1000 MW機組凝結水泵變頻運轉振動原因及處理

黃 幸

（江西大唐國際撫州發電有限責任公司，江西撫州 344000）

0 引言

隨著國家“節能降耗”“提質增效”戰略的推進，大多數電廠將凝結水泵變頻改造作為一項重要的汽輪機專業節能措施。凝結水泵的變頻調節原理是：在運行過程中，根據汽輪發電機組的有功負荷及除氧器水位要求，通過變頻調速方式降低電動機的運行轉速，從而降低能耗，達到調節效果。

江西大唐國際撫州發電有限責任公司1#機組為1000 MW國產超超臨界燃煤機組。其凝結水系統設3臺50%容量的筒式凝結水泵，2臺運行1臺備用，全部配備高壓變頻器，能實現工頻和變頻之間的切換。水泵為沈鼓核電泵業生產的9.5LDTNB-5PJ式凝結水泵，泵設計出口流量1287 t/h，揚程305 m，轉速1490 r/min，進口壓力0.6 MPa，出口壓力4 MPa。電機由上海電機廠生產，型號為YLBPKS500-4，額定功率1400 kW，額定電流155.7 A，防護等級IP54，絕緣等級F，冷卻方式為空—水冷。

表1 C凝結水泵數據

圖1 C泵軸彎曲度測點位置

表2 C泵軸彎曲度（上軸） mm

1 凝結水泵運行情況

2018年2月，1#機組C凝結水泵在經過泵體更換軸承及機封后，變頻試運頻率（28~42）Hz，測量電機頂部非驅動端水流方向振幅均超出0.10 mm，最大振幅高達0.84 mm，完全失去調頻運行條件。在試運過程中，測量泵體及臺板振動情況良好，振幅約0.05 mm。由于振動原因，1#機組C凝結水泵長期處于緊急備用狀態，不能作為調頻設備正常運行。

2 凝結水泵檢查情況

2.1 常規解體檢查

針對1#機組C凝結水泵振幅頻率區間寬、振幅大的現象，在2018年5月C級檢修過程中對其電機、泵體進行常規解體檢查：①檢查凝結水泵筒體基座、電機基座水平；②檢查泵軸套配合間隙及各級葉輪口環間隙；③檢查泵軸彎曲度。

（1）檢查泵軸套配合間隙及各級葉輪口環間隙，結果見表1。

（2）將泵軸延軸向分為6段，測點分布如圖1所示。同時在6個測量斷面處架設6塊百分表，將軸的斷面分為8等分并做記號，將軸按同一方向盤動后依次讀出百分表讀數（表2）。彎曲度的最大值出現在哈弗聯軸器處，為（彎曲度最大值－彎曲度最小值）/2=（0.51－0.35）/2=0.08 mm。

（3）解體檢查凝結水泵電機，發現電機下軸承與殼體間配合間隙高達0.16 mm，超出標準值較多，導致軸承外圈與殼體發生了相對滑動。這是水泵運行過程中電機振動超標的主要影響因素。

2.2 振動試驗

2018年5月24日，C凝結水泵修后試轉，電機定頻空載運行，電機頂部水流方向為振幅0.02 mm。2018年5月27日，C凝結水泵帶負荷變頻試運行（表3）。

表3 C凝結水泵的運行數據

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

3 凝結水泵振動情況分析

導致凝結水泵振動超標，電氣方面的因素有定子電磁激振、動靜碰磨、氣隙不均勻、電機發熱不均勻、轉子繞阻故障、轉子冷卻不均勻等。通過圖2分析，C凝結水泵無明顯2倍頻振動，且通頻振幅變化值與1倍頻振幅變化值對比，2條曲線基本上重合，說明電動機無熱彎曲現象。因此，排除電氣方面故障因素。

導致凝結水泵振動超標，機械方面的因素有軸承失效、中心不正、質量不平衡、局部松動、動靜碰磨等。通過表1分析，凝結水泵葉輪口環間隙均在標準范圍內，且各級軸套配合間隙均在優良磨損范圍內。結合2018年2月凝結水泵試運時泵體振動情況，可以排除泵體機械方面故障因素。

圖2 C凝結水泵振動波特圖

通過圖2分析，水流方向測振時，通頻振動值和相位變化急劇，相位變化接近180°，且對比1倍頻和通頻振幅曲線，分析振動原因為轉子—軸承—殼體系統共振。結合振動相位變化，可以確定水流方向共振轉速為902.42 r/min，相位∠112.98°（2018-05-31 16：15：04.832）。

每個機械系統都有若干個振動固有頻率，就某一電機而言，其固有頻率與電機系統的支撐剛性和電機質量有關，當電機和泵連接時，應將其作為一個整體系統來看待。這樣，整個系統的固有頻率就不是電機單獨試運時的固有頻率。當電機的轉頻與該系統的固有頻率接近時，由于軸系轉動產生的激振力傳遞到非轉動部件上，在共振效應的作用下放大了所激發的振動。檢修時發現，電機下軸承與殼體間配合間隙高達0.16 mm，這是凝結水泵運行過程中電機振動超標的主要因素。

4 處理措施和效果

針對C凝結水泵振幅區間寬、振幅大的現象，利用C凝結水泵檢修機會，對電機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。經過上述處理后，C凝結水泵運行參數達到了表2的振動范圍，振幅區間與振幅值明顯減小。

基于共振現象的分析，可以采取如下改進措施：①將電機轉子與泵體作為一個整體系統重新校正其動平衡，添加配重塊后，從而減小激振力；②加固凝結水泵基礎或電機，改變其支撐剛度，從而改變系統的固有頻率，避開共振轉速區。

針對動平衡問題，華東電力試驗研究院對凝結水泵進行了水泵轉動部分的動平衡校正。在C凝結水泵變頻運行下，測量每個頻率下的振動數值、對應的轉速、相位，找到最大振動所對應的頻率及轉速（圖2），然后對應該轉速計算出應該加的配重數量。經計算在凝結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凝結水泵靠背輪加裝完配重塊后，電動機振動明顯減小，下降至0.20 mm，且振幅區間再次縮小。

另外，1#機組B凝結水泵在試運期間也存在振幅區域較大、振幅值較高的現象，振幅頻率在（25～36）Hz，電機頂部非驅動端水流方向振幅均超出0.10 mm，最大振幅高達0.315 mm（圖4）。通過對圖4的分析，判斷B凝結水泵電機下軸承存在缺陷。更換電機軸承后，基本解決了B凝結水泵的振動問題，振幅值最大 0.17 mm，振幅頻率（28～30）Hz。至此，1#機組 3 臺凝結水泵均可以采取變頻調速運行方式。

5 結論

（1）變頻運行時，振幅超標的區域范圍較窄，可以在變頻調速裝置上設置跳轉頻率，避開共振區域。

圖3 C凝結水泵振動波特圖

圖4 B凝結水泵振動波特圖

（2）凝結水泵在變頻運行過程中，一個主要特點是在某個方向某個轉速項出現振動峰值，同時該轉速前后的相位也會發生較大變化，振動頻率以通頻為主且1倍頻與通頻振幅曲線相吻合。該類振動性質為強迫振動，主要是由轉子—軸承—外殼系統的共振引起的。通過動平衡加配重方法，可以緩解此振動現象。

（3）將凝結水泵電機進行現場加固，提高其支撐剛度，能夠在一定范圍內較好地解決共振產生的激振問題。因此，在機組運行期間，可以采取制作電機固定支架或將3臺凝結水泵電機串聯緊固等措施，提高電機的剛度，降低振動值，確保機組的安全運行。