KFUPM ePrints

EXPERIMENTAL AND NUMERICAL INVESTIGATION OF FLOW INDUCED VIBRATION IN A HIGH PRESSURE DOUBLE VOLUTE CENTRIFUGAL PUMP

Khalifa, Atia (2009) EXPERIMENTAL AND NUMERICAL INVESTIGATION OF FLOW INDUCED VIBRATION IN A HIGH PRESSURE DOUBLE VOLUTE CENTRIFUGAL PUMP. PhD thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img]PDF (PhD thesis by Atia Khalifa)
16Mb

Arabic Abstract

تحتوى الرسالة على دراسة عملية و محاكاة عددية للإهتزازات الناتجة عن السريان داخل مضخة تغذي غلاية محطة توليد كهرباء حيث تمت الدراسة على مضخة أنموذج مصغرة لمعرفة تأثير عوامل التشغيل الديناميكية بالاضافة الى تأثير تغير تصميم المضخة بهدف تقليل تذبذب الضغط داخل المضخة و اهتزازها. و قد وجد أن تذبذب الضغط داخل المضخة يعتمد على معدل التصرف ة المسافة الفاصلة بين الجزء الدوار و ريش الغلاف الثابتة التى تقسم السريان الى المخرج كما انه يختلف من مكان الى أخر داخل المضخة ويزداد تذبذب الضغط داخل المضخة مع زيادة السرعة و عند معدلات تصرف غير مساوية لأعلى كفاءة. و قد تم دراسة تصميم الجزء الدوار فى المضخة و الذى يحتوى قطع على شكل V فى نهاية الريش حيث وجد انه يقلل من تذبذب الضغط داخل المضخة و الاهتزاز المقاس على جسم المضخة الخارجى خصوصا عند معدلات التدفق المنخفضة. أثبتت المحاكاة العددية ثنائية الابعاد انها مفيدة جدا فى دراسة تأثير المتغيرات التشغيلية كمعدل التدفق و السرعة، و كذلك تغيير التصميم على توزيع و تذبذب الضغط داخل المضخة و لكن نحتاج الى تطوير محاكاة ثلاثية الابعاد للحصول على قيم أكثر دقة لتذبذب الضغط داخل المضخة. توصى الدراسة بزيادة الفراغ الفاصل بين الجزءالدوار و الريش الثابتة ليصل الى 5 % من قطر الجزء الدوار عن طريق قص الريش الثابتة للخلف ( إبتداء من مقدمتها) وذلك يخفض من مقدار الاهتزازات و تذبذب الضغط داخل المضخة عند جميع ظروف التشغيل ولكن على حساب انخفاض قدره 1.6 % فى الكفاءة و5% فى الضغط عند معدل تدفق ثابت مناظر لأعلى كفاءة.

English Abstract

The present work is an experimental and numerical investigation of the flow induced vibration problem at blade passing frequencies of a high-pressure double volute boiler feed pump. The effects of variable operating conditions and different design modifications were studied by model testing to minimize the vibration level. The amplitude and strength of the pressure fluctuation inside the pump depend on the measuring location with respect to the interaction zone at volute tongues. The unsteady pressure fluctuations are very sensitive to the flow rate. Pressure fluctuations are increased at high rotational speeds and at off-design conditions. The original pump has a special V-shaped cut at the exit of impeller blades which reduces the pressure fluctuations up to 45% depending on flow rate and measuring location. It also reduced pump vibration by 20 to 50% depending on flow rate. The selection of the suitable gap between impeller and diffuser vanes for minimum vibration levels was based on experimentation under the expected operating conditions. Smaller gaps are not preferable for the pressure fluctuations inside the pump since they produce higher impeller/volute interaction. Increasing the gap from 2.5 to 5% of the impeller diameter with the V-cut design is considered to be a good and simple solution to minimize vibration levels by about 50% on average for the present pump; at a wide range of flow rates. The improvement in reducing pump vibration due to gap increasing was achieved at the expense of 5% loss in pump head and 1.6% loss in efficiency at the rated pump capacity. Detailed uncertainty analysis indicates that uncertainty limits are: ±1.5% in flow rate, ±1% in head, and ± 2% in efficiency, at best efficiency conditions. The 2D CFD simulation using sliding mesh technique can predict the effect of variable flow rate and pump design on flow field. However, the unsteady pressure fluctuations are location dependent and a 3D model is needed for accurate prediction of the fluctuations amplitudes.



Item Type:Thesis (PhD)
Date:01 August 2009
Date Type:Completion
Subjects:Mechanical
Research > Engineering
Divisions:College Of Engineering Sciences > Mechanical Engineering Dept
Creators:Khalifa, Atia
Email:attia@kfupm.edu.sa
Committee Advisor:Al-Qutub, Amro
Committee Members:Ben-Mansour, Rached and Khulief, Yehia and Badr, Hassan and Zedan, Mohammed
ID Code:136110
Deposited By:Dr. ATIA ISMAEL KHALIFA
Deposited On:28 Jul 2009 10:23
Last Modified:30 Apr 2011 16:59

Repository Staff Only: item control page