凝泵電機工頻改變頻控制振動分析及處理

邵曉斌 劉利強 張紅強

內蒙古包鋼（集團）電氣有限公司 內蒙古包頭 014010

大部分投產較早的電廠凝泵電機選型采用工頻電機，凝泵電機立式結構，支撐剛度較底，變頻運行后在某個頻率段或某幾個頻率段下運行振動較大，有些振幅可達200μm，在這些頻段下運行嚴重影響設備性能，本文通過研究電廠凝泵電機變頻狀態(tài)下振動的機理，通過提高檢修精度，降低轉子激勵力的方法，保證工頻電機在變頻狀態(tài)下良好運[1]。

1 電機故障診斷

1.1 電機故障現象

包頭某發(fā)單廠主發(fā)電機容量600MW，配備2臺2000kW立式凝泵電機，因生產計劃需求主機降負荷運行，為降低能耗2018年A修期間，凝泵電機下線分解，常規(guī)三級保養(yǎng)，同時控制系統加裝變頻控制。

電機下線返修理廠解體，按電機三級保養(yǎng)工藝流程，定轉子繞組清洗干燥，半成品試驗合格，轉子校準動平衡，軸承套激光熔覆后加工，更換新軸承后重新組裝。組裝后電機在立式電機試驗平臺試驗合格出廠。

電機空試正常，傳動側徑向0.7mm/s，非傳動側南北徑向最大2.8mm/s，東西徑向2.2mm/s，經過法蘭面加墊調整，南北徑向振速2.2mm/s，振幅30μm，東西徑向2.0mm/s。連接水泵后試車發(fā)現65%-67%負載段，70%-72%負載段南北方向振幅可達200μm，東西方向振幅150μm左右，100%負載振幅只有35μm。水泵流量與轉速成正比，在某個負載段振幅高，就相當于在某個轉速段振幅高，100%負載對應電機轉速為1446r/min，即轉頻24.1Hz，電機轉速939r/min-968r/min振動較大，1012r/min-1041r/min，振動較大。

采用本特利SCOUT100振動分析儀采集起車數據，觀察伯德圖發(fā)現在15Hz-18Hz出現振幅突變，幅值突變同時相位也跟著突變，與共振特征非常類似，分析認為電機轉速930r/min-1050r/min之間出現電機轉頻與系統某部件固有頻率接近，激起共振，凝結水泵電機在工頻狀態(tài)高壓運行起車過程快速跨過共振區(qū)間，凝泵電機可正常運行，改變頻運行后，根據生產工藝要求，大部分運行時間在60%-80%負載區(qū)間運行，難免因振動大加速軸承磨損，造成設備狀態(tài)裂化。

1.2 電機振動機理分析

根據起車過程伯德圖分析，幅值相位在某個點發(fā)生了突變，電機轉子、水泵轉子的設計一階臨界轉速均在設計運行轉速之上，與設計運行轉速相差較大，一般運行過程不會在運行轉速之下發(fā)生共振現象。但是往往設備在實際運行中因聯軸器變形或對中偏差，引起振動2倍頻譜分量幅值較高，轉速2倍頻譜分量與電機轉子、水泵轉子或水泵軸系一階臨界頻率接近或吻合，可能引起系統共振，另外工頻電機改變頻運行受變頻器質量的影響，變頻后導致輸入電機的電流諧波太多，接變頻電源導致定子電流畸變，進而引起磁場不均勻，因變頻器的影響也可能能會引起共振。加之凝泵電機為立式結構，在這種狀態(tài)下極易發(fā)生系統共振，印證了凝泵電機在939r/min-968r/min轉速段，1012r/min-1041r/min轉速段，存在共振導致振動較大。

2 故障處理

電機運行過程在特定的頻段共振，因生產工藝要求必須在共振頻段運行，必須消除共振。一方面可以通過改變設備本身結構，改變設備的固有頻率范圍，通過在電機本體加裝加強筋板，或加強水泵支撐基礎等，提升設備本身的剛性雖然解決以上頻段的共振效果不是非常理想。

避免某個頻段共振還可通過降低傳動部件本身激勵力的辦法，引起電機激勵力過大的因素一般是轉子不平衡，磁場不均勻，兩軸承同軸度偏差等因素，以上因素中提高轉子動平衡精度較好實現，且效果明顯[2]。

一般電機制造或修理過程僅在低轉速校準轉子動平衡，與電機高轉速運行實際的不平衡位置有偏差。為了提升電機在運行過程中轉子動平衡精度，采取現場校準轉子動平衡的方法，降減小轉子旋轉過程的激勵力。

為了避免電機現場分解，在電機非傳動側最末端加裝了配重盤，如下圖所示。

一般立式電機轉子校準動平衡都在轉子內側風扇上加配重，但在電機運行過程無法不可能在內置的風扇上加配重，利用電機非傳動側漏出的軸端，在軸端部位加裝φ500×20配重盤，在配重盤上提前鉆36個φ18孔等分排列。

電機安裝后帶載起車，使用本特利SCOUT100振動分析儀采集非傳動側徑向兩個方向振動值。914r/min東西方向振速10.4mm/s，1020r/min南北方向振速13mm/s。電機更換軸承后工頻50Hz，電機轉速1460r/min，振動值偏大，因此考慮在高轉速下先通過配重降低工頻振動值，使用影響系數法在配重盤配重430g后，電機各轉速段振動值如下表。914r/min東西振速1.9r/min，1020r/min南北方向振速4.1r/min。

考慮到電機運行在1020r/min-1110r/min轉速段，振速值依舊較高超過，因此在1110轉速下再次采用影響系數法重新配重90g后，通過兩次配重校準，凝泵電機在各頻段均可穩(wěn)定運行，最大振速值2.9mm/s，采集兩側軸承座振速頻譜圖，1倍及2倍頻率為主導頻率，且幅值較小。

3 結語

凝泵電機工頻改變頻控制的越來越多，改變頻控制后很多電廠凝泵電機存在某些頻段振動異常的問題。凝泵電機下線檢修過程工藝把控更嚴格，為消除氣隙不均勻的影響，一般采用立式裝配。

為了便于立式電機在線提高轉子動平衡精度，電機分解檢修過程在非傳動側軸的某個空閑位置加工軸肩，安裝配重盤，一則可通過現場配重提升轉子動平衡的精度，二則通過配重塊的離心力去抵消其他非平衡因素的影響，從而解決立式電機振動問題。