一种泵流动诱导振动性能综合评价方法技术

本发明专利技术提供了一种泵流动诱导振动性能综合评价方法，首先利用试验测试或数值计算得到泵叶轮出口处的压力脉动数据并计算出无量纲压力脉动系数时域变化函数；然后对上述时域变化函数进行快速傅里叶变化获得频域变化函数，之后进行全频域搜索，按幅值从大到小排列并选取前三个频率点作为计算频率点；接着采用层次分析法确定各计算频率点的幅值在泵流动诱导振动整体评价中的权重因子，最终通过对各个计算频率点的幅值和与之对应的权重因子的计算获得泵三阶综合振动压强来评价泵整体振动水平。本发明专利技术综合考虑泵叶轮出口压力脉动变化函数在频域上多个频率点的幅值，克服了以往只考虑主频处振动幅值来衡量泵振动性能的片面性，具有广泛的工程应用价值。

A comprehensive evaluation method for pump induced vibration performance

The invention provides a comprehensive evaluation method for flow-induced vibration performance of a pump. First, the pressure fluctuation data at the outlet of a pump impeller are obtained by means of test or numerical calculation, and the time-domain variation function of the dimensionless pressure fluctuation coefficient is calculated; then the frequency-domain variation function is obtained by fast Fourier transformation of the above time-domain variation function. The first three frequency points are selected as the calculation frequency points, and then the weight factor of the amplitude of each calculation frequency point in the overall evaluation of pump flow-induced vibration is determined by the analytic hierarchy process (AHP). The calculation of the heavy factor is carried out to obtain the overall vibration level of the pump by the three order comprehensive vibration pressure of the pump. The invention comprehensively considers the amplitude of the pressure fluctuation function at the pump impeller outlet at multiple frequency points in the frequency domain, overcomes the one-sidedness of measuring the vibration performance of the pump by only considering the amplitude of the vibration at the main frequency, and has extensive engineering application value.

【技术实现步骤摘要】
一种泵流动诱导振动性能综合评价方法
本专利技术涉及流体机械设计领域，特指涉及一种泵流动诱导振动性能综合评价方法。
技术介绍
泵作用一种通用机械，在众多工业领域中发挥着不可取代的重要作用。随着社会的发展，对泵运行时的稳定性提出了新的要求，较低的振动水平不但可以节省能量提高性能，而且对保证泵的寿命也至关重要。泵的振动有两种：一是机械振动引起的系统振动，二是流动诱导引起的振动。前者主要是受设计和制造影响，现已通过主动控制技术等得到了较好的解决，而后者主要是由于泵内部的非定常流动所引起的，其作用机理还在不断的研究中。压力脉动作为泵内非定常流动特征的具体表现形式，同时也是引发泵流动诱导振动的主要因素。但是目前对于压力脉动的分析方法大多只关注主频处(最大幅值对应的频率)的幅值分析，对于次主频处(通常是叶频，也可能是轴频、动静干涉频率等)的幅值考虑的较少。虽然这些方法能够在一定程度上反应泵的振动水平，但当次主频等频率处的幅值较大时，这种分析方法就显得不够全面。因此，急需提出一种能够综合评价泵流动诱导振动性能的方法。但是迄今为止，尚未见泵流动诱导振动综合评价方法的相关报道。
技术实现思路
针对现有技术中存在不足，本专利技术提供了一种泵流动诱导振动性能综合评价方法，较为全面地反映泵的振动性能。本专利技术是通过以下技术手段实现上述技术目的的。一种泵流动诱导振动性能综合评价方法，包含以下步骤：步骤一：选取叶轮出口处作为监测点，采用试验测试或数值计算得到监测点的压力脉动数据，并计算出无量纲化的压力脉动系数时域变化函数；步骤二：对压力脉动系数时域变化函数进行快速傅里叶变化以获得频域变化函数，进行全频域搜索，按幅值从大到小选取前三个频率为计算频率点；步骤三：采用层次分析法确定计算频率点的幅值在泵流动诱导振动整体评价中的权重因子，通过对各个计算频率点的幅值和与之对应的权重因子的计算获得泵三阶综合振动压强，根据所述泵三阶综合振动压强评判泵流动诱导振动性能，所述泵三阶综合振动压强越大，则泵流动诱导振动性能越差，泵三阶综合振动压强越小，则泵流动诱导振动性能越好。优选地，所述步骤一中，利用试验测试获取数据时，选取叶轮出口处作为监测点，当泵稳定运行后方可进行数据采样，采样频率fs选定为1000f1，f1为泵的轴频，持续时间t＝2T，T为待测泵的旋转周期；利用数值计算获取压力脉动数据时，将正确的定常计算结果设置为非定常计算的初始条件，并设置非定常计算时间步长计算总时间为7T，选取最后两个周期内的数据作为压力脉动数据。优选地，所述步骤一中，获取压力脉动数据后，除去压力脉动数据中的无效数据并与时间信息相匹配，获得压力脉动时域变化函数Fp(t)，采用EXCEL或ORIGIN等数据处理软件将得到的压力脉动时域变化函数Fp(t)变化为压力脉动系数CP的时域变化函数FC(t)，实现所选变量的无量纲化，其中p为叶轮出口处监测点的静压；为1个旋转周期内叶轮出口处监测点的平均静压；ρ为流体密度；u为叶轮出口处监测点的圆周速度。优选地，所述步骤二具体如下：(1)通过ORIGIN或MATLAB等数据分析软件对得到的压力脉动系数时域变化函数FC(t)进行快速傅里叶变化以获取相应的频域变化函数；(2)采用MATLAB或EXCEL或ORIGIN等数据分析软件对步骤(1)获取的频域变化函数进行全局搜索，将各频率点的数据按照幅值由大到小的顺序依次排列，选取幅值排在前三位的频率点作为计算频率点。优选地，所述步骤三具体如下：S1：根据各计算频率点及其幅值的相互关系构建中间判断层矩阵A，具体如下：三个所述计算频率点的数据按照幅值由大到小依次排列为(f1,A1)、(f2,A2)、(f3,A3)，定义元素aij(i<j，i和j的取值为1、2或3)的取值为最接近bij的一个正整数，并且aii＝1；aij的含义为：关于计算频率点幅值对于泵流动诱导振动的重要性，第i个计算频率点幅值为第j个计算频率点幅值的aij倍，例如：a12＝3，其含义为：第一个计算频率幅值对泵整体振动的重要性为第二个计算频率的3倍。以aij构建中间判断层矩阵通过这种方式，层次分析法将定性方法与定量方法有机地结合起来，保证了得出的权重因子是合适且正确的。S2：使用规范列平均法对中间判断层A进行计算，获得各个计算频率点幅值的权重因子；首先对中间判断层矩阵A进行归一化处理，得到矩阵其中对B矩阵的每一行元素求和并进行归一化处理得到特征向量其中W矩阵中的元素即为各计算频率点的幅值对泵流动诱导振动的权重因子；S3：计算得出泵三阶综合振动压强其中ρ为流体密度；u为叶轮出口处监测点的圆周速度，L值越小代表泵流动诱导振动性能越好，L值越大代表泵流动诱导振动性能越差。优选地，所述数据分析软件为MATLAB软件或ORIGIN软件。本专利技术的有益效果：1)中间过程采用压力脉动系数作为无量纲变量，适用于不同种类泵在不同工况下的振动性能评估，具有广泛的使用前景。2)利用层次分析法计算出不同频率点幅值的权重因子，能较为全面地表达出各频率点幅值对泵流动诱导振动性能的重要程度。3)该评价方法涉及了频域上幅值最大的三个频率点，计算出的泵三阶综合振动压强可较全面地、简洁地反映泵流动诱导振动性能。附图说明图1为本专利技术所述一种泵流动诱导振动性能综合评价方法的流程图。图2为实施例中泵出口处的压力脉动系数时域变化图。图3为实施例中泵出口处的压力脉动系数频域变化图。具体实施方式下面结合附图以及具体实施例对本专利技术作进一步的说明，但本专利技术的保护范围并不限于此。本实施例采用比转数为27的五级离心泵，其设计流量Q＝5m3/h，扬程H＝36m，转速n＝2900r/min，叶轮叶片数z＝8，导叶数为6。如图1所示，一种泵流动诱导振动性能综合评价方法，包含以下步骤：步骤一：选取叶轮出口处作为监测点，采用试验测试或数值计算得到监测点的压力脉动数据，并计算出无量纲化压力脉动系数时域变化函数，具体如下：1)选取叶轮出口处作为监测点，采用试验测试或数值计算得到监测点的压力脉动数据，本实施例利用数值计算获取压力脉动数据，将正确的定常计算结果设置为非定常计算的初始条件，并设置非定常计算时间步长计算总时间为7T＝0.14483s，选取最后两个周期内的数据作为压力脉动数据；2)除去压力脉动数据中的无效数据并与时间信息相匹配，获得压力脉动时域变化函数Fp(t)，采用EXCEL软件软件将得到的压力脉动时域变化函数Fp(t)变化为压力脉动系数CP的时域变化函数FC(t)，如图2所示，实现无量纲化，其中p为叶轮出口处监测点的静压；为1个旋转周期内叶轮出口处监测点的平均静压；ρ为流体密度；u为叶轮出口处监测点的圆周速度。步骤二：对压力脉动系数时域变化函数进行快速傅里叶变化以获得频域变化函数，如图3所示，进行全频域搜索，按幅值从大到小选取前三个频率为计算频率点，具体如下：(1)通过MATLAB软件对得到的压力脉动系数时域变化函数FC(t)进行快速傅里叶变化以获取相应的频域变化函数；(2)采用ORIGIN软件对步骤(1)获取的频域变化函数进行全局搜索，将各频率点的数据按照幅值由大到小的顺序依次排列，选取幅值排在前三位的频率点作为计算频率点。步骤三：采用层次分析法确定计算频率点的幅值在所述综合评价方法本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种泵流动诱导振动性能综合评价方法，其特征在于，包含以下步骤：步骤一：选取叶轮出口处作为监测点，采用试验测试或数值计算得到监测点的压力脉动数据，并计算出无量纲化的压力脉动系数时域变化函数；步骤二：对压力脉动系数时域变化函数进行快速傅里叶变化以获得频域变化函数，进行全频域搜索，按幅值从大到小选取前三个频率点为计算频率点；步骤三：采用层次分析法确定计算频率点的幅值在泵流动诱导振动综合评价中的权重因子，通过对各个计算频率点的幅值和与之对应的权重因子进行计算获得泵三阶综合振动压强，根据所述泵三阶综合振动压强评判泵流动诱导振动性能，所述泵三阶综合振动压强越大，则泵流动诱导振动性能越差，泵三阶综合振动压强越小，则泵流动诱导振动性能越好。

【技术特征摘要】
1.一种泵流动诱导振动性能综合评价方法，其特征在于，包含以下步骤：步骤一：选取叶轮出口处作为监测点，采用试验测试或数值计算得到监测点的压力脉动数据，并计算出无量纲化的压力脉动系数时域变化函数；步骤二：对压力脉动系数时域变化函数进行快速傅里叶变化以获得频域变化函数，进行全频域搜索，按幅值从大到小选取前三个频率点为计算频率点；步骤三：采用层次分析法确定计算频率点的幅值在泵流动诱导振动综合评价中的权重因子，通过对各个计算频率点的幅值和与之对应的权重因子进行计算获得泵三阶综合振动压强，根据所述泵三阶综合振动压强评判泵流动诱导振动性能，所述泵三阶综合振动压强越大，则泵流动诱导振动性能越差，泵三阶综合振动压强越小，则泵流动诱导振动性能越好。2.根据权利要求1所述的泵流动诱导振动性能综合评价方法，其特征在于，所述步骤一中，利用试验测试获取数据时，选取叶轮出口处作为监测点，当泵稳定运行后方可进行数据采样，采样频率fs选定为1000f1，f1为泵的轴频，持续时间t＝2T，T为待测泵的旋转周期；利用数值计算获取压力脉动数据时，将正确的定常计算结果设置为非定常计算的初始条件，并设置非定常计算时间步长计算总时间为7T，选取最后两个周期内的数据作为压力脉动数据。3.根据权利要求1所述的泵流动诱导振动性能综合评价方法，其特征在于，所述步骤一中，获取压力脉动数据后，除去压力脉动数据中的无效数据并与时间信息相匹配，获得压力脉动时域变化函数Fp(t)，采用数据处理软件将得到的压力脉动时域变化函数Fp(t)变化为压力脉动系数CP的时域变化函数FC(t)，实现无量纲化，其中p为叶轮出口处监测点的静压；为1个旋转周期内叶轮出口处监测点的平均静压；ρ为...

【专利技术属性】
技术研发人员：谈明高，廉益超，吴贤芳，刘厚林，王凯，王勇，董亮，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32