凝结水泵电动机振动故障原因分析与处理

凝结水泵电动机振动故障原因分析与处理

董军民

中电华元核电工程有限公司烟台分公司

山东省烟台市 264000

摘要：在水泵电动机运行的过程中，振动故障时有发生，严重影响机组安全稳定经济运行。本文首先分析凝结水泵电动机振动故障原因，其次探讨振动处理， 有利于火电厂安全稳定经济运行。

关键词：凝结水泵；结构共振；支撑刚度

引言

振动是影响立式凝结水泵安全运行的重要因素，特别是近年频发的凝结水泵电机（凝泵电机）异常振动，严重制约了凝结水泵变频运行范围，直接影响凝结水泵及机组的可靠运行与经济性。针对凝泵电机异常振动且传统动平衡与系统加固方案效果有限的实际情况，本文提出基于动力吸振的凝泵电机振动控制方法，从理论上分析振动控制效果，并加工设计动力吸振器，实际验证该方法的有效性，以期为凝泵电机振动控制提供新的解决途径。

1凝结水泵电动机振动故障原因分析

（1）现场手持振动表测量凝结水泵进、出口管道和电动机空冷器外壳振动数值，也出现明显的振动峰值，但凝结水泵工频运行时进、出水管道及空冷器振动情况正常。（2）凝泵电动机和水泵转子一般为刚性转子，而刚性转子如果动平衡不良，其振动会随着转速的升高而升高，基频振动分量的相位变化比较平缓。由Bode图可知，在900r/min和800r/min时出现振动峰值，之后随着转速上升，振动数值急速下降，基频相位在振动峰值前后发生突变，因此可排除动平衡不良。

2振动问题分析

发电厂立式凝结水泵一般放置于机房下方，电动机一般放置于泵的上方，主要通过联轴器连接两者。以设备运行过程中振动问题最大的立式凝结水泵为例，其振动问题主要表现是在变频过程中电动机剧烈振动，电动机最上部振动最大，逐渐向下减轻；结合发电厂其他三台立式凝结水泵的振动情况，凝结水泵在设计制造上的原因基本可以排除。通过对振动问题最大的立式凝结水泵进行振动测试，主要测量位置靠近电动机上轴承。

3振动处理

3.1全面检查

通过解体检查与基础面水平检查对发电厂立式凝结水泵系统进行综合检查。首先，进行基础面水平检查，通过取出冷凝泵外筒，发现施工方在安装过程中用保温材料更换二次灌浆，造成基础不稳；采取的主要措施是平整基础板和重新二次灌浆。其次，进行解体检查，水泵拆开后对内部进行全盘检查，通过对立式冷凝水泵叶轮轴弯曲率的测量，发现叶轮轴弯曲率远远超过了规定内的范围标准，同时里面的诱导轮、推力轴承均出现了不同程度的损伤。采取的主要措施是更换泵轴、诱导轮和推力轴承，更换后对各项指标进行检测，均符合使用要求。

3.2更换新泵本身因素导致的振动

振动异常发生后，要求给水泵生产厂家再次核对出厂前转子动平衡、性能试验等验收报告，经核实，泵组出厂前相关试验记录未发现异常，排除泵组本身因素。

3.3基于质量感应法的等效参振质量识别方法

基于模态分析得到的模态质量与振型等参数虽然反映了振动系统的固有特性，但并不是系统最终的响应，特别是对于连续质量多自由度系统，实际中某一阶模态下的参振质量尚不能直接得到，因此影响动力吸振器设计。等效参振质量识别方法是将一点的模态变形取为1，对固有向量进行正则化处理，然后求得该位置具有物理意义的等效质量。质量感应法主要针对连续质量系统，在动力吸振器布置位置附加一个给定质量Δm，通过该结构固有频率的变化得到等效质量的大小。

3.4动平衡试验

动平衡试验原理主要是对立式凝结水泵上的转子进行平衡处理工作，通过传感器检测转子有关部位的振动信息，并通过这些信息数据了解其不平衡量与不平衡方位，之后通过转子的加重或减重处理，达到动平衡校正的目的，最终达到平衡量的要求。动平衡试验主要分为离线以及在线动平衡试验两部分，两者之间试验原理并没有太大区别，其主要区别在于离线动平衡试验由厂家进行，在线动平衡试验现场进行。离线动平衡试验：将发电厂立式凝结水泵的泵轴、叶轮拆卸送往厂家进行，在试验中转子动平衡不合格，低于厂家设计的标准，之后厂家直接进行了修正工作，确保转子不平衡量达到标准使用状态。在线动平衡试验：测试设备为VM-9504振动仪；首先，进行单试电动机试验，电动机顶部通频振动为140～200μm波动，其振动状态十分不稳定。处理方法为对立式凝结水泵与电动机之间的连接轮子进行加重处理。首先，进行第一次加重，顺着凝结水泵转动方向寻找第三螺栓处，进行加重1100g。其次，与第一加重方法相同进行第二次加重，顺着凝结水泵转动方向寻找第三螺栓处，进行加重1000g，第四个螺栓加重703g，共1703g。之后对立式凝结水泵电动机变频时的振动数据进行测量，联泵运行时最大振动为70μm，由此表明了动平衡处理合格，立式凝结水泵电动机变频时的振动问题基本消除。

3.5频谱测量分析

排除最容易辨识的因素后，对凝结水泵电动机进行了频谱测量分析，结果显示振动频谱图中主要是以工频为主。由频谱测量分析可以得出:电动机自由端轴承东西向和南北向的主要振动频率均以工频(25Hz)为主，且该轴承东西向的振动速度值为7.8mm/s，远远大于其南北向的振动速度值3.8mm/s。同时，频谱图中也存在少量的多倍频成分，但幅值较低，总体状况良好;另外，电动机自由端轴承东西向的频谱图中仍存在微量的高次谐波成分。针对工频所对应的故障类型，后续又做了试验和分析。

3.6对电动机进行检查并处理

(1)用试灯检查绕组无接地故障;用万用表测量定子三相绕组的电阻值，无不平衡现象;观察绕组绝缘表面无烧焦痕迹，说明定子绕组的不存在匝间短路故障。(2)检查电源，由于电源为6kV，无法用钳形电流表测量三相电流是否平衡，因此采用连接备用6kV电源试电动机的办法来进行判断，试转后振动仍超标严重，可以排除电源方面的影响。(3)采用4点法检查电动机转子气隙，测量垂直和水平4个位置的气隙，测4组16个数据取平均值。经计算误差值应小于5%，均符合电动机图纸要求规定值。

3.7检查凝结水泵安装质量标准

由于电动机安装在凝结水泵上部位置，凝结水泵安装设计、装配偏差以及轴系不对中等均会造成电动机振动大。查阅该泵的安装说明书，电动机的安装水平度应在0.05/1000以下;联轴器安装质量标准应满足端面和外圆偏差均小于0.05mm;转子总窜动量小于9.5mm。由于汽轮机组处于运行状态，若将泵解体检查，会造成汽轮机组在运行过程中无备用泵，存在一定的安全隐患。因此，仅仅检查了电动机支架的水平度以及电动机轴和泵轴的对中情况，电动机支架的水平度为0.04/1000;端面偏差为0.04mm，外圆偏差为0.01mm;转子总窜动量为9.4mm，结果显示均良好，符合凝结水泵安装标准。

结语

总之，立式凝结水泵电动机变频时振动问题处理过程的重点是动平衡试验。本文结合发电厂的实际情况，对立式凝结水泵进行了综合检查、动平衡试验检查，并对检查中发现的问题进行了处理，最终解决了立式凝结水泵电动机变频时的振动问题，保障了电厂机组安全稳定运行。

参考文献

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