600 MW机组凝泵变频运行振动分析及治理

陈伯权，刘明军，吴志强

（浙能北仑发电有限公司，浙江宁波315800）

600 MW机组凝泵变频运行振动分析及治理

陈伯权，刘明军，吴志强

（浙能北仑发电有限公司，浙江宁波315800）

某600 MW机组凝结水泵经变频改造后在变频工作区运行振动很大。通过对凝泵筒体进行理论建模计算分析，了解变频设备在变频运行范围内的特性，结合现场实际情况对凝泵先后进行了3次加固改造，有效解决了凝泵振动大的问题。

凝结水泵；变频；振动治理

凝结水泵（简称凝泵）是火电机组的主要辅机之一，耗电量较大。为了降低凝泵电耗，变频调速技术以其调节性能好、节能效果显著等特点目前成为发电厂技术改造行之有效的手段。但是，凝泵设计时是按照定速运行方式的，经过变频改造后，凝泵运行转速在50%～90%工频之间变频运行，振动较大。针对凝泵在变频改造后泵和筒体之间的共振问题，通过对筒体的理论模态计算，分析振动大的原因，并提出了治理方案。

1 第1次改造

某凝泵在变频改造后进行变频调试，振动随转速有较大变化，振动明显增加区域为850～900 r/min之间，最高的位移振动峰值达到200 μm以上。对其进行解体检修，发现下橡胶轴承磨损严重，其余部件情况良好，该次检修更换了轴承，同时对水泵基座进行加固改造，在筒体外侧均匀增加了4根竖向加强筋（如图1所示），但对筒体的刚度影响似乎不大，装复后调试情况仍然不是很理想，测量的振动值如表1所示。

图1 凝泵筒体外的加强筋

表1 凝泵振动数据

从振动数据看，凝泵振动以工频为主且存在共振现象，共振转速在880 r/min左右；从电动机下部筒体振动数据看，存在2个共振峰，第一共振转速低于780 r/min，第二共振转速880 r/min。考虑到850～900 r/min这个转速区间是凝泵变频运行最常用的转速范围，因此在振动问题解决之前，该凝泵无法投入变频运行。

针对凝泵的振动问题，经分析发现存在转子－轴承－基础系统共振现象，可以采用强化基座筒体刚度的方法以提高桶体的固有频率转速，在变频转速范围内能够避开基座筒体的固有频率转速，从而在工作转速下解决振动值过大的问题。

2 第2次改造

该凝泵属于立式泵，是支撑在一个桶式支座上，水泵本体对泵的桶式支座的刚度没有影响，但泵体的质量影响桶体的自振频率。因此在进行泵的支座模态分析时，应考虑水泵的质量载荷对支座的影响。

凝泵支座桶体材质为钢，其物性参数为：密度7 800 kg/m3，弹性模量2．11×1011Pa，泊松比为0．3；水泵的质量为32 200 kg；位移边界条件：支座底部位移约束为零，其余为自由边界。

首先对凝泵的基座筒体进行建模，在对各种加固方案进行模态分析基础上，提出图2所示的改造方案。与第1次改造方案相比，竖筋增加了4根（共8根），并在上侧增加了压板，同时右中部增加了1个环型横筋。2次改造后桶体固有频率转速计算值比较如表2所示。

图2 凝泵筒体新增的加强筋

第2次改造后进行了变频运行测试，其实测结果如表3所示。由表中数据发现，改造后南北向的固有频率转速由原来的880 r/min提高到980 r/min，最高的位移振动峰值为167 μm。

表2 两次改造后筒体固有频率转速计算值比较r·min－1

表3 凝泵改造后振动数据

从本次测试数据和频谱分析结果可以发现：

（1）桶体南北向有2个频谱线，第一频谱在转速770 r/min左右，结合以前的测试数据，可以确定这是电动机和泵的轴系临界转速；而主要的共振峰转速即桶体的固有频率转速为980 r/min；在变频经常运行的转速区间，振动已经低于50 μm，达到改造的要求。

（2）改造后桶体的固有频率转速在980 r/min下运行时，其振动峰值为167 μm，比改造前在880 r/min下的振动幅值（252 μm）下降了35%左右，这说明振动治理效果明显。

由于桶体固有频率转速接近该泵的额定工作转速，如果变频器发生故障，系统则会直接切换到额定工作转速，此时振动幅值达到132 μm，在这样的振动幅值下长期运行仍不合适，所以还需对凝泵桶体进行加固改造。

3 第3次改造

考虑到改造后的桶体固有频率转速在980～990 r/min之内，即在工频范围之内，因此要对凝泵桶体进行进一步加固，以期望使之超过1 000 r/min。

由计算值和测量值的对比可以发现，第2次改造所用的模型其理论计算值南北向的固有频率转速为1 118 r/min，但实测结果是980 r/min，为理论计算值的88%。这说明计算结果与实际改造后效果有一定的差距，但也有一个大致的类比关系，取该比例值为0．88。

另外，由计算可知凝泵的支撑桶体在没有圆孔和方孔时，其固有频率转速为1 550 r/min。在设有圆孔和方孔时，支撑桶体的刚度下降，东西向和南北向的固有频率转速分别为858和888 r/min，这一转速正好是凝泵变频运行时经常运行的转速区域。因此，应对圆孔和方孔处进行刚度加强处理。

图3 所示的改造方案是在图2的基础上在圆孔和方孔的左右和下方增加了加强筋，东西向和南北向的固有频率转速计算值分别为1 172 r/min和1 148 r/min，经过0.88的修正后预期实测固有频率转速为1 031 r/min和1 011 r/min，均超过了1 000 r/min，基本达到加固的要求。改造后实测结果如表4所示。

图3 加固方孔和圆孔

表4 凝泵第3次改造后振动数据

表4数据表明，在970 r/min以下的变频范围内，振动幅值都在50 μm以内，达到了优良的标准，但在990 r/min时，振动幅值仍然较大达到110 μm。若要避开共振区域，桶体的固有频率转速最好能比共振转速高20%以上。但是通过对凝泵的模态分析可知，改造后的桶体固有频率转速理论计算值已达到了1 178 r/min，很难再提高桶体的固有频率转速。

凝泵在未进行加固时工频运行下，其振动幅值已处于一个较高值达78 μm左右（通常该类水泵的振幅在50 μm以下），说明泵本身可能还存在一些问题。建议对凝泵进行进一步的探查和动平衡试验，以减弱或消除水泵的激振源。

4 结语

凝泵变频运行使泵在一个很宽的转速范围内工作，这有可能使泵的工作转速接近泵的临界转速或与支撑泵的桶体发生共振，从而对泵的安全运行造成损害。因此在进行变频改造前，应对泵和相关结构系统进行全面的模态分析和安全评估。在对支撑泵的桶体进行改造时，也应先进行模态计算分析和方案筛选，以获得相对较优的改造方案。

通过3次改造，凝泵在变频和工频范围内可正常运行，虽然在局部转速区域内振动略超过允许值，但已不影响设备整体运行水平。

[1]章建林.变频改造后凝结水泵振动原因分析与对策[J].水泵技术，2007（1）:41-42.

（本文编辑：陆莹）

Cause Analysis and Control over Vibration of Condensate Pump of 600 MW Units in Variable-frequency Operation

CHEN Bo-quan，LIU Ming-jun，WU Zhi-qiang
（Zheneng Beilun Power Generation Co．，Ltd，Ningbo Zhejiang 315800，China）

The condensate pump of 600 MW vibrates greatly in variable-frequency working area after frequency conversion．By modeling of condensate pump for calculation and analysis，characteristic of variable-frequency equipment in scope of variable-frequency operation are learned．In combination with field practices，the condensate pump is reinforced three times，which effectively solved the problem of the great vibration of condensate pump．

condensate pump；frequency conversion；vibration control

TK264．1+2

：B

：1007－1881（2013）01－0056－03

2012-05-30

陈伯权（1956-），男，浙江慈溪人，工程师，长期从事发电厂运行、检修、设备技术管理工作。