曹景芳
(華電國際鄒縣發(fā)電廠,山東鄒城 273522)
1000MW機組循環(huán)水泵雙速電機振動原因分析與處理
曹景芳
(華電國際鄒縣發(fā)電廠,山東鄒城 273522)
介紹了國內(nèi)1000MW機組YKSL3650-16/2600型循環(huán)水泵電機雙速改造后出現(xiàn)的定子部分振動較大的異常情況,通過診斷找到振動的原因為100Hz共振,采取減小磁勢不平衡量的方法解決了振動問題。
YKSL3650-16/2600型循環(huán)水泵;電機;雙速改造;共振
某電廠#8機組為2007年投產(chǎn)的1000MW機組,配置有3臺循環(huán)水泵和1臺輔助冷卻水泵。循環(huán)水泵電機的型號為YKSL3650-16/2600-1,功率為3650 kW,額定電壓為10000V,額定電流為279.6A,16極單速運行,絕緣等級為H級。配套的水泵型號為88LKXA-30.3,系立式單級導葉式、內(nèi)體可抽出式混流泵,流量為33 480m3/h,揚程為30.3m,效率為87.1%,必需汽蝕余量為8.47m,輸送介質(zhì)為淡水。
在2014年進行的#8機組大修中,根據(jù)節(jié)能需求對A,C 2臺循環(huán)水泵電機進行節(jié)能改造。在制訂方案時,考慮變頻改造和雙速改造2種方案。
(1)變頻改造是通過加裝高壓變頻器對循環(huán)水泵電機轉(zhuǎn)速進行調(diào)速控制,需要增加變頻設備。變頻調(diào)速為無級調(diào)速,調(diào)速范圍廣,適用于各類交流電動機,節(jié)能效果好。但電廠高電壓、大功率電機的變頻裝置價格昂貴、技術(shù)要求高、維護費用高、故障率高,因此變頻調(diào)速節(jié)能方案受到一定的限制。
(2)雙速改造是將原單速電機改成單繞組雙速電機。這種方法是利用電機本身條件,將電機從單速改為雙速,泵的負載高時用高速,負載低時用低速;其改造費用低、改造周期短、維護簡單、性價比高,在國內(nèi)應用較多,但因電機僅有2種速度,節(jié)能效果不如變頻裝置。
經(jīng)充分論證和分析,綜合考慮循環(huán)水泵電機變頻改造在國內(nèi)的應用實例較少且投資大、回收期較長,認為第2種方法比較符合當前需求。對循環(huán)水泵電機進行雙速改造,可增加循環(huán)水量調(diào)節(jié)的靈活性,滿足不同季節(jié)的供水需要。因此,結(jié)合#8機組大修工作,委托某電機公司對8A和8C循環(huán)水泵電機進行雙速改造,將2臺16極循環(huán)水泵電機改造為16/18極(高速時16極,低速時18極)雙速電機。
(1)不更換原有定子線圈及轉(zhuǎn)子,通過改變定子線圈端部接線方式達到改變極對數(shù)實現(xiàn)調(diào)速目的。
(2)改造后的雙速電機參數(shù)。16極:額定功率,3650 kW;額定轉(zhuǎn)速,370 r/min;額定電流,279.6 A。18極:額定功率,2 560 kW;額定轉(zhuǎn)速,330 r/min;額定電流,208 A。
(3)在電機側(cè)面安裝一個調(diào)速端子接線箱,通過更改調(diào)速箱內(nèi)的引出線連接壓板實現(xiàn)調(diào)速,原電源引出線位置不變。
(4)電機改造后絕緣等級不變(H級)。
(5)繞組干燥后,進行整體真空浸漆。
改造后,#8機組C循環(huán)水泵首先試轉(zhuǎn),在進行高速(16極)空載測試及帶負荷運行測試時發(fā)現(xiàn):電機定子部分振動較大,有明顯沉悶異音,強度達80~85 dB,#8機組A循環(huán)水泵電機試運行時也存在同樣情況。在試運行過程中,使用振動分析儀(配置有三軸加速度傳感器)和Vm-63a振動表采集振動信息,分析造成振動的原因。
3.1 高速(16極)空載測試
3.1.1 電機軸承部位振動值
(1)位移。電機負荷側(cè):南北向為15μm,東西向為15μm,軸向為20μm;電機非負荷側(cè):南北向為24μm,東西向為33μm,軸向為17μm。
(2)振速。電機負荷側(cè):南北向為1.11mm/s,東西向為1.25mm/s,軸向為5.75mm/s;電機非負荷側(cè):南北向為1.36mm/s,東西向為1.26mm/s,軸向為0.616mm/s。
3.1.2 電機定子部分振動值
電機定子部分振動較大,振動最大位置處振速為19.50mm/s,位移為98μm。
3.1.3 頻譜分析
從圖1、圖2可以看出:電機非驅(qū)動端主要振動頻率為3×轉(zhuǎn)速頻率以及100Hz,3×轉(zhuǎn)速頻率振速為1.00mm/s,100 Hz振速為0.75mm/s;驅(qū)動端主要振動頻率為100Hz,振速為5.60mm/s。
3.2 高速(16極)帶負荷試運行測試
3.2.1 電機軸承部位振動值
(1)位移。電機負荷側(cè):南北向為11μm,東西向為14μm,軸向為17μm;電機非負荷側(cè):南北向為20μm,東西向為48μm,軸向為16μm。
(2)振速。電機負荷側(cè):南北向為0.505mm/s,東西向為0.807mm/s,軸向為1.76mm/s;電機非負荷側(cè):南北向為1.77mm/s,東西向為1.43mm/s,軸向為1.46mm/s。
3.2.2 電機定子部分振動值
電機定子部分振動最大處振速為18.7mm/s,位移為96μm,振動值較大。
3.2.3 頻譜分析
從圖3、圖4可以看出:電機非驅(qū)動端主要振動頻率為3×轉(zhuǎn)速頻率以及100Hz,3×轉(zhuǎn)速頻率振速為1.67mm/s,100 Hz振速為0.49mm/s;電機驅(qū)動端主要振動頻率為100Hz及其諧波頻率,100Hz振速為0.91mm/s。
3.3 低速(18極)帶負荷試運行情況
低速運行時電機有輕微異音但聲音較高速運行時明顯減小,電機本體部分振動值也明顯減小,檢查氣隙及軸承間隙均在正常范圍內(nèi)。
圖1 空載測試電機非驅(qū)動端軸承頻譜圖
圖2 空載測試電機驅(qū)動端軸承頻譜圖
圖3 帶負荷試運行電機非驅(qū)動端軸承頻譜圖
圖4 帶負荷試運行電機驅(qū)動端軸承頻譜圖
3.4 其他同類型循環(huán)水泵電機振動情況
為了進一步分析#8機組C循環(huán)水泵電機出現(xiàn)的異常,對正在運行的同型號#7機組B循環(huán)水泵電機進行了振動測量,頻譜圖如圖5、圖6所示。
由圖5、圖6可以看出,頻譜圖中100Hz成分較小。
3.5 電機固有頻率測試
綜合運行測試特征,#8機組C循環(huán)水泵電機主要異常為存在較高幅值的100Hz成分,存在明顯的電氣故障,分析為100 Hz共振。為此,對電機鐵芯和機座的固有頻率進行測試,發(fā)現(xiàn)電機鐵芯的固有頻率約96Hz左右,機座固有頻率約100Hz,兩個頻率重疊,而100Hz的電磁頻率在所有電機中都普遍存在且無法消除。電磁頻率產(chǎn)生一個激振力,激發(fā)電機的固有頻率振動,造成了機械與電磁的共振,所以電機機座部分振動值大,而聲音沉悶是100Hz共振的一個顯著特征。
一般消除電機100Hz共振現(xiàn)象有2個措施:改變電機的固有頻率和減小磁勢不平衡量。改變電機的固有頻率,可通過改變其機械強度的方法來實現(xiàn),但由于定子結(jié)構(gòu)復雜,無法通過計算或模擬的方法給其一個定量的改變目標值,且改機械性能后若仍不能達到其目標,機座機械性能難以恢復原狀。減小磁勢不平衡量即削弱電磁激振力,以減小固有頻率的共振響應。
圖5#7機組B循環(huán)水泵電機非驅(qū)動端軸承頻譜圖
圖6#7機組B循環(huán)水泵電機驅(qū)動端軸承頻譜圖
經(jīng)過多方面的分析與討論,認為減小磁勢不平衡量是最為可行的方案。經(jīng)設計分析,對電機電磁方案進一步優(yōu)化,重新設計電機的定子線圈,并重新排列其極相組分布,降低磁勢不平衡量,削弱電磁激振力,將機座和鐵芯的振動值降至一個合理的范圍。處理后,高、低速空載運行時,電機定子機座部分振速都在1mm/s以下。帶負荷運行時,電機非負荷側(cè)軸承位移值:南北向為15μm,東西向為43μm,軸向為24μm;振速值:南北向為0.7mm/s,東西向為1.7 mm/s,軸向為1.4mm/s。從測量的頻譜圖看,100 Hz頻率消失,完全消除了循環(huán)水泵電機共振現(xiàn)象。方法,可為轉(zhuǎn)動設備的振動故障分析與處理提供參考。
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(本文責編:劉芳)
#8機組C循環(huán)水泵電機雙速改造后出現(xiàn)的振動是100Hz共振引起的,通過減小磁勢不平衡量消除了振動故障。分析過程中采用的振動診斷與分析
TM 621
:B
:1674-1951(2015)01-0030-04
曹景芳(1976—),女,山東汶上人,高級工程師,從事振動診斷與分析工作(E-mail:caojf5661@qq.com)。
2014-08-08;
2014-10-14