液下泵转子失效分析.pdf

GM石油/化工邇用机械
GM in Petroleum&Chemical Industry
液下泵转子失效分析
中国石油化工股份有限公司荆门分公司物资装备管理中心(湖北48039)崔常鹏
【摘要】针对某液下泵在运行过程中,频業出1H=40m,转速n-141min,功率P=3SkW,液下深度
现轴系損坏。采用模态加法对結构的回有频率和各阶「=300m,其总体结构如图1所示。在液下泵上部没
振型进行分析,得到:当轴承支撑形式与设计形式吻合
置一对深沟球轴承,用来承受泉运行中产生的轴向力;
时,转子动力学表现符合设计要求;当中轴承与轴之间
液下泵中阃部分设置导轴承,用来承担径向载荷,限
的间増大,出现支撑不足的情况时,马造成轴的派动制了轴系的径向自由度;液下部靠近叶轮处设置滑动轴
加剧,轴乐詹损严重,导数轴承使用寿命下降。该研究承,用来平衡叶轮旋转产生的轴向力,限制叶轮径向自
方法可以为同类系转子失效分析提供参考。
由度。
【关词】液下泵转子失效模态分析
前言
液下泵是将电动机等驱动装置放在上面的一种特
殊形式的立式泵,其中叶轮、泵体等过流部件浸没于被
输送介质当中,位于泵机组的最下方。由于其结构的特
殊性,而广泛应用于石油化工、电力以及污水处理等领
域
液下泵一般具有较长的轴系,轴系在实际情况下
是弹性体,在实际转动过程中,当强迫振动频率与轴的
自身振动频率接近或相等时,就会发生共振,产生振动
噪声等不良表现,严重时会造成轴系甚至机械设备的破
坏。因此,需要对导轴承失效分析,保障液下泵机组的
安全稳定运行。
二、液下泵参数及转子模型建立
图1总体结构
1.液下泵参数
1.支撑管2填料密封3.滚动细承4.电动机5托架
6冷却水进出日7安装底板8.上段轴9.联轴器
某液下泵的主要运行参数:流量Q=10mh,扬程
10
滑动轴承11.下段轴12叶轮
44
CM用
www.etyx.com2015年第12期
万方数据
石油/化工通用机械(SM
C in Petroleum&Chemica//industr
2.转子棋型建立
液下泵模型包括泵轴和叶轮,网格划分如图2所
,网格节点数83120,单元数44874。设置叶轮和泵
轴的材料杨氏模量为200GPa,泊松比为0.3
(a)阶振型
图2网格划分
三、模态分析
1.全约東分析
(b)二阶振型
采用模态叠加法対结构的固有频率和各阶振型进
行分析,通过分析得出转子结构的固有频率以及临界转
速,以便在设计过程中避免今后共振情况的出现。在轴
承处施加圆柱约束,约東位置示意如图3所示,为便于
表述,分别用A、B和C代表液下泵的3个轴承。
(c)三阶振型
图3约束位置示意图
在不考虑预应力的情況下,一阶到六阶的固有频
率和振幅见表1,前六阶振型如图4所示。由表1和图4可
(d)四阶振型
知,固有频率和振幅是随着阶数的增加而增大的。从
表1可以知道,除一阶振型所对应的临界转速外,其他
阶数的临界转速都远高于设计转速,故不会产生共振现
象。
表1ABC支撑前六阶固有频率和振幅
阶数固有频率Hz临界转速/( r/min)
(e)五阶振型
振幅/m
0.61655
36.993
0.053481
109.15
6549
0.27197
(f)六阶振型
3
109.16
6549.6
0.27196
图4ABC支撑类型振型
2.部分约束分析
2075
12450
031955
在设备运行过程中,轴与滑动轴承问隙增加,导
致支撑形式的改变,中间轴承失效是导致液下泵不能正
20755
12453
0.79872
常工作的主要原因,因此需要针对这种情况下的支撑类
221.91
13314.6
型进行分析,其前六阶固有频率和振幅见表2,前六阶
振型如图5所示
M?間
2u15年第]2期ww. et]x.crom
45
万方数据
GM石油/化工通用机械
(M in Petroleam (remiel Iniisfrt
表2BC支撑前六阶固有频率和振幅
由表2和图5可知,相对于ABC支撑方式,BC支撑
阶数固有频率Hz临界转速/(rmin)
振幅/m
方式会使得轴的振动加剧,振型趋近于正弦振型,相比
0.61655
36.993
0.053481
于ABC支撑更加危险。由此可见,设置三个支撑位置是
1234
相对于其他三种方案最安全、最适合的方案,可以有效
32912
1974.72
0.19827
地防止共振情况的出现以及失效的发生。
32.915
1974.9
0.19827
四、结语
90.878
5452.68
0.19114
90.885
5453.1
通过对液下泵转子动力学特性进行分析,得出在
0.19399
轴承支撑形式与设计形式吻合时,转子动力学表现符合
6
178.06
10683.6
0.19399
设计要求。泵长期运行过程中轴承与轴之间的间隙会
增大,出现支撑不足的情况,出现部分约束现象,易
造成轴的振动加剧,轴系磨损严重,最终导致轴承使
用寿命下降。因此需要定期保养轴承,使轴承支撑形
式与设计形式吻合,保障其安全稳定运行
(a)一阶振型
参考文献
[]董文平,操松林,液下泵滑动轴承的研究与应用
J.通用机械,2010(1):83-85
[2]鲁勤荣,陈欣,黄源.液氯液下泵故障分析及改进
J.氯碱工业,2011(47):37-38.
(b)二阶振型
3]张孝风,孟东旺.液下泵结构与接轴方式分析り水
泵技术,1997(3):33-39
4]杨建国.熔盐泵用滑动轴承设计及其运行监测J].现
代制造技术及装备,2008(1):24-2
(c)三阶振型
[5]谭善光.液下泵转子系统动力学及设计参数分析「
振动工程学报,2011,24(1):5459
]平仕良?大功率高压多级离心泵转子动力学分析及
其特性研究[D].杭州:浙江大学,2011
[王春林,杨敏官,郭晓梅.液下泵新型导轴承的研
(d)四阶振型
究冂.排瀍机械工程学报,2002(20):18-20
cM(收稿日期:2015/07/12)
e)五阶振型
(f)六阶振型
图5BC支撑类型振型
GM通用
ww.lyik.com2015年第12期
万方数据