摘 要：隨著我國近些年來經濟增速放緩，電網用電量增長緩慢，電網裝機容量增長較快，兩者間的矛盾日益凸顯，使得火電機組作為調峰機組承擔越來越重的調峰任務，在此過程中較多凝泵采用變頻節(jié)能技術后在某些轉速下會出現振動增大的現象，以至于被迫定速運行，對設備的安全穩(wěn)定運行和經濟性能產生很大的影響。本文將對凝泵變頻后的振動產生的機理進行分析，并介紹凝泵變頻振動問題常用的治理方案。

關鍵詞：深度調峰；凝結水泵；振動

中圖分類號：TM621 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）35-0054-02

1 前 言

電力生產中，發(fā)電機組生產的6～8%的電能作為廠用電消耗在生產過程中，其中絕大部分消耗在像凝結水泵這樣的使用高壓交流電機的大容量輔機中。在對600MW，1000MW機組火力發(fā)電站的節(jié)能改造中，大型立式凝結水泵是改造的重點設備之一。

將凝泵機組由工頻運行改為變頻運行，凝結水泵出口閥門不需要頻繁調整，閥門開度保持在一個比較大的范圍內，通過調節(jié)變頻器的輸出頻率改變電機的轉速，達到調節(jié)出口流量的目的，同時可降低電機運行的溫升，滿足運行工況的要求。這樣根據不同負荷確定相應轉速使泵組實現節(jié)能一臺320MW凝汽式汽輪發(fā)電機組，按全年平均負荷率80%計算，生產廠用電下降452.5kW，按年運行5000h計，全年節(jié)電量約為2.2625GWh。

不過，隨著火電機組深度調峰工作的深入開展和變頻技術的推廣與應用，人們逐漸發(fā)現，凝泵變頻技術存在著一些新的隱患與問題，較多凝泵采用變頻技術后在某些轉速下會有振動增大的現象，以至于被迫定速運行，對設備的安全穩(wěn)定運行和經濟性能產生很大的影響，同時影響機組深度調峰過程的機組經濟性和安全性。

2 凝泵低轉速共振機理

凝泵低轉速共振的機理可以從凝泵本體的結構特點來進行解釋，凝結水泵在結構上具有以下特點：

凝泵水泵為立式安裝水泵，主要靠泵座與水泥基礎聯接，在基座以下的豎井內有很長的外筒體和和內筒體，水泵-電機軸系與筒體間隙配合，軸系支撐點為電機下部推力軸承。因此凝泵軸系具有水平方向支撐剛度弱的特點。

凝結水泵的工作是在高度真空的條件下輸送接近于飽和溫度的水。為了保證凝結水泵的工作可靠，水泵必須安裝在熱水井水面0.5～0.8m以下，并盡量減小進口處的阻力以防止凝結水汽化，這樣就導致凝泵具有軸系較長的特點。

由于立式水泵的特點，其電機位于水泵最上部，直接座落于泵體基礎支座上，相對于細長的泵軸與單薄的泵體，凝泵電機質量較大，這樣就形成了“頭重腳輕”的結構形式，對激振力的擾動較為敏感。

在這種長軸系、低支撐剛度，同時運行轉速較高的立式旋轉設備上，其基礎-支撐-轉子結構系統(tǒng)的共振頻率一般低于其工頻運行頻率。對于部分出力裕量較大的凝泵和深度調峰幅度較大的機組來說，其主要運行區(qū)間不可避免地要落在該區(qū)域內，給機組運行帶來安全隱患，給深度調峰運行帶來設備障礙。

3 常用的凝泵振動治理方案

3.1 軸系動平衡

當凝泵定速和變頻運行時振動主頻率都為基頻，且振動比較穩(wěn)定時，機組振動故障屬于強迫振動，轉子上的不平衡激勵力和系統(tǒng)動力特性有關，變頻運行時落入系統(tǒng)共振區(qū)內，振動比較敏感，轉子上微小不平衡力導致大幅振動。動平衡法是基于此原理，降低轉子不平衡力來降低振動激振力，從而被共振區(qū)放大的振動幅值也相應減小。

此方法方便快捷，但并沒有消除變頻轉速下的共振問題，當零部件的機械強度和剛度較差、軸承和密封部件磨損破壞，或者水泵進口流速和壓力分布不均勻，泵進出口工作液體的壓力脈動、液體繞流、偏流和脫流，非定額工況以及各種原因引起的水泵汽蝕等，導致機組產生新的不平衡力時，振動會再一次被放大。

3.2 支撐加固

凝泵的共振現象普遍存在于轉子-軸承-基礎系統(tǒng)的共振和電機支撐框架的共振?，F階段國內對此的解決辦法較為常用的是加固法。

對于轉子-軸承-基礎系統(tǒng)的共振，采用改變筒體的固有頻率來強化基座筒體剛度的方法，提高筒體的固有頻率來避開共振區(qū)。

為了提高筒體的固有頻率，大部分選取在加強垂直方向對的剛度，由于筒體上的開孔剛度不足，因此在圓孔和方孔對應兩邊加束筋，上法蘭處增加八只耳朵來壓緊豎筋，以此來增強加固的效果。某廠運用上述方案對筒體進行加固，現場數據表明A廠凝泵運用該加固方法后，共振轉速從880rpm提升到990rpm，共振峰值降低了35%。加固起到一定效果，使得結構共振轉速提升，并未根本解決共振區(qū)間振動大實際問題。

由于立式凝泵上半部分的支撐剛度較弱，發(fā)生共振時振動會被放大，因此對于電機的共振，現階段采用對電機進行框架加固的方法。一方面可以提高電機的支撐剛度，降低振動響應幅度；另一方面在一定程度上提高機構的固有頻率。

該方法對振動有一定的抑制效果，但其主要約束對象為電機殼體，對轉子激振振源不能起到有效作用，容易導致電機及泵體導瓦偏磨情況的發(fā)生。

3.3 變頻參數修改

根據現場的實際情況，系統(tǒng)的固有頻率很難去改變，但是可以使凝結水泵的運行轉速改變，使得機器避開共振區(qū)進行工作。具體的方法有兩種：

（1）當機組負荷發(fā)生改變，凝結水泵靠近共振區(qū)時，能夠適當地改變除氧器水位的定值，來實現改變它工作轉速和避開在共振區(qū)的目的。

（2）在凝結水泵變頻器PLC中增加了轉速信號閉鎖功能，使凝結水泵在啟動時快速通過共振區(qū)，正常運行時多運行于共振區(qū)以上，向下調整時閉鎖在上述轉速區(qū)停留，從而避開共振轉速區(qū)間。

此方法適用于振動超標轉速區(qū)間不大，適當避開不影響機組正常調整的機組。

3.4 設備葉輪改造

電廠凝結水系統(tǒng)為凝結水泵將凝結水從凝汽器汽側抽出，經除氧器水位調節(jié)閥后，再依次經過凝結水精處理裝置、軸封加熱器、8，7，6，5號低加，最后進入除氧器，通過調整除氧器水位調節(jié)閥的開度，保持除氧器水位維持正常水位。變頻電機根據凝結水位高低來調整電機轉速，當電機調節(jié)轉速時，某轉速對應到凝泵本體固有頻率時發(fā)生共振現象。

電廠對此的改造方法是對凝泵葉輪進行改造，大體方法有兩種：①對葉輪進行磨削，削弱凝泵出力，當除氧器水位降低時將需要電機更高的轉速來補充除氧器水位，從而避開了共振轉速。②去除凝泵末級葉輪，與磨削葉輪原理相同，都為提高電機運行轉速，避開共振區(qū)。

但采用這種方法可能造成機組夏季滿負荷工況下凝泵出力不足，限制機組出力的情況的發(fā)生。因此需要進一步的針對改造后凝泵出力裕度計算才可施行此改造措施。

4 結 論

本文對動平衡、支撐加固、參數修改、葉輪改造等凝泵振動常用治理方案的優(yōu)缺點進行了分析，對于凝泵振動治理的方案選擇，需要結合現場凝泵的振動超標區(qū)間、實際運行轉速區(qū)間、凝泵出力裕量等因素綜合考慮，甚至結合各方案的優(yōu)點綜合治理，從而在保證設備運行安全的前提下，提高火電機組深度調峰能力。

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收稿日期：2018-11-4

作者簡介：陳 悅（1986-），工程師，主要從事汽輪機故障診斷，旋轉設備振動分析工作。