Расчет вибрационного состояния модели насоса от действия рабочей среды в проточной части
Автор: Дмитрий Андреевич Куликов
Соавторы: Шмелев Е.И., Фомин М.Н.
Организация: АО «ОКБМ Африкантов»
Процессы обтекания поверхностей конструкций насосного оборудования рабочей средой сопровождаются возбуждением гидродинамических сил. Данные силы при определенных условиях являются одной из существенных причин повышенной вибрации, что при определенных условиях неблагоприятно сказывается на характеристиках оборудования.
Оценка влияния геометрических особенностей ПЧ насосного оборудования на АЧХ возбуждающих сил и виброотклика конструкции является актуальной задачей [1]. На сегодняшний день, данные оценки могут быть выполнены путем решения связанной трехмерной задачи гидродинамики и динамики конструкции [2]. В настоящем докладе представлены результаты численных исследований влияния гидродинамики потока на вибрационные характеристики электронасоса. Полученные результаты сравниваются с экспериментальными данными, полученными по методике апробированной и описанной в [3].
В качестве исследуемой модели рассматривался прототип герметичного электронасоса разработки АО «ОКБМ Африкантов» на амортизаторах с элементами трубопроводов испытательного стенда. Проточная часть насоса включает в себя рабочее колесо, направляющий аппарат и гидрокамеру.
Расчет гидродинамической силы выполнялся с использованием вихреразрешающей модели турбулентности LES во временной области без учета влияния колебаний поверхности корпуса насоса на поток рабочей среды. Для расчета виброотклика использовалось распределение пульсаций давления. Пульсации давления на поверхность структурной модели интерполировались с поверхности гидродинамической сетки. Расчет виброперемещений осуществлялся в частотной области с использованием прямого подхода.
По результатам численного анализа были получены спектры пульсаций давления непосредственно в гидрокамере насоса, а также спектры виброскорости в точках на корпусе. Из анализа спектров было установлено, что наблюдается хорошая сходимость расчетных и экспериментальных данных по амплитудам пульсаций давления и виброскорости, что позволяет на этапе проектирования выполнять прогнозирование уровней виброскорости для вновь разрабатываемого оборудования и в случае необходимости модернизировать геометрию проточной части.
1.Y.Y.Jiang, S.Yoshimura, R.Imai Quanitative evaluation of flow-induced structural vibration and noise in turbomachinery by full-scale weakly coupled simulation// Journal of Fluids and Structures 23. 2007. 14 p.
2.Lenka Dobšakova, Nadežda Novakova, Vladimir Haban Vibrations of hydraulic pump and their solution// EPJ Web of Conferences 143. 2017. 6 p.
3.M.A.Bolshukin, A.V.Budnikov, D.A.Kulikov Dynamic measurements of the flow and structure oscillations to validate FSI calculations// Nuclear Engineering and Design 381. 2021. 8 p.