徐光學(xué)， 柴保桐 ，馬 欣 ，韓 晨

(1.安徽華電蕪湖發(fā)電有限公司，安徽 蕪湖 241000；2.華電電力科學(xué)研究院有限公司， 杭州 310030)

發(fā)電機(jī)組凝結(jié)水泵的作用是把凝汽器熱井中的凝結(jié)水經(jīng)低壓加熱器打入除氧器，其既要維持凝汽器熱井水位穩(wěn)定又要保證除氧器中的水量，在發(fā)電生產(chǎn)過程中，既要滿足生產(chǎn)工藝要求又不能造成電能的浪費(fèi)，因此，保持凝結(jié)水泵的安全可靠運(yùn)行顯得至關(guān)重要。若其出現(xiàn)振動(dòng)須做動(dòng)平衡試驗(yàn)并處理。

1 設(shè)備概況

2019年1月某發(fā)電廠在大修后，3號(hào)A凝結(jié)水泵試轉(zhuǎn)時(shí)出現(xiàn)振動(dòng)大情況。驅(qū)動(dòng)電機(jī)為四級(jí)立式電機(jī)，電機(jī)的自由端有散熱風(fēng)扇，通過單鍵直接連接在電機(jī)軸上，該電機(jī)通過聯(lián)軸器與凝結(jié)水泵相連。本次現(xiàn)場(chǎng)振動(dòng)數(shù)據(jù)采集使用EVM8動(dòng)平衡振動(dòng)分析儀。該凝結(jié)水泵振動(dòng)傳感器采用2個(gè)磁電式速度傳感器，其靈敏度為19.7 mV/mm。鍵相傳感器使用光電式傳感器，位于凝結(jié)水泵電機(jī)驅(qū)動(dòng)端；速度傳感器分別位于給水泵電機(jī)非驅(qū)動(dòng)端垂直方向和驅(qū)動(dòng)端垂直方向，鍵相傳感器與速度傳感器布置在同一直線上，測(cè)點(diǎn)布置見圖1。

圖1 3號(hào)A凝結(jié)水泵振動(dòng)測(cè)點(diǎn)布置

2 故障現(xiàn)象及原因分析

3號(hào)A凝結(jié)水泵大修結(jié)束后，試運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)現(xiàn)振動(dòng)大。在現(xiàn)場(chǎng)按照?qǐng)D1布置完凝結(jié)水泵電機(jī)鍵相傳感器和振動(dòng)測(cè)點(diǎn)后，20190110T10:30:00啟機(jī)試轉(zhuǎn)，在轉(zhuǎn)速1 493 r/min時(shí)測(cè)得該電機(jī)原始振動(dòng)數(shù)據(jù)(見表1)。表1 中的3組振動(dòng)數(shù)據(jù)為不同時(shí)刻所測(cè)，計(jì)算時(shí)可取其均值。

結(jié)合表1所列振動(dòng)數(shù)據(jù)和設(shè)備結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可以看出，凝結(jié)水泵電機(jī)驅(qū)動(dòng)端和自由端工頻分量所占比例很大，在額定轉(zhuǎn)速下1X分量的相位和幅值比較穩(wěn)定；同時(shí)該凝結(jié)水泵為立式旋轉(zhuǎn)設(shè)備，泵與電機(jī)通過彈性柱銷聯(lián)軸器相連，電機(jī)座通過螺栓連接到凝結(jié)水泵上，電機(jī)非驅(qū)動(dòng)端振動(dòng)比驅(qū)動(dòng)端振動(dòng)大的特點(diǎn)，經(jīng)綜合判斷認(rèn)為導(dǎo)致設(shè)備振動(dòng)異常的主要原因是由轉(zhuǎn)子不平衡引起的，可以采用現(xiàn)場(chǎng)高速動(dòng)平衡試驗(yàn)來解決[1-3]。

表1 3號(hào)A凝結(jié)水泵電機(jī)振動(dòng)數(shù)據(jù)

3 動(dòng)平衡理論及試驗(yàn)

動(dòng)平衡試驗(yàn)需要試加重，根據(jù)加重前后的振動(dòng)變化計(jì)算應(yīng)加質(zhì)量。理論上，試加的質(zhì)量大小和角度可以隨便確定；實(shí)際上，試加重對(duì)于動(dòng)平衡工作非常重要。試加質(zhì)量合適與否，直接關(guān)系到動(dòng)平衡工作的效率和精度[4]。

當(dāng)影響系數(shù)已知時(shí)，由影響系數(shù)和原始振動(dòng)數(shù)據(jù)可以直接計(jì)算出試加質(zhì)量和角度，比較簡(jiǎn)單。當(dāng)影響系數(shù)未知時(shí)，需要由原始振動(dòng)數(shù)據(jù)估算試加質(zhì)量和角度，所要考慮的因素比較多。

3.1 試加重角度的合理確定

現(xiàn)場(chǎng)高速動(dòng)平衡試驗(yàn)時(shí)，試加重角度與試加重質(zhì)量大小相比，前者尤為重要。這是由于： 試加重角度選取準(zhǔn)確，會(huì)使試加重后的振動(dòng)降低，同時(shí)也為后續(xù)的動(dòng)平衡試驗(yàn)提供了有利條件； 試加重角度選擇合適，即使試加重質(zhì)量偏重或者偏輕，都會(huì)使加重后的振動(dòng)發(fā)生顯著變化，而且有利于求得比較精準(zhǔn)的動(dòng)平衡影響系數(shù)。

通過確定現(xiàn)場(chǎng)鑒相器、傳感器實(shí)際位置及已知的振動(dòng)相位角后，動(dòng)平衡試驗(yàn)過程中不平衡力角度的影響因素主要取決于設(shè)備機(jī)械滯后角[5]。機(jī)械滯后角械滯后角大小不僅與設(shè)備轉(zhuǎn)子支撐特性有關(guān)，而且也受轉(zhuǎn)子自身的臨界轉(zhuǎn)速和需要平衡轉(zhuǎn)速間的遠(yuǎn)近距離影響(見表2)。

表2 剛性支撐系統(tǒng)機(jī)械滯后角 (0)

3.2 單平面影響系數(shù)的確定

a.測(cè)試原始振動(dòng)數(shù)據(jù)。測(cè)試設(shè)備在額定轉(zhuǎn)速下的原始振動(dòng)數(shù)據(jù)A0(見表1)。

b.試加質(zhì)量M1。M1大小可以按照加重產(chǎn)生的離心力近似等于10%轉(zhuǎn)子重力的原則來確定。

試加重角度α公式為：

α=β-θ+180°

(1)

式中：β為轉(zhuǎn)子某一側(cè)軸承的原始相位；θ為機(jī)械滯后角。

c.測(cè)試配重振動(dòng)數(shù)據(jù)。配重后啟動(dòng)設(shè)備，升至額定轉(zhuǎn)速，記錄振動(dòng)數(shù)據(jù)A1(見表3)。

表3 首次動(dòng)平衡后振動(dòng)數(shù)據(jù)A1

d.調(diào)整配質(zhì)量M2。

M2的計(jì)算公式為：

M2=-A0M1/(A1-A0)

(2)

設(shè)備上試加重前后產(chǎn)生的振動(dòng)矢量ΔA為：

ΔA=A1-A0

(3)

單平面影響系數(shù)α’為：

α’=ΔA/M1

(4)

將公式(4)代入公式(2)得出：

M2=-A0/α’

(5)

3.3 動(dòng)平衡試驗(yàn)

對(duì)凝結(jié)水泵電機(jī)轉(zhuǎn)子進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡試驗(yàn)可通過影響系數(shù)法進(jìn)行配重，即首先測(cè)試凝結(jié)水泵電機(jī)額定轉(zhuǎn)速下無配重振動(dòng)。然后停機(jī)進(jìn)行振動(dòng)分析、選定試加質(zhì)量平面，試加質(zhì)量后啟動(dòng)凝結(jié)水泵電機(jī)，對(duì)各軸承振動(dòng)進(jìn)行測(cè)量。通過加重前后的振動(dòng)數(shù)據(jù)計(jì)算動(dòng)平衡影響系數(shù)，然后根據(jù)所求結(jié)果校正配重；校正配重后，啟機(jī)測(cè)量振動(dòng)，若振動(dòng)值降至允許范圍，則現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡試驗(yàn)結(jié)束，否則繼續(xù)進(jìn)行校正調(diào)整[6]。

通過對(duì)表1中凝結(jié)水泵電機(jī)振動(dòng)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)電機(jī)自由端和驅(qū)動(dòng)端振動(dòng)基本同相，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)所具備的加重平面和允許的加重條件，決定在電機(jī)自由端風(fēng)扇輪上進(jìn)行配重?？紤]電機(jī)工作轉(zhuǎn)速為1 493 r/min，位于一階臨界轉(zhuǎn)速之下，機(jī)械滯后角可試取為30°，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，首次試加質(zhì)量約為25 g，即在電機(jī)自由端風(fēng)扇輪單面加質(zhì)量25 g，角度45°。20190110T15:50:00，電機(jī)首次試加重后啟機(jī)測(cè)試，其加重后振動(dòng)情況見表3。

與動(dòng)平衡試驗(yàn)前相比，凝結(jié)水泵電機(jī)振動(dòng)有所下降。停機(jī)進(jìn)行動(dòng)平衡調(diào)整試驗(yàn)，調(diào)整方案為：保留首次配重的前提下，在電機(jī)自由端風(fēng)扇葉輪處再次加質(zhì)量25 g，角度90°。20190110T20:15:00，第二次動(dòng)平衡試驗(yàn)后振動(dòng)數(shù)據(jù)見表4。

表4 第二次動(dòng)平衡后振動(dòng)數(shù)據(jù)A2

3.4 處理效果

第二次動(dòng)平衡試驗(yàn)啟機(jī)后的振動(dòng)數(shù)據(jù)分析表明，經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)2次動(dòng)平衡試驗(yàn)后振動(dòng)得到了很好的改善，使凝結(jié)水泵電機(jī)在額定工作轉(zhuǎn)速下能夠安全穩(wěn)定運(yùn)行，目前該電機(jī)運(yùn)行情況符合我國(guó)對(duì)于大型旋轉(zhuǎn)設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行的相關(guān)規(guī)定[3]。

4 結(jié)論

通過對(duì)凝結(jié)水泵電機(jī)振動(dòng)大故障進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)診斷分析，發(fā)現(xiàn)不平衡是造成該設(shè)備異常振動(dòng)的主要原因。根據(jù)大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械動(dòng)平衡試驗(yàn)原理，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況對(duì)該凝結(jié)水泵電機(jī)進(jìn)行2次現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡試驗(yàn)，最終使該凝結(jié)水泵電機(jī)振動(dòng)大現(xiàn)象得以改善，保證了該設(shè)備安全、穩(wěn)定運(yùn)行。