针对国内外文献中所分析的离心泵转子振动的影响因素,结合试验所得结果对离心泵的计算模型、计算设计方法和振动故障等研究现状进行综合分析,提出离心泵转子振动分析应在已有的分析理论基础上分别分析离心泵的汽蚀、流体激振、密封间隙力等因素对离心泵转子振动的影响,并提出将流固耦合、汽蚀和碰摩耦合理论综合起来分析离心泵转子部件的振动现象。
离心泵是一种旋转式流体机械,运行时会由于各种各样的原因而产生振动,离心泵振动既具有一般旋转机械的常见振动现象,又具有水泵特有的流-固耦合、流体激振等特性。离心泵的核心部件是转子-轴承-基础系统,其中转轴与叶轮可以认为是转子,轴承和密封等属于静子。由于离心泵运行的安全性、长期性、稳定性等要求,必须对离心泵的运行进行实时监测,对出现的各种故障以及故障程度进行准确诊断,最大限度地提高其工作效率,减少检修次数,降低损失。振动是离心泵转子系统关键问题之一。振动主要来自于轴承支承刚度、叶片与流体激振、机组设计与制造安装缺陷以及碰摩、支座松动、转轴裂纹等故障,具有很强的非线性。要想准确地对这些故障进行预测与诊断,必须了解其故障特征以及它们对转子系统的动力学影响,对故障转子系统进行非线性研究。因此,利用非线性有限元方法、现代非线性理论与转子动力学理论对离心泵进行合理建模,预先估计、分析其可能出现的各种故障及故障对其运行的影响程度具有一定的现实意义。
一、国外及其国内的研究现状
针对提灌和城市供水泵站使用的大型离心泵出现的泵轴和密封环损坏以及电机窜轴等问题,理论分析认为是用于离心泵转子部件的振动引起的,目前所了解的引起转子振动的有以下原因:机电耦合,弯扭耦合,松动-裂纹耦合,松动-碰摩耦合耦合振动(如流固耦合、磁固耦合、气固耦合振动),非对称转子-轴承系统碰摩系统,不平衡、初始弯曲、刚度非对称、不对中、油膜涡动和油膜振荡、旋转失速和喘振、摩擦与松动、转子裂纹、密封失稳、齿轮与滚动轴承故障等。
1.机电耦合工程中的绝大部分转子系统都以交流电机作为动力源,机电耦合是转子系统在起动、制动、负载冲击和自激震荡等非平稳过程中表现出的基本特征。建立转子系统的机电耦合数学模型并利用该模型定量研究非平稳过程中各系统参数的变化规律,对于转子系统的参数设计和故障诊断具有重要价值。
综合考虑供电电网中串联补偿电容、机械转子系统横振、电机转子与机械转子的旋转运动及相对扭振的影响,以经典电机理论为基础建立了转子系统的一种综合的机电耦合数学模型。
通过对由串联电容和负载波动引起的两种机电耦合非平稳过程的数值研究证实,机电耦合模型不仅能反映电机系统和机械转子系统固有的动力学特性,而且能反映电机系统和机械转子系统之间的耦合动力学规律,适用于研究转子系统的各种非平稳过程,熊万里等人发表的"用机电耦合模型研究转子系统的非平稳过程"。
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