【原】离心泵名词术语介绍：临界转速

新用户52260gzy 2022-01-03

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前言

每个行业都有自己的专业词汇，离心泵行业也不例外。每个与泵打交道的销售人员、工程师、最终用户和维护人员都需要了解许多术语。如果你希望成为一名称职的泵行业专业人士，了解这些术语至关重要。

定义

临界转速（n_k）是动态作用力导致机器部件（如轴、转子）以其固有频率振动、甚至可能导致整个机器和泵组发生共振的转速。

API 610标准给出的定义是：转子-轴承-支承系统处于共振状态时的轴转速。

临界转速引起的共振有可能会损坏快速旋转的机器。但是，如果能够快速通过此转速（例如设备启动阶段），则可以将影响降至最低，见图1

图1：临界转速 - 转子的旋转频率诱发振动随转速变化的振幅示意图。临界转速n_k发生在旋转频率与固有频率f_i（f₁、f₂、f₃）之一重合的工作范围内。

从广义上讲，临界转速也称为脉动扭转频率与轴组件固有扭转频率相同时的转速。

在临界转速下，转子对于不平衡比任何其它转速时更敏感。与其它类型的旋转设备相比，泵转子动力学涉及到更多的设计变量，了解临界转速的目的在于让离心泵的工作转速避开临界转速，以免引起共振。

影响临界转速的因素

泵的临界转速取决于轴的横向刚度系数和圆盘的质量，而与偏心距无关。更具体的说，临界转速的大小与轴的结构、粗细、叶轮质量及位置、耐磨环的间隙及表面型式、轴的支承方式、轴承跨距等因素有关。临界转速还与轴所受到的轴向力的大小和方向有关，当轴向力为拉力时，临界转速提高，而当轴向力为压力时，临界转速则降低。

注意：通常更换轴的材料不会有太大帮助，因为所有普通轴材料都具有相同或相近的弹性模量。

由于转子在各种振型下有一系列固有频率，因而也有相应的一系列临界转速，由低及高依次称为一阶临界转速、二阶临界转速……等等。不过，通常只有一阶临界转速和二阶临界临界转速与离心泵的实际应用相关。离心泵的额定工作转速或者低于转子的一阶临界转速，或者介于一阶临界转速与二阶临界转速之间。在传统意义上，将前者称作刚性轴，后者称作柔性轴。

何时需要进行临界转速分析

虽然API 610第11版标准中给定了是否需要做横向临界转速分析将根据表18中规定的流程来确定，但是实际工程应用中，对于一些重要场合高转速或调速型泵、特别是大型多级离心泵，不管用户是否有要求均需进行横向临界转速分析，而且通常要求一阶湿横向临界转速高于泵额定转速20%以上。

在实际工程招投标过程中，工程公司/设计院/用户为了防止泵运行过程中发生共振，希望一阶横向临界转速与泵额定转速差距越大越好，从技术上来说是没有问题的。但是，却忽略了临界转速对泵性能的影响（与泵的能效要求相矛盾）。在同等条件下，临界转速越高，轴系越粗，意味着泵的效率越低。为此，应根据不同的泵型及不同的使用工况，合理确定临界转速与泵的额定转速之间的差值。

第一临界转速的估算

任何由弹性材料（金属属于弹性材料）制成的物体都有一个固有的振动周期。发生这种情况是因为泵旋转组件围绕轴的中心线（其质量分布）不是绝对均匀的。因此，材料密度的变化以及制造公差和铸造不规则都会导致该问题。当旋转组件以离心力超过弹性恢复力的转速旋转时，这种偏心会产生偏转。在这个转速下，组件会像不平衡一样振动，并可能导致密封、轴承失效或轴本身疲劳。发生这种情况的最低转速称为第一临界转速。

对于卧式泵，第一临界转速与泵的静态偏转（即静挠度）有关。

叶轮处轴的静挠度Y的计算公式如下：