大多數(shù)泵的固有扭轉(zhuǎn)頻率通常比橫向運(yùn)動(dòng)頻率要高。泵的壓力功能(帶有齒輪箱和變頻器的泵除外)通常不會(huì)引起扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。如果在轉(zhuǎn)速范圍之內(nèi)固有扭轉(zhuǎn)頻率低于固有橫向運(yùn)動(dòng)頻率，狀態(tài)會(huì)發(fā)生改變。在復(fù)合泵組(含有幾個(gè)泵體的泵組)或采用軟性橡膠聯(lián)軸器的泵組中，也會(huì)發(fā)生這種情況。

　　扭轉(zhuǎn)-橫向振動(dòng)

　　在包括幾個(gè)泵殼的復(fù)合泵組或采用非金屬軟性聯(lián)軸器的泵中，固有扭轉(zhuǎn)頻率可能比固有橫向運(yùn)動(dòng)頻率低。這種情況下，固有扭轉(zhuǎn)頻率通常處于轉(zhuǎn)速范圍之內(nèi)。

　　在這些泵組中，扭轉(zhuǎn)-橫向運(yùn)動(dòng)引起的共振可能會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的問題甚至泵的損壞。

　　圖1. 一臺(tái)由變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)的泵

　　泵轉(zhuǎn)子的不對(duì)稱、徑向載荷和不平衡狀態(tài)通常由扭轉(zhuǎn)模式和橫向運(yùn)動(dòng)模式之間的耦合因素組成，影響著中心線的彎曲和扭曲位置。

　　不對(duì)稱轉(zhuǎn)子的分析模型考慮了橫向運(yùn)動(dòng)和扭轉(zhuǎn)之間的耦合作用，被用于模擬扭轉(zhuǎn)-橫向運(yùn)動(dòng)引起的振動(dòng)。例如，包括扭轉(zhuǎn)振動(dòng)耦合條件(泵軸扭轉(zhuǎn)模式的平衡狀態(tài)和其他影響)的橫向運(yùn)動(dòng)模式，可用于判斷扭轉(zhuǎn)-橫向運(yùn)動(dòng)共同引起的振動(dòng)影響。這些分析模型包括周期變化的系數(shù)，該系數(shù)可能影響扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度。這樣的分析方程會(huì)產(chǎn)生參數(shù)共振，但這僅僅在轉(zhuǎn)速恰好等于固有扭轉(zhuǎn)頻率的1、1/2、1/4、1/6、1/8倍時(shí)才會(huì)發(fā)生。在扭轉(zhuǎn)-橫向共振中，由于不平衡狀態(tài)和徑向載荷力(與不對(duì)稱的泵軸相作用)構(gòu)成了真實(shí)系統(tǒng)的壓力作用，最高的模式共振可能在1倍或2倍于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的情況下發(fā)生。

　　扭轉(zhuǎn)-橫向共振模式在固有橫向運(yùn)動(dòng)頻率和固有扭轉(zhuǎn)頻率下具有峰值響應(yīng)。橫向模式的峰值頻率通常不是很高(橫向模式的阻尼相對(duì)較高)，扭轉(zhuǎn)共振可能具有很大的振幅(因?yàn)榕まD(zhuǎn)模式的有效阻尼通常較低。)

　　對(duì)于所有類型的泵而言，最常見的問題就是沒有說明按照慣例要在泵上安裝扭轉(zhuǎn)振動(dòng)傳感器(以監(jiān)測轉(zhuǎn)子扭轉(zhuǎn)的誘因或共振)。這對(duì)復(fù)雜的泵組是一個(gè)相當(dāng)明顯的缺點(diǎn)。阻尼不足的扭轉(zhuǎn)模式可能會(huì)通過橫向模式的聯(lián)軸器(或長泵軸)被激發(fā)出來，這會(huì)大大提高壓力。這種影響可能會(huì)顯著增強(qiáng)聯(lián)軸器/泵軸的破裂。扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的變化與橫向振動(dòng)相比，可以更早的顯露出破裂的征兆。換句話說，建議對(duì)泵進(jìn)行扭轉(zhuǎn)振動(dòng)監(jiān)測(和泵的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的變化識(shí)別)，特別是固有扭轉(zhuǎn)頻率相對(duì)較低的泵。

　　圖2. 具有低扭轉(zhuǎn)剛度的軟性聯(lián)軸器。這種聯(lián)軸器可能會(huì)導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)器和泵之間的嚴(yán)重的不對(duì)準(zhǔn)，但是可以降低固有的扭轉(zhuǎn)頻率(第一階固有扭轉(zhuǎn)頻率可能低于運(yùn)轉(zhuǎn)速度范圍)，從而帶來一些運(yùn)轉(zhuǎn)/穩(wěn)定性問題。

　　泵的橫向-扭轉(zhuǎn)共振可能發(fā)生在穩(wěn)定狀態(tài)也可能發(fā)生在瞬變運(yùn)行條件。帶有相對(duì)細(xì)長的泵軸(或帶有幾個(gè)泵殼)的變速泵很容易受到橫向扭轉(zhuǎn)共振的影響。例如，包括幾個(gè)泵殼的泵和通過齒輪組由變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)的泵。一般來說，多泵殼泵(有時(shí)甚至是傳統(tǒng)的恒速泵)具有老式的橫向-扭轉(zhuǎn)共振。

　　現(xiàn)在，泵的耦合振動(dòng)只可能在有限的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的瞬變狀態(tài)或非正常運(yùn)行(比如短路、啟動(dòng)或關(guān)機(jī))條件下發(fā)生。但是，新一代復(fù)合型變頻泵(特別是具有相對(duì)較寬的運(yùn)行速度的泵)可能會(huì)發(fā)生復(fù)雜的扭轉(zhuǎn)-橫向共振現(xiàn)象。

　　舉個(gè)非正常狀態(tài)下的橫向-扭轉(zhuǎn)耦合振動(dòng)的例子，在一個(gè)針對(duì)蒸汽渦輪機(jī)驅(qū)動(dòng)的泵組的案例研究中，橫向-扭轉(zhuǎn)耦合振動(dòng)形式的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)是由殘余不平衡引起的。要解決這個(gè)問題需要高度的平衡。然而，由于蒸汽渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)子葉片突然發(fā)生故障，發(fā)了發(fā)生嚴(yán)重的橫向-扭轉(zhuǎn)瞬間振動(dòng)和動(dòng)力不穩(wěn)定現(xiàn)象。

　　對(duì)有些泵來說，回轉(zhuǎn)力矩可以在縱向和水平面上與轉(zhuǎn)子軸的運(yùn)動(dòng)相耦合。此外，回轉(zhuǎn)力矩可以改變不同模式下的橫向運(yùn)動(dòng)的固有頻率值。橫向運(yùn)動(dòng)的固有頻率可以根據(jù)轉(zhuǎn)速改變(降低或增加)。例如，如果泵的轉(zhuǎn)速增加，第一、二、三和五階橫向運(yùn)動(dòng)模式的固有頻率會(huì)降低，而第四和第六階橫向運(yùn)動(dòng)的固有頻率會(huì)增加。這些運(yùn)動(dòng)模式具有正向和反向渦動(dòng)效應(yīng)。

　　高階模式的頻率變化可達(dá)30%，而第一、二和三階固有頻率的變化通常低于12%。這些橫向運(yùn)動(dòng)固有頻率的變化(轉(zhuǎn)速的作用)會(huì)引起或增強(qiáng)橫向-扭轉(zhuǎn)共振，尤其是運(yùn)行轉(zhuǎn)速范圍較寬的變頻泵。

　　在泵的實(shí)際運(yùn)行中，要確定彎曲和扭轉(zhuǎn)的臨界轉(zhuǎn)速，并不斷調(diào)整使它們遠(yuǎn)離運(yùn)轉(zhuǎn)速度極其倍數(shù)。現(xiàn)在則是要確定彎曲-扭轉(zhuǎn)共振的臨界轉(zhuǎn)速，并通過調(diào)整使其遠(yuǎn)離可能的激發(fā)轉(zhuǎn)速(可能會(huì)導(dǎo)致共振)。特別是轉(zhuǎn)速及其二次諧波應(yīng)該遠(yuǎn)離扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的固有頻率。

　　齒輪組可能會(huì)促使彎曲和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)之間的耦合。橫向-扭轉(zhuǎn)共振可能會(huì)在帶有齒輪組的泵組中發(fā)生，特別是當(dāng)固有彎曲頻率接近轉(zhuǎn)速時(shí)。通常，扭轉(zhuǎn)模式會(huì)被橫向運(yùn)動(dòng)誘因激發(fā)出來。有時(shí)，橫向運(yùn)動(dòng)響應(yīng)可能是由扭轉(zhuǎn)振動(dòng)引發(fā)的。

　　不同的案例研究表明了耦合機(jī)制的重要性，它增大了振動(dòng)的振幅。這些耦合共振對(duì)于齒輪泵(通常是高速或高壓泵)的運(yùn)轉(zhuǎn)可能是有害的。

　　圖3. 一臺(tái)立式泵。這種立式泵的長泵軸可能具有一些低扭轉(zhuǎn)剛度效應(yīng)。在某些關(guān)鍵的立式泵中應(yīng)觀察扭轉(zhuǎn)-橫向共振。

　　扭轉(zhuǎn)激勵(lì)(例如具有高振幅動(dòng)態(tài)扭矩的瞬間扭轉(zhuǎn)狀態(tài))下的轉(zhuǎn)子的橫向響應(yīng)值得認(rèn)真研究。扭轉(zhuǎn)阻尼可能非常低，瞬間扭轉(zhuǎn)力矩可能非常高，有時(shí)是正常扭矩的三到六倍。這種類型的耦合共振可能非常嚴(yán)重。如果彎曲的臨界轉(zhuǎn)速接近轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，它可能是由耦合共振激發(fā)的。這種情況下，轉(zhuǎn)子在耦合扭轉(zhuǎn)的激發(fā)下可能會(huì)發(fā)生高振幅的振動(dòng)。即使轉(zhuǎn)子的橫向臨界轉(zhuǎn)速并不接近泵的轉(zhuǎn)速，多倍(通常是兩倍)轉(zhuǎn)速下的橫向響應(yīng)可能會(huì)達(dá)到一個(gè)非常高的峰值。