李偉林，張海峰

(江蘇大唐國(guó)際呂四港發(fā)電有限責(zé)任公司，江蘇啟東226246)

凝結(jié)水泵是發(fā)電廠輔機(jī)中的重要輔機(jī)，其工作屬性是長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行、流量調(diào)節(jié)范圍大、用戶廣泛。作為重要輔機(jī)，設(shè)計(jì)中為了滿足各種特殊工況需求，普遍配置裕量較大，有的甚至按實(shí)際需求一倍來(lái)設(shè)計(jì)，因此導(dǎo)致運(yùn)行中設(shè)備廠用電率遠(yuǎn)高于實(shí)際需求值。這就給凝泵變頻改造提供了廣闊的空間，且隨機(jī)組負(fù)荷變化，凝泵做工需求也是隨負(fù)荷變動(dòng)而變動(dòng)，凝泵采用變頻調(diào)節(jié)更能適應(yīng)負(fù)荷變化，減少管道節(jié)流損失，是一項(xiàng)節(jié)能前景廣闊的實(shí)用節(jié)能項(xiàng)目。隨著國(guó)產(chǎn)大容量電機(jī)變頻設(shè)備制造技術(shù)的成熟，國(guó)內(nèi)絕大多數(shù)電廠都陸續(xù)進(jìn)行凝結(jié)水泵變頻改造，均取得了不俗的節(jié)能效益。但在凝泵變頻改造過(guò)程中，即出現(xiàn)變頻改造后凝泵電機(jī)的低頻共振這個(gè)普遍問(wèn)題，其振動(dòng)主要出現(xiàn)在凝泵電機(jī)非驅(qū)動(dòng)端，多數(shù)情況下頻率降到40Hz以下即出現(xiàn)，使凝泵變頻深度受限，極大影響了凝泵變頻的節(jié)能潛力。

1 實(shí)際使用問(wèn)題介紹

凝泵原始設(shè)計(jì)正常轉(zhuǎn)速為1500 r/m in，經(jīng)過(guò)變頻改造后轉(zhuǎn)速可在0～1500 r/m in可調(diào)，對(duì)應(yīng)頻率調(diào)節(jié)范圍0～50Hz，受限于機(jī)組運(yùn)行中最小凝結(jié)水壓力的限制，頻率下限一般在30Hz，對(duì)應(yīng)凝泵轉(zhuǎn)速900 r/min。凝泵配套電機(jī)設(shè)備長(zhǎng)期運(yùn)行的最低振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)是75μm，而實(shí)際運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)變頻改造后的凝泵電機(jī)振動(dòng)經(jīng)常在頻率40Hz以下振動(dòng)超過(guò)80μm，降頻就導(dǎo)致設(shè)備振動(dòng)超限，使凝泵實(shí)際可調(diào)變頻范圍僅在40～50Hz，調(diào)節(jié)深度縮小了50%，節(jié)能潛力被大幅縮水。對(duì)應(yīng)600MW機(jī)組凝泵40Hz運(yùn)行電流比35Hz高20～30A。主要原因是早期投產(chǎn)電廠凝泵都是工頻設(shè)計(jì)，未對(duì)變頻運(yùn)行時(shí)的低頻振動(dòng)問(wèn)題進(jìn)行過(guò)設(shè)計(jì)考慮，因此變頻改造后遇到了振動(dòng)問(wèn)題。

2 采取的各種應(yīng)對(duì)方法

為了解決凝泵改變頻后的低頻振動(dòng)，各電力生產(chǎn)企業(yè)都進(jìn)行不同層面、不同方向的探索。并形成了各種處理方案，這些方案用都對(duì)解決現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)題產(chǎn)生了有益的促進(jìn)作用，但隨之也有其局限性。

2.1 框架加固法

已知的實(shí)施電廠有江蘇揚(yáng)州儀征熱電廠、河南許昌龍崗電廠。具體實(shí)施方案可繁可簡(jiǎn)，有單“井”字、雙“井”字、牢籠式。其方案依據(jù)是凝泵低頻振動(dòng)超標(biāo)問(wèn)題絕大多數(shù)都體現(xiàn)在凝泵電機(jī)，且全部是凝泵電機(jī)非驅(qū)動(dòng)端，到目前為止還沒(méi)有凝泵本身振動(dòng)大的案例。由于凝泵電機(jī)絕大多數(shù)都是直立布置，電機(jī)支撐和固定全部依靠電機(jī)驅(qū)動(dòng)端機(jī)座，電機(jī)非驅(qū)動(dòng)端相當(dāng)于無(wú)固定裝置的最遠(yuǎn)端，其固定依靠電機(jī)外殼的強(qiáng)度來(lái)保持，可能存在電機(jī)外殼強(qiáng)度不夠，電機(jī)非驅(qū)動(dòng)端存在“甩尾”的情況。如果電機(jī)外殼真實(shí)存在強(qiáng)度不夠的問(wèn)題，對(duì)電機(jī)外殼進(jìn)行加固將能改善電機(jī)非驅(qū)動(dòng)端的振動(dòng)狀況。單“井”字加固方案具體實(shí)施內(nèi)容是，在2臺(tái)凝泵電機(jī)之間的吊耳處加“井”字槽鋼鎖固，利用備用凝泵的電機(jī)剛度來(lái)增加運(yùn)行凝泵的電機(jī)剛度。雙“井”字加固方案具體實(shí)施內(nèi)容是，每臺(tái)凝泵電機(jī)都用“井”字槽鋼夾起來(lái)，并將槽鋼焊接在汽機(jī)0m地面基礎(chǔ)上。牢籠式加固方案具體實(shí)施內(nèi)容是，在雙“井”字加固方案的基礎(chǔ)上再增加四條支撐在凝泵坑內(nèi)斜拉支撐槽鋼。這些方案通過(guò)加固凝泵電機(jī)外殼，對(duì)凝泵變頻振動(dòng)問(wèn)題起到了一定的改善作用，但也給凝泵電機(jī)檢修帶來(lái)了困難，每次檢修都要先拆除鋼架，且電機(jī)吊裝空間也受到了限制。對(duì)應(yīng)實(shí)施效果，目前僅在較小的熱電廠有完全效果，600MW以上級(jí)別電廠有部分效果。3種方案的示意圖如圖1—3所示（粗線部分為固定槽鋼）。

圖1 單“井”字固定法示意圖

2.2 共振回避法

圖2 雙“井”字固定法示意圖

圖3 牢籠式固定法示意圖

具體實(shí)施方案是在凝泵四級(jí)葉輪中取掉一級(jí)，降低凝泵的出力，使相同凝結(jié)水流量下凝泵的轉(zhuǎn)速上升，避開(kāi)振動(dòng)大的頻率區(qū)間。其實(shí)施依據(jù)是，凝泵變頻振動(dòng)大的頻率區(qū)間多數(shù)是在40Hz以下，在相同凝結(jié)水流量的前提下，出力小的水泵需要更高的轉(zhuǎn)速才能達(dá)到要求的流量，通過(guò)減小水泵的出力，使相同凝結(jié)水流量下，凝泵運(yùn)行在更高的頻率，從而避開(kāi)振動(dòng)高的頻率區(qū)間，達(dá)到滿足運(yùn)行需求的前提下控制凝泵電機(jī)振動(dòng)的目的。此種方案，比較適合于凝泵選型過(guò)大的機(jī)組，但對(duì)與凝泵出力裕量不太大的機(jī)組卻有很大的負(fù)作用，凝泵取消一級(jí)葉輪，降出力后由于凝泵的裕量被吃盡，特殊工況下凝泵出力不足反而導(dǎo)致機(jī)組帶不了滿負(fù)荷，比如高加切除工況。凝泵去掉一級(jí)葉輪的示意圖如圖4、圖5所示。

圖4 凝泵結(jié)構(gòu)圖

圖5 取掉第3級(jí)葉輪后凝泵結(jié)構(gòu)圖

2.3 流道修整加共振回避法

具體實(shí)施方案是在共振回避方案取消一級(jí)凝泵葉輪的基礎(chǔ)上，對(duì)剩下的三級(jí)葉輪的出口流道進(jìn)行修整，通過(guò)將葉輪出口流道打磨的方法將葉輪出口葉邊前后弧面稍微減薄，打磨區(qū)域長(zhǎng)度約為50mm，從而增加葉輪出口的擴(kuò)散能力，以期改變?nèi)~輪原有的共振頻率區(qū)間，達(dá)到既不降低凝泵最大出力又治理凝泵變頻振動(dòng)的雙重目標(biāo)。其實(shí)施依據(jù)為凝泵是長(zhǎng)軸系統(tǒng)，水泵葉輪在地面以下-5m，加上電機(jī)軸承，整體軸系長(zhǎng)度超過(guò)9 m，水泵葉輪處由于埋人地下振動(dòng)無(wú)法測(cè)量，僅能通過(guò)聯(lián)軸器、電機(jī)兩端間接測(cè)量。由于變頻運(yùn)行單獨(dú)試轉(zhuǎn)電機(jī)時(shí)不存在共振頻率區(qū)間，因而可以推斷凝泵軸系的變頻共振發(fā)源點(diǎn)是水泵本身。任何轉(zhuǎn)機(jī)設(shè)備都存在臨界轉(zhuǎn)速，通過(guò)改變轉(zhuǎn)機(jī)設(shè)備結(jié)構(gòu)能改變臨界轉(zhuǎn)速區(qū)間。打磨葉輪葉片末端后，擴(kuò)大了葉片出口的擴(kuò)散面積，同時(shí)也間接對(duì)葉輪進(jìn)行了減重，這些改變必然導(dǎo)致葉輪的臨界轉(zhuǎn)速區(qū)間會(huì)發(fā)生改變，從而解決特定低頻區(qū)間振動(dòng)大的問(wèn)題。目前此種方案是效果最好的方案，江蘇大唐國(guó)際呂四港電廠4臺(tái)機(jī)組8臺(tái)凝泵進(jìn)行了相應(yīng)改造，有7臺(tái)凝泵低頻共振頻率由40Hz降到了35Hz以下，解決了常見(jiàn)負(fù)荷區(qū)間內(nèi)的凝泵低頻振動(dòng)大問(wèn)題。凝泵葉輪打磨位置示意圖如圖6所示。

圖6 凝泵葉輪打磨位置示意圖

3 產(chǎn)生振動(dòng)的原因分析

由于凝泵原始設(shè)計(jì)沒(méi)有考慮變頻運(yùn)行，因此在生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)的質(zhì)量考核標(biāo)準(zhǔn)都是按照工頻轉(zhuǎn)速1500 r/m in把控的。一臺(tái)低頻運(yùn)行振動(dòng)不合格的凝泵不能說(shuō)其質(zhì)量不合格，其各項(xiàng)指標(biāo)在1500 r/m in時(shí)可能完全達(dá)標(biāo)甚至是優(yōu)秀。這樣設(shè)計(jì)的凝泵，后期要改成變頻運(yùn)行，并且要求各頻率段振動(dòng)都達(dá)到要求，是一種苛求。要保證一臺(tái)轉(zhuǎn)機(jī)在新的轉(zhuǎn)速下長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，需要對(duì)轉(zhuǎn)機(jī)進(jìn)行重新的設(shè)計(jì)校驗(yàn)并進(jìn)行相應(yīng)試驗(yàn)檢測(cè)，甚至做出部分修改。但現(xiàn)在進(jìn)行凝泵變頻改造的時(shí)候，往往注重電氣、電機(jī)部分檢測(cè)，忽視了機(jī)務(wù)部分檢測(cè)及改造工作。有的電廠凝泵變頻改造后，凝結(jié)水泵軸系返廠檢修依然按照工頻轉(zhuǎn)速來(lái)驗(yàn)收，只做1500 r/min的動(dòng)平衡試驗(yàn)，根本不涉及變頻運(yùn)行轉(zhuǎn)速。這樣怎么可能保證水泵在低頻時(shí)運(yùn)行振動(dòng)合格。因此凝泵低頻共振問(wèn)題，表面原因是水泵自身特性在低頻運(yùn)行下振動(dòng)大，實(shí)際上根本原因是改造項(xiàng)目的管理問(wèn)題。凝泵變頻改造改的是電氣部分，但受影響的是機(jī)務(wù)轉(zhuǎn)機(jī)部分，轉(zhuǎn)速改變后機(jī)務(wù)部分沒(méi)有進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計(jì)與改造，沒(méi)有進(jìn)行充分的測(cè)試與檢驗(yàn)，所以帶來(lái)了變頻改造后凝泵低頻振動(dòng)問(wèn)題。

4 經(jīng)濟(jì)效益

按600MW級(jí)別發(fā)電機(jī)組測(cè)算，凝泵變頻深度由40Hz降到35 Hz，可降低凝結(jié)水泵運(yùn)行電流平均25 A，廠用電率可降低0.01%，每小時(shí)可節(jié)電273 kW·h。按每臺(tái)泵年運(yùn)行8000 h計(jì)算，則年節(jié)電分別為273×8000=218.4萬(wàn)kW·h， 按上網(wǎng)電價(jià)0.43元/（kW·h）計(jì)算，則年效益分別為218.4×0.43=93.9萬(wàn)元，能夠取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)凝結(jié)水泵低頻振動(dòng)問(wèn)題解決后，使凝泵安全性提高，設(shè)備壽命延長(zhǎng)，更能降低檢修維護(hù)費(fèi)用。是經(jīng)濟(jì)性和安全性雙贏的結(jié)果。

5 結(jié)束語(yǔ)

凝泵低頻振動(dòng)問(wèn)題，是由電廠節(jié)能改造所伴生出來(lái)的新問(wèn)題。各電廠都進(jìn)行了不同層度的探索，其中江蘇大唐國(guó)際呂四港電廠采用流道修整加共振回避方法，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益，基本解決了凝泵低頻共振問(wèn)題，給凝泵低頻振動(dòng)治理提供了一個(gè)好的借鑒方案。同時(shí)也從中可看出轉(zhuǎn)機(jī)設(shè)備由工頻改變頻需要在方案設(shè)計(jì)、試驗(yàn)驗(yàn)收上對(duì)機(jī)務(wù)設(shè)備投入更多的關(guān)注。增加機(jī)務(wù)設(shè)備在不同轉(zhuǎn)速下的試驗(yàn)與測(cè)試，對(duì)不同轉(zhuǎn)速進(jìn)行動(dòng)平衡試驗(yàn)，并對(duì)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題進(jìn)行處理，這樣才能從根本上解決低頻振動(dòng)問(wèn)題。

[1]黃莉莉，李建河.凝結(jié)水泵變頻改造節(jié)能效果分析及提高措施[J].熱力發(fā)電，2011（6）：85-87.

[2]陳柏權(quán)，劉明君，吳志強(qiáng).600MW機(jī)組凝泵變頻運(yùn)行振動(dòng)分析及治理[J]浙江電力，2013（1）：60-62.