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水 利 学 报

2021 年 9 月 SHUILI XUEBAO 第 52 卷 第 9 期

文章编号：0559-9350（2021）09-1047-12

双吸离心泵泵站压力脉动与振动特性现场试验研究

张世杰 ，靳发业 ，姚志峰 ，王福军 ，肖若富 ，何成连 3
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1，2
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（1. 中国农业大学 水利与土木工程学院，北京 100083；
2. 北京市供水管网系统安全与节能工程技术研究中心，北京 100083；
3. 中水北方勘测设计研究有限责任公司，天津 300222）
摘要：双吸离心泵运行时，动静干涉会引起特定压力脉动，其频率为叶轮转频与叶片数相乘，即叶频。前期研究
表明叶频压力脉动主要产生于压水室的隔舌区域，是引起水泵机组和泵房振动的重要激振源。为了揭示双吸离心
泵系统压力脉动和振动特性的关系，开展了泵站压力脉动和振动特性的现场试验。通过在泵基础、出水管和泵房
楼板位置布置振动传感器，同步测量了泵出口阀门不同开度下和泵启动开阀过程中的振动信号，借助时频分析方
法开展了泵房振动信号的溯源分析。分析结果表明：在稳态工况中，水泵压力脉动和振动的相干性主要表现在转
频、叶频及其倍频，且叶频压力脉动具有向上游衰减快，向下游衰减慢的特点；在启动工况中，水泵压水室压力
脉动与基座（特别是垂直方向），甚至泵房出水侧楼板振动在叶频和转频处表现出相干性。根据现场测试结果认
为，干室型双吸离心泵泵房在设计时，需要重点关注水泵叶频压力脉动作用下出水侧楼板等泵房结构的动力学响
应问题。
关键词：双吸离心泵；泵站；压力脉动；振动特性；相干性分析
中图分类号：TH311；TV675 文献标识码：A doi：10.13243/j.cnki.slxb.20201056

1 研究背景

双吸离心泵泵站流量大、扬程高、检修方便，在大型调水工程、农田灌溉和城镇供水等重要领
域应用广泛 ［1-2］ 。目前在建和新建的大型泵站中水泵单机功率不断攀升，其面临的运行稳定性问题更
加突出。振动是衡量泵站运行稳定性的重要指标之一，泵内水力激振力可能诱发泵系统振动超标，
结构共振，甚至致使泵站建筑结构发生破坏。复杂水力激振是诸如水泵等旋转机械中无法避免的问
题，是多因素共同作用的结果。其中，动静干涉效应是最常见的水力机械水力激振源之一。
动静干涉效应 ［3-4］ 是由于叶轮出口流动不均匀（“射流-尾迹”）和压水室结构不对称共同作用的结
果，其产生的压力脉动频率通常为叶频以及其倍频。叶轮叶片尾部“射流-尾迹”通常会使叶轮和压
水室（或叶轮和导叶）的无叶区存在较大的压力脉动。Parrondo-Gayo 等 ［5-6］ 测试了单吸离心泵的叶轮
出 口 的 压 力 脉 动 ， 发 现 压 水 室 压 力 脉 动 水 平 主 要 受 叶 轮 出 口 与 压 水 室 隔 舌 间 隙 和 运 行 工 况 的 影
［7］
响，较小间隙和偏额定工况运行均会显著增大水泵的压力脉动。舒欣等 采用试验和数值模拟相结
合的方法研究了自吸泵内部能量损失的特征，发现动静干涉效应会加剧叶轮内部和隔舌附近的损
失。
泵内叶频压力脉动在隔舌区域最为显著 ［8-9］ ，且向周围传递脉动能量，势必对泵系统及泵房施加

收稿日期：2020-12-22；网络首发时间：2021-07-01
网络首发地址：http：/kns.cnki.net/kcms/detail/11.1882.TV.20210630.1414.001.html
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基金项目：国家自然科学基金项目（51836010，51879266）；国家重点研发计划子课题（2017YFC040320602）；北京市科技计划
课题（Z181100005518013）
作者简介：张世杰（1995-），博士生，主要从事水力机械流动理论研究。E-mail：zhangsj_ais@163.com
通讯作者：姚志峰（1984-），副教授，主要从事水力机械流动理论和泵站水动力学研究。E-mail：yzf@cau.edu.cn
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