220 MW機組電動給水泵振動分析與平衡

張海濤，常　強，薛永鋒，宋大勇

(國電科學技術研究院, 江蘇　南京　210046)

1　設備故障情況

某220 MW火電機組配備3臺額定容量為50%的電動給水泵，正常運行時2臺運行，1臺備用。給水泵電機由沈陽電機廠有限公司生產，型號為YK3200-2/1180，額定功率為3 200 kW，額定電壓為6 kV，額定電流為360 A，轉速為2 987 r/min。給水泵采用臥式布置，其中1臺給水泵電機驅動端垂直方向振動最高達98 μm，水平振動為60 μm，軸向振動為75 μm；電機非驅動端垂直振動最高達70 μm，水平方向振動為50 μm，軸向振動為46 μm，超出振動標準，影響設備安全運行，給安全生產帶來隱患。

2　測量儀器與測點布置

振動測試采用南京東振測控技術有限公司生產的EVM-202動平衡振動分析儀。給水泵振動探頭采用磁電式速度傳感器，靈敏度為19.7 mV/mm，共有2個振動探頭，其中給水泵電機非驅動端垂直方向布置1個探頭，給水泵電機驅動端垂直方向布置1個探頭。鍵相傳感器采用光電傳感器，與瓦振探頭布置在1條直線上，振動測點布置見圖1。

圖1　電動給水泵振動測點布置

3　振動分析與平衡

在布置完電動給水泵振動測點與鍵相傳感器后，啟動電動給水泵，測得給水泵電機原始振動值見表1，表1中為3組不同時刻測得的振動數據，計算時取數據的平均值。

表1　給水泵電機平衡前振動值(p-p)

由表1數據可看出，給水泵電機非驅動端與驅動端電機振動1X分量占通頻幅值主要成分，振動信號隨轉速變化明顯，在固定轉速下工頻振動的幅值和相位都較穩定，因此可判定為典型的不平衡故障，應采用現場動平衡予以消除。

給水泵電機轉子的現場平衡可以采用影響系數法進行平衡加重，首先在不加重情況下啟動給水泵電機到額定轉速，測量各軸承的工頻振動值(振幅和相位)。停機分析振動后選定加重平面，添加試重后啟動給水泵電機，測量各軸承振動值。計算選定平面的影響系數，進行動平衡計算，按照計算結果添加校正配重量，如果選定平面無效，則需要重新選擇加重平面，并重新選擇加重量。添加校正配重后，啟動機組，測量振動，如果各軸承振動值降低到合格范圍，則動平衡工作結束，否則還需再次進行調整[1-4]。

給水泵非驅動端與驅動端的影響系數分別為

(1)

(2)

由此，電動給水泵的平衡方程為

(3)

(4)

由式(3)、(4)可以看出，單平面平衡給水泵電機，一般很難同時滿足，進一步得：

(5)

(6)

(7)

對式(7)展開有：

(8)

對式(8)求導有：

(9)

(10)

第1次加重采用試加重，加重120 g∠273°。啟動電動給水泵，測量振動值見表2，表2中為3組不同時刻測得的振動數據，計算時取數據的平均值。

表2　給水泵電機加重120 g振動值(p-p)

由表2可以看出，在加重120 g后，給水泵電機驅動端振動數值明顯減小，振動出現明顯響應，經過優化，在加重120 g基礎上，繼續加重55 g∠229°，再次啟動電動給水泵，測得振動數據見表3，表3中為3組不同時刻測得的振動數據，計算時取其平均值。

表3　給水泵電機繼續加重55 g振動值(p-p)

由表3可以看出，給水泵經過動平衡后，電機非驅動端與驅動端振動均滿足國家標準，可以長時間運行。

本次動平衡通過在軸上貼反光帶作為相位基準，由于反光帶無法永久保存，對同一臺設備來說，在保持振動傳感器位置與鍵相傳感器位置不變的前提下，加重角度以反光帶為零點，如果兩次測量反光帶的角度不同，前一次的影響系數也可以直接使用，這是因為影響系數的相位取決于振動相位和試加質量的角度，反光帶的角度不同，會使振動相位發生變化，但也使試加質量角度發生變化。經過現場采用手持式振動儀測試，給水泵在不同負荷條件下，振動數據見表4。經過現場動平衡后，給水泵振動數值得到改善，動平衡取得了良好效果。

表4　不同負荷下給水泵電機振動值(p-p)

4　結論

a. 某電廠給水泵電機振動故障原因為轉子質量不平衡。

b. 通過現場動平衡后，電機驅動端垂直方向振動由98 μm降至28 μm，水平方向振動由60 μm降至22 μm，軸向振動由75 μm降至30 μm；電機非驅動端垂直方向振動由70 μm降至45 μm，水平方向振動由50 μm降至42 μm，軸向振動由46 μm降至20 μm，取得了良好效果。

c. 對于電機等轉子，影響系數法可以較好地解決動平衡問題。

d. 對于同一臺設備來說，在保持振動傳感器位置與鍵相傳感器位置不變的前提下，對于采用反光帶確定相位的轉子，在以后的平衡工作中，可以直接采用之前的影響系數進行計算。

參考文獻：

[1]寇勝利.汽輪機發電機組的振動及現場平衡[M].北京：中國電力出版社,2007:181-183.

[2]常強. 200 MW機組發電機轉子現場動平衡試驗研究[J].東北電力技術,2010,31(2):1-3.

[3]俞輝,常強,冷杰. 大型發電機現場動平衡影響系數分析及應用[J].東北電力技術,2011,32(12):11-13.

[4]張海濤,路軍鋒,丁永允. 626 MW亞臨界機組低壓缸轉子振動診斷及處理[J].東北電力技術,2016,37(2):37-40.

[5]張小科,劉明. 300 MW機組凝結水泵振動故障診斷及處理[J]. 電站系統工程,2016,32(6):46-48.

[6]段學友,周菁. 330 MW火電機組立式凝結水泵振動大故障分析處理[J]. 電站系統工程,2013,29(4):48-50.

[7]倪守龍,盧盛陽,張磊,等. 電動給水泵驅動電機振動分析及動平衡處理[J]. 河北電力技術,2013,32(3):43-45.