高速高压泵的可靠性对中东和北非的一些行业至关重要。例如，石油和炼油服务以及海水淡化业务在很大程度上依赖于泵在苛刻工况下的稳定运行。中东和北非地区的运营商应参考实用指南来研究泵的转子动力学，特别是导致动态故障和不稳定的条件。

转子振动主要限制了泵壳体中可安装的叶轮数量。在正常运行过程中，不平衡和流体动力是引起转子振动的两个主要原因。这可能会对轴承施加过大的力，并使转子偏转，缩小内部间隙。然后就会发生摩擦。

泵规范和标准规定了允许的最大不平衡力以及可接受的响应。支撑在轴承上的转子的横向临界转速不应落在泵工作转速范围的规定范围内。在运行转速或低于运行转速的任何转速下，转子和静止元件之间不应发生接触。

无阻尼转子动力学分析可确定转子的无阻尼临界转速或固有频率，并确定其模态振型。模态振型有助于选择正确的转子位置，以便在阻尼不平衡响应分析中设置不平衡。对于关键泵，通常应在制造厂对计算出的转子动力学响应进行验证。

阻尼不平衡转子动力学分析需要多个动态特性的详细信息，包括转子质量、刚度、累积配合公差、流体刚度和阻尼。

建立轴承（支撑）刚度和阻尼值的基础至关重要，尤其是对于泵轴承。泵的整个运行速度范围也是需要考虑的重要因素 - 这要归功于带有变速驱动装置的电动机的普及。

最大连续转速和第一临界转速之间的差值会影响泵的动态特性。如果泵转子的长度增加，则裕量通常会减小，这通常是叶轮数量的函数。转子的长径比越大，发生共振或不稳定的可能性就越大。

不平衡动态响应分析的结果包括频率、相位和响应幅度数据，也称为Bode图。计算出的长径、峰-峰、不平衡转子响应振幅（从零到跳闸转速的任何速度下）均不应超过整个泵的最小设计径向运行间隙的 80%。运行间隙可能与装配间隙不同。

现代泵转子动力学分析程序可计算一般多质量刚性或柔性支撑转子的不平衡激励横向振动。支撑的非线性刚度和阻尼特性通常针对支撑平衡静态点附近的振动进行线性化处理，并根据线性化的弹簧和阻尼系数进行建模。

轴承分析程序对于正确的泵转子动力学分析和泵的长期可靠性至关重要。流体动力产生于转子部件和静止部件（如轴承和密封）之间径向间隙较小的地方。

小型泵中滚动轴承的行为可能是高度非线性的。有时，需要对这些小型泵进行非线性转子动力学研究，以真实地预测动态响应。

泵应配备适合其应用的轴承。可倾瓦径向滑动轴承通常用于大型泵，可消除高速泵的激振力。这些轴承还能抑制交叉耦合力。

转子稳定性分析可预测泵转子在运行条件下的振动在初始扰动后是增大还是减小。安全运行的泵会降低振动。振动增加的来源通常包括泵轴承、密封、叶轮、过盈配合和轴材料。对于某些泵转子而言，最小泵送负载工况可能是稳定性最差的情况。

泵转子的不平衡取决于每个附着零件的不平衡，以及联轴器和叶轮耐磨环处的机械跳动。运行转速下或运行转速范围内的实际不平衡量是沿转子轴的未知不平衡分布。

这种未知的不平衡对于高速泵来说尤为重要。由于转子的弹性偏转（挠度），低速残余不平衡可能不会在运行转速产生相同的不平衡量，尤其是对于高速泵而言。传统的转子响应分析仅显示转子对特定离散不平衡的敏感性。这可以看作是最坏的情况，因为真正的不平衡是沿转子轴线分布的。

据报道，一些泵的振动是由叶片 - 叶轮激励引起的。激励频率可能包括以下方面：

1）叶片 - 叶轮通过频率和相关谐波（通常高达五次谐波）

2）局部流动扰动导致的液体流动分离频率

3）泵的转速或转速范围及谐波（通常高达八次谐波）

如果在泵的设计中无法避免固有频率和激励频率之间的任何干扰，则应要求泵制造商提供充分的证据，证明共振期间的应力水平在所有工况下都能保持在可接受的水平。在泵规定的运行转速范围内，固有频率应至少比任何可能的激励频率高或低10%。

为保证平稳运行，泵制造商应证明泵的流体动力性能。制造商还应说明泵的温度性能和泵的关键公差，如叶片叶尖端间隙公差。瞬态工况，如启动、紧急跳闸及其它工况，也是重要的情况。在所有报告的泵动态问题中，50% 以上都发生在瞬态情况下。

敏感性分析对泵的长期可靠性非常重要，尤其是在性能下降的情况下。

作者简介：Amin Almasi 是澳大利亚的旋转机械顾问。他是澳大利亚工程师协会的特许专业工程师，并持有IMechE、RPEQ（昆士兰注册专业工程师）的特许工程师证书。他专门从事旋转机械，包括离心式、螺杆式和往复式压缩机、燃气轮机和蒸汽轮机、泵、状态监测和可靠性。Almasi是澳大利亚工程师协会、IMechE、ASME、振动研究所、SPE、IEEE和IDGTE的活跃成员。他撰写了60多篇关于旋转机械的论文和文章。