100 MW机组凝结水泵电动机振动故障分析及处理

孙 斌

(中国石化上海石油化工股份有限公司热电部，上海 200540)

某热电厂汽机联合装置100 MW汽轮机组的凝结水泵，其运行状况一直比较稳定，2019年9月发现甲凝结水泵电动机自由端振动位移值突然上升至80 μm，已接近运行规程所规定的上限值100 μm，且振动位移值存在明显的上升趋势。停泵后分别对出口管道支架、出口连接法兰和凝结水泵筒体基础进行了检查，未发现明显的异常现象。因此，委托某检验检测公司对凝结水泵电动机运行的振动情况进行频谱测量和分析。频谱检测报告中显示当凝结水泵出口门开足时，其电动机的自由端振动位移值异常,属于工频振动故障类型。

为此，针对工频所对应的故障类型，经过多次试验和分析，结合凝结水泵运行、检修的情况，采取了相应的解决措施，最终找到了引起凝结水泵电动机振动超标的根本原因为电动机与支架存在结构共振。通过试验查找结构共振源，采取增加支撑、结合面之间加装减振垫片和更换电动机支架等措施，消除凝结水泵的结构共振故障，保证凝结水泵的平稳安全运行。

1 设备概况

凝汽式汽轮发电动机组一般均配备凝结水泵来提高凝结水压力，该设备的长期稳定运行，与机组的负荷密切相关[1]。某热电厂CC100双抽凝汽式汽轮发电机组，配备甲、乙两台凝结水泵，运行过程中采用一用一备模式。该凝结水泵为五级电动离心泵，立式结构，刚性支撑，电动机功率为500 kW，电压为6 kV，转速为1 500 r/min。电动机与凝结水泵通过弹性柱销联轴器连接，该电动机的各测点如图1所示。

图1 凝泵甲各测点示意

2 原因分析

2019年9月凝结水泵运行过程中，电动机自由端振动位移值突然上升至80 μm，已接近运行规程所规定的上限值100 μm，电动机振动数据见表1。

表1 电动机检修前各测点振动位移值 μm

影响凝结水泵振动的原因可能来自管系、电动机、泵体以及其他共振等因素，为了查找振动超标的根本原因，先排除易查因素的影响，做了如下检查工作。

2.1 检查出口管道支架

凝结水泵出口管道支架为滑动托架，现场支架情况经与设计比较，无脱空、偏移等现象，支架正常。因此，确认该因素不是影响振动的原因。

2.2 检查出口连接法兰

经现场检查，出口法兰没有明显的错位现象，结合该泵此前振动良好的情况，确认该因素也不是振动影响的原因。

2.3 检查筒体基础

凝结水泵基础为基建时浇筑而成。按照凝结水泵基础设计要求进行检查：若钢筋混凝土结构不实，则凝结水泵在首次启动时，其振动位移值就会一直偏大。但此泵的振动位移值最近才出现上升趋势，可以排除土建因素对该泵的影响，同时检查筒体的连接螺栓，并将其全部紧固。因此，也可以排除确认该因素对振动的影响。

2.4 频谱测量分析

排除最容易辨识的因素后，对凝结水泵电动机进行了频谱测量分析，结果显示振动频谱图中主要是以工频为主。

由频谱测量分析可以得出：电动机自由端轴承东西向和南北向的主要振动频率均以工频(25 Hz)为主，且该轴承东西向的振动速度值为7.8 mm/s，远远大于其南北向的振动速度值3.8 mm/s。同时，频谱图中也存在少量的多倍频成分，但幅值较低，总体状况良好；另外，电动机自由端轴承东西向的频谱图中仍存在微量的高次谐波成分。针对工频所对应的故障类型，后续又做了试验和分析。

2.5 检查电动机自身性能

电动机电气方面原因(三相电流不平衡、电磁不平衡)、电动机机械方面原因(电动机轴、轴承之间间隙不合适、电动机定子、转子实际空气间隙值超标、电动机转子不平衡)等均会导致电动机振动增大。为了排除电动机方面的问题，对甲凝结水泵电动机进行轴承更换和动平衡。在试验台上单试电动机，各方向振动值均在10 μm以内。电动机就位后，其振动位移值仍偏大，电动机振动数据见表2。

表2 电动机检修后各测点振动位移值 μm

因此，可以确认运行过程中电动机自由端轴承东西向振动位移值较大，并非由电动机自身的电气或机械原因引起。

2.6 检查凝结水泵安装质量标准

由于电动机安装在凝结水泵上部位置，凝结水泵安装设计、装配偏差以及轴系不对中等均会造成电动机振动大。查阅该泵的安装说明书，电动机的安装水平度应在0.05/1 000以下；联轴器安装质量标准应满足端面和外圆偏差均小于0.05 mm；转子总窜动量小于9.5 mm。

由于汽轮机组处于运行状态，若将泵解体检查，会造成汽轮机组在运行过程中无备用泵，存在一定的安全隐患。因此，仅仅检查了电动机支架的水平度以及电动机轴和泵轴的对中情况，电动机支架的水平度为0.04/1 000；端面偏差为0.04 mm，外圆偏差为0.01 mm，对中数据如图2所示；转子总窜动量为9.4 mm，结果显示均良好，符合凝结水泵安装标准。

图2 联轴器校对中心

2.7 检查电动机与支架结构共振情况

将一套备用的电动机和支架、现用的电动机和支架共4个备件相互调换，并重新进行排列组合，发现每一种组合方式所测得的振动位移值均偏高。该结果表明，更换备件后对电动机的振动趋势无明显影响。

为了判断是否存在结构共振，在电动机空载的情况下，松动电动机与支架连接螺栓，发现其自由端轴承东西向振动位移值大幅下降，电动机振动数据见表3。

表3 连接螺栓松动后电动机各测点振动位移值 μm

综上所述，可以判断该泵电动机振动超标的根本原因为结构共振。

3 对策实施与效果

3.1 对策实施

为了消除结构共振源，制定并执行了一系列减振措施：①在电动机和支架之间加装减振垫片；②在支架底部加装木头支撑；③在电动机底部加装金属支撑，并调整其安装角度，如图3所示。在加装减振垫片和支撑后，观察并分别记录电动机各个测点的振动数据。

图3 电动机支架底部加装金属支撑

3.2 效果检查

在实施上述对策后，将凝结水泵再次启动并试重车，委托检验检测公司对该凝结水泵电动机的各个测点进行测振，测量数据表明各个测点的振动位移值均明显下降(见表4)。

表4 对策实施前后电动机各测点振动位移值 μm

由表4可知：在电动机支架底部加装金属支撑后，其自由端轴承东西向振动位移值下降至合格水平(31 μm)，并保持稳定，减振效果较明显。

4 结语

为了节省空间和便于管道布置，多数热电厂凝结水泵采用了立式泵。立式凝结水泵由于轴系支撑刚度低，进而导致了结构共振。结合频谱分析，通过各种试验来查找结构共振源，选择增加支撑、结合面之间加装减振垫片以及更换电动机支架等措施，来消除立式凝结水泵的结构共振故障，把设备运行的风险和经济损失减小到最低。与泵和电动机解体检修进行对比，不仅节约了大量的人力、物力、财力，而且保证了凝结水泵的平稳安全运行。