摘要：某电厂150MW机组凝结水泵运行中发现电机上轴承垂直出水方向振动达502μm，严重超标，而该电机出水方向振动仅为93μm。判断该凝结水泵振动超标的主要原因是垂直出水方向存在结构共振。通过调整电机与中间筒体螺栓紧力，调整电机-支撑系统连接刚度，从而改变系统共振区间。利用动平衡降低电机轴系不平衡质量，使得凝结水泵系统振动降至优秀范围内。
关键词：凝结水泵；结构共振；连接刚度；动平衡
1设备概况
某150MW火电机组配备3台额定容量为50%的凝结水泵，正常运行时两台运行，一台备用。凝结水泵电机为YKKL450-4型异步电机，额定转速805r/min，制造厂为湘潭电机股份有限公司。凝结水泵为立式离心泵，型号为B520Ⅲ-8，扬程135m，制造厂为长沙水泵厂。电机通过中间筒体与凝结水泵筒体基座连接，凝结水泵轴系。泵的结构分为外筒体部件、筒内壳体部件、转子部件和轴封部件等。凝结水泵安装在带有安装底板的外筒体内，外筒体安装在水泥基础层上。
2故障描述
运行中发现B凝结水泵存在严重振动超标现象，电机上部垂直出水方向振动达502μm，但电机上部出水方向振动仅为93μm。现场采用临时速度传感器安装在出水方向（南北）和垂直出水方向（东西）上，对电机的振动进行全面测量。单转电机振动数据，#1轴承垂直出水方向振动达502μm，基频为500μm；但#1轴承出水方向振动仅为93μm，基频振动为89μm；#2轴承垂直出水方向振动达208μm，基频为208μm；#2轴承出水方向振动为81μm，基频振动为80μm。振动数据与带泵运行数据一致，各测点基频振动占通频振动96%以上。振动主要表现在电机上部#1轴承垂直出水方向，电机轴承两个方向振动差别明显。出水方向在转速为700r/min振动达到最大值300μm。转速605～700r/min时，最大振动峰值前后相位变化125°。垂直出水方向在转速为795r/min振动达到最大值260μm。在转速650～750r/min时，最大振动峰值前后相位变化170°。
据现场检修人员反映，该电机松开与中间筒体连接螺栓后振动降低明显。脱开连接螺栓后振动数据，基频振动依然占主要成分，#1轴承垂直出水方向振动由502μm降至83μm，基频振动由500μm降至80μm。出水方向振动由93μm降至63μm，基频振动由89μm降至62μm。脱开电机与中间筒体连接螺栓，降低系统连接刚度后，电机振动降低明显，出水方向和垂直出水方向在工作转速下振动差别较小。升降速过程#1轴承两个方向振动伯德图，出水方向在转速为450r/min振动达到最大值399μm。在转速600～710r/min时，最大振动峰值前后相位变化72°；垂直出水方向在转速为1271r/min振动达到最大值346μm，在转速630～740r/min时，最大振动峰值前后相位变化159°。
3原因分析
该凝结水泵电机升降速过程振动以基频为主，无明显二倍频成分；降速过程与升速过程伯德图基本一致，说明该电机无热弯曲现象，不存在电气方面故障。判断振动超标的原因是电机-支撑系统共振且轴系存在不平衡质量。结合相位变化，可以确定正常连接刚度下出水方向共振转速为620r/min，垂直出水方向共振转速为720r/min。松开电机与中间筒体连接螺栓后，出水方向共振转速降为991r/min，垂直出水方向共振转速降为635r/min。与正常系统连接刚度相比，完全脱开电机与中间筒体连接螺栓后出水方向共振转速下降237r/min，垂直出水方向共振转速下降166r/min。
在正常连接刚度下该凝结水泵电机出水方向共振区间为1166～1318r/min，垂直出水方向共振区间为700～750r/min，导致该泵在1166～1495r/min运行区间内振动超标严重。垂直出水方向共振区间与工频转速接近，导致工频状态下垂直出水方向振动严重超标。由式（1）可知，系统共振频率wn主要与系统刚度k与参振质量m有关；由式（2）可知，系统振动振幅A主要与系统激振力P与系统动刚度k相关。立式凝结水泵振动问题在其他机组上也发生过，多利用动平衡降低系统激振力p，降低系统振幅。采用加固系统的方法提高系统刚度k，改变系统共振区间，降低系统发生共振时振动幅值。如电机顶部加装支架，提升电机的支撑刚度；在中间筒体加装筋板，甚至更换中间筒体，提高系统刚度；或者重新设计凝结水泵出水管，加强零件刚度；改变原凝结水泵基础，与泵安装垫板持平，提高基础刚性。运行中为避免振动超标，多采取避开共振运行区间；或消凝泵一级叶轮，保留水泵10%裕度，机组在变负荷运行中，变频调节幅度较小，运行转速区间变化较小。
4处理过程及结果
由（1）得，此时采取电机顶部安装支架、在中间筒体加装筋板等方法，会提高系统的刚度，但系统共振转速将会进一步提高，反而使得正常连接刚度下工频运行状态振动继续超标。结合电机脱开与中间筒体连接螺栓后振动数据，采取降低系统刚度的方法避开共振区。电机-支撑系统主要靠电机与中间筒体的八条连接螺栓固定，螺栓布置，系统刚性可以通过调整螺栓连接紧力调节。调整不同螺栓紧力后，振动值。调整不同螺栓紧力出水方向振动变化不大，垂直出水方向振动变化值差别较大。由表3可知调整#4、#5螺栓紧力振动分别下降233μm、104μm，振动降低最明显，说明该方向上系统刚度与其他方向差别较大。同时调整#4、#5螺栓后振动数据，出水方向振动为94μm，基频为87μm，垂直出水方向振动为198μm，基频为197μm。出水方向振动基本没有变化，垂直出水方振动降低304μm，再调整其他螺栓，振动变化不明显。
调整电机连接螺栓后出水方向和垂直出水方向振动差别较原来已大幅减小，说明在调整系统刚性后，电机-支撑系统刚性在两个方向上差别较原来减小。但此时电机振动仍超标，各测点振动以基频为主，判断电机轴系存在不平衡质量，导致振动偏大。在电机对轮上加重475g后，振动数据，出水方向振动为30μm，基频为25μm，垂直出水方向振动为45μm，基频为43μm，振动降至优秀范围内。
5总结
大型火电机组立式凝结水泵由于结构特点，比较容易产生振动问题。本文凝结水泵振动超标的主要原因是结构共振及轴系存在不平衡质量。通过调整螺栓紧力改变凝泵系统的共振区间，动平衡降低轴系不平衡质量，处理后振动降至良好范围内，保证设备安全、经济运行。
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论文作者:喻涛
论文发表刊物:《电力设备》2018年第14期
论文发表时间:2018/8/16
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