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郑州离心泵的可靠性之结构设计

发布时间:2020-12-30 11:44:23

郑州离心泵的可靠性之结构设计

影响郑州离心泵可靠性的结构设计有很多,如承压壳体、泵轴、底座的强度;结构构件的受力与协调;轴力平衡模式;转子动力学等。

如何从设计上解决郑州离心泵可靠性问题?以下是一些指导原则:

1)尽量采用成熟的技术。

2)简化结构,尽可能减少零件数量。

3)尽可能采用标准化、模块化的结构。

4)设置故障监测诊断装置。

5)保证郑州离心泵零部件部门的设计余量(安全系数)。

6)必要时,采用冗余设计。

7)故障安全设计。

8)安全寿命设计。该设计完全安全,在使用中没有损坏。

9)加强重要郑州离心泵零件的可靠性分析。故障模式影响分析和故障树分析是郑州离心泵可靠性分析的重要手段。

10)可靠性确认测试,在没有现成数据和可用经验的情况下,这是唯一的手段。

标准中有许多与可靠性设计相关的条款,并提取了一些典型条款进行解释。

一、ANSI/API610第11版对OH2、OH3悬臂泵轴刚度的判断原则增加了附录K.1。

图1显示了一个简单的悬臂泵转子,d等于机械密封轴套处的轴直径(mm),l是叶轮出口中心线和径向轴承之间的跨度(mm),轴柔性系数ISF等于L3/D4。

图1-悬臂泵钻子

图2 - 悬臂泵轴挠性系数与尺寸因子的关系图(SI单位制)

图2是郑州离心泵悬臂泵轴的柔度系数与其尺寸系数的关系图,其中给出了判断轴刚度的极限线,即刚度线(采用国际单位制时由公式ISF,SI=32×Kt-0.76定义)。

图中,Kt是水泵的“尺寸”因子,等于最大叶轮直径、最高效率点流量Q×总扬程H/转速N(m3/h,m,r/min),与扭矩有关。从该图可以看出,较小的水泵比较大的水泵具有更高的L3/D4。

【解读】API/ISO工作组审阅了部分用户关于制造商广泛关注的轴刚性和轴柔性的记录。轴柔度系数已经逐渐发展成为一种直接的判断工具,用于评价真实的API泵和贴有API标签但不符合API标准设计要求的泵[7]。

L3/D4是转子刚度的量度,并成为间接评估或比较负载下转子挠度的标准。

L3/D4越小,转子挠度越小,有利于提高机械密封的可靠性。如果L3/D4过大,特别是在液压径向载荷过大的地方,泵轴可能会断裂[8]。

【推荐】L3/D4的应用原则是:对于具有一定尺寸系数的郑州悬臂离心泵,如果其柔度系数低于刚性线,则表明该泵采用刚性轴设计,满足API泵的要求,安全;如果L3/D4值超过刚性线20%,用户应要求郑州水泵厂家对其设计的合理性负责,或提供相同或相似工况下的运行性能。

二、不同的郑州离心泵设计,(BB型)多级泵和高速泵的一阶或二阶湿横向临界转速可能与工作转速重合,特别是当内部间隙随磨损而增大时。横向分析可以预测这种重叠何时发生,以及产生的振动是否可接受...

【解释】标准将“横向临界转速”定义为转子-轴承-支撑系统共振时的轴速。在临界速度下,转子比任何其他速度下对不平衡都更敏感。与其他类型的旋转设备相比,郑州离心泵转子动力学涉及更多的设计变量。理解临界转速的目的是使郑州离心泵的工作转速避开临界转速,避免共振。

郑州离心泵的临界转速取决于轴的横向刚度系数和盘的质量,而与偏心率无关。更具体地说,临界转速与轴材料、结构、厚度、叶轮质量和位置、磨损环间隙和表面类型、轴支撑方式等因素有关。临界速度也与轴上轴向力的大小和方向有关。轴向力为拉力时,临界速度增大,轴向力为压力时,临界速度减小。

【建议】虽然标准中给出是否需要横向分析将根据规定的过程来确定,但在实际工程应用中,在一些重要场合,特别是大型多级郑州离心泵,无论用户是否需要,都需要对高速或变速泵进行横向临界转速分析,并且一阶湿式横向临界转速通常要求比郑州离心泵的额定转速高20%以上。此外,对于细长轴泵(如VS6),可以通过增加支撑来提高轴的刚度和临界速度。

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