离心泵非定常流动激励转子动力学

本书以对我国经济建设和国家安全有重要现实意义的流程离心泵和航 天发动机离心泵为具体工程背景，从基础理论、 数值计算和应用实例等方面，构建基于全流量、 全流场非定常流场信息的流体激励力及考虑流体激 励力的转子动力特性分析方法，得到了非定常流体激励力作用下的转子系 统动力特性，并以高速离心泵和多级离心泵为例进行计算分析。 本书研究 成果可为高性能离心泵设计开发和可靠运行提供技术支撑。 本书可作为流体机械和叶轮机械教学和科研人员的参考书，也可为离 心泵产品设计和实际应用的科研人员提供借鉴和参考。

前言
本书字符含义
第 １ 章 概述 ……………………………………………………………………… １
1􀆰 1 转动机械转子动力学的发展现状………………………………………… 1
1􀆰 2 离心泵间隙密封流体激励力计算研究现状……………………………… 6
1􀆰 3 离心泵主流场流体激励力研究现状 …………………………………… 14
第 ２ 章 非定常间隙激励力及其等效动力学特性 ………………………… １８
2􀆰 1 环形密封间隙激励力及其等效动力学特性 …………………………… 18
2􀆰 2 光滑环形密封间隙激励力及其等效动力学特性 ……………………… 20
2􀆰 2􀆰 1 小长径比环形密封间隙激励力及其等效动力学特性 ……………………… 20
2􀆰 2􀆰 2 大长径比环形密封间隙激励力及其等效动力学特性 ……………………… 24
2􀆰 3 螺旋槽动环迷宫密封间隙激励力及其等效动力学特性 ……………… 28
2􀆰 3􀆰 1 螺旋槽流域的稳态求解 ………………………………………………… 29
2􀆰 3􀆰 2 基于摄动法的动力学特性求解 …………………………………………… 32
2􀆰 3􀆰 3 工况参数对螺旋槽转子迷宫密封动力学特性的影响 ……………………… 44
2􀆰 3􀆰 4 Moody 模型与 Blasius 模型计算对比 …………………………………… 51
2􀆰 3􀆰 5 几何参数对螺旋槽转子迷宫密封动力学特性的影响 ……………………… 53
2􀆰 4 人字形槽动环迷宫密封间隙激励力及其等效动力学特性 …………… 58
2􀆰 4􀆰 1 基于整体流动理论的稳态求解 …………………………………………… 59
2􀆰 4􀆰 2 基于摄动法的动力学特性求解 …………………………………………… 62
2􀆰 4􀆰 3 人字形槽迷宫密封、 螺旋槽迷宫密封及光滑环形密封的对比 …………… 64
2􀆰 4􀆰 4 几何参数对人字形槽迷宫密封动力学特性的影响 ………………………… 68
2􀆰 4􀆰 5 基于 Moody 摩擦模型的人字形槽动环迷宫密封动力学特性 ……………… 81
2􀆰 5 人字形槽静环迷宫密封间隙激励力及其等效动力学特性 …………… 86
2􀆰 5􀆰 1 基于整体流动理论的稳态求解 …………………………………………… 87
2􀆰 5􀆰 2 操作工况对人字形槽静环迷宫密封动力学性能的影响 …………………… 92
2􀆰 5􀆰 3 几何结构对人字形槽静环迷宫密封动力学性能的影响 …………………… 96
第 ３ 章 非定常流体激励与转子系统运动模型构建 ……………………… １０６
3􀆰 1 计算流体力学基本理论………………………………………………… 106
3􀆰 1􀆰 1 控制方程 ……………………………………………………………… 106
3􀆰 1􀆰 2 三维湍流模型 ………………………………………………………… 107
3􀆰 1􀆰 3 壁面函数 ……………………………………………………………… 108
3􀆰 1􀆰 4 离散方法 ……………………………………………………………… 109
3􀆰 2 离心泵非定常流体激励力特性………………………………………… 110
3􀆰 2􀆰 1 悬臂式样泵 1 非定常流体激励力特性 …………………………………… 112
3􀆰 2􀆰 2 悬臂式样泵 2 非定常流体激励力特性 …………………………………… 119
3􀆰 2􀆰 3 悬臂式高速样泵 3 非定常流体激励力特性 ……………………………… 122
3􀆰 2􀆰 4 两端支承式样泵 4 非定常流体激励力特性 ……………………………… 126
3􀆰 2􀆰 5 两端支承式样泵 5 非定常流体激励力特性 ……………………………… 140
3􀆰 3 离心泵转子系统动力学分析…………………………………………… 154
3􀆰 3􀆰 1 转子系统的设计与校核 ………………………………………………… 154
3􀆰 3􀆰 2 不同坐标系运动的描述与转换 ………………………………………… 157
3􀆰 3􀆰 3 转子系统运动方程的建立 ……………………………………………… 158
3􀆰 3􀆰 4 转子系统动力学特性求解 ……………………………………………… 164
3􀆰 3􀆰 5 外部激励载荷下转子系统的振动响应 …………………………………… 165
第 ４ 章 离心泵机组的结构动力与转子动力分析实例 …………………… １６７
4􀆰 1 悬臂式离心泵流体激励下的转子动力学特性………………………… 167
4􀆰 1􀆰 1 OH 1 型离心泵流体激励下的转子动力学特性…………………………… 167
4􀆰 1􀆰 2 OH 2 型离心泵非定常流体激励下的结构及转子动力特性 ……………… 170
4􀆰 2 悬臂式高速离心泵非定常流体激励下转子系统动力学特性………… 195
4􀆰 3 两端支承式多级离心泵非定常流体激励下的转子动力特性分析…… 202
4􀆰 3􀆰 1 BB3 型 4 级离心泵非定常流体激励下的转子动力特性分析 ……………… 202
4􀆰 3􀆰 2 BB5 型 5 级离心泵非定常流体激励下的转子动力特性分析 ……………… 214
4􀆰 3􀆰 3 BB5 型 10 级离心泵非定常流体激励下的转子动力特性分析……………… 220
4􀆰 3􀆰 4 BB5 型 11 级离心泵非定常流体激励下的转子动力特性分析……………… 226
参考文献 ………………………………………………………………………… ２３０

离心泵是石油化工、 化工、 煤化工和制药等流程领域的关键设备。 可以将 液态工作介质加压输送至系统的各个生产环节和操作单元。 是整个液体输送系统的心脏ꎮ。 随着流程工业领域和航天事业的发展。 离心泵正在向大功率密度即往高速、 高压和大型化方向发展。 离心泵在运行过程中，必须要具备高效率、 高抗汽蚀余量、 低振动噪声和高工作稳定性等优越的外特性指标。 特别是振动特性。 它是机组性能参数满足生产工艺要求的前提。 用户最关心的、 衡量离心泵运行可靠性的最关键的指标。离心泵的工作转速越高、 叶轮级数越多、 工作介质越特殊，其内部非定常流体激励力特性越复杂，在此类激励力作用下的振 动特性及其他转子动力学行为越复杂。尽管国内外针对旋转机械转子动力学特性开展了较多的理论分析和实验研究。 但目前还未能建立考虑非定常流体激励力下的离心泵转子动力学特性及行为计算方法。书以对我国经济建设和国家安全有重要现实意义的流程离心泵和航天发 动机离心泵为具体工程背景。 从基础理论、 数值计算和应用实例等方面。 构建基于全流量、 全流场非定常流场信息的流体激励力及考虑流体激励力的转子动力特性分析方法。 得到了非定常流体激励力作用下的转子系统动力特性。 并以高速离心泵和多级离心泵为例进行计算分析本书研究成果可为高性能离心泵的设计开发和可靠运行提供技术支撑。 本书在成书过程中， 得到了浙江理工大学、 浙江天德泵业有限公司和嘉利 特荏原泵业有限公司等单位有关老师和科技人员的大力支持。 在此一并表示衷 心的感谢! 本书得到了国家自然科学基金项目 (Ｎｏ􀆰 Ｕ１７０９２０９) 和浙江省重点研发计 划项目 (Ｎｏ􀆰 ２０１７Ｃ０１０２１) 的资助，对于书中存在的缺点和错误。 敬请读者批评指正。

朱祖超 翟璐璐