防止轉(zhuǎn)子共振技術(shù)在凝結(jié)水泵變頻改造的應(yīng)用

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

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)子；改造；共振技術(shù)；應(yīng)用

0 前言

由電動機(jī)拖動的泵類轉(zhuǎn)子產(chǎn)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(gòu)成：

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

從水力方面分析，水泵進(jìn)口流速和壓力分布不均勻，泵進(jìn)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(jī)組振動的原因。

長春熱電發(fā)展有限公司3、4號機(jī)組凝結(jié)水泵為北京昌寧泵業(yè)有限公司生產(chǎn)的NLTD280Ⅰ-7型，其第一臨界轉(zhuǎn)速設(shè)計在1220-1380rpm，該轉(zhuǎn)速區(qū)間為實施變頻改造水泵經(jīng)常性工作區(qū)間，為防止變頻運行時出現(xiàn)共振造成設(shè)備損壞事故，需應(yīng)用防止轉(zhuǎn)子共振技術(shù)對凝結(jié)水泵轉(zhuǎn)子實施技術(shù)改造，以改變凝結(jié)水泵轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速。

1 技術(shù)改造的邊界條件

1.1 設(shè)備技術(shù)規(guī)范

型 號：NLTD280Ⅰ-7 生產(chǎn)廠家：北京昌寧泵業(yè)有限公司

主要參數(shù)：流量：230m3/h 揚程：192mH2O

電動機(jī)型號：YLST355-4

主要參數(shù)：功率220kW 轉(zhuǎn)速1480r/min 電流26.4A 電壓6000V

1.2 實施凝結(jié)水泵轉(zhuǎn)子技術(shù)改造原則：

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

2 防止轉(zhuǎn)子共振技術(shù)在凝結(jié)水泵變頻改造中的應(yīng)用

防止發(fā)生轉(zhuǎn)子共振，對泵的轉(zhuǎn)子進(jìn)行改造通常有三種途徑，一是通過改變?nèi)~輪葉片水力結(jié)構(gòu)；二是增加軸的剛性系數(shù)，改善軸承支撐；三是通過改變轉(zhuǎn)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(jī)，系統(tǒng)參數(shù)需要保持，因此結(jié)合實際情況，擬采用改變?nèi)~輪葉片水力和增加軸的剛性系數(shù)兩種手段，對該型號凝結(jié)水泵轉(zhuǎn)子進(jìn)行改造，按照G2.5標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行嚴(yán)格動靜平衡校正的方法，將該泵的第一臨界轉(zhuǎn)速調(diào)整到工作轉(zhuǎn)速的1.5倍以上，從而達(dá)到防止產(chǎn)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(diào)質(zhì)硬度H=217-241，軸長2032mm。主軸轉(zhuǎn)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(lián)軸器側(cè)，如圖1。

由于泵軸比較長，電機(jī)支架上增加軸承室總成一套，用以將原泵電機(jī)承受的軸向力由泵本身承受。在改造的同時優(yōu)化軸承支架的力學(xué)結(jié)構(gòu)，避免原電機(jī)支架結(jié)構(gòu)力不足引起設(shè)備運行不穩(wěn)定的情況。

由于改造后的電機(jī)支架較原電機(jī)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(diào)質(zhì)硬度H=245-285增加軸的剛度（原泵軸調(diào)質(zhì)硬度為H=217-241）。

改造前后對比示意圖見圖2：

2.2 導(dǎo)葉葉輪的改造方案

原葉輪動平衡量為按G6.3標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，葉輪設(shè)計葉片數(shù)為6片，導(dǎo)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(chǎn)生徑向跳動，導(dǎo)致整個轉(zhuǎn)子在臨界轉(zhuǎn)速的振動。這是基于改善導(dǎo)向葉輪的水力結(jié)構(gòu)，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(dǎo)葉進(jìn)行葉片匹配，改造導(dǎo)葉為12葉片，改造后水力模型更平穩(wěn)，可靠；ZG1Cr13Ni比ZG1Cr13具有更優(yōu)越的抗振性能和機(jī)械性能。按G1.0標(biāo)準(zhǔn)重新制作葉輪模型，并按G2.5標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)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(shù)據(jù)變化：

改造前后的導(dǎo)葉葉輪結(jié)構(gòu)對比示意見圖3：

2.3 聯(lián)軸器對輪改造

改造后聯(lián)軸器采用彈性膜片型式，膜片聯(lián)軸器能補(bǔ)償電機(jī)與凝結(jié)水泵轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)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(yōu)點。

3 綜述

轉(zhuǎn)子動平衡將經(jīng)過單獨動平衡校正的轉(zhuǎn)子部件組裝后，對轉(zhuǎn)子進(jìn)行整體G2.5標(biāo)準(zhǔn)校正，使其剩余不平衡量不大于40g.mm，改造后的泵組聯(lián)機(jī)在水泵廠進(jìn)行變頻運行試驗，對其性能參數(shù)進(jìn)行測試，數(shù)據(jù)見表2（數(shù)據(jù)摘自：長春水泵制造有限公司質(zhì)量檢測中心測試報告）。

數(shù)據(jù)表明，通過改變?nèi)~輪葉片水力結(jié)構(gòu)；增加軸的剛性系數(shù)，改善軸承支撐，使得該轉(zhuǎn)子在全轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍內(nèi)實現(xiàn)安全穩(wěn)定運行，為解決此類問題積累了豐富的實踐經(jīng)驗。

參考文獻(xiàn)：

[1]何川等主編.泵與風(fēng)機(jī)[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(jié)水泵安裝使用說明及轉(zhuǎn)子總裝圖[S].

作者簡介：王波，大唐長春第二熱電有限責(zé)任公司汽機(jī)分場副主任，2012年主持了長春熱電發(fā)展有限公司3、4號機(jī)組凝結(jié)水泵轉(zhuǎn)子改造工作。