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

（浙能北侖發電有限公司，浙江寧波315800）

某600 MW機組凝結水泵經變頻改造后在變頻工作區運行振動很大。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的特性，結合現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。

凝結水泵；變頻；振動治理

凝結水泵（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，變頻調速技術以其調節性能好、節能效果顯著等特點目前成為發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，經過變頻改造后，凝泵運行轉速在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試，振動隨轉速有較大變化，振動明顯增加區域為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，發現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 凝泵振動數據

從振動數據看，凝泵振動以工頻為主且存在共振現象，共振轉速在880 r/min左右；從電動機下部筒體振動數據看，存在2個共振峰，第一共振轉速低于780 r/min，第二共振轉速880 r/min。考慮到850～900 r/min這個轉速區間是凝泵變頻運行最常用的轉速范圍，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，經分析發現存在轉子－軸承－基礎系統共振現象，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速，在變頻轉速范圍內能夠避開基座筒體的固有頻率轉速，從而在工作轉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，但泵體的質量影響桶體的自振頻率。因此在進行泵的支座模態分析時，應考慮水泵的質量載荷對支座的影響。

凝泵支座桶體材質為鋼，其物性參數為：密度7 800 kg/m3，彈性模量2．11×1011Pa，泊松比為0．3；水泵的質量為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），并在上側增加了壓板，同時右中部增加了1個環型橫筋。2次改造后桶體固有頻率轉速計算值比較如表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，其實測結果如表3所示。由表中數據發現，改造后南北向的固有頻率轉速由原來的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速計算值比較r·min－1

表3 凝泵改造后振動數據

從本次測試數據和頻譜分析結果可以發現：

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

（2）改造后桶體的固有頻率轉速在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速接近該泵的額定工作轉速，如果變頻器發生故障，系統則會直接切換到額定工作轉速，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速在980～990 r/min之內，即在工頻范圍之內，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現，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速為1 118 r/min，但實測結果是980 r/min，為理論計算值的88%。這說明計算結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速分別為858和888 r/min，這一轉速正好是凝泵變頻運行時經常運行的轉速區域。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速計算值分別為1 172 r/min和1 148 r/min，經過0.88的修正后預期實測固有頻率轉速為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次改造后振動數據

表4數據表明，在970 r/min以下的變頻范圍內，振動幅值都在50 μm以內，達到了優良的標準，但在990 r/min時，振動幅值仍然較大達到110 μm。若要避開共振區域，桶體的固有頻率轉速最好能比共振轉速高20%以上。但是通過對凝泵的模態分析可知，改造后的桶體固有頻率轉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 結語

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

通過3次改造，凝泵在變頻和工頻范圍內可正常運行，雖然在局部轉速區域內振動略超過允許值，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，長期從事發電廠運行、檢修、設備技術管理工作。