390 MW燃机机组凝结水泵电机振动分析及动平衡处理

徐光学， 柴保桐 ，马 欣 ，韩 晨

(1.安徽华电芜湖发电有限公司，安徽 芜湖 241000；2.华电电力科学研究院有限公司， 杭州 310030)

发电机组凝结水泵的作用是把凝汽器热井中的凝结水经低压加热器打入除氧器，其既要维持凝汽器热井水位稳定又要保证除氧器中的水量，在发电生产过程中，既要满足生产工艺要求又不能造成电能的浪费，因此，保持凝结水泵的安全可靠运行显得至关重要。若其出现振动须做动平衡试验并处理。

1 设备概况

2019年1月某发电厂在大修后，3号A凝结水泵试转时出现振动大情况。驱动电机为四级立式电机，电机的自由端有散热风扇，通过单键直接连接在电机轴上，该电机通过联轴器与凝结水泵相连。本次现场振动数据采集使用EVM8动平衡振动分析仪。该凝结水泵振动传感器采用2个磁电式速度传感器，其灵敏度为19.7 mV/mm。键相传感器使用光电式传感器，位于凝结水泵电机驱动端；速度传感器分别位于给水泵电机非驱动端垂直方向和驱动端垂直方向，键相传感器与速度传感器布置在同一直线上，测点布置见图1。

图1 3号A凝结水泵振动测点布置

2 故障现象及原因分析

3号A凝结水泵大修结束后，试运转时发现振动大。在现场按照图1布置完凝结水泵电机键相传感器和振动测点后，20190110T10:30:00启机试转，在转速1 493 r/min时测得该电机原始振动数据(见表1)。表1 中的3组振动数据为不同时刻所测，计算时可取其均值。

结合表1所列振动数据和设备结构特点可以看出，凝结水泵电机驱动端和自由端工频分量所占比例很大，在额定转速下1X分量的相位和幅值比较稳定；同时该凝结水泵为立式旋转设备，泵与电机通过弹性柱销联轴器相连，电机座通过螺栓连接到凝结水泵上，电机非驱动端振动比驱动端振动大的特点，经综合判断认为导致设备振动异常的主要原因是由转子不平衡引起的，可以采用现场高速动平衡试验来解决[1-3]。

表1 3号A凝结水泵电机振动数据

3 动平衡理论及试验

动平衡试验需要试加重，根据加重前后的振动变化计算应加质量。理论上，试加的质量大小和角度可以随便确定；实际上，试加重对于动平衡工作非常重要。试加质量合适与否，直接关系到动平衡工作的效率和精度[4]。

当影响系数已知时，由影响系数和原始振动数据可以直接计算出试加质量和角度，比较简单。当影响系数未知时，需要由原始振动数据估算试加质量和角度，所要考虑的因素比较多。

3.1 试加重角度的合理确定

现场高速动平衡试验时，试加重角度与试加重质量大小相比，前者尤为重要。这是由于： 试加重角度选取准确，会使试加重后的振动降低，同时也为后续的动平衡试验提供了有利条件； 试加重角度选择合适，即使试加重质量偏重或者偏轻，都会使加重后的振动发生显著变化，而且有利于求得比较精准的动平衡影响系数。

通过确定现场鉴相器、传感器实际位置及已知的振动相位角后，动平衡试验过程中不平衡力角度的影响因素主要取决于设备机械滞后角[5]。机械滞后角械滞后角大小不仅与设备转子支撑特性有关，而且也受转子自身的临界转速和需要平衡转速间的远近距离影响(见表2)。

表2 刚性支撑系统机械滞后角 (0)

3.2 单平面影响系数的确定

a.测试原始振动数据。测试设备在额定转速下的原始振动数据A0(见表1)。

b.试加质量M1。M1大小可以按照加重产生的离心力近似等于10%转子重力的原则来确定。

试加重角度α公式为：

α=β-θ+180°

(1)

式中：β为转子某一侧轴承的原始相位；θ为机械滞后角。

c.测试配重振动数据。配重后启动设备，升至额定转速，记录振动数据A1(见表3)。

表3 首次动平衡后振动数据A1

d.调整配质量M2。

M2的计算公式为：

M2=-A0M1/(A1-A0)

(2)

设备上试加重前后产生的振动矢量ΔA为：

ΔA=A1-A0

(3)

单平面影响系数α’为：

α’=ΔA/M1

(4)

将公式(4)代入公式(2)得出：

M2=-A0/α’

(5)

3.3 动平衡试验

对凝结水泵电机转子进行现场动平衡试验可通过影响系数法进行配重，即首先测试凝结水泵电机额定转速下无配重振动。然后停机进行振动分析、选定试加质量平面，试加质量后启动凝结水泵电机，对各轴承振动进行测量。通过加重前后的振动数据计算动平衡影响系数，然后根据所求结果校正配重；校正配重后，启机测量振动，若振动值降至允许范围，则现场动平衡试验结束，否则继续进行校正调整[6]。

通过对表1中凝结水泵电机振动原始数据进行分析，发现电机自由端和驱动端振动基本同相，根据现场所具备的加重平面和允许的加重条件，决定在电机自由端风扇轮上进行配重。考虑电机工作转速为1 493 r/min，位于一阶临界转速之下，机械滞后角可试取为30°，根据现场实践经验，首次试加质量约为25 g，即在电机自由端风扇轮单面加质量25 g，角度45°。20190110T15:50:00，电机首次试加重后启机测试，其加重后振动情况见表3。

与动平衡试验前相比，凝结水泵电机振动有所下降。停机进行动平衡调整试验，调整方案为：保留首次配重的前提下，在电机自由端风扇叶轮处再次加质量25 g，角度90°。20190110T20:15:00，第二次动平衡试验后振动数据见表4。

表4 第二次动平衡后振动数据A2

3.4 处理效果

第二次动平衡试验启机后的振动数据分析表明，经过现场2次动平衡试验后振动得到了很好的改善，使凝结水泵电机在额定工作转速下能够安全稳定运行，目前该电机运行情况符合我国对于大型旋转设备安全稳定运行的相关规定[3]。

4 结论

通过对凝结水泵电机振动大故障进行现场诊断分析，发现不平衡是造成该设备异常振动的主要原因。根据大型旋转机械动平衡试验原理，并结合现场实际情况对该凝结水泵电机进行2次现场动平衡试验，最终使该凝结水泵电机振动大现象得以改善，保证了该设备安全、稳定运行。