水泵流体喘振现象的分析
什么是喘振现象？什么是流体喘振原因？预防水泵喘振现象的措施有哪些？　　当具有“驼峰”性能曲线的不锈钢耐腐蚀离心泵与风机在曲线上K点以左区域工作时，即在不稳定区域工作时，就往往会出现喘振现象，或称为飞动现象。喘振现象，即是泵与风机的流量和能头在瞬间内发生不稳定的周期性反复变化的现象。　　具有驼峰形的某一风机性能曲线，当其在大容量的管路中运行工作时，如果外界需要的流量为qVA,此时管路特性曲线和风机的性能曲线相交于A点，在该点管路消耗的能量与风机产生的能量达到平衡，因此，工作是稳定的。
当外界需要的流量增加到9vb时，　　工作点向A的右方移动至B点，此时工作仍然是稳定的。当外界需要的流量减小为时，工作点向A的左方移动到E点，　　随着外界需要的流量进一步减小至qVK,此时对应的工作点为尺点，尺点为临界点，X点的左方即为不稳定工作区。　　如果外界需要的流量继续减小到qWK,这时风机所产生的最大能头将小于管路中的阻耗，因为管路容量较大，在这一瞬间管路中的阻耗仍为因此，管路中的阻耗大于风机所产生的能头，流体开始反方向倒流，由管路倒流人风机中（出现负流量），即工作点由K点移向C点。
由于倒流使管路中的压力迅速下降，工作点很快由C点跳到Z)点，此时流量为零。由于风机在继续运行，所以当管路中压力降低到相应的点压力时，泵或风机又重新开始输出流量。
由驼峰性能曲线可知，为了和管路中的阻能相平衡，相应的工况点又跳到E点。只要外界所需要的流向保持小于上述过程又重复出现，即发生喘振。如果这样循环的频率与系统的振荡频率合拍，就要引起共振，常造成泵或风机损坏。　　从理论上讲，喘振的发生应具备以下三个条件：　　。
①泵与风机具有驼峰形性能曲线，并在不稳定工况区运行。　　
②管路中具有足够的容积和输水管中存在空气。　　
③整个系统的喘振频率与机组的旋转频率重叠，发生共振。　　就本质来说，旋转失速和喘振是两种不同的概念。
旋转失速是由叶片结构特性造成的一种流体动力工况，而喘振是泵或风机性能与装置振荡耦合后的一种表现形式。　　喘振与汽蚀现象也是不同的，汽蚀一般发生在较大流量处，与此相反，喘振发生在小流量处。而且，喘振的振动周期比较长，频率范围为10?0.1Hz，而汽蚀的频率范围为600-25000Hz0　　防止泵与风机发生喘振的措施如下：　　。
①在大容量管路系统中尽量避免采用具有驼峰形q　　用9v-//性能曲线平直向下倾斜的泵与风机。　　
②使流量在任何条件下不小于qVKo如果装置系舒中所需要的流量小于9vk时，可装设再循环管或自动排阀门，使泵或风机的出口流量始终大于9VK。　　
③改变转速或吸入口处装吸入阀。当增加转速或无大吸入阀时，性能曲线9v-//上临界点A：向右上方移动，　　与此相反，当降低转速或关小吸入阀时，性能曲线W-上的临界点K向左下方移动，从而可缩小性能曲线的不稳定段。　　
④采用可动叶片调节。当外界需要的流量减小时，线下移，临界点向左下方移动，输出流量相应变小。　　
⑤在管路布置方面，应尽量避免压出管路内积存空气，例如不让管路有起伏，但要有一定的向上商斜度。另外，尽量把调节阀及节流装置等靠近泵的出口安装。　　
⑥在运行中，当多台泵或风机并联时，如果负荷减小，则应尽量提前减少投运的台数，以保证运行设备在接近正常流量下运行。
　　立式管道离心泵与风机由于其起动方式与轴流式不同，一般是阀门全关时起动，然后逐渐开启阀门，增加流量，所以当采用具有驼峰形性能曲线的泵与风机时，必然要通过不稳定工况区。在此区域内有可能发生喘振现象，但时间很短，所以由于喘振而导致叶片断裂的报道还没有。分析起来，离心泵与风机的叶片有前后盘在两端固定，叶片流道窄，其刚性要比轴流式悬臂梁形且流道宽的叶片强得多，因而在旋转失速的激振作用下发生共振的可能性也要小得多。

延伸阅读:节能降耗技术在潜油电泵井的应用
1、问题的提出　　潜油电泵作为一种产液量高、排量效率高、检泵周期长、方便管理的机械采油方式，在油田得到广泛地应用。但电泵设计配置与生产动态变化间存在不协调环节，一是电泵机组设计扬程单一，出厂设计扬程均为1000m;二是目前电泵井井下配套电动机为异步潜油电动机，功率因数小于0.8，导致无功功率大，能耗损失高;三是随着潜油电泵井供排关系的变化，电泵井的排量与油井供液能力不相匹配，经常出现欠载或过载停机等现象，致使机组损坏。为了解决上述问题，现场优化潜油电泵井参数，应用减级泵、自动补偿控制技术、永磁同步电动机技术、电泵变频调速技术，以及推广应用成熟管理技术，强化电泵井的日常管理，改善工作状况，提高经济运行能力，实现电泵井节能降耗的目的。
2、自动补偿控制柜技术　　潜油电泵井自动补偿控制柜技术是针对目前电泵井电网系统功率因数偏低，消耗无用功过高而研制的。其原理是利用电容与潜油电动机对电压超前和滞后的特性，在变压器输出侧安装补偿器，补偿6kV侧电压与电流过大的相位角，即功率因数，降低电网消耗的无用功，达到节能的目的。　　机采井工作时的电能能耗主要是电动机做功实际消耗的电能和电流通过导线传输时的线路损耗(P=3I2R)，简称线损。
线损又由有功电流和无功电流组成。
电动机消耗的电能不能减少，否则会影响其正常运转。而线路损耗中的无功电流却可以通过一定的方法，使其降低到最低程度，使传输回路上只剩下有功电流的线路损耗。　　控制柜的自动补偿控制器是采用TI公司的混合信号处理器(MSP)技术，具有集成度高、测量精度高、处理速度快、功耗低等特点，可保证系统的可靠性和抗干扰能力。
它采用数字信号处理算法和模型识别与预估分析算法，确保采用最优化的电容投切方案，自动识别故障(过压、元件损坏等)并报警。并且采用监控三相电压和三相电流，保证测量和控制的准确性和可靠性，能够真正实现长时间连续稳定运行。　　自动补偿控制柜主要是提高机采井的功率因数，最大限度地将无功电流降低到最低程度，使无功线损降低到接近为3永磁同步电动机技术永磁同步电动机与异步电动机相比，减少了定子电流和定子电阻损耗，使其效率比同规格的电动机提高2%8%.永磁同步电动机具有功率因数高、体积小、重量轻等特点，有利于改善电网供电状况，是一种技术较成熟、工艺较稳定的节能产品。
　　永磁同步电动机的功率因数达到0.95，比异步电动机的功率因数(0.80)高0.15，其效率为85%，比异步电动机的效率(80%)高5%，且转速恒定。电动机的输入功率降低，可降低电动机无功功率，取得良好的节电效果。该电动机具备自启动能力，适用于90C以下井温的环境要求。
3、变频调速　　电泵机组合理的排量效率应为80%120%.三次采油技术的应用，电泵井产液量有较大的阶段性变化，导致电泵机组某一段时间内在极不合理状态下运行，严重影响机组寿命。
同时，仅依靠油嘴调整产液，满足不了油井产液量变化的需要，更换电泵机组投入费用又比较高。因此，为了延长潜油电泵井的检泵周期，保证正常生产，可采用变频调速技术。
　　潜油电泵变频调速技术是运用变频控制屏和普通的潜油电泵机组配套调速的工艺技术，通过变频控制屏内的变频系统和微机控制系统，进行自动跟踪改变电源频率，从而改变电动机的转速，调节多级离心泵的排量，使潜油电泵的特性和油井生产能力相匹配、电泵机组在最佳工作区内工作，达到减少机械及电气故障、延长电泵井寿命、增产及节能的目的。变频器频率调节范围通常为3060Hz，能使电泵额定排量范围扩展到30%120%，扩大了潜油电泵的合理排量范围。　　电泵变频调速技术主要有高压变频驱动系统与中压变频驱动系统。
高压变频驱动系统的变频器采用高-低-高结构，即以低压变频器，配以升、降压变压器和输入、输出滤波器直接集成高压变频系统。高压变频系统采用的滤波器和变压器都是针对具体应用专门设计的，可有效地解决高次谐波长线传输的问题。加配降压及升压变压器，一次性生产投入成本有所下降。
在中压范围(三相交流1300V，内实现频率的可调，中压变频器通过改变频率，部分电泵井不仅提高液量和油量，而且保证电泵井在合理的范围内运行。　　电泵变频调速技术具有软启动功能、稳压保护功能、软失速功能和控制功能。
变频器随着频率的逐级递增，缓慢、平稳地启动电动机;变频器可自动控制输向电动机的端电压，如发生过电压，变频器可自动稳压处理，发生欠电压，变频器可自动降频处理;变频器可控制机组转矩不超过额定水平，并且可在变频器上进行反转电动机操作，确保机组正常运转。　　控制功能包括手动控制、转矩电流控制和间歇控制。手动控制是指在地面上可手动控制变频器输出频率范围，转矩电流控制是指可以控制电泵井液面;间歇控制是指对液面较深、供液能力差的井，利用高、低频供电自动循环方式给电动机供电。
4、变软启停装置　　潜油电泵机组随着运转时间的增加，机组绝缘随之下降。
低绝缘状态下电泵机组的启停操作是造成机组损坏的关键环节。电泵井在生产过程中，由于欠过载停机、停电、线路检修、测试及其它地面故障等原因不可避免地需要停机和启机操作。
电泵机组在全压启动时，启动电流为额定电流的48倍，冲击电流会造成电动机局部温升过大，加之电泵机组结构的特殊性、工作环境和散热条件的限制，高电流的启动，严重影响电泵机组在井下的运行寿命。
同时产生较大的瞬时冲击转矩，容易对井下机组造成破坏。电泵机组在全压下停机时，电动机线圈内部将产生34倍的操作过电压，对电泵机组的绝缘也会造成严重的破坏。电泵井软启停装置是通过单片机控制系统，对可控硅导通角进行智能控制，来实现机组启停过程中对电压的控制。

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虽然中国有着悠久的历史，但我们必须清楚地认识到，国内的泵产品已经在很长一段时间是无法与国外泵产品质量竞争。
究其原因，泵的技术能力较弱，缺乏创新是主要因素。  然而，随着我国工业技术的巨大进步，国内的泵技术创新也越来越显著。
特别是，随着国内泵产品在拉丝设计技术、叶片泵设计、泵试验技术、泵制造技术等4个方面的改进，国产泵产品质量也在不断提升。
广州水泵有限公司根据自身多年对于水泵的生产，制造和销售的经验，总结出4大水泵技术创新是如何帮助提高国内泵产品质量的。泵技术创新一：在泵制图设计技术上体现  当今国产泵企业，无论是大型还是小型企业，不管是中高管理层，还是泵制造工厂或者车间，电脑应用已经普及。
在泵技术或设计部门，CAD制图技术也已普及，被广大工程师所掌握，现今很难找出一块图版或一把丁字尺。
现今制图效率大大提高，而且图面整齐、清洁，又省掉了描图一道工序。泵技术创新二：在叶片泵设计上体现  近年来，各种不同应用领域的叶片泵都已经向高效先进水力/结构设计趋势快速发展。
有些泵的设计有苛刻空间尺寸或安装尺寸约束;有些泵只需要满足最佳工况点的性能要求;有些则需满足多工况点、特定的整个扬程曲线;而有些泵则要求尽可能扩大高效区范围，这就促使一些公司引进采用商业化的设计研发专用软件和仿真软件，如CN、CFX软件等。
这些软件整合着多年设计、应用和测试经验，优化完成设计并计算出泵流体部件几何尺寸。这些三维水力模型可自动生成网格，从各种最先进、成熟的湍流模型中选择合适湍流模型，作CFD和FEA分析计算并作数据处理分析。
整个过程快速、简洁、较可靠。
紧接着，叶轮数控加工编程模块，可对叶轮快速加工模拟，检查可能存在设计缺陷，帮助改进设计。
  另外，也可以用激光快速成型仪制造叶轮模型，直接进行精密铸造再少切削加工便成。
总之，整个设计、加工研发周期大大缩短。
这种设计数字化、信息化、现代化给叶片泵设计、制造带来了巨大进步。
泵技术创新三：在泵测试技术上体现  由于试验实行自动控制，对流量、扬程、功率及转速等进行同步数据采集、控制，通过计算机自动监测与控制技术进行数据的实际处理、曲线绘图、精度分析等工作，工作效率大大提高，也有效提高了测试精度。中国泵工业在这方面也获得很大进步，实现了现代化。这是泵宏观测试技术进步，在微观上，即在泵内流场测试方面，有些泵公司也开展LDV或PIV在泵内流场测试。
  另外，近几年，国产泵业中一些公司，还非常重视流体力学、热力学、结构力学、转子动力学等泵基础性试验和研究。
2011年开始，该公司已经开始进行国家科技支撑计划项目—高参数泵机械密封应用基础研究和国家973计划项目—机械装备再制造的基础科学问题。泵技术创新四：在泵制造技术上体现  国产泵企业，尤其是一些重点骨干泵企业，在近年来，综合实力全面提高，成批引入了数控机床，淘汰旧的机床。为了满足核电用泵、火电用泵的高精度加工要求，进口了镗铣加工中心，如上海凯泉先后从国外进口了德国九轴五联动落地镗铣加工中心；意大利六轴五联动加工中心；德国六轴五联动龙门镗铣加工中心；意大利的4m重型高精立式车铣中心；意大利2.5m重型高精立式车铣中心等纷纷落地中国，而这些先进制造母机将全面提升了加工制造能力和制造水平。