上方两个对称反向旋涡中间又出现了新的旋涡；NPSHa=1.8m时中间旋涡移动到了左上方。在3Δ/28和4Δ/28时刻，在三种工况下，横截面内中间旋涡全都消失，横截面中间流线分布相对均匀。总的来看，非空化和空化时，蜗壳横截面内旋涡的涡心位置、形状、强度随时间不断变化，尤其是NPSHa=1.8m时变化更强烈。
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