北斗智库环保管家网讯：叶片通过频率振动是流体机械的流道内产生压力脉动所诱发的高频振动，其频率是整圈叶片数与转速频率的乘积，即每根叶片通过流道突变或不连续处就产生一次压力脉动，如果流道有多个突变或不连续处，则可能产生叶片通过频率的多倍频振动。针对叶片通过频率的振动问题，大量研究及模拟计算得出压力脉动的普遍规律，据此提出流道改进、叶片形状或安装角度调整等措施，来降低叶片通过频率的振动幅值。这些研究虽然有力地推动了流体机械的优化设计，但推广到现场叶片通过频率的振动故障处理，还存在工期长、代价高、风险大等问题。

 

　　一、叶片通过频率振动的机理分析

 

　　叶片通过频率的振动故障主要出现在泵或风机上，但更常见于泵类，这主要是由于传送介质的差别。风机传送的介质为气体，属于可压缩流体，因此作用在结构上的压力脉动相对较小，不易激发叶片通过频率振动。

 

　　现场出现叶片通过频率的振动故障，无外乎两方面原因：

 

　　一是动刚度不足，即设备或与其相连管道的动刚度不足，在压力脉动作用下，出现振动放大效应，甚至共振，表现为叶片通过频率振动十分剧烈，这在现场是最为常见的；二是运行环境恶化，使得流体压力脉动的幅度增大，激发了较大的叶片通过频率振动。

 

　　现场由于运行坏境恶化，引发叶片通过频率振动的常见故障包括：

 

　　由于流体机械与其进出管线形成一个封闭的流动空间，如果管线设计不合理，导致流体在管线中的压力或速度产生突变，就可能激发叶片通过频率的振动。

 

　　叶片未在设计工况下运行。由于叶轮、导叶等过流部件均是基于最优工况而进行设计的，即在最优工况下，流体离开叶轮时的切向速度分量较小，激发的压力脉动也较小；当设备运行偏离最优工况时，叶轮出口的流速分布就含有一定的切向速度分量，这些切向速度分量可能会产生旋涡或脱流现象，而设备在该状况下运行就会产生较大的压力脉动，并可能诱发叶片通过频率的振动。

 

　　设备安装偏差或运行磨损将可能导致流道内的压力脉动剧烈，引发了叶片通过频率振动。

 

　　二、案例：结构共振所诱发的叶片通过频率振动

       某600MW机组配备了A、B、C三台给水泵，轴系布置及相关参数详见图1。现场对三台主给水泵新机调试中的振动进行了分别测试，发现振动存在一定的共性问题，具体如下：

 

　　主给水泵轴系振动问题主要表现在前置泵上，其最大振动频率达到12mm/s左右，已超过制造厂给出的限值（7.6mm/s）；除了基频（1X、25Hz）振动外，前置泵振动的主要频率成分为5倍频（5X、125Hz）振动、10倍频（10X、250Hz）振动、以及15倍频（15X、375Hz）振动等（图2）。

　　图1 主给水泵轴系示意图

　　图2 前置泵振动频谱图

 

　　考虑到前置泵转子有5根叶片，分析该泵发生了叶片通过频率的振动故障。为进一步确定激振源，决定对前置泵的结构固有频率进行测试，具体如下：

 

　　现场采用锤击试验，对前置泵静止状态的结构固有频率进行了测试，结果表明存在一个120Hz左右的结构固有频率（图3中绿色曲线）；同时，为了解前置泵在运转状态下的结构固有频率，特对该泵惰走过程中的10倍频振动成分（2倍叶片通过频率）的BODE图进行了测试，结果表明前置泵存在一个124Hz左右的结构固有频率（图3中黑色曲线）。

　　图3 频响函数及BODE曲线

 

　　因此，该前置泵振动故障的原因是其叶片通过频率与泵体固有频率相近，引发了结构共振或近似共振。为此，现场对前置泵前、后轴承分别进行了加支撑处理（图1），一方面使泵体固有频率提高至129Hz左右。另一方面，有效降低了激振响应的灵敏度（图3中红色曲线），最终把前置泵的振动降至了合格水平。

 

　　三、案例：偏离最优工况所诱发的叶片通过频率振动

       某电动消防泵为卧式离心泵，额定转速为2965dmin，转子叶轮有4根叶片，轴系结构及测点布置如图4所示。该泵振动特征如下：

 

　　当电机空转时，振动良好（表1序号1），带泵运行后，在额定流量下水泵的最大振动超过8mm/s（表1序号2），超过了现行国标（GB/T 6075.3—2011）规定的泵振动值不应超过4.5mm/s，电机振动值不应超过2.8mm/s。

 

　　振动频率为叶片通过频率（4X）及其倍频（8X）。