超超临界660MW机组凝结水泵变频振动治理

李伟林，张海峰

(江苏大唐国际吕四港发电有限责任公司，江苏启东226246)

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，即出现变频改造后凝泵电机的低频共振这个普遍问题，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1500 r/m in，经过变频改造后转速可在0～1500 r/m in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900 r/min。凝泵配套电机设备长期运行的最低振动标准是75μm，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80μm，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20～30A。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，因此变频改造后遇到了振动问题。

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。

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的振动状况。单“井”字加固方案具体实施内容是，在2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0m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。3种方案的示意图如图1—3所示（粗线部分为固定槽钢）。

图1 单“井”字固定法示意图

2.2 共振回避法

图2 双“井”字固定法示意图

图3 牢笼式固定法示意图

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。凝泵去掉一级叶轮的示意图如图4、图5所示。

图4 凝泵结构图

图5 取掉第3级叶轮后凝泵结构图

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出口流道进行修整，通过将叶轮出口流道打磨的方法将叶轮出口叶边前后弧面稍微减薄，打磨区域长度约为50mm，从而增加叶轮出口的扩散能力，以期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。其实施依据为凝泵是长轴系统，水泵叶轮在地面以下-5m，加上电机轴承，整体轴系长度超过9 m，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。打磨叶轮叶片末端后，扩大了叶片出口的扩散面积，同时也间接对叶轮进行了减重，这些改变必然导致叶轮的临界转速区间会发生改变，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。凝泵叶轮打磨位置示意图如图6所示。

图6 凝泵叶轮打磨位置示意图

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1500 r/m in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1500 r/m in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。要保证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。但现在进行凝泵变频改造的时候，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1500 r/min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，实际上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部分，转速改变后机务部分没有进行相应的设计与改造，没有进行充分的测试与检验，所以带来了变频改造后凝泵低频振动问题。

4 经济效益

按600MW级别发电机组测算，凝泵变频深度由40Hz降到35 Hz，可降低凝结水泵运行电流平均25 A，厂用电率可降低0.01%，每小时可节电273 kW·h。按每台泵年运行8000 h计算，则年节电分别为273×8000=218.4万kW·h， 按上网电价0.43元/（kW·h）计算，则年效益分别为218.4×0.43=93.9万元，能够取得良好的经济效益。同时凝结水泵低频振动问题解决后，使凝泵安全性提高，设备寿命延长，更能降低检修维护费用。是经济性和安全性双赢的结果。

5 结束语

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。

[1]黄莉莉，李建河.凝结水泵变频改造节能效果分析及提高措施[J].热力发电，2011（6）：85-87.

[2]陈柏权，刘明君，吴志强.600MW机组凝泵变频运行振动分析及治理[J]浙江电力，2013（1）：60-62.