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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，人們對其運行穩(wěn)定性和可靠性問題日益重視。尤其是應(yīng)用于非調(diào)節(jié)工況(起動或停機(jī))下的大型混流泵，快速起動過程表現(xiàn)出區(qū)別于穩(wěn)態(tài)過程的特殊性質(zhì)，其瞬態(tài)工作特性可為泵系統(tǒng)提供瞬時流體動力，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)子實際運動狀況的有效手段。時域圖可以反映振動量隨時間的變化情況，頻譜圖可以反映復(fù)雜信號所含頻率分量。由于不同故障具有不同的頻率特征，根據(jù)時域圖和頻譜圖可以對故障性質(zhì)做初步診斷。因此，研究混流泵起動過程中轉(zhuǎn)子的軸心軌跡對準(zhǔn)確掌握混流泵轉(zhuǎn)子系統(tǒng)振動的情況、有效防止瞬態(tài)效應(yīng)誘發(fā)的振動故障惡化具有重要的工程應(yīng)用價值。

混流泵模型

目前，關(guān)于旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動及其軸心軌跡的研究，大多是基于信號處理方法進(jìn)行振動分析、識別及故障診斷等，部分學(xué)者研究了動態(tài)軸心軌跡的理論算法和應(yīng)用，并通過建立轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)有限元模型進(jìn)行瞬態(tài)響應(yīng)等動力學(xué)特性計算。

大連理工大學(xué)的趙利華對旋轉(zhuǎn)機(jī)械常見故障的機(jī)理進(jìn)行研究，提出了運用D-S證據(jù)理論的信息融合技術(shù)對軸心軌跡圖像特征進(jìn)行識別的方法，并應(yīng)用模擬和實測信號對方法的有效性進(jìn)行了驗證；山東大學(xué)的李德江分別從軸心軌跡的理論計算、提純和自動識別三個方面對旋轉(zhuǎn)機(jī)械的軸心軌跡進(jìn)行研究；易太連等設(shè)計了低通數(shù)字濾波器對位移信號進(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，上述成果要點關(guān)注了軸心軌跡的信號處理與應(yīng)用，而對旋轉(zhuǎn)機(jī)械起動、停機(jī)過程的軸心軌跡以及振動的研究較少，缺乏與機(jī)組結(jié)構(gòu)和自身運行特性的關(guān)聯(lián)分析。江蘇大學(xué)的胡敬寧等通過理論分析和試驗探索了多級離心泵水潤滑軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)在起動瞬態(tài)過程的軸心軌跡，但其研究對象為多級離心泵且系統(tǒng)的支承結(jié)構(gòu)為水潤滑軸承。 

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像，在前期對起動過程瞬態(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)對混流泵起動過程的軸心軌跡進(jìn)行試驗研究，通過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域圖、不同轉(zhuǎn)速下的頻譜瀑布圖，探討加速起動過程中的振動誘因，為降低或防止混流泵起動過程中振動故障惡化提供理論依據(jù)。

研究結(jié)果顯示：

混流泵起動過程中，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，說明起動過程中轉(zhuǎn)子系統(tǒng)存在不平衡和不對中等問題。

混流泵起動過程中的軸心軌跡測量結(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和不對中現(xiàn)象導(dǎo)致的同步正進(jìn)動，轉(zhuǎn)速增加使得轉(zhuǎn)子不平衡增大，徑向偏移量增加，水平方向振動加劇，加速是造成軸系振動惡化的主要原因。

起動過程中混流泵轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的運行狀態(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，揚程隨之到達(dá)***大，并在加速結(jié)束時出現(xiàn)一個瞬時沖擊揚程和沖擊負(fù)載。與此同時，加速起動末期軸系振動也出現(xiàn)一個峰值并隨轉(zhuǎn)速穩(wěn)定逐漸減小并穩(wěn)定。因此，加速完成時的瞬態(tài)效應(yīng)更易加劇軸系振動并誘發(fā)振動故障惡化。