陳伯權，劉明軍，吳志強

（浙能北侖發(fā)電有限公司，浙江寧波315800）

600 MW機組凝泵變頻運行振動分析及治理

陳伯權，劉明軍，吳志強

（浙能北侖發(fā)電有限公司，浙江寧波315800）

某600 MW機組凝結(jié)水泵經(jīng)變頻改造后在變頻工作區(qū)運行振動很大。通過對凝泵筒體進行理論建模計算分析，了解變頻設備在變頻運行范圍內(nèi)的特性，結(jié)合現(xiàn)場實際情況對凝泵先后進行了3次加固改造，有效解決了凝泵振動大的問題。

凝結(jié)水泵；變頻；振動治理

凝結(jié)水泵（簡稱凝泵）是火電機組的主要輔機之一，耗電量較大。為了降低凝泵電耗，變頻調(diào)速技術以其調(diào)節(jié)性能好、節(jié)能效果顯著等特點目前成為發(fā)電廠技術改造行之有效的手段。但是，凝泵設計時是按照定速運行方式的，經(jīng)過變頻改造后，凝泵運行轉(zhuǎn)速在50%～90%工頻之間變頻運行，振動較大。針對凝泵在變頻改造后泵和筒體之間的共振問題，通過對筒體的理論模態(tài)計算，分析振動大的原因，并提出了治理方案。

1 第1次改造

某凝泵在變頻改造后進行變頻調(diào)試，振動隨轉(zhuǎn)速有較大變化，振動明顯增加區(qū)域為850～900 r/min之間，最高的位移振動峰值達到200 μm以上。對其進行解體檢修，發(fā)現(xiàn)下橡膠軸承磨損嚴重，其余部件情況良好，該次檢修更換了軸承，同時對水泵基座進行加固改造，在筒體外側(cè)均勻增加了4根豎向加強筋（如圖1所示），但對筒體的剛度影響似乎不大，裝復后調(diào)試情況仍然不是很理想，測量的振動值如表1所示。

圖1 凝泵筒體外的加強筋

表1 凝泵振動數(shù)據(jù)

從振動數(shù)據(jù)看，凝泵振動以工頻為主且存在共振現(xiàn)象，共振轉(zhuǎn)速在880 r/min左右；從電動機下部筒體振動數(shù)據(jù)看，存在2個共振峰，第一共振轉(zhuǎn)速低于780 r/min，第二共振轉(zhuǎn)速880 r/min?？紤]到850～900 r/min這個轉(zhuǎn)速區(qū)間是凝泵變頻運行最常用的轉(zhuǎn)速范圍，因此在振動問題解決之前，該凝泵無法投入變頻運行。

針對凝泵的振動問題，經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)存在轉(zhuǎn)子－軸承－基礎系統(tǒng)共振現(xiàn)象，可以采用強化基座筒體剛度的方法以提高桶體的固有頻率轉(zhuǎn)速，在變頻轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)能夠避開基座筒體的固有頻率轉(zhuǎn)速，從而在工作轉(zhuǎn)速下解決振動值過大的問題。

2 第2次改造

該凝泵屬于立式泵，是支撐在一個桶式支座上，水泵本體對泵的桶式支座的剛度沒有影響，但泵體的質(zhì)量影響桶體的自振頻率。因此在進行泵的支座模態(tài)分析時，應考慮水泵的質(zhì)量載荷對支座的影響。

凝泵支座桶體材質(zhì)為鋼，其物性參數(shù)為：密度7 800 kg/m3，彈性模量2．11×1011Pa，泊松比為0．3；水泵的質(zhì)量為32 200 kg；位移邊界條件：支座底部位移約束為零，其余為自由邊界。

首先對凝泵的基座筒體進行建模，在對各種加固方案進行模態(tài)分析基礎上，提出圖2所示的改造方案。與第1次改造方案相比，豎筋增加了4根（共8根），并在上側(cè)增加了壓板，同時右中部增加了1個環(huán)型橫筋。2次改造后桶體固有頻率轉(zhuǎn)速計算值比較如表2所示。

圖2 凝泵筒體新增的加強筋

第2次改造后進行了變頻運行測試，其實測結(jié)果如表3所示。由表中數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，改造后南北向的固有頻率轉(zhuǎn)速由原來的880 r/min提高到980 r/min，最高的位移振動峰值為167 μm。

表2 兩次改造后筒體固有頻率轉(zhuǎn)速計算值比較r·min－1

表3 凝泵改造后振動數(shù)據(jù)

從本次測試數(shù)據(jù)和頻譜分析結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)：

（1）桶體南北向有2個頻譜線，第一頻譜在轉(zhuǎn)速770 r/min左右，結(jié)合以前的測試數(shù)據(jù)，可以確定這是電動機和泵的軸系臨界轉(zhuǎn)速；而主要的共振峰轉(zhuǎn)速即桶體的固有頻率轉(zhuǎn)速為980 r/min；在變頻經(jīng)常運行的轉(zhuǎn)速區(qū)間，振動已經(jīng)低于50 μm，達到改造的要求。

（2）改造后桶體的固有頻率轉(zhuǎn)速在980 r/min下運行時，其振動峰值為167 μm，比改造前在880 r/min下的振動幅值（252 μm）下降了35%左右，這說明振動治理效果明顯。

由于桶體固有頻率轉(zhuǎn)速接近該泵的額定工作轉(zhuǎn)速，如果變頻器發(fā)生故障，系統(tǒng)則會直接切換到額定工作轉(zhuǎn)速，此時振動幅值達到132 μm，在這樣的振動幅值下長期運行仍不合適，所以還需對凝泵桶體進行加固改造。

3 第3次改造

考慮到改造后的桶體固有頻率轉(zhuǎn)速在980～990 r/min之內(nèi)，即在工頻范圍之內(nèi)，因此要對凝泵桶體進行進一步加固，以期望使之超過1 000 r/min。

由計算值和測量值的對比可以發(fā)現(xiàn)，第2次改造所用的模型其理論計算值南北向的固有頻率轉(zhuǎn)速為1 118 r/min，但實測結(jié)果是980 r/min，為理論計算值的88%。這說明計算結(jié)果與實際改造后效果有一定的差距，但也有一個大致的類比關系，取該比例值為0．88。

另外，由計算可知凝泵的支撐桶體在沒有圓孔和方孔時，其固有頻率轉(zhuǎn)速為1 550 r/min。在設有圓孔和方孔時，支撐桶體的剛度下降，東西向和南北向的固有頻率轉(zhuǎn)速分別為858和888 r/min，這一轉(zhuǎn)速正好是凝泵變頻運行時經(jīng)常運行的轉(zhuǎn)速區(qū)域。因此，應對圓孔和方孔處進行剛度加強處理。

圖3 所示的改造方案是在圖2的基礎上在圓孔和方孔的左右和下方增加了加強筋，東西向和南北向的固有頻率轉(zhuǎn)速計算值分別為1 172 r/min和1 148 r/min，經(jīng)過0.88的修正后預期實測固有頻率轉(zhuǎn)速為1 031 r/min和1 011 r/min，均超過了1 000 r/min，基本達到加固的要求。改造后實測結(jié)果如表4所示。

圖3 加固方孔和圓孔

表4 凝泵第3次改造后振動數(shù)據(jù)

表4數(shù)據(jù)表明，在970 r/min以下的變頻范圍內(nèi)，振動幅值都在50 μm以內(nèi)，達到了優(yōu)良的標準，但在990 r/min時，振動幅值仍然較大達到110 μm。若要避開共振區(qū)域，桶體的固有頻率轉(zhuǎn)速最好能比共振轉(zhuǎn)速高20%以上。但是通過對凝泵的模態(tài)分析可知，改造后的桶體固有頻率轉(zhuǎn)速理論計算值已達到了1 178 r/min，很難再提高桶體的固有頻率轉(zhuǎn)速。

凝泵在未進行加固時工頻運行下，其振動幅值已處于一個較高值達78 μm左右（通常該類水泵的振幅在50 μm以下），說明泵本身可能還存在一些問題。建議對凝泵進行進一步的探查和動平衡試驗，以減弱或消除水泵的激振源。

4 結(jié)語

凝泵變頻運行使泵在一個很寬的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)工作，這有可能使泵的工作轉(zhuǎn)速接近泵的臨界轉(zhuǎn)速或與支撐泵的桶體發(fā)生共振，從而對泵的安全運行造成損害。因此在進行變頻改造前，應對泵和相關結(jié)構系統(tǒng)進行全面的模態(tài)分析和安全評估。在對支撐泵的桶體進行改造時，也應先進行模態(tài)計算分析和方案篩選，以獲得相對較優(yōu)的改造方案。

通過3次改造，凝泵在變頻和工頻范圍內(nèi)可正常運行，雖然在局部轉(zhuǎn)速區(qū)域內(nèi)振動略超過允許值，但已不影響設備整體運行水平。

[1]章建林.變頻改造后凝結(jié)水泵振動原因分析與對策[J].水泵技術，2007（1）:41-42.

（本文編輯：陸瑩）

Cause Analysis and Control over Vibration of Condensate Pump of 600 MW Units in Variable-frequency Operation

CHEN Bo-quan，LIU Ming-jun，WU Zhi-qiang
（Zheneng Beilun Power Generation Co．，Ltd，Ningbo Zhejiang 315800，China）

The condensate pump of 600 MW vibrates greatly in variable-frequency working area after frequency conversion．By modeling of condensate pump for calculation and analysis，characteristic of variable-frequency equipment in scope of variable-frequency operation are learned．In combination with field practices，the condensate pump is reinforced three times，which effectively solved the problem of the great vibration of condensate pump．

condensate pump；frequency conversion；vibration control

TK264．1+2

：B

：1007－1881（2013）01－0056－03

2012-05-30

陳伯權（1956-），男，浙江慈溪人，工程師，長期從事發(fā)電廠運行、檢修、設備技術管理工作。