防止轉子共振技術在凝結水泵變頻改造的應用

摘 要：本文以長春熱電發展有限公司3、4號機組凝結水泵變頻改造的實際案例，論述了防止凝結水泵轉子共振技術在變速改造中的應用，對解決此類問題的改造項目具有廣泛的推廣意義。

關鍵詞：轉子；改造；共振技術；應用

0 前言

由電動機拖動的泵類轉子產生共振，去除電氣方面的因素，一般來講，主要有以下兩方面因素構成：

從機械方面分析，電動機和水泵轉動部件質量不平衡、粗制濫造、安裝質量不良、機組軸線不對稱、擺度超過允許值，零部件的機械強度和剛度較差、軸承和密封部件磨損破壞，以及水泵臨界轉速出現與機組固有頻率一直引起的共振等，都會產生強烈的振動和噪音。

從水力方面分析，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，都是常見的引起泵機組振動的原因。

長春熱電發展有限公司3、4號機組凝結水泵為北京昌寧泵業有限公司生產的NLTD280Ⅰ-7型，其第一臨界轉速設計在1220-1380rpm，該轉速區間為實施變頻改造水泵經常性工作區間，為防止變頻運行時出現共振造成設備損壞事故，需應用防止轉子共振技術對凝結水泵轉子實施技術改造，以改變凝結水泵轉子的臨界轉速。

1 技術改造的邊界條件

1.1 設備技術規范

型 號：NLTD280Ⅰ-7 生產廠家：北京昌寧泵業有限公司

主要參數：流量：230m3/h 揚程：192mH2O

電動機型號：YLST355-4

主要參數：功率220kW 轉速1480r/min 電流26.4A 電壓6000V

1.2 實施凝結水泵轉子技術改造原則：

第一臨界轉速調整到工作轉速的1.5倍以上；不改變原有泵的整體外形尺寸、性能參數（流量和揚程）；不增加軸功；振動指標優于改造前水平。

2 防止轉子共振技術在凝結水泵變頻改造中的應用

防止發生轉子共振，對泵的轉子進行改造通常有三種途徑，一是通過改變葉輪葉片水力結構；二是增加軸的剛性系數，改善軸承支撐；三是通過改變轉子的重量來改變固有頻率；由于實施變頻改造并更換電動機，系統參數需要保持，因此結合實際情況，擬采用改變葉輪葉片水力和增加軸的剛性系數兩種手段，對該型號凝結水泵轉子進行改造，按照G2.5標準進行嚴格動靜平衡校正的方法，將該泵的第一臨界轉速調整到工作轉速的1.5倍以上，從而達到防止產生共振的目的。

2.1 泵主軸的改造方案

該泵主軸原采用45#鋼材料，調質硬度H=217-241，軸長2032mm。主軸轉子兩端軸承支撐，一端在首級葉輪與第二次葉輪，另一端在傳動軸靠近與主軸聯軸器側，如圖1。

由于泵軸比較長，電機支架上增加軸承室總成一套，用以將原泵電機承受的軸向力由泵本身承受。在改造的同時優化軸承支架的力學結構，避免原電機支架結構力不足引起設備運行不穩定的情況。

由于改造后的電機支架較原電機支架長了350mm，因此泵的傳動軸需要加長350mm，新傳動軸采用45#鋼，調質硬度H=245-285增加軸的剛度（原泵軸調質硬度為H=217-241）。

改造前后對比示意圖見圖2：

2.2 導葉葉輪的改造方案

原葉輪動平衡量為按G6.3標準設計，葉輪設計葉片數為6片，導葉葉片11片，其葉片分配不均勻及不對稱造成葉輪圓周出水的不平衡產生徑向跳動，導致整個轉子在臨界轉速的振動。這是基于改善導向葉輪的水力結構，防止工作液體的壓力脈動、液體繞流、偏流和脫流造成的振動，導葉進行葉片匹配，改造導葉為12葉片，改造后水力模型更平穩，可靠；ZG1Cr13Ni比ZG1Cr13具有更優越的抗振性能和機械性能。按G1.0標準重新制作葉輪模型，并按G2.5標準進行動平衡校正，保證其剩余不平衡量不大于2g.mm。

附表說明改造前后葉輪的主要數據變化：

改造前后的導葉葉輪結構對比示意見圖3：

2.3 聯軸器對輪改造

改造后聯軸器采用彈性膜片型式，膜片聯軸器能補償電機與凝結水泵轉子之間由于制造誤差、安裝誤差、承載變形以及溫升變化的影響等所引起的軸向、徑向和角向偏移，具有結構簡單、重量輕、體積小、裝拆方便的特點，而且具有彈性減振、無噪聲的優點。

3 綜述

轉子動平衡將經過單獨動平衡校正的轉子部件組裝后，對轉子進行整體G2.5標準校正，使其剩余不平衡量不大于40g.mm，改造后的泵組聯機在水泵廠進行變頻運行試驗，對其性能參數進行測試，數據見表2（數據摘自：長春水泵制造有限公司質量檢測中心測試報告）。

數據表明，通過改變葉輪葉片水力結構；增加軸的剛性系數，改善軸承支撐，使得該轉子在全轉速調節范圍內實現安全穩定運行，為解決此類問題積累了豐富的實踐經驗。

參考文獻：

[1]何川等主編.泵與風機[M].北京：中國電力出版社，2008.

[2]長春水泵制造有限公司.C-VCP凝結水泵安裝使用說明及轉子總裝圖[S].

作者簡介：王波，大唐長春第二熱電有限責任公司汽機分場副主任，2012年主持了長春熱電發展有限公司3、4號機組凝結水泵轉子改造工作。