ｌ０ ＦＬＵＩＤ ＭＡＣＨＩＮＥＲＹ Ｖｏ１．４０Ｎｏ．４，２０１２ ，文章编号：１００５—０３２９（２０１２）０４—００１０—０３ 电动离心泵振动特性试验研究 龚卫锋，李兵，孙卫平，孙玉祥 （中船重工集团公司第七。四研究所，上海２０００３１） 摘要： 通过对一台变频电机驱动的船用离心泵在不同流量条件以及不同转速条件下的振动加速度的测试，总结了电 动离心泵在变工况时振动特性的基本变化规律，分析了两者之间的差异及产生原因，为电动离心泵偏工况运行的振动控 制提供了依据，并对振动要求严格的舰船用泵的调节运行方式提出了建议。 关键词：离心泵；振动加速度；试验研究 中图分类号：ＴＨ３１１ 文献标识码：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００５—０３２９．２０１２．０４．００３ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｔｈｅ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌ Ｐｕｍｐ’ｓ Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ＧＯＮＧ Ｗｅｉ—ｆｅｎｇ，ＬＩ Ｂｉｎｇ，ＳＵＮ Ｗｅｉ—ｐｉｎｇ，ＳＵＮ Ｙｕ—ｘｉａｎｇ （Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｍａｒｉｎｅ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，ｓｈａｎｇｈａｉ ２０００３１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ａｉｍ ａｔ ｏｎｅ ｍａｒｉｎｅ ｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌ ｐｕｍｐ ｄｒｉｖｅｎ ｂｙ ＡＣ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｍｏｔｏｒ，ｔｈｅ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｗｈｉｃｈ ｏｎ ｔｈｅ ｖａｒｉａｂｌｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｗｅ ｈａｖｅ ｔｅｓｔｅｄ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｓｕｃｈ ｔｅｓｔｉｎｇ，ｔｈｅ ｐｕｍｐ￣ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｒｕｌｅｓ ａｔ ｂｏｔｈ ｖａｒｉａｂｌｅ ｆｌｏｗ ｒａｔｅ ａｎｄ ｒｕｎ ｓｐｅｅｄ ａｒｅ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ． Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ，ｔｈｅ ｃａｕｓｅｄ ｒｅａｓｏｎｓ ｄｕｅ ｔｏ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｔｗｏ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ａｒｅ ａｌｓｏ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｉｔ ｐｒｏｖｉｄｅｓ ｉｍｐｏｒ— ｔａｎｔ ｇｕｉｄａｎｃｅ ｆｏｒ ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｃｅｎｔｉｒｆｕｇａｌ ｐｕｍｐｓ ｕｓｅｄ ｉｎ ｖａｒｉａｂｌｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．Ａｎｄ ｓｏｍｅ ｕｓｅｆｕｌ ａｄｖｉｃｅｓ ａｒｅ ｏｆｆｅｒｅｄ ａ— ｂｏｕｔ ｔｈｅ ｒｕｎｎｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｓｕｃｈ ｍａｒｉｎｅ ｐｕｍｐｓ ｕｓｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｌｏｗｅｒ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌ ｐｕｍｐ；ｖｉｂｒａｔｏｒｙ ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ；ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｌ ｓｔｕｄｙ ａ１前言 ２测点布置及试验说明 引起离心泵运行振动的因素除了机械和结构 试验泵选择了１台典型的船用单级离心泵。 驱动电机为变频交流电机，通过外部调压器改变 电机输入电压可实现０—１５００ｒ／ｍｉｎ无级调速。 泵组采用弹性安装型式，测点如图１所示。 方面外，运行工况的偏离也会加剧其运行时的振 动噪声水平…。一般来说，船用离心泵运行工况 的调节通常采用节流调节或变速调节 』。节流 调节会造成离心泵的扬程、功率以及效率损失，该 方式虽然简单却不经济；而变速调节既简单又经 济，但需要采用变频电机和变频器 Ｊ。经验表 明，离心泵在变工况运行时的振动水平与设计工 况有着明显的区别。通过对一台变频交流电机驱 动的船用离心泵在上述２种调节方式下的振动特 性随工况改变时的变化情况进行了测试，总结２ 种调节方式下振动噪声的变化规律，并对比分析 两者之间的差异，为电动离心泵偏工况时的振动 控制提供依据。 图ｌ 电动离心泵测点布置示意 １．泵进口法兰处，２．泵出１２１法兰处，３．泵体处，４、５．泵机脚 处，６、７．电机上下轴承处。 收稿日期：２０１ｌ一０６—１０ ２０１２年第４Ｏ卷第４期 流体机械 影响离心泵振动水平的因素较多，如流动参 数、结构特点、安装方式等 。Ｊ。为了突出工况变 化（主要表现为流动参数的变化）对振动水平的 影响，在设计试验台架时充分考虑管路振动及阀 门开度引起的流体激振对试验泵的影响Ｉ８，９］，进 出口均连接橡胶波纹管，在出口管路中采用一个 截止阀来调节工况，且截止阀距离泵出口大于２０ 倍管径的位置。试验泵进出口管路完全浸没在水 面以下，通过真空泵抽除管路中的空气后起动试 验泵。 为了研究在较宽频率范围内的振动特性，采 用振动加速度 （ｄＢ，Ｌ＝２０ ，‰＝１０～ｍ／ｓ ）作 Ⅱ０ 为测试分析参数。 ３测试工况 ３．１ 节流调节 将管路截止阀完全关闭，通过调压器将试验 泵转速调至１５００ｒ／ｍｉｎ，缓慢调节截止阀开度使试 验泵的流量从０至最大流量，按图１所示测点测 试试验泵的振动加速度值。 ３．２变速调节 使试验泵运行在１ ５００ｒ／ｍｉｎ，调节截止阀使流 量至额定流量点后，调节调压器的电压改变电机 转速，使试验泵转速逐步降低至最低转速，期间按 图１所示测点测试试验泵的振动加速度值。 当转速改变时，泵的流量、扬程、功率符合比 例定律，即： Ｑ２ ｎ２ Ｑｌ ，己ｌ ：ｆ 、ｚ Ｈ１ 、ｎ１ Ｐ２Ｐ ：（、 ）ｎ１／ － ４测试结果及分析 以下均以机脚测点４（典型点）垂直方向（ｚ 向）为例（其他测点各方向变化情况相似）分析试 验泵的振动加速度随流量的变化规律。 ４．１ 节流调节时振动特性 图２所示为节流调节时振动加速度随工况的 变化。３条曲线分别为试验泵节流调节时低频、 高频及总振级值变化规律。 ｌ 一 ∞ １ Ｑ 图２节流调节时振动加速度值 从图２中可以得出： （１）试验泵的振动加速度值在设计工况时最 低。当偏离设计工况时，振动加速度会不同程度 的增加，这种现象在低频区域尤为明显。这是由 于偏工况时泵内流动状态的恶化所引起的流体激 振力增加所致。 （２）高频和总振级随工况改变变化不大。经 分析，泵组高频振动主要由电机产生，且振动幅值 较大，对泵组总振级贡献很大。通过分析电机上 方的测点６和测点７的测试频谱，节流调节时电 机振动加速度值变化不大，这是导致泵组总振级 和高频振级随工况变化不明显的原因。 （３）在偏离设计工况时，流量减小时振动加 速度值相比流量增大时振动加速度值的增加要 快。导致这种现象的主要原因如下：当流量偏离 设计点时，由叶轮出口三角形可知叶轮出口速度 大小和方向均发生变化，与压水室流体相遇时便 会产生撞击，产生径向力同时又反作用于叶轮。 从对离心泵径向力的分布研究发现，其正是成 “Ｖ”型分布规律，且大流量相对于小流量时曲线 要平坦，与试验泵低频振动分布规律相近；再者在 流量偏离设计点时可以观测到叶片流道内有害涡 的形成，流体的不均匀性引起了流体动力脉冲随 时间缩短，因此使叶频及其谐波分量有所增加，表 现在低频区的振动加速度值增加。 ４．２变速调节时振动特性 图３示出试验泵变速调节时振动加速度值随 工况的变化曲线。图４示出谱线图，从中可以看 １２ ＦＬＵＩＤ ＭＡＣＨＩＮＥＲＹ Ｖｏ１．４０Ｎｏ．４，２０１２ ，出，随着转速的降低试验泵各频段的振动加速度 值均相应地减小。同时监测到的空气噪声也是随 着转速的降低而逐步减小的。 值比较，流量越小振动量值相差就越大，说明变速 调节方式运行的电动泵更适合安静型设备的需 求。 ５结语 ｌ３Ｏ 本文对电动离心泵的振动特性进行了测试， 总结了振动加速度的变化趋势，随流量减小时节 流调节电动离心泵振动量值会逐步增大，而变速 ７０ ２０％ ６５％ ｌ１０％ Ｄ 图３ 变速调节时振动加速度值 ｌＩＯ．Ｏ０ ２０．ＯＯ １Ｏ．ＯＯ 】ＯＯ．ＯＯ Ｈｚ） 图４变速调节时振动加速度谱线 表１ ２种调节方式振动量值对比 流量Ｑ 振动加速度（ｄＢ） （％） 频率段 节流调节 变速调节 调节方式 差值 低频段振级 ｌｌ８．２５ ７５．３９ ４２．８６ ３０ 高频段振级 １２９．１３ ９３．１９ ３５．９４ 总振级 １２９．５１ ９３．３１ ３６．２０ 低频段振级 ｌ１６．２１ ８５．９４ ３０．２７ ５０ 高频段振级 １２９．４６ １００．６９ ２８．７７ 总振级 １２９．６９ １００．９７ ２８．７２ 低频段振级 ｌｌ３．４５ ９６．６２ ｌ６．８３ ８０ 高频段振级 １２９．Ｏ７ ｌ２１．９３ ７．１４ 总振级 １２９．２０ １２１．９７ ７．２３ 表１为２种调节方式下典型工况振动加速度 调节振动量值却明显减小，总体来说总振级还是 受电机影响比较大。 对于多变工况要求的船用泵来说，采用变速 调节运行方式不仅能节能而且还能降低泵的振动 量值。因此，舰船系统设计用泵可以考虑这种运 行调节方式。 参考文献 Ｉ１Ｉ１ 二 ２ ３ １Ｊ４ １Ｊ５ １ｊ６ 吴仁荣．船用离心泵的运行振动和减消措施［Ｊ］．机 电设备，２００４，（６）：３７－３９． 特罗斯科兰斯基Ａ Ｔ，拉扎尔基维茨Ｓ．叶片泵计算 与结构［Ｍ］．北京：机械工业出版社，１９８１． 张志民，蔡振东，于爱华．离心泵调节运行节能效果 的试验研究［Ｊ］．水泵技术，２００３，（１）：３２—３５． 孙卫平，李兵，龚卫锋，等．离心泵变工况振动特性 分析［Ｃ］．第五届上海机械科技论坛流体工程实用 技术研究，２０１０：１７４－１７６． 周云龙，洪君，张学清，等．ＨＨＴ与Ｅｌｍａｎ神经网络 在离心泵故障振动信号处理中的应用［Ｊ］．流体机 械，２００７，３５（５）：２７－３０． 赵万勇，白双宝，马鹏飞．离心泵转子振动研究现状 与展望［Ｊ］．流体机械，２０１１，３９（３）：４４—４６． 高新民，陈冰，吕敬高，等．船用离心泵减振降噪分 析［Ｊ］．流体机械，２０１１，３９（９）：５７－６０． 吴石，张文平．阀门流场的数值模拟及流噪声的实 验研究［Ｊ］．阀门，２００５，（１）：７－１０． 张金海，郑水华，邓鸿英，等．新型铰接式单向阀流 场数值模拟分析［Ｊ］．流体机械，２０１０，３８（６）：３５— ３８． 作者简介：龚卫锋（１９７９一），男，工程师，主要从事流体机械 开发与设计，通讯地址：２０００３１上海市衡山路ｌＯ号上海中船重工 集团公司第七。四研究所军品二部。 ７ ８
