1000 MW機(jī)組凝結(jié)水泵變頻運(yùn)轉(zhuǎn)振動(dòng)原因及處理

黃 幸

（江西大唐國(guó)際撫州發(fā)電有限責(zé)任公司，江西撫州 344000）

0 引言

隨著國(guó)家“節(jié)能降耗”“提質(zhì)增效”戰(zhàn)略的推進(jìn)，大多數(shù)電廠將凝結(jié)水泵變頻改造作為一項(xiàng)重要的汽輪機(jī)專業(yè)節(jié)能措施。凝結(jié)水泵的變頻調(diào)節(jié)原理是：在運(yùn)行過程中，根據(jù)汽輪發(fā)電機(jī)組的有功負(fù)荷及除氧器水位要求，通過變頻調(diào)速方式降低電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行轉(zhuǎn)速，從而降低能耗，達(dá)到調(diào)節(jié)效果。

江西大唐國(guó)際撫州發(fā)電有限責(zé)任公司1#機(jī)組為1000 MW國(guó)產(chǎn)超超臨界燃煤機(jī)組。其凝結(jié)水系統(tǒng)設(shè)3臺(tái)50%容量的筒式凝結(jié)水泵，2臺(tái)運(yùn)行1臺(tái)備用，全部配備高壓變頻器，能實(shí)現(xiàn)工頻和變頻之間的切換。水泵為沈鼓核電泵業(yè)生產(chǎn)的9.5LDTNB-5PJ式凝結(jié)水泵，泵設(shè)計(jì)出口流量1287 t/h，揚(yáng)程305 m，轉(zhuǎn)速1490 r/min，進(jìn)口壓力0.6 MPa，出口壓力4 MPa。電機(jī)由上海電機(jī)廠生產(chǎn)，型號(hào)為YLBPKS500-4，額定功率1400 kW，額定電流155.7 A，防護(hù)等級(jí)IP54，絕緣等級(jí)F，冷卻方式為空—水冷。

表1 C凝結(jié)水泵數(shù)據(jù)

圖1 C泵軸彎曲度測(cè)點(diǎn)位置

表2 C泵軸彎曲度（上軸） mm

1 凝結(jié)水泵運(yùn)行情況

2018年2月，1#機(jī)組C凝結(jié)水泵在經(jīng)過泵體更換軸承及機(jī)封后，變頻試運(yùn)頻率（28~42）Hz，測(cè)量電機(jī)頂部非驅(qū)動(dòng)端水流方向振幅均超出0.10 mm，最大振幅高達(dá)0.84 mm，完全失去調(diào)頻運(yùn)行條件。在試運(yùn)過程中，測(cè)量泵體及臺(tái)板振動(dòng)情況良好，振幅約0.05 mm。由于振動(dòng)原因，1#機(jī)組C凝結(jié)水泵長(zhǎng)期處于緊急備用狀態(tài)，不能作為調(diào)頻設(shè)備正常運(yùn)行。

2 凝結(jié)水泵檢查情況

2.1 常規(guī)解體檢查

針對(duì)1#機(jī)組C凝結(jié)水泵振幅頻率區(qū)間寬、振幅大的現(xiàn)象，在2018年5月C級(jí)檢修過程中對(duì)其電機(jī)、泵體進(jìn)行常規(guī)解體檢查：①檢查凝結(jié)水泵筒體基座、電機(jī)基座水平；②檢查泵軸套配合間隙及各級(jí)葉輪口環(huán)間隙；③檢查泵軸彎曲度。

（1）檢查泵軸套配合間隙及各級(jí)葉輪口環(huán)間隙，結(jié)果見表1。

（2）將泵軸延軸向分為6段，測(cè)點(diǎn)分布如圖1所示。同時(shí)在6個(gè)測(cè)量斷面處架設(shè)6塊百分表，將軸的斷面分為8等分并做記號(hào)，將軸按同一方向盤動(dòng)后依次讀出百分表讀數(shù)（表2）。彎曲度的最大值出現(xiàn)在哈弗聯(lián)軸器處，為（彎曲度最大值－彎曲度最小值）/2=（0.51－0.35）/2=0.08 mm。

（3）解體檢查凝結(jié)水泵電機(jī)，發(fā)現(xiàn)電機(jī)下軸承與殼體間配合間隙高達(dá)0.16 mm，超出標(biāo)準(zhǔn)值較多，導(dǎo)致軸承外圈與殼體發(fā)生了相對(duì)滑動(dòng)。這是水泵運(yùn)行過程中電機(jī)振動(dòng)超標(biāo)的主要影響因素。

2.2 振動(dòng)試驗(yàn)

2018年5月24日，C凝結(jié)水泵修后試轉(zhuǎn)，電機(jī)定頻空載運(yùn)行，電機(jī)頂部水流方向?yàn)檎穹?.02 mm。2018年5月27日，C凝結(jié)水泵帶負(fù)荷變頻試運(yùn)行（表3）。

表3 C凝結(jié)水泵的運(yùn)行數(shù)據(jù)

由表3可以看出，修后凝結(jié)水泵振幅超標(biāo)（＞0.10 mm）頻率區(qū)間有所減小，由原來的（28～42）Hz縮小到（27～30）Hz，且振動(dòng)幅度有較大改善，已減少至0.27 mm。

3 凝結(jié)水泵振動(dòng)情況分析

導(dǎo)致凝結(jié)水泵振動(dòng)超標(biāo)，電氣方面的因素有定子電磁激振、動(dòng)靜碰磨、氣隙不均勻、電機(jī)發(fā)熱不均勻、轉(zhuǎn)子繞阻故障、轉(zhuǎn)子冷卻不均勻等。通過圖2分析，C凝結(jié)水泵無(wú)明顯2倍頻振動(dòng)，且通頻振幅變化值與1倍頻振幅變化值對(duì)比，2條曲線基本上重合，說明電動(dòng)機(jī)無(wú)熱彎曲現(xiàn)象。因此，排除電氣方面故障因素。

導(dǎo)致凝結(jié)水泵振動(dòng)超標(biāo)，機(jī)械方面的因素有軸承失效、中心不正、質(zhì)量不平衡、局部松動(dòng)、動(dòng)靜碰磨等。通過表1分析，凝結(jié)水泵葉輪口環(huán)間隙均在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，且各級(jí)軸套配合間隙均在優(yōu)良磨損范圍內(nèi)。結(jié)合2018年2月凝結(jié)水泵試運(yùn)時(shí)泵體振動(dòng)情況，可以排除泵體機(jī)械方面故障因素。

圖2 C凝結(jié)水泵振動(dòng)波特圖

通過圖2分析，水流方向測(cè)振時(shí)，通頻振動(dòng)值和相位變化急劇，相位變化接近180°，且對(duì)比1倍頻和通頻振幅曲線，分析振動(dòng)原因?yàn)檗D(zhuǎn)子—軸承—?dú)んw系統(tǒng)共振。結(jié)合振動(dòng)相位變化，可以確定水流方向共振轉(zhuǎn)速為902.42 r/min，相位∠112.98°（2018-05-31 16：15：04.832）。

每個(gè)機(jī)械系統(tǒng)都有若干個(gè)振動(dòng)固有頻率，就某一電機(jī)而言，其固有頻率與電機(jī)系統(tǒng)的支撐剛性和電機(jī)質(zhì)量有關(guān)，當(dāng)電機(jī)和泵連接時(shí)，應(yīng)將其作為一個(gè)整體系統(tǒng)來看待。這樣，整個(gè)系統(tǒng)的固有頻率就不是電機(jī)單獨(dú)試運(yùn)時(shí)的固有頻率。當(dāng)電機(jī)的轉(zhuǎn)頻與該系統(tǒng)的固有頻率接近時(shí)，由于軸系轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的激振力傳遞到非轉(zhuǎn)動(dòng)部件上，在共振效應(yīng)的作用下放大了所激發(fā)的振動(dòng)。檢修時(shí)發(fā)現(xiàn)，電機(jī)下軸承與殼體間配合間隙高達(dá)0.16 mm，這是凝結(jié)水泵運(yùn)行過程中電機(jī)振動(dòng)超標(biāo)的主要因素。

4 處理措施和效果

針對(duì)C凝結(jié)水泵振幅區(qū)間寬、振幅大的現(xiàn)象，利用C凝結(jié)水泵檢修機(jī)會(huì)，對(duì)電機(jī)下軸承端蓋拉出廠重新堆焊車削，確保下軸承與殼體配合間隙≤0.03 mm。經(jīng)過上述處理后，C凝結(jié)水泵運(yùn)行參數(shù)達(dá)到了表2的振動(dòng)范圍，振幅區(qū)間與振幅值明顯減小。

基于共振現(xiàn)象的分析，可以采取如下改進(jìn)措施：①將電機(jī)轉(zhuǎn)子與泵體作為一個(gè)整體系統(tǒng)重新校正其動(dòng)平衡，添加配重塊后，從而減小激振力；②加固凝結(jié)水泵基礎(chǔ)或電機(jī)，改變其支撐剛度，從而改變系統(tǒng)的固有頻率，避開共振轉(zhuǎn)速區(qū)。

針對(duì)動(dòng)平衡問題，華東電力試驗(yàn)研究院對(duì)凝結(jié)水泵進(jìn)行了水泵轉(zhuǎn)動(dòng)部分的動(dòng)平衡校正。在C凝結(jié)水泵變頻運(yùn)行下，測(cè)量每個(gè)頻率下的振動(dòng)數(shù)值、對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速、相位，找到最大振動(dòng)所對(duì)應(yīng)的頻率及轉(zhuǎn)速（圖2），然后對(duì)應(yīng)該轉(zhuǎn)速計(jì)算出應(yīng)該加的配重?cái)?shù)量。經(jīng)計(jì)算在凝結(jié)水泵靠背輪螺栓的螺帽處增加配重塊，最終加重252 g。配重后振幅曲線如圖3所示。

由圖3和圖2可以看出，在C凝結(jié)水泵靠背輪加裝完配重塊后，電動(dòng)機(jī)振動(dòng)明顯減小，下降至0.20 mm，且振幅區(qū)間再次縮小。

另外，1#機(jī)組B凝結(jié)水泵在試運(yùn)期間也存在振幅區(qū)域較大、振幅值較高的現(xiàn)象，振幅頻率在（25～36）Hz，電機(jī)頂部非驅(qū)動(dòng)端水流方向振幅均超出0.10 mm，最大振幅高達(dá)0.315 mm（圖4）。通過對(duì)圖4的分析，判斷B凝結(jié)水泵電機(jī)下軸承存在缺陷。更換電機(jī)軸承后，基本解決了B凝結(jié)水泵的振動(dòng)問題，振幅值最大 0.17 mm，振幅頻率（28～30）Hz。至此，1#機(jī)組 3 臺(tái)凝結(jié)水泵均可以采取變頻調(diào)速運(yùn)行方式。

5 結(jié)論

（1）變頻運(yùn)行時(shí)，振幅超標(biāo)的區(qū)域范圍較窄，可以在變頻調(diào)速裝置上設(shè)置跳轉(zhuǎn)頻率，避開共振區(qū)域。

圖3 C凝結(jié)水泵振動(dòng)波特圖

圖4 B凝結(jié)水泵振動(dòng)波特圖

（2）凝結(jié)水泵在變頻運(yùn)行過程中，一個(gè)主要特點(diǎn)是在某個(gè)方向某個(gè)轉(zhuǎn)速項(xiàng)出現(xiàn)振動(dòng)峰值，同時(shí)該轉(zhuǎn)速前后的相位也會(huì)發(fā)生較大變化，振動(dòng)頻率以通頻為主且1倍頻與通頻振幅曲線相吻合。該類振動(dòng)性質(zhì)為強(qiáng)迫振動(dòng)，主要是由轉(zhuǎn)子—軸承—外殼系統(tǒng)的共振引起的。通過動(dòng)平衡加配重方法，可以緩解此振動(dòng)現(xiàn)象。

（3）將凝結(jié)水泵電機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)加固，提高其支撐剛度，能夠在一定范圍內(nèi)較好地解決共振產(chǎn)生的激振問題。因此，在機(jī)組運(yùn)行期間，可以采取制作電機(jī)固定支架或?qū)?臺(tái)凝結(jié)水泵電機(jī)串聯(lián)緊固等措施，提高電機(jī)的剛度，降低振動(dòng)值，確保機(jī)組的安全運(yùn)行。