防止转子共振技术在凝结水泵变频改造的应用

摘 要：本文以长春热电发展有限公司3、4号机组凝结水泵变频改造的实际案例，论述了防止凝结水泵转子共振技术在变速改造中的应用，对解决此类问题的改造项目具有广泛的推广意义。

关键词：转子；改造；共振技术；应用

0 前言

由电动机拖动的泵类转子产生共振，去除电气方面的因素，一般來讲，主要有以下两方面因素构成：

从机械方面分析，电动机和水泵转动部件质量不平衡、粗制滥造、安装质量不良、机组轴线不对称、摆度超过允许值，零部件的机械强度和刚度较差、轴承和密封部件磨损破坏，以及水泵临界转速出现与机组固有频率一直引起的共振等，都会产生强烈的振动和噪音。

从水力方面分析，水泵进口流速和压力分布不均匀，泵进出口工作液体的压力脉动、液体绕流、偏流和脱流，非定额工况以及各种原因引起的水泵汽蚀等，都是常见的引起泵机组振动的原因。

长春热电发展有限公司3、4号机组凝结水泵为北京昌宁泵业有限公司生产的NLTD280Ⅰ-7型，其第一临界转速设计在1220-1380rpm，该转速区间为实施变频改造水泵经常性工作区间，为防止变频运行时出现共振造成设备损坏事故，需应用防止转子共振技术对凝结水泵转子实施技术改造，以改变凝结水泵转子的临界转速。

1 技术改造的边界条件

1.1 设备技术规范

型 号：NLTD280Ⅰ-7 生产厂家：北京昌宁泵业有限公司

主要参数：流量：230m3/h 扬程：192mH2O

电动机型号：YLST355-4

主要参数：功率220kW 转速1480r/min 电流26.4A 电压6000V

1.2 实施凝结水泵转子技术改造原则：

第一临界转速调整到工作转速的1.5倍以上；不改变原有泵的整体外形尺寸、性能参数（流量和扬程）；不增加轴功；振动指标优于改造前水平。

2 防止转子共振技术在凝结水泵变频改造中的应用

防止发生转子共振，对泵的转子进行改造通常有三种途径，一是通过改变叶轮叶片水力结构；二是增加轴的刚性系数，改善轴承支撑；三是通过改变转子的重量来改变固有频率；由于实施变频改造并更换电动机，系统参数需要保持，因此结合实际情况，拟采用改变叶轮叶片水力和增加轴的刚性系数两种手段，对该型号凝结水泵转子进行改造，按照G2.5标准进行严格动静平衡校正的方法，将该泵的第一临界转速调整到工作转速的1.5倍以上，从而达到防止产生共振的目的。

2.1 泵主轴的改造方案

该泵主轴原采用45#钢材料，调质硬度H=217-241，轴长2032mm。主轴转子两端轴承支撑，一端在首级叶轮与第二次叶轮，另一端在传动轴靠近与主轴联轴器侧，如图1。

由于泵轴比较长，电机支架上增加轴承室总成一套，用以将原泵电机承受的轴向力由泵本身承受。在改造的同时优化轴承支架的力学结构，避免原电机支架结构力不足引起设备运行不稳定的情况。

由于改造后的电机支架较原电机支架长了350mm，因此泵的传动轴需要加长350mm，新传动轴采用45#钢，调质硬度H=245-285增加轴的刚度（原泵轴调质硬度为H=217-241）。

改造前后对比示意图见图2：

2.2 导叶叶轮的改造方案

原叶轮动平衡量为按G6.3标准设计，叶轮设计叶片数为6片，导叶叶片11片，其叶片分配不均匀及不对称造成叶轮圆周出水的不平衡产生径向跳动，导致整个转子在临界转速的振动。这是基于改善导向叶轮的水力结构，防止工作液体的压力脉动、液体绕流、偏流和脱流造成的振动，导叶进行叶片匹配，改造导叶为12叶片，改造后水力模型更平稳，可靠；ZG1Cr13Ni比ZG1Cr13具有更优越的抗振性能和机械性能。按G1.0标准重新制作叶轮模型，并按G2.5标准进行动平衡校正，保证其剩余不平衡量不大于2g.mm。

附表说明改造前后叶轮的主要数据变化：

改造前后的导叶叶轮结构对比示意见图3：

2.3 联轴器对轮改造

改造后联轴器采用弹性膜片型式，膜片联轴器能补偿电机与凝结水泵转子之间由于制造误差、安装误差、承载变形以及温升变化的影响等所引起的轴向、径向和角向偏移，具有结构简单、重量轻、体积小、装拆方便的特点，而且具有弹性减振、无噪声的优点。

3 综述

转子动平衡将经过单独动平衡校正的转子部件组装后，对转子进行整体G2.5标准校正，使其剩余不平衡量不大于40g.mm，改造后的泵组联机在水泵厂进行变频运行试验，对其性能参数进行测试，数据见表2（数据摘自：长春水泵制造有限公司质量检测中心测试报告）。

数据表明，通过改变叶轮叶片水力结构；增加轴的刚性系数，改善轴承支撑，使得该转子在全转速调节范围内实现安全稳定运行，为解决此类问题积累了丰富的实践经验。

参考文献：

[1]何川等主编.泵与风机[M].北京：中国电力出版社，2008.

[2]长春水泵制造有限公司.C-VCP凝结水泵安装使用说明及转子总装图[S].

作者简介：王波，大唐长春第二热电有限责任公司汽机分场副主任，2012年主持了长春热电发展有限公司3、4号机组凝结水泵转子改造工作。