Research on the vibration characteristics of the main shaft system of the mixed-flow pump with parallel misalignment rotors under complex excitations

HUANG Zhiqiang; LI Zhenye; WANG Ruohao; LI Tao; ZHANG Guoxu; WANG Cheng; WANG Meiling

doi:10.16579/j.issn.1001.9669.2026.06.001

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Research on the vibration characteristics of the main shaft system of the mixed-flow pump with parallel misalignment rotors under complex excitations

·Vibration·Noise·Monitoring·Diagnosis· | 更新时间：2026-06-16

- Research on the vibration characteristics of the main shaft system of the mixed-flow pump with parallel misalignment rotors under complex excitations
- Journal of Mechanical Strength Vol. 48, Issue 6, Pages: 1-9(2026)
- 作者机构：
  
  1.西南石油大学机电工程学院，成都 610500
  2.国家油气钻井装备工程技术研究中心，宝鸡 721002
  3.中国石油宝鸡石油机械有限责任公司，宝鸡 721002
  4.中国石油集团济柴动力有限公司成都压缩机分公司，成都 610100
- 作者简介：
  
  HUANG Zhiqiang, E-mail: huangzq@swpu.edu.cn
- 基金信息：
  
  National Natural Science Foundation of China(41902326);Science and Technology Program of Sichuan Province(22GJHZ0284)
- DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.2026.06.001
  CLC： TH133.2
- Received：08 September 2024，
  
  Revised：2024-10-12，
  
  Published：15 June 2026
- 稿件说明：
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黄志强，李振业，王若豪，等. 复杂激励下平行不对中转子混输泵主轴系振动特性研究［J］. 机械强度，2026，48（6）：1-9.

HUANG Zhiqiang，LI Zhenye，WANG Ruohao，et al. Research on the vibration characteristics of the main shaft system of the mixed-flow pump with parallel misalignment rotors under complex exs［J］. Journal of Mechanical Strength，2026，48（6）：1-9.
黄志强，李振业，王若豪，等. 复杂激励下平行不对中转子混输泵主轴系振动特性研究［J］. 机械强度，2026，48（6）：1-9. DOI： 10.16579/j.issn.1001.9669.2026.06.001.

HUANG Zhiqiang，LI Zhenye，WANG Ruohao，et al. Research on the vibration characteristics of the main shaft system of the mixed-flow pump with parallel misalignment rotors under complex exs［J］. Journal of Mechanical Strength，2026，48（6）：1-9. DOI： 10.16579/j.issn.1001.9669.2026.06.001.

摘要

目的

针对复杂激励与联轴器平行不对中耦合作用下，转子混输泵主轴系易出现振动幅值超标、诱发碰摩故障的问题，揭示多工况参数对轴系振动特性的影响机制，明确碰摩故障临界阈值，为现场安全运行提供参考。

方法

首先，采用Fluent软件完成多工况下主转子流体激励载荷计算，获取载荷变化规律，为建模提供载荷边界；其次，建立含平行不对中故障的主轴系集中质量动力学模型，推导系统动力学控制方程；然后，采用4阶Runge-Kutta 法求解方程，获取不同工况下轴系振动响应；最后，分析关键参数对轴系振动特性与碰摩故障的影响规律。

结果

结果表明，不对中故障会导致主转子轴心轨迹发散，位移振幅随不对中量增大而升高，不对中量达0.106 mm时主转子进入碰摩区；转速与位移振幅无明显相关性，

、

方向分别存在4个、7个碰摩转速区间；泵出口压力每增大0.2 MPa，主转子激励与位移振幅均以60%左右比例增大，出口压力达0.8 MPa时主转子发生碰摩故障。

Abstract

Objective

Aiming at the problem that the main shaft system of the rotor multiphase pump is prone to excessive vibration amplitude and rub-impact fault under the coupling effect of complex excitation and parallel misalignment of the coupling

the influence mechanism of multi-working condition parameters on the vibration characteristics of the shaft system was revealed

and the critical threshold of rub-impact fault was clarified to provide reference for field safe operation.

Methods

Firstly

the Fluent software was used to complete the calculation of fluid excitation load of the main rotor under multiple working conditions

and the variation law of the load was obtained to provide the load boundary for modeling. Secondly

a lumped mass dynamic model of the main shaft system with parallel misalignment fault was established

and the dynamic control equation of the system was derived. Then

the 4-order Runge-Kutta method was adopted to solve the equation

and the vibration response of the shaft system under different working conditions was obtained. Finally

the influence law of key parameters on the vibration characteristics and rub-impact fault of the shaft system was analyzed.

Results

The results show that the misalignment fault will lead to the divergence of the axis trajectory of the main rotor

and the displacement amplitude increases with the increase of the misalignment. The main rotor enters the rub-impact zone when the misalignment reaches 0.106 mm. There is no obvious correlation between rotational speed and displacement amplitude

and there are 4 and 7 rub-impact speed intervals in

and

directions respectively. For every 0.2 MPa increase in pump outlet pressure

the excitation and displacement amplitude of the main rotor increase by about 60%

and the rub-impact fault occurs when the outlet pressure reaches 0.8 MPa.

关键词

Keywords

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