辅机工频改变频引起的共振分析及措施

李国庆，刘 岩，王乃斌，徐 威

(中电华创(苏州)电力技术研究有限公司，江苏 苏州 215123)

清洁能源装机容量占比的提升对火电机组深度调峰能力提出了越来越高的要求，调峰状态下机组设备运行的工况往往与设计工况相差甚远，导致机组的能耗升高。随着节能降耗目标的日益明确、变频技术的逐渐成熟，越来越多的机组通过技术改造，将风机、泵等辅机设备从工频改为变频[1-4]。

辅机工频改变频给机组带来了显著的节能效果，但同时也带来了一些问题，目前最为突出的是振动异常，影响机组的安全稳定运行。本文通过案例分析辅机工频改造为变频后设备的振动异常情况及处理方法，并且给出了改变频后出现振动异常的应对措施。

1 基本理论

共振是指当设备所受的激振频率与其自身固有频率相近，也就是设备工作转速接近设备临界转速时，振动明显增大的现象。振动的表达式可以用式(1)表示。

(1)

式中A——振幅，m；F——不平衡力，N；k——设备刚度，N/m；ω——工作转速，m/s；ωn——临界转速，m/s。

当旋转设备在转动时，其不平衡力的表达式：

(2)

式中m——旋转机械存在的不平衡质量，kg；r——不平衡质点到旋转中心的长度，m。

由式(2)能够发现，不平衡力与不平衡质量、旋距和旋转速度的平方成正比例关系。

2 案例分析

(1)某厂1号机组凝结水泵为上海凯士比泵有限公司生产制造的NLT 500-570×i型筒袋立式多级离心泵，电机为上海电机厂生产制造的YLKS 630-4型立式电机。设备结构简图见图1。

图1 凝泵振动传感器测点

在电机和凝结水泵的联轴器处贴反光条，架设键相传感器。在电机顶部和底部安装临时速度传感器，监测凝结水泵电机侧振动情况，将电机振动测点命名为水流方向和垂直水流方向。具体振动测试数据见表1。

表1 凝结水泵电机单转振动测试数据表 μm

首先检查了设备安装的水平度，实际的水平度约为230 μm/m，远超规定的50 μm/m。按照厂家安装手册将电机水平度进行了调整，调整后振动有所降低，但并没有符合要求。从原始测试数据发现，振动分量均以1倍频分量为主，决定进行现场动平衡。受制于现场平衡位置的限制，只能以凝结水泵经常运行时的频段为基准进行现场的平衡调整，调整后电机在30 Hz及以上频段振动达到了合格水平，振动数据见表2。

表2 动平衡后凝结水泵电机带载振动测试数据表 μm

(2)某电厂4号A引风机是由成都电力机械厂制造生产的 AN35e6(V13+4°)型，轴流式、静叶可调风机。轴系支撑简图如图2所示。

图2 轴系支撑简图

该风机在变频改造后出现振动偏大情况，某次检修后振动严重超标，技术人员决定通过动平衡减弱振动影响，引风机的原始振动情况具体参数见表3。

表3 引风机原始振动数据表 μm

通过测试数据可知，风机和电机均在水平方向振动偏大，并且以1倍频为主，决定尝试通过高速动平衡的方式降低振动，配重后振动数据见表4。动平衡处理后，在800 r/min及以下转速时，风机及电机各方向振动均小于50 μm，继续动平衡处理振动值不再下降，至此处理工作结束，建议运行人员使风机工作转速保持在800 r/min以下。

表4 动平衡后引风机振动数据表 μm

3 结语

共振是电厂辅机工频改变频后常见的故障，难以消除。本文2个案例通过动平衡降低了不平衡因素的影响，设备运转时避开共振区，减弱了共振的影响。对于改变频后设备发生的共振问题，可以采取的措施具体如下。

(1)改变设备自身固有频率。通过改变设备自身的结构或者重量从而改变自身固有频率，使共振的区间范围发生变化，以满足设备实际的运行要求；

(2)使设备不在共振区间工作。如果设备的固有频率不易调整，可以适当升高或者降低设备的工作转速，避开共振区间；

(3)消除其他因素的影响。共振区间内运行的设备对于外界激振力更为敏感，很小的激振力可能导致比较大的振动响应。因此，对于存在共振的设备，要尽量消除其他方面因素造成振动的影响，如消除不平衡质量、保证基础牢固、轴系对中符合要求、立式泵要保证水平度达标等。