眾所周知，立式泵的變速驅(qū)動電機存在一些工作區(qū)，它們易遭受過度振動。在本文的第一部分中，Weir Floway泵業(yè)公司的Bill Beekman論述了過度共振的影響以及如何處理該現(xiàn)象。在第二部分中，他論述了在起動和停止VFD或軟起動/停止從動立式渦輪泵時需要注意的事項。
當(dāng)工作轉(zhuǎn)速與與泵結(jié)構(gòu)的自然簧片振動頻率（NRF）相一致時，會形成共振條件，立式泵和電動機的結(jié)構(gòu)特別容易受這種共振的影響。當(dāng)泵的排出壓頭和立式傳動器的自然頻率與泵和傳動的轉(zhuǎn)速相同時，就會在立式泵中出現(xiàn)由于過度共振而導(dǎo)致的振動現(xiàn)象。
對于專為用戶設(shè)計的由變速和定速傳動器驅(qū)動的立式泵，建議對它們的泵排出壓頭和傳動器的結(jié)構(gòu)予以評估，以判斷在整個工作速度范圍內(nèi)是否存在共振條件。但是，對于一臺預(yù)先設(shè)計好的標(biāo)準(zhǔn)定速立式泵，通常無需單獨的工作評估。
行業(yè)設(shè)計慣例
大部分立式泵生產(chǎn)商都有其內(nèi)部技術(shù)來確定他們的泵的NRF。立式泵行業(yè)內(nèi)的常規(guī)做法是設(shè)計傳動支座（排出壓頭），這樣一來，壓頭和電動機的NRF就有一個間隔域，它在最大工作轉(zhuǎn)速以上的20％或最小工作轉(zhuǎn)速以下的20％。
當(dāng)期望的工作轉(zhuǎn)速范圍在結(jié)構(gòu)的NRF之內(nèi)時，需要改變泵的排出壓頭和電動機的硬度。
在這種情況下，最合理的做法是選擇一個裝配好的排出壓頭而非一個鑄造的排出壓頭，因為前者易于改變尺寸大小，而后者則難以在結(jié)構(gòu)上進行改變。當(dāng)計算泵和電動機的復(fù)合結(jié)構(gòu)RCF時，需要用到可靠的電動機簧片臨界頻率（RCF）數(shù)據(jù)。一般從大多數(shù)立式泵的生產(chǎn)商處都可以得到該數(shù)據(jù)。值得注意的是，根據(jù)不同的電動機生產(chǎn)商及其電動機結(jié)構(gòu)的不同類型，電動機的RCF也會有所不同。通常，泵生產(chǎn)商會選擇一個特定的電動機生產(chǎn)商，該電機生產(chǎn)商能提供計算壓頭和電動機的NRF所需的最優(yōu)RCF數(shù)據(jù)。
一些事件能說明，為了達到想要的非共振工作范圍，必須減小或增大泵的最大同步轉(zhuǎn)速；也就是，從6電極到4電極或者從6電極8電極。由于這樣做的代價頗高，所以建議，當(dāng)立式泵由變速傳動器驅(qū)動時，負責(zé)確定規(guī)格的工程師應(yīng)該先咨詢泵的生產(chǎn)商，然后才能確定電動機的同步轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)速范圍。
圖1：自然頻率接近最大工作轉(zhuǎn)速范圍
安裝底座
著實需要對立式泵的安裝底座予以考慮。作為一項規(guī)則，合理的做法是提供一個底座，該底座代表了少于泵/傳動器的構(gòu)件總變形量的5％。通常一個鋼筋混凝土底座就能符合這些標(biāo)準(zhǔn)。
如果自然頻率接近于最大工作轉(zhuǎn)速范圍（圖1），那么可以使部件變硬以使其更加堅固。但是，泵生產(chǎn)商的能力有限，他們不能增加部件結(jié)構(gòu)的剛度，而且要得到一臺具有大剛度的電動機也是不切實際的。所以，提供一個更加堅固的電動機支座，其形式為一個裝配好的排出壓頭，這樣就可能提升泵的結(jié)構(gòu)自然頻率，使其超過最大工作轉(zhuǎn)速。
如果自然頻率接近于最小工作轉(zhuǎn)速范圍（圖2），那么可以使部件更加柔韌。這樣做的效果是降低自然頻率，使其低于工作范圍。在起動和停機期間，部件將通過它的自然頻率，這時可能發(fā)生振動。但是，由于這種振動只維持很短的一段時間，所以它不會造成任何損壞。
圖2：自然頻率接近最小工作轉(zhuǎn)速范圍
當(dāng)變速從動泵和電動機在非連續(xù)工作區(qū)域中運轉(zhuǎn)時，泵/電動機會發(fā)生過度振動。鎖定由變頻傳動器控制的電動機的工作轉(zhuǎn)速區(qū)可能會限制泵的有用工作范圍。所以，通常希望改變泵/電動機結(jié)構(gòu)的剛度，以便使共振帶遠離想要的工作區(qū)（圖3）。
停止和起動VFD或立式渦輪泵
在工作的立式傳動渦輪泵的起動和停止階段，必須考慮那些在采用軟起動/軟停止（SS/SS）或變頻傳動器（VFD）時會受影響的特點。在采用VFD或SS/SS驅(qū)動電機時，混流泵和軸流泵對起動和停機尤其敏感。這是因為功率曲線朝關(guān)閉壓頭上升。
關(guān)于那些需要解決的問題，供水行業(yè)給出了良好的范例。
◆ 下游閥
在起動和停止泵時，所有的閥門都必須與VFD和SS/SS電動機控制器同步，因此，詳細了解位于泵下游的閥門的類型這一點很重要。
在典型情況下，泵的出口上方可能同時存在以下閥門：
止回閥、流量控制閥（FCV）、電動蝶閥，閘閥、球閥等，它們的開啟和閉合時間均可調(diào)，還有非止回閥。
◆ 傳動器與電動機
VFD和SS/SS能夠控制泵的起動和停機時間，認識到這一點頗為重要。使用VFD來改變電動機的轉(zhuǎn)速，以便使泵能夠提供可變的流速來滿足系統(tǒng)的要求。它們具有時間可調(diào)的斜升和斜降特點，能夠控制電動機的加速和減速時間。還可以對控制器編程，以便根據(jù)停機信號對電動機斷電。
通常選擇SS/SS控制器作為電動機驅(qū)動器，目的有二：一是為了在起動期間減小電功率瞬間峰值，二是為了在停機期間緩沖閥門受到的系統(tǒng)瞬時液壓力（水捶現(xiàn)象）。它們具有可編程的斜升和斜降時間特性，并且也可以對它們進行編程，使其能根據(jù)停機信號對電動機斷電。
圖3：排出壓頭/電動機的典型共振狀況
◆ 同步起動和停機時間
務(wù)必要認識到這一點，即在首次起動之前，需要確保所有部件的時間調(diào)整均正確無誤。已經(jīng)記錄下嚴重的泵及電動機故障，這只是由于電動控制與閥門之間的同步尚未完成而引起的。
◆ 止回閥
當(dāng)在管道系統(tǒng)中使用止回閥時，就不會出現(xiàn)來自于管道系統(tǒng)的回流中斷泵的起動和停機這種情況。當(dāng)使設(shè)置得更長、更深的泵停止運轉(zhuǎn)時，泵內(nèi)的水柱通過泵缸部件向下沖向固定的水位，并且回流在泵軸上形成倒轉(zhuǎn)扭矩。如果計劃使電動機減速，電動機依然驅(qū)動泵向前。當(dāng)這種不利狀況發(fā)生時，泵的傳動軸和電動機會受到極大的扭矩載荷。為了避免在停機時發(fā)生這種情況，需要一種能使電動機斷電的設(shè)備。位于泵下游的閥門的類型對這種情況發(fā)生的嚴重性幾乎沒有什么影響。
當(dāng)管道系統(tǒng)中僅有一個止回閥在泵的下游時，在渦輪泵、混流泵和軸流泵的起動加速期間幾乎不會發(fā)生電動機過載的情況。但是，正確的做法是使泵上的電動機斷電、然后停機。
◆ 在沒有止回閥的情況下起動
當(dāng)流量控制閥中沒有包含止回閥時，泵的起動時間必須與閥門的開啟時間同步，以防在泵獲得全速之前，系統(tǒng)回流流向泵中。因此希望加速時間很短，最好少于5秒鐘。如果未能同步，則泵軸和電動機將承受相當(dāng)大的扭矩載荷，因此，在泵獲得全速之前，不應(yīng)開啟流量控制閥。
當(dāng)起動高比轉(zhuǎn)速泵時，例如混流泵或軸流泵，由于泵的關(guān)閉功率大，所以必須使閥門開啟時間與泵的加速時間同步，這項工作不僅重要，而且必須由具備資格的人員慎重計劃。
◆ 泵停止運轉(zhuǎn)
流量控制閥的閉合時間也必須與泵的停機時間密切同步，以防在電動機斷電之前，系統(tǒng)的回流流向泵中。
如果流量控制閥是用于緩沖停機時的管道浪涌，那么它必須在泵停止運轉(zhuǎn)之前關(guān)閉。這意味著，在斷電之前，泵在關(guān)閉壓頭處工作。
只有當(dāng)電動閥完全閉合后才能使泵停止運轉(zhuǎn)。停機的信號會激活電動閥并開始關(guān)閉它，一旦電動閥完全閉合，電動機就必須斷電。無論在什么情況下，只要閥門尚未完全關(guān)閉，就不允許VFD或軟停止控制器使電動機停止運轉(zhuǎn)。
圖4：Floway功率
2500HP-900轉(zhuǎn)/分，
擁有高等級剛性泵
體，RCF值大于
1150 CPM
◆ 小結(jié)
通常泵達到全速的加速時間應(yīng)該盡量短。
基于以下理由建議加速時間為5秒鐘。對于濕坑式VTP、MF和AF泵，它們具有未經(jīng)預(yù)先潤滑的產(chǎn)品潤滑中間軸承，所以應(yīng)當(dāng)盡快利用泵送的液體來濕潤這些軸承。但是泵的加速時間不能被耽擱。
還有一點建議，當(dāng)液位低于表面超過50英尺時，更深設(shè)置的泵在起動之前要經(jīng)過預(yù)先潤滑。
通常，立式泵在加速至全速的過程中必須經(jīng)過其結(jié)構(gòu)臨界速度。滿電壓直接起動異步電動機獲得全速的起動時間大約為1秒。它很快便經(jīng)過了結(jié)構(gòu)臨界速度，以至于未出現(xiàn)明顯的振動增強現(xiàn)象。但是，當(dāng)一臺VFD或SS/SS驅(qū)動電動機/泵非常緩慢地加速經(jīng)過其結(jié)構(gòu)臨界速度范圍時，會造成顯著的振動。
有時，通過使用VFD或SS/SS控制器來延長電動機達到全速的加速時間，從而減小電動機在起動期間遭受的瞬時峰值電流。達到全速的加速時間一般有5秒長就足以使普通的鼠籠式異步電動機所受的瞬時峰值電流減小。
在濕坑立式泵（圖4）停止運轉(zhuǎn)期間，當(dāng)水向下沖向泵的立管時，泵會倒轉(zhuǎn)。如果不能在電動機上使用防倒轉(zhuǎn)棘輪，則建議采用延時的方法來防止泵在倒轉(zhuǎn)時再次起動。對于長距離深設(shè)置的泵，其倒轉(zhuǎn)持續(xù)時間可達四至五分鐘。
但是，對于常規(guī)的濕坑泵，如果它距離固定水位不到50英尺，那么其倒轉(zhuǎn)持續(xù)時間通常不會超過兩分鐘。
聯(lián)系方式:
Bill Beekman
Weir Floway inc
2494 S Railraod
Fresno CA 93706
USA
電郵: billb@floway.com
網(wǎng)址:www.weirclearliquid.com
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