立式凝結(jié)水泵電動(dòng)機(jī)變頻時(shí)的振動(dòng)問題與減振方法

喬宇桓，王 琳，肖 梁，董星亞

（內(nèi)蒙古京隆發(fā)電有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 烏蘭察布 012100）

引言

近年來，隨著變頻調(diào)節(jié)技術(shù)的日益成熟，火電廠為達(dá)到降低能耗的目的，紛紛對(duì)凝結(jié)水泵進(jìn)行變頻改造。然而，凝結(jié)水泵變頻運(yùn)行后出現(xiàn)了嚴(yán)重的振動(dòng)問題，嚴(yán)重影響機(jī)組安全穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。基于此，本文在分析凝結(jié)水泵結(jié)構(gòu)振動(dòng)機(jī)理的基礎(chǔ)上，通過對(duì)立式凝結(jié)水泵進(jìn)行全面檢查、動(dòng)平衡試驗(yàn)等措施，解決了此振動(dòng)問題，有利于火電廠安全穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

1 立式凝結(jié)水泵基本概況

現(xiàn)階段，火電廠擁有四臺(tái)立式凝結(jié)水泵，每個(gè)機(jī)組各分配兩臺(tái)，其運(yùn)行模式為一運(yùn)一備運(yùn)行狀態(tài)；同時(shí)，兩臺(tái)立式凝結(jié)水泵共用一個(gè)變頻調(diào)節(jié)器，具備變頻調(diào)速、工頻定速兩種方式，可以隨時(shí)進(jìn)行切換。作為火電廠運(yùn)行系統(tǒng)主要的設(shè)備之一，凝結(jié)水泵的主要作用是將凝汽器熱水井的凝結(jié)水進(jìn)行增壓處理，之后再通過軸封、低壓加熱器等設(shè)備進(jìn)入到除氧器中，最后在進(jìn)行加熱除氧。凝結(jié)水泵的主要結(jié)構(gòu)由泵軸、外殼、聯(lián)軸器、密封件、出水管以及葉輪等部件組成，具體如圖1所示。但是，隨著運(yùn)行時(shí)間的不斷增加，在變頻運(yùn)行過程中四臺(tái)凝結(jié)水泵電動(dòng)機(jī)均出現(xiàn)了不同程度的振動(dòng)問題，其中一臺(tái)水泵振動(dòng)十分強(qiáng)烈，嚴(yán)重影響火電廠運(yùn)行系統(tǒng)的安全性[1]。

圖1 凝結(jié)水泵結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

2 立式凝結(jié)水泵電動(dòng)機(jī)變頻振動(dòng)問題分析

2.1 常見振動(dòng)原因

從火電廠運(yùn)行機(jī)制的整體狀況進(jìn)行分析，引起立式凝結(jié)水泵電動(dòng)機(jī)變頻時(shí)振動(dòng)的因素很多；通過對(duì)其產(chǎn)生的振動(dòng)因素的概況，主要包括以下幾個(gè)方面：首先，在設(shè)計(jì)方面引起的不良振動(dòng)，主要原因?yàn)樵O(shè)計(jì)剛性不足、軸承座結(jié)構(gòu)不良、葉輪靜平衡要求不嚴(yán)等問題引起。其次，在質(zhì)量方面引起的異常振動(dòng)，主要原因?yàn)樵谀Y(jié)水泵制造過程中，葉輪、泵軸等部件質(zhì)量粗糙，無法滿足設(shè)備正常運(yùn)行。再次，在設(shè)備安裝方面引起的振動(dòng)，主要原因?yàn)樵诎惭b過程中未進(jìn)行基礎(chǔ)板找平、軸未達(dá)到相應(yīng)的相關(guān)要求、各部件配置不合理以及設(shè)備上螺絲不牢固等。最后，在使用和操作不當(dāng)引起的振動(dòng)，主要原因?yàn)槟Y(jié)水泵轉(zhuǎn)速過高、操作不當(dāng)造成低流量運(yùn)行、泵密封不良和對(duì)泵運(yùn)行狀態(tài)檢查不嚴(yán)等。

2.2 振動(dòng)問題分析

火電廠立式凝結(jié)水泵一般放置于機(jī)房下方，電動(dòng)機(jī)一般放置于泵的上方，主要通過聯(lián)軸器連接兩者，如下頁圖2所示。以設(shè)備運(yùn)行過程中振動(dòng)問題最大的立式凝結(jié)水泵為例，其振動(dòng)問題主要表現(xiàn)是在變頻過程中電動(dòng)機(jī)劇烈振動(dòng)，電動(dòng)機(jī)最上部振動(dòng)最大，逐漸向下減輕；結(jié)合火電廠其他三臺(tái)立式凝結(jié)水泵的振動(dòng)情況，凝結(jié)水泵在設(shè)計(jì)制造上的原因基本可以排除。

圖2 軸系簡(jiǎn)圖

通過對(duì)振動(dòng)問題最大的立式凝結(jié)水泵進(jìn)行振動(dòng)測(cè)試，主要測(cè)量位置靠近電動(dòng)機(jī)上軸承。測(cè)得振動(dòng)數(shù)據(jù)如下頁表1數(shù)據(jù)所示，電動(dòng)機(jī)空轉(zhuǎn)時(shí)0.08 mm，帶立式凝結(jié)水泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)0.30 mm。同時(shí)，采用領(lǐng)域常用的設(shè)備結(jié)構(gòu)共振識(shí)別方法，將電動(dòng)機(jī)與支架的連接螺栓松開后，其振動(dòng)狀態(tài)明顯下降，表明了火電廠立式凝結(jié)水泵存在結(jié)構(gòu)共振問題。

表1 處理前電動(dòng)機(jī)頂部振動(dòng)測(cè)量數(shù)據(jù)

3 立式凝結(jié)水泵電動(dòng)機(jī)變頻振動(dòng)大的處理措施

3.1 全面檢查

通過解體檢查與基礎(chǔ)面水平檢查對(duì)火電廠立式凝結(jié)水泵系統(tǒng)進(jìn)行綜合檢查。首先，進(jìn)行基礎(chǔ)面水平檢查，通過取出冷凝泵外筒，發(fā)現(xiàn)施工方在安裝過程中用保溫材料更換二次灌漿，造成基礎(chǔ)不穩(wěn)；采取的主要措施是平整基礎(chǔ)板和重新二次灌漿。其次，進(jìn)行解體檢查，水泵拆開后對(duì)內(nèi)部進(jìn)行全盤檢查，通過對(duì)立式冷凝水泵葉輪軸彎曲率的測(cè)量，發(fā)現(xiàn)葉輪軸彎曲率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了規(guī)定內(nèi)的范圍標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)里面的誘導(dǎo)輪、推力軸承均出現(xiàn)了不同程度的損傷。采取的主要措施是更換泵軸、誘導(dǎo)輪和推力軸承，更換后對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，均符合使用要求[2]。

3.2 動(dòng)平衡試驗(yàn)

動(dòng)平衡試驗(yàn)原理主要是對(duì)立式凝結(jié)水泵上的轉(zhuǎn)子進(jìn)行平衡處理工作，通過傳感器檢測(cè)轉(zhuǎn)子有關(guān)部位的振動(dòng)信息，并通過這些信息數(shù)據(jù)了解其不平衡量與不平衡方位，之后通過轉(zhuǎn)子的加重或減重處理，達(dá)到動(dòng)平衡校正的目的，最終達(dá)到平衡量的要求。動(dòng)平衡試驗(yàn)主要分為離線以及在線動(dòng)平衡試驗(yàn)兩部分，兩者之間試驗(yàn)原理并沒有太大區(qū)別，其主要區(qū)別在于離線動(dòng)平衡試驗(yàn)由廠家進(jìn)行，在線動(dòng)平衡試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行。

離線動(dòng)平衡試驗(yàn)：將火電廠立式凝結(jié)水泵的泵軸、葉輪拆卸送往廠家進(jìn)行，在試驗(yàn)中轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡不合格，低于廠家設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)，之后廠家直接進(jìn)行了修正工作，確保轉(zhuǎn)子不平衡量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)使用狀態(tài)[3]。

在線動(dòng)平衡試驗(yàn)：測(cè)試設(shè)備為VM-9504振動(dòng)儀；首先，進(jìn)行單試電動(dòng)機(jī)試驗(yàn)，電動(dòng)機(jī)頂部通頻振動(dòng)為140～200μm波動(dòng)，其振動(dòng)狀態(tài)十分不穩(wěn)定。其次，進(jìn)行聯(lián)泵運(yùn)行試驗(yàn)，電動(dòng)機(jī)頂部通頻振動(dòng)最大為300μm，基頻振動(dòng)281μm，振動(dòng)穩(wěn)定，如表2所示。

表2 處理前電動(dòng)機(jī)頂部振動(dòng)測(cè)量數(shù)據(jù)

處理方法為對(duì)立式凝結(jié)水泵與電動(dòng)機(jī)之間的連接輪子進(jìn)行加重處理。首先，進(jìn)行第一次加重，順著凝結(jié)水泵轉(zhuǎn)動(dòng)方向?qū)ふ业谌菟ㄌ?，進(jìn)行加重1 100 g。其次，與第一加重方法相同進(jìn)行第二次加重，順著凝結(jié)水泵轉(zhuǎn)動(dòng)方向?qū)ふ业谌菟ㄌ?，進(jìn)行加重1000g，第四個(gè)螺栓加重703 g，共1 703 g。之后對(duì)立式凝結(jié)水泵電動(dòng)機(jī)變頻時(shí)的振動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)量，如表3所示，聯(lián)泵運(yùn)行時(shí)最大振動(dòng)為70μm，由此表明了動(dòng)平衡處理合格，立式凝結(jié)水泵電動(dòng)機(jī)變頻時(shí)的振動(dòng)問題基本消除。

表3 處理后電動(dòng)機(jī)頂部振動(dòng)測(cè)量數(shù)據(jù)

4 結(jié)語

總之，立式凝結(jié)水泵電動(dòng)機(jī)變頻時(shí)振動(dòng)問題處理過程的重點(diǎn)是動(dòng)平衡試驗(yàn)。本文結(jié)合火電廠的實(shí)際情況，對(duì)立式凝結(jié)水泵進(jìn)行了綜合檢查、動(dòng)平衡試驗(yàn)檢查，并對(duì)檢查中發(fā)現(xiàn)的問題進(jìn)行了處理，最終解決了立式凝結(jié)水泵電動(dòng)機(jī)變頻時(shí)的振動(dòng)問題，保障了電廠機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。