【关键词】凝结水泵；变频；振动；
0 前言
凝结水泵是发电厂辅机中的重要辅机，其工作属性是长期连续运行、流量调节范围大、用户广泛。作为重要辅机，设计中为了满足各种特殊工况需求，普遍配置裕量较大，有的甚至按实际需求一倍来设计，因此导致运行中设备厂用电率远高于实际需求值。这就给凝泵变频改造提供了广阔的空间，且随机组负荷变化，凝泵做工需求也是随负荷变动而变动，凝泵采用变频调节更能适应负荷变化，减少管道节流损失，是一项节能前景广阔的实用节能项目。随着国产大容量电机变频设备制造技术的成熟，国内绝大多数电厂都陆续进行了凝结水泵变频改造，均取得了不俗的节能效益。但在凝泵变频改造过程中，也出现了不少新问题，其中最普遍的问题是，变频改造后凝泵电机的低频共振问题，其振动主要出现在凝泵电机非驱动端，多数情况下频率降到40HZ以下即出现，使凝泵变频深度受限，极大的影响了凝泵变频的节能潜力。
1 实际使用问题介绍
凝泵原始设计正常转速为1500rpm，经过变频改造后转速可在0-1500rpm之间可调，对应频率调节范围0-50HZ，受限于机组运行中最小凝结水压力的限制，频率下限一般在30HZ，对应凝泵转速900rpm。凝泵配套电机设备长期运行的最低振动标准是75um，而实际运行中发现变频改造后的凝泵电机振动经常在频率40HZ以下振动超过80um，降频就导致设备振动超限，使凝泵实际可调变频范围仅在40-50HZ，调节深度缩小了50%，节能潜力被大幅缩水。对应600MW机组凝泵40HZ运行电流比35HZ高20A-30A。主要原因是，早期投产电厂凝泵都是工频设计，未对变频运行时的低频振动问题进行过设计考虑，因此改变频后遇到了振动问题。
2 采取的各种应对方法
为了解决凝泵改变频后的低频振动，各电力生产企业都进行不同层面、不同方向的探索。并形成了各种处理方案，这些方案用都对解决现场问题产生了有益的促进作用，但随之也有其局限性，下面对各种方案进行介绍。
2.1框架加固法。已知的实施电厂有：江苏扬州仪征热电厂、河南许昌龙岗电厂。具体实施方案可繁可简，有单“井”字、双“井”字、牢笼式。其方案依据是，凝泵低频振动超标问题绝大多数都体现在凝泵电机，且全部是凝泵电机非驱动端，到目前为止还没有凝泵本身振动大的案例。由于凝泵电机绝大多数都是直立布置，电机支撑和固定全部依靠电机驱动端机座，电机非驱动端相当于无固定装置的最远端，其固定依靠电机外壳的强度来保持，可能存在电机外壳强度不够，电机非驱动端存在“甩尾”的情况。如果电机外壳真实存在强度不够的问题，对电机外壳进行加固将能改善电机非驱动端振动情况。单“井”字加固方案具体实施内容是，在两台凝泵电机之间的吊耳处加“井”字槽钢锁固，利用备用凝泵的电机刚度来增加运行凝泵的电机刚度。双“井”字加固方案具体实施内容是，每台凝泵电机都用“井”字槽钢夹起来，并将槽钢焊接在汽机0米地面基础上。牢笼式加固方案具体实施内容是，在双“井”字加固方案的基础上再增加四条支撑在凝泵坑内斜拉支撑槽钢。这些方案通过加固凝泵电机外壳，对凝泵变频振动问题起到了一定的改善作用，但也给凝泵电机检修带来了困难，每次检修都要先拆除钢架，且电机吊装空间也受到了限制。对应实施效果，目前仅在较小的热电厂有完全效果，600MW以上级别电厂有部分效果。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
2.2共振回避法。具体实施方案是，在凝泵四级叶轮中取掉一级，降低凝泵的出力，使相同凝结水流量下凝泵的转速上升，避开振动大的频率区间。其实施依据是，凝泵变频振动大的频率区间多数是在40Hz以下，在相同凝结水流量的前提下，出力小的水泵需要更高的转速才能达到要求的流量，通过减小水泵的出力，使相同凝结水流量下，凝泵运行在更高的频率，从而避开振动高的频率区间，达到满足运行需求的前提下控制凝泵电机振动的目的。此种方案，比较适合于凝泵选型过大的机组，但对与凝泵出力裕量不太大的机组却有很大的负作用，凝泵取消一级叶轮，降出力后由于凝泵的裕量被吃尽，特殊工况下凝泵出力不足反而导致机组带不了满负荷，比如高加切除工况。
2.3流道修整加共振回避法。具体实施方案是，在共振回避方案取消一级凝泵叶轮的基础上，对剩下的三级叶轮的流道开口进行修整，通过叶轮打磨的方法将叶轮出口叶边厚度降低1mm，从而提升叶轮的通流能力，并改变叶轮原有的共振频率区间，达到既不降低凝泵最大出力又治理凝泵变频振动的双重目标。其实施依据是，凝泵是长轴系统，水泵叶轮在地面以下-5m，加上电机轴承，整体轴系长度超过9m，水泵叶轮处由于埋人地下振动无法测量，仅能通过联轴器、电机两端间接测量。由于变频运行单独试转电机时不存在共振频率区间，因而可以推断凝泵轴系的变频共振发源点是水泵本身。任何转机设备都存在临界转速，通过改变转机设备结构能改变临界转速区间。打磨叶轮叶边厚度后，相当于对叶轮进行减重，必然使叶轮的临界转速区间改变，从而解决特定低频区间振动大的问题。目前此种方案是效果最好的方案，江苏大唐国际吕四港电厂4台机组8台凝泵进行了相应改造，有7台凝泵低频共振频率由40HZ降到了35HZ以下，解决了常见负荷区间内的凝泵低频振动大问题。
3 产生振动的原因分析
由于凝泵原始设计没有考虑变频运行，因此在生产制造环节的质量考核标准都是按照工频转速1500rpm把控的。一台低频运行振动不合格的凝泵不能说其质量不合格，其各项指标在1500rpm时可能完全达标甚至是优秀。这样设计的凝泵，后期要改成变频运行，并且要求各频率段振动都达到要求，是一种苛求。要一台转机在新的转速下长期稳定运行，需要对转机进行重新的设计校验并进行相应试验检测，甚至做出部分修改。但现在进行设备变频改造的时候，往往注重电气、电机部分检测，忽视了机务部分检测及改造工作。有的电厂凝泵变频改造后，凝结水泵轴系返厂检修依然按照工频转速来验收，只做1500rpm的动平衡试验，根本不涉及变频运行转速。这样怎么可能保证水泵在低频时运行振动合格。因此凝泵低频共振问题表面原因是水泵自身特性在低频运行下振动大，其根本原因是改造项目的管理问题，凝泵变频改造改的是电气部分，但受影响的是机务转机设备，机务部分没有进行专门的设计与改造，没有进行充分的测试检验，所以带来了变频改造后凝泵低频振动问题。
4 总结
凝泵低频振动问题，是由电厂节能改造所伴生出来的新问题。各电厂都进行了不同层度的探索，其中江苏大唐国际吕四港电厂采用流道修整加共振回避方法，取得了良好的经济效益，基本解决了凝泵低频共振问题，给凝泵低频振动治理提供了一个好的借鉴方案。同时我们也从中可看出转机设备由工频改变频需要在方案设计、试验验收上对机务设备投入更多的关注。增加机务设备在不同转速下的试验与测试，对不同转速进行动平衡试验，并对发现问题进行处理，这样才能从根本上解决低频振动问题。
【参考文献】
［1］吕四港电厂凝结水泵说明书[M].长沙：长沙水泵厂有限公司，2007.
［2］吕四港电厂凝结水泵施工图纸[S].长沙：长沙水泵厂有限公司，2007.
［3］吕四港电厂凝结水泵改造图纸[S].长沙：长沙水泵厂有限公司，2012.
论文作者:李伟林
论文发表刊物:《中国电气工程学报》2018年第10期
论文发表时间:2019/1/2
标签：电机论文; 低频论文; 叶轮论文; 水泵论文; 转速论文; 电厂论文; 方案论文; 《中国电气工程学报》2018年第10期论文;