水泵共振与临界转速

引起泵振动的原因有好多种，如扭转振动和轴横向振动、汽蚀、流体脉动、管路振 动以及结构引起的振动。本文讨论的是临界转速而引起的共振，临界转速为旋转轴呈现 明显共振下的转速，临界转速接近轴无阻尼的固有频率。离心泵轴的临界转速与下列因 素有关：

(1)   轴承结构和轴承跨距的长度；

(2)   叶轮刚度和重量；

(3)   润滑特性（温度、粘度等）；

(4)   轴径和材料；

(5)   壳体和基础支承的刚度；

(6)   叶轮密封环、密封和材料的刚度和阻尼。

在观察旋转轴时，不难发现，当轴由零转速加速到某转速时，轴的旋转开始不稳定， 产生强烈的振动和变形。如果继续提高轴的转速，会反复连续出现以上现象，这就是共 振现象。引起第一次共振的转速成为第一临界转速，引起第二次共振称为第二临界转速， 后面依次类推。

工作转速低于第一临界转速的轴叫做刚性轴，工作转速高于第一临界转速的轴叫做 柔性轴。要保证调速泵安全稳定的运行，水泵调速后的转速不得与其临界转速接近、重 合。否则，机组将产生强烈的共振现象，从而使机组受到破坏。通常，单级离心泵的额 定转速（设计转速）低于其轴的临界转速，设计转速通常为临界转速的75%〜80%。而 对于多级泵，水泵的设计转速要同时兼顾第一临界转速和第二临界转速，其设计转速一 般小于第二临界转速的70%，大于第一临界转速的130% (1.3nei<n<0.7ne2)。从临界 转速这个角度出发，泵轴设计成刚性轴较有利，因为泵启动时从零转速上升至额定转速 就可以避开第一临界转速，阻止了产生共振的可能性。对于悬臂式泵这一点非常容易实 现，通常也是设计成刚性轴；对于双支承的多级泵，一般设计成柔性轴。

综上所述，为了保证水泵的运行稳定，调速过程中不产生共振，水泵的工作转速范 围应该要适当远离临界转速。对于刚性轴水泵，工作转速n<0.8ne，对于柔性轴水泵， 工作转速n应满足：1.3nci<n<0.7n

本章小结

(1)   阐述了水泵调速的原则，即水泵调速通常都是向下调速，不准向上调速及向上 调速可能造成的后果。

(2)   对水泵机组的能耗进行了分析，当变频器改变电动机频率及转速时，从而带动 水泵转速改变，并不是电机转速想降多少就降多少，而是有一定范围的，否则电动机和 变频器的效率会急速下降。

(3)   阐述了变频调速分为合理调速范围和极限调速范围，变频调速时最多只能在合 理调速范围内运行，绝对不允许进入极限调速范围，否则会出现譬如流量阻塞点，流 量振荡点，流量汽蚀点诸多不稳定运行的工况。并且对此三种工况进行了简要分析。

(4)   当转速较大偏离额定转速时，实际的等效率曲线与相似工况抛物线并不重合。 这是因为转速变化时，泵内的流速变化而引起雷诺数的改变，进而引起泵内损失的变 化。此时泵的水力效率、容积效率、机械效率不再基本保持不变，下降较多，从而导 致泵的总效率下降，这显然是不经济的。

(5)   在泵的调速运转过程中，应注意避开机组的泵轴临界转速，否则调速至临界 转速及其附近时会导致共振现象损坏机组。对于刚性轴水泵，工作转速n<0.8ne (nc 为第一临界转速），对于柔性轴水泵，工作转速n应满足：1.3nci<n<0.7nC2 (nci为第 一临界转速，为第二临界转速）