100 MW機組凝結水泵電動機振動故障分析及處理

孫 斌

(中國石化上海石油化工股份有限公司熱電部，上海 200540)

某熱電廠汽機聯(lián)合裝置100 MW汽輪機組的凝結水泵，其運行狀況一直比較穩(wěn)定，2019年9月發(fā)現(xiàn)甲凝結水泵電動機自由端振動位移值突然上升至80 μm，已接近運行規(guī)程所規(guī)定的上限值100 μm，且振動位移值存在明顯的上升趨勢。停泵后分別對出口管道支架、出口連接法蘭和凝結水泵筒體基礎進行了檢查，未發(fā)現(xiàn)明顯的異常現(xiàn)象。因此，委托某檢驗檢測公司對凝結水泵電動機運行的振動情況進行頻譜測量和分析。頻譜檢測報告中顯示當凝結水泵出口門開足時，其電動機的自由端振動位移值異常,屬于工頻振動故障類型。

為此，針對工頻所對應的故障類型，經過多次試驗和分析，結合凝結水泵運行、檢修的情況，采取了相應的解決措施，最終找到了引起凝結水泵電動機振動超標的根本原因為電動機與支架存在結構共振。通過試驗查找結構共振源，采取增加支撐、結合面之間加裝減振墊片和更換電動機支架等措施，消除凝結水泵的結構共振故障，保證凝結水泵的平穩(wěn)安全運行。

1 設備概況

凝汽式汽輪發(fā)電動機組一般均配備凝結水泵來提高凝結水壓力，該設備的長期穩(wěn)定運行，與機組的負荷密切相關[1]。某熱電廠CC100雙抽凝汽式汽輪發(fā)電機組，配備甲、乙兩臺凝結水泵，運行過程中采用一用一備模式。該凝結水泵為五級電動離心泵，立式結構，剛性支撐，電動機功率為500 kW，電壓為6 kV，轉速為1 500 r/min。電動機與凝結水泵通過彈性柱銷聯(lián)軸器連接，該電動機的各測點如圖1所示。

圖1 凝泵甲各測點示意

2 原因分析

2019年9月凝結水泵運行過程中，電動機自由端振動位移值突然上升至80 μm，已接近運行規(guī)程所規(guī)定的上限值100 μm，電動機振動數(shù)據(jù)見表1。

表1 電動機檢修前各測點振動位移值 μm

影響凝結水泵振動的原因可能來自管系、電動機、泵體以及其他共振等因素，為了查找振動超標的根本原因，先排除易查因素的影響，做了如下檢查工作。

2.1 檢查出口管道支架

凝結水泵出口管道支架為滑動托架，現(xiàn)場支架情況經與設計比較，無脫空、偏移等現(xiàn)象，支架正常。因此，確認該因素不是影響振動的原因。

2.2 檢查出口連接法蘭

經現(xiàn)場檢查，出口法蘭沒有明顯的錯位現(xiàn)象，結合該泵此前振動良好的情況，確認該因素也不是振動影響的原因。

2.3 檢查筒體基礎

凝結水泵基礎為基建時澆筑而成。按照凝結水泵基礎設計要求進行檢查：若鋼筋混凝土結構不實，則凝結水泵在首次啟動時，其振動位移值就會一直偏大。但此泵的振動位移值最近才出現(xiàn)上升趨勢，可以排除土建因素對該泵的影響，同時檢查筒體的連接螺栓，并將其全部緊固。因此，也可以排除確認該因素對振動的影響。

2.4 頻譜測量分析

排除最容易辨識的因素后，對凝結水泵電動機進行了頻譜測量分析，結果顯示振動頻譜圖中主要是以工頻為主。

由頻譜測量分析可以得出：電動機自由端軸承東西向和南北向的主要振動頻率均以工頻(25 Hz)為主，且該軸承東西向的振動速度值為7.8 mm/s，遠遠大于其南北向的振動速度值3.8 mm/s。同時，頻譜圖中也存在少量的多倍頻成分，但幅值較低，總體狀況良好；另外，電動機自由端軸承東西向的頻譜圖中仍存在微量的高次諧波成分。針對工頻所對應的故障類型，后續(xù)又做了試驗和分析。

2.5 檢查電動機自身性能

電動機電氣方面原因(三相電流不平衡、電磁不平衡)、電動機機械方面原因(電動機軸、軸承之間間隙不合適、電動機定子、轉子實際空氣間隙值超標、電動機轉子不平衡)等均會導致電動機振動增大。為了排除電動機方面的問題，對甲凝結水泵電動機進行軸承更換和動平衡。在試驗臺上單試電動機，各方向振動值均在10 μm以內。電動機就位后，其振動位移值仍偏大，電動機振動數(shù)據(jù)見表2。

表2 電動機檢修后各測點振動位移值 μm

因此，可以確認運行過程中電動機自由端軸承東西向振動位移值較大，并非由電動機自身的電氣或機械原因引起。

2.6 檢查凝結水泵安裝質量標準

由于電動機安裝在凝結水泵上部位置，凝結水泵安裝設計、裝配偏差以及軸系不對中等均會造成電動機振動大。查閱該泵的安裝說明書，電動機的安裝水平度應在0.05/1 000以下；聯(lián)軸器安裝質量標準應滿足端面和外圓偏差均小于0.05 mm；轉子總竄動量小于9.5 mm。

由于汽輪機組處于運行狀態(tài)，若將泵解體檢查，會造成汽輪機組在運行過程中無備用泵，存在一定的安全隱患。因此，僅僅檢查了電動機支架的水平度以及電動機軸和泵軸的對中情況，電動機支架的水平度為0.04/1 000；端面偏差為0.04 mm，外圓偏差為0.01 mm，對中數(shù)據(jù)如圖2所示；轉子總竄動量為9.4 mm，結果顯示均良好，符合凝結水泵安裝標準。

圖2 聯(lián)軸器校對中心

2.7 檢查電動機與支架結構共振情況

將一套備用的電動機和支架、現(xiàn)用的電動機和支架共4個備件相互調換，并重新進行排列組合，發(fā)現(xiàn)每一種組合方式所測得的振動位移值均偏高。該結果表明，更換備件后對電動機的振動趨勢無明顯影響。

為了判斷是否存在結構共振，在電動機空載的情況下，松動電動機與支架連接螺栓，發(fā)現(xiàn)其自由端軸承東西向振動位移值大幅下降，電動機振動數(shù)據(jù)見表3。

表3 連接螺栓松動后電動機各測點振動位移值 μm

綜上所述，可以判斷該泵電動機振動超標的根本原因為結構共振。

3 對策實施與效果

3.1 對策實施

為了消除結構共振源，制定并執(zhí)行了一系列減振措施：①在電動機和支架之間加裝減振墊片；②在支架底部加裝木頭支撐；③在電動機底部加裝金屬支撐，并調整其安裝角度，如圖3所示。在加裝減振墊片和支撐后，觀察并分別記錄電動機各個測點的振動數(shù)據(jù)。

圖3 電動機支架底部加裝金屬支撐

3.2 效果檢查

在實施上述對策后，將凝結水泵再次啟動并試重車，委托檢驗檢測公司對該凝結水泵電動機的各個測點進行測振，測量數(shù)據(jù)表明各個測點的振動位移值均明顯下降(見表4)。

表4 對策實施前后電動機各測點振動位移值 μm

由表4可知：在電動機支架底部加裝金屬支撐后，其自由端軸承東西向振動位移值下降至合格水平(31 μm)，并保持穩(wěn)定，減振效果較明顯。

4 結語

為了節(jié)省空間和便于管道布置，多數(shù)熱電廠凝結水泵采用了立式泵。立式凝結水泵由于軸系支撐剛度低，進而導致了結構共振。結合頻譜分析，通過各種試驗來查找結構共振源，選擇增加支撐、結合面之間加裝減振墊片以及更換電動機支架等措施，來消除立式凝結水泵的結構共振故障，把設備運行的風險和經濟損失減小到最低。與泵和電動機解體檢修進行對比，不僅節(jié)約了大量的人力、物力、財力，而且保證了凝結水泵的平穩(wěn)安全運行。