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1、第 11 期 （总第 163 期 ）机械设备600MW 机组凝结水泵变频运行电机振动问题分析叶道正 （福建省鸿山热电有限责任公司，福建 石狮 362712）摘 要 随着高层建筑的迅速发展，建设工程结构形式变得多种多样，规模不断增大，逐渐朝着建筑外观复 杂化、施工难度大的综合方向发展。结合这些现象本文就高层建筑施工技术进行相关分析与探究。某厂两台 600MW 超临界抽凝供热机组变频凝结水泵自机组试运投产以来，在部分频率区间变频运行时电机振动严重超 标，影响设备的安全运行。同时还会造成除氧器上水调节阀节流运行，无法充分发挥凝结水泵变频的节能效果， 影响机组的经济运行。对振动故障原因进行分析，采用在
2、电机顶端加装平衡盘、现场整体动平衡校正等措施后， 取得良好效果。关键词 凝结水泵；电机；振动；分析；平衡盘；动平衡目前，大型火电机组凝结水泵广泛采用变频调速装置， 其节能效果相当显著。但凝结水泵变频运行时，经常出现在 部分频率区间变频运行时电机振动超标，甚至可能严重超 标，给设备的安全运行带来隐患。同时还会造成除氧器上水 调节阀节流运行，无法充分发挥凝结水泵变频的节能效果， 影响机组的经济运行。本文针对福建省鸿山热电有限责任公 司变频凝结水泵电机振动大的问题进行了分析、处理，取得 了良好效果，为类似问题的处理提供了参考。1 概况福建省鸿山热电有限责任公司 1、2 号机组为东方汽轮 机有限公司生
3、产的 600MW 超临界抽凝供热机组。凝结水系 统为中压凝结水精处理系统，每台机组配备 2 台 100%容量 的立式筒型凝结水泵，1 台运行 1 台备用，凝结水泵采用变频 控制，用一台变频器控制两台凝结水泵。水泵型号 C720-4， 流量 1800 t/h， 扬程 330m， 转速 1480 r/min， 由长沙水泵 厂生产。电机型号 YSPKSL630-4TH，额定电压 6kV，功率 2200kW， 工频转速 1480r/min， 冷却方式为空 - 水冷， 由湘潭 电机厂生产。2 电机振动情况4 台凝结水泵从机组试运以来，分别进行了工频和变频 振动测试。振动情况如下：工频运行情况下振动情况均
4、正常， 但在 3237Hz（35 Hz 左右）变频运行时，振动均出现异常峰 值，表现出明显的共振特征，最大振动位置均为电机上部轴 承处，就地实测最大水平振动曾达到 400m，水泵及基础台 板振动情况良好。随着转速的升高，振动值恢复正常水平。对 其进行频谱分析，振动主要以 1 倍频分量为主，振动性质表 现为普通强迫振动。3 振动原因分析(1)根据泵组现场运行情况，凝结水泵进出口管道振动、 摆动情况均正常，凝泵运行中未出现汽蚀现象，另外凝结水 泵工频运行振动情况正常，可排除水力问题引起振动的可能 性。(2) 为排除电机质量问题引起变频振动，经和电机厂协商，将 1 台电机返厂进行检验，以判断电机是否
5、存在问题。电 机返厂后，检查未发现异常，将电机置于实验平台上进行不 同转速的变频振动情况测试，振动情况良好。电机返厂测试 结果表明，电机不存在质量问题。(3)刚性转子如果动平衡不良，其特点就是在刚性范围内 其振动会随着转速的升高而升高，基频振动分量的相位变化 比较平缓，而根据电机振动测试情况，电机在 35Hz 左右出现 振动峰值，之后随着转速上升，电机的振动急速下降，基频相 位在 35Hz 前后发生突变。这些都不是平衡不良的振动特征。 因此，可排除转子动平衡不良引起振动的可能性。(4) 凝泵电机及泵组在变频工况下，其工作频率与泵组（电机 - 电机支座 - 转子联轴器 - 轴承 - 水泵基础）
6、的固有 频率一致或成倍数关系，进入共振区引起共振造成。根据以上分析，判断振动的原因是泵组的固有频率过 低，造成的结构性共振。4 处理方案4.1 第一阶段处理方案为了保证凝结水泵的安全运行，必须采取措施解决结构 性共振问题或避开共振区域运行。（1）通过结构的改变来提高支撑系统的固有频率，改变 基础、泵座，或者电机的结构，或者加大支撑面积，或者降低 系统的高度。这是最彻底的处理方案。但是从现场情况看，这83机械设备2014 年个方案工程浩大，成本极高，难度极大。（2）由于固有频率共振属于基频共振，也能够采用施加 不平衡力的方法来抵消共振时产生的基频分量。对 4 台凝结 水泵进行了现场动平衡试验，在
7、电机与水泵的联轴器处分别 加装配重块，经处理后，进行凝结水泵变频振动测试，电机振 动情况有所好转，但在 35Hz 左右最大振动仍在 180 200m，超出标准很多。（3） 为避免凝结水泵变频自动运行时落入共振区间运行， 影响凝结水泵的安全运行， 在运行中采取以下措施避开共振区 运行：设置凝结水泵变频自动投入允许条件，当频率反馈 75%， 即频率反馈37.5Hz， 运行人员才能投入凝结水泵变频 自动控制； 当频率反馈37.5Hz， 将变频控制强制由自动切手 动， 同时报警提醒运行人员。通过采取上述措施，在保证凝结水泵振动合格的前提 下， 基本实现了凝结水泵变频运行， 但由于凝结采水泵变频 维持在
8、 37.5 Hz 及以上运行，除氧器上水调节阀开度基本均 小于 50%， 造成除氧器上水调节阀节流运行， 无法充分发挥 凝结水泵变频的节能效果， 影响机组的经济运行。4.2 第二阶段处理方案为了解决凝结水泵在 35Hz 左右频率附近变频运行时电 机振动大问题，以便充分发挥凝结水泵变频的节能效果，利 用停机检修机会对 1 号机 B 凝结水泵变频电机振动大问题 做了进一步处理。（1） 首先采用锤击法检测泵组水平方向的固有频率， 测试 结果： 电机出线盒方向 1 阶固有频率为 18Hz， 冷却器方向一阶 固 有 频 率 为 16Hz。 对应电机转速分别为 1080r/min 和 960r/min，
9、相应的电源频率分别为 36Hz 和 32Hz。也就是说当 电源频率处于 3236Hz 时电机将会出现共振，表现出破坏 性的振动烈度。（2） 对 1B 凝结水泵进行了变频振动测试，当转速升至 1009r/min 时， 电机上导轴承垂直于出水方向振动出现峰值， 振 幅为 170m， 当转速升至 1058r/min 时， 电机上导轴承出水方 向振动出现峰值， 振动烈度为 185m， 而后， 随着转速的升高， 振动恢复正常水平。对其进行频谱分析， 振动主要以 1 倍频 分量为主， 振动性质表现为普通强迫振动。(3) 消除系统共振最彻底的方法当然是通过改变系统结 构来提高固有频率，但是这个方案工程浩大，
10、成本极高，难度 极大。由于固有频率共振属于基频共振，最简单有效的方法 是采用施加不平衡力的方法来抵消共振时产生的基频分量。 之前虽然已经这么处理过，但是由于平衡校正面选在了联轴 器位置，处理后效果不理想，主要是因为凝结水泵是立式结 构，对于立式结构设备产生的振动，其振动特点是自上而下 逐步降低的，因此，必须选取电机顶端作为平衡校正面施加 配重才会有效果，顶端的振动降下来了，下方的振动就会随之降低。(4)由于凝结水泵电机顶端无加重位置，与电机厂家沟通 后决定在电机顶端转子端面由厂家制作并加装一个平衡盘 供加配重使用，电机顶端平衡盘加装前后对比情况如图 1 所 示。试验前先去掉联轴器处之前所加的配
11、重块，然后在共振 点处进行动平衡试验。图 1 凝结水泵电机顶端平衡盘加装前后对比情况(5)处理效果。经现场在电机顶部平衡盘处加重 74g 后，1 号机 B 凝结水泵振动大幅降低，电机在 3237Hz 共振频率 下最大振幅由 185m 降低至 30m，达到了优秀水平，取得 了良好效果。1 号机 B 凝结水泵处理前后共振频率下最大振 动对比情况见表 1。表 1 1B 凝结水泵在共振频率下处理前后振幅对比 5结束语变频凝结水泵在不同转速范围内运行存在共振现象的 原因很复杂，通过对振动故障原因进行分析，采用在电机顶 端加装平衡盘、现场整体动平衡校正等措施后，电机振动达 到了优秀水平，取得了良好效果。但由于运行或现场条件的 变化，电机振动仍可能重复出现，此时电机需重校动平衡。为 此，在日常运行中，需加强对变频凝结水泵及电机运行情况 的监控，确保设备的安全运行。参考文献1 荣浩天，申小虎.凝结水泵变频改造后的振动分析及处理J.华北电力技术，2012（2） ：49-51.作者简介:叶道正，男，福建省平和县人，1968 年出生，硕 士研究生、机械工程硕士学位，高级工程师，从事发电企业生 产经营方面的工作。84
