混流泵廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)排灌、城市供排水、礦山、大型水利工程、艦船噴水推進(jìn)、海水脫鹽系統(tǒng)以及火力發(fā)電和核電站的循環(huán)水系統(tǒng)等領(lǐng)域，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中發(fā)揮著重要作用。
隨著水力機(jī)械單機(jī)容量和尺寸的增加，人們對(duì)其運(yùn)行穩(wěn)定性和可靠性問(wèn)題日益重視。尤其是應(yīng)用于非調(diào)節(jié)工況(起動(dòng)或停機(jī))下的大型混流泵，快速起動(dòng)過(guò)程表現(xiàn)出區(qū)別于穩(wěn)態(tài)過(guò)程的特殊性質(zhì)，其瞬態(tài)工作特性可為泵系統(tǒng)提供瞬時(shí)流體動(dòng)力，但瞬態(tài)效應(yīng)引起的水力激振、沖擊負(fù)載將引發(fā)轉(zhuǎn)子強(qiáng)烈的彎曲振動(dòng)并導(dǎo)致失穩(wěn)。
旋轉(zhuǎn)機(jī)械的軸心軌跡作為轉(zhuǎn)子振動(dòng)狀態(tài)的一類重要圖形征兆，包含大量的故障信息，是形象直觀反映轉(zhuǎn)子實(shí)際運(yùn)動(dòng)狀況的有效手段。時(shí)域圖可以反映振動(dòng)量隨時(shí)間的變化情況，頻譜圖可以反映復(fù)雜信號(hào)所含頻率分量。由于不同故障具有不同的頻率特征，根據(jù)時(shí)域圖和頻譜圖可以對(duì)故障性質(zhì)做初步診斷。因此，研究混流泵起動(dòng)過(guò)程中轉(zhuǎn)子的軸心軌跡對(duì)準(zhǔn)確掌握混流泵轉(zhuǎn)子系統(tǒng)振動(dòng)的情況、有效防止瞬態(tài)效應(yīng)誘發(fā)的振動(dòng)故障惡化具有重要的工程應(yīng)用價(jià)值。
混流泵模型
目前，關(guān)于旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)及其軸心軌跡的研究，大多是基于信號(hào)處理方法進(jìn)行振動(dòng)分析、識(shí)別及故障診斷等，部分學(xué)者研究了動(dòng)態(tài)軸心軌跡的理論算法和應(yīng)用，并通過(guò)建立轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)有限元模型進(jìn)行瞬態(tài)響應(yīng)等動(dòng)力學(xué)特性計(jì)算。
大連理工大學(xué)的趙利華對(duì)旋轉(zhuǎn)機(jī)械常見(jiàn)故障的機(jī)理進(jìn)行研究，提出了運(yùn)用D-S證據(jù)理論的信息融合技術(shù)對(duì)軸心軌跡圖像特征進(jìn)行識(shí)別的方法，并應(yīng)用模擬和實(shí)測(cè)信號(hào)對(duì)方法的有效性進(jìn)行了驗(yàn)證；山東大學(xué)的李德江分別從軸心軌跡的理論計(jì)算、提純和自動(dòng)識(shí)別三個(gè)方面對(duì)旋轉(zhuǎn)機(jī)械的軸心軌跡進(jìn)行研究；易太連等設(shè)計(jì)了低通數(shù)字濾波器對(duì)位移信號(hào)進(jìn)行了濾波處理，得到了符合軸承負(fù)荷分布規(guī)律的軸心軌跡圖。
然而，上述成果要點(diǎn)關(guān)注了軸心軌跡的信號(hào)處理與應(yīng)用，而對(duì)旋轉(zhuǎn)機(jī)械起動(dòng)、停機(jī)過(guò)程的軸心軌跡以及振動(dòng)的研究較少，缺乏與機(jī)組結(jié)構(gòu)和自身運(yùn)行特性的關(guān)聯(lián)分析。江蘇大學(xué)的胡敬寧等通過(guò)理論分析和試驗(yàn)探索了多級(jí)離心泵水潤(rùn)滑軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)在起動(dòng)瞬態(tài)過(guò)程的軸心軌跡，但其研究對(duì)象為多級(jí)離心泵且系統(tǒng)的支承結(jié)構(gòu)為水潤(rùn)滑軸承。
江蘇大學(xué)的李偉、季磊磊、施衛(wèi)東等科研人員以混流泵為研究對(duì)像，在前期對(duì)起動(dòng)過(guò)程瞬態(tài)水力特性研究的基礎(chǔ)上，基于本特利408數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對(duì)混流泵起動(dòng)過(guò)程的軸心軌跡進(jìn)行試驗(yàn)研究，通過(guò)分析軸心軌跡提純后的一倍頻和二倍頻軸心軌跡圖及其時(shí)域圖、不同轉(zhuǎn)速下的頻譜瀑布圖，探討加速起動(dòng)過(guò)程中的振動(dòng)誘因，為降低或防止混流泵起動(dòng)過(guò)程中振動(dòng)故障惡化提供理論依據(jù)。
研究結(jié)果顯示：
混流泵起動(dòng)過(guò)程中，原始軸心軌跡呈外“8”字形且“毛刺”較多，而分解提純后的一倍頻和二倍頻軸心軌跡分別呈圓形和橢圓形，說(shuō)明起動(dòng)過(guò)程中轉(zhuǎn)子系統(tǒng)存在不平衡和不對(duì)中等問(wèn)題。
混流泵起動(dòng)過(guò)程中的軸心軌跡測(cè)量結(jié)果分析表明，由于轉(zhuǎn)子系統(tǒng)存在由不平衡量引起的工頻振動(dòng)和不對(duì)中現(xiàn)象導(dǎo)致的同步正進(jìn)動(dòng)，轉(zhuǎn)速增加使得轉(zhuǎn)子不平衡增大，徑向偏移量增加，水平方向振動(dòng)加劇，加速是造成軸系振動(dòng)惡化的主要原因。
起動(dòng)過(guò)程中混流泵轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)受瞬態(tài)效應(yīng)引起的水力激振、沖擊負(fù)載等影響較大。當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到***大值時(shí)，揚(yáng)程隨之到達(dá)***大，并在加速結(jié)束時(shí)出現(xiàn)一個(gè)瞬時(shí)沖擊揚(yáng)程和沖擊負(fù)載。與此同時(shí)，加速起動(dòng)末期軸系振動(dòng)也出現(xiàn)一個(gè)峰值并隨轉(zhuǎn)速穩(wěn)定逐漸減小并穩(wěn)定。因此，加速完成時(shí)的瞬態(tài)效應(yīng)更易加劇軸系振動(dòng)并誘發(fā)振動(dòng)故障惡化。
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