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摘 要：随着我国近些年来经济增速放缓，电网用电量增长缓慢，电网装机容量增长较快，两者间的矛盾日益凸显，使得火电机组作为调峰机组承担越来越重的调峰任务，在此过程中较多凝泵采用变频节能技术后在某些转速下会出现振动增大的现象，以至于被迫定速运行，对设备的安全稳定运行和经济性能产生很大的影响。本文将对凝泵变频后的振动产生的机理进行分析，并介绍凝泵变频振动问题常用的治理方案。
关键词：深度调峰；凝结水泵；振动
中图分类号：TM621 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）35-0054-02
1 前 言
电力生产中，发电机组生产的6～8%的电能作为厂用电消耗在生产过程中，其中绝大部分消耗在像凝结水泵这样的使用高压交流电机的大容量辅机中。在对600MW，1000MW机组火力发电站的节能改造中，大型立式凝结水泵是改造的重点设备之一。
将凝泵机组由工频运行改为变频运行，凝结水泵出口阀门不需要频繁调整，阀门开度保持在一个比较大的范围内，通过调节变频器的输出频率改变电机的转速，达到调节出口流量的目的，同时可降低电机运行的温升，满足运行工况的要求。这样根据不同负荷确定相应转速使泵组实现节能一台320MW凝汽式汽轮发电机组，按全年平均负荷率80%计算，生产厂用电下降452.5kW，按年运行5000h计，全年节电量约为2.2625GWh。
不过，随着火电机组深度调峰工作的深入开展和变频技术的推广与应用，人们逐渐发现，凝泵变频技术存在着一些新的隐患与问题，较多凝泵采用变频技术后在某些转速下会有振动增大的现象，以至于被迫定速运行，对设备的安全稳定运行和经济性能产生很大的影响，同时影响机组深度调峰过程的机组经济性和安全性。
2 凝泵低转速共振机理
凝泵低转速共振的机理可以从凝泵本体的结构特点来进行解释，凝结水泵在结构上具有以下特点：
凝泵水泵为立式安装水泵，主要靠泵座与水泥基础联接，在基座以下的竖井内有很长的外筒体和和内筒体，水泵-电机轴系与筒体间隙配合，轴系支撑点为电机下部推力轴承。因此凝泵轴系具有水平方向支撑刚度弱的特点。
凝结水泵的工作是在高度真空的条件下输送接近于饱和温度的水。为了保证凝结水泵的工作可靠，水泵必须安装在热水井水面0.5～0.8m以下，并尽量减小进口处的阻力以防止凝结水汽化，这样就导致凝泵具有轴系较长的特点。
由于立式水泵的特点，其电机位于水泵最上部，直接座落于泵体基础支座上，相对于细长的泵轴与单薄的泵体，凝泵电机质量较大，这样就形成了“头重脚轻”的结构形式，对激振力的扰动较为敏感。
在这种长轴系、低支撑刚度，同时运行转速较高的立式旋转设备上，其基础-支撑-转子结构系统的共振频率一般低于其工频运行频率。对于部分出力裕量较大的凝泵和深度调峰幅度较大的机组来说，其主要运行区间不可避免地要落在该区域内，给机组运行带来安全隐患，给深度调峰运行带来设备障碍。
3 常用的凝泵振动治理方案
3.1 轴系动平衡
当凝泵定速和变频运行时振动主频率都为基频，且振动比较稳定时，机组振动故障属于强迫振动，转子上的不平衡激励力和系统动力特性有关，变频运行时落入系统共振区内，振动比较敏感，转子上微小不平衡力导致大幅振动。动平衡法是基于此原理，降低转子不平衡力来降低振动激振力，从而被共振区放大的振动幅值也相应减小。
此方法方便快捷，但并没有消除变频转速下的共振问题，当零部件的机械强度和刚度较差、轴承和密封部件磨损破坏，或者水泵进口流速和压力分布不均匀，泵进出口工作液体的压力脉动、液体绕流、偏流和脱流，非定额工况以及各种原因引起的水泵汽蚀等，导致机组产生新的不平衡力时，振动会再一次被放大。
3.2 支撑加固
凝泵的共振现象普遍存在于转子-轴承-基础系统的共振和电机支撑框架的共振。现阶段国内对此的解决办法较为常用的是加固法。
对于转子-轴承-基础系统的共振，采用改变筒体的固有频率来强化基座筒体刚度的方法，提高筒体的固有频率來避开共振区。
为了提高筒体的固有频率，大部分选取在加强垂直方向对的刚度，由于筒体上的开孔刚度不足，因此在圆孔和方孔对应两边加束筋，上法兰处增加八只耳朵来压紧竖筋，以此来增强加固的效果。某厂运用上述方案对筒体进行加固，现场数据表明A厂凝泵运用该加固方法后，共振转速从880rpm提升到990rpm，共振峰值降低了35%。加固起到一定效果，使得结构共振转速提升，并未根本解决共振区间振动大实际问题。
由于立式凝泵上半部分的支撑刚度较弱，发生共振时振动会被放大，因此对于电机的共振，现阶段采用对电机进行框架加固的方法。一方面可以提高电机的支撑刚度，降低振动响应幅度；另一方面在一定程度上提高机构的固有频率。
该方法对振动有一定的抑制效果，但其主要约束对象为电机壳体，对转子激振振源不能起到有效作用，容易导致电机及泵体导瓦偏磨情况的发生。
3.3 变频参数修改
根据现场的实际情况，系统的固有频率很难去改变，但是可以使凝结水泵的运行转速改变，使得机器避开共振区进行工作。具体的方法有两种：
（1）当机组负荷发生改变，凝结水泵靠近共振区时，能够适当地改变除氧器水位的定值，来实现改变它工作转速和避开在共振区的目的。
（2）在凝结水泵变频器PLC中增加了转速信号闭锁功能，使凝结水泵在启动时快速通过共振区，正常运行时多运行于共振区以上，向下调整时闭锁在上述转速区停留，从而避开共振转速区间。
此方法适用于振动超标转速区间不大，适当避开不影响机组正常调整的机组。
3.4 设备叶轮改造
电厂凝结水系统为凝结水泵将凝结水从凝汽器汽侧抽出，经除氧器水位调节阀后，再依次经过凝结水精处理装置、轴封加热器、8，7，6，5号低加，最后进入除氧器，通过调整除氧器水位调节阀的开度，保持除氧器水位维持正常水位。变频电机根据凝结水位高低来调整电机转速，当电机调节转速时，某转速对应到凝泵本体固有频率时发生共振现象。
电厂对此的改造方法是对凝泵叶轮进行改造，大体方法有两种：①对叶轮进行磨削，削弱凝泵出力，当除氧器水位降低时将需要电机更高的转速来补充除氧器水位，从而避开了共振转速。②去除凝泵末级叶轮，与磨削叶轮原理相同，都为提高电机运行转速，避开共振区。
但采用这种方法可能造成机组夏季满负荷工况下凝泵出力不足，限制机组出力的情况的发生。因此需要进一步的针对改造后凝泵出力裕度计算才可施行此改造措施。
4 结 论
本文对动平衡、支撑加固、参数修改、叶轮改造等凝泵振动常用治理方案的优缺点进行了分析，对于凝泵振动治理的方案选择，需要结合现场凝泵的振动超标区间、实际运行转速区间、凝泵出力裕量等因素综合考虑，甚至结合各方案的优点综合治理，从而在保证设备运行安全的前提下，提高火电机组深度调峰能力。
参考文献
[1]李年仔.大型变频辅机故障原因分析与试验研究[D].东南大学，2015.
[2]李新阳，施 缤，李年仔，杨建刚.凝泵电机变频运行振动分析及诊断[J].电站系统工程，2015（06）：41～43.
[3]范葵香，毛建民.火电厂凝泵变频控制改造的能效[J].上海电力，2007（02）：204～206.
[4]厉浦江，刘 哲.大型立式凝结水泵变频振动的研究及解决方案[J].流体机械，2015（07）：51～56.
收稿日期：2018-11-4
作者简介：陈 悦（1986-），工程师，主要从事汽轮机故障诊断，旋转设备振动分析工作。
关键词：深度调峰；凝结水泵；振动
中图分类号：TM621 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）35-0054-02
1 前 言
电力生产中，发电机组生产的6～8%的电能作为厂用电消耗在生产过程中，其中绝大部分消耗在像凝结水泵这样的使用高压交流电机的大容量辅机中。在对600MW，1000MW机组火力发电站的节能改造中，大型立式凝结水泵是改造的重点设备之一。
将凝泵机组由工频运行改为变频运行，凝结水泵出口阀门不需要频繁调整，阀门开度保持在一个比较大的范围内，通过调节变频器的输出频率改变电机的转速，达到调节出口流量的目的，同时可降低电机运行的温升，满足运行工况的要求。这样根据不同负荷确定相应转速使泵组实现节能一台320MW凝汽式汽轮发电机组，按全年平均负荷率80%计算，生产厂用电下降452.5kW，按年运行5000h计，全年节电量约为2.2625GWh。
不过，随着火电机组深度调峰工作的深入开展和变频技术的推广与应用，人们逐渐发现，凝泵变频技术存在着一些新的隐患与问题，较多凝泵采用变频技术后在某些转速下会有振动增大的现象，以至于被迫定速运行，对设备的安全稳定运行和经济性能产生很大的影响，同时影响机组深度调峰过程的机组经济性和安全性。
2 凝泵低转速共振机理
凝泵低转速共振的机理可以从凝泵本体的结构特点来进行解释，凝结水泵在结构上具有以下特点：
凝泵水泵为立式安装水泵，主要靠泵座与水泥基础联接，在基座以下的竖井内有很长的外筒体和和内筒体，水泵-电机轴系与筒体间隙配合，轴系支撑点为电机下部推力轴承。因此凝泵轴系具有水平方向支撑刚度弱的特点。
凝结水泵的工作是在高度真空的条件下输送接近于饱和温度的水。为了保证凝结水泵的工作可靠，水泵必须安装在热水井水面0.5～0.8m以下，并尽量减小进口处的阻力以防止凝结水汽化，这样就导致凝泵具有轴系较长的特点。
由于立式水泵的特点，其电机位于水泵最上部，直接座落于泵体基础支座上，相对于细长的泵轴与单薄的泵体，凝泵电机质量较大，这样就形成了“头重脚轻”的结构形式，对激振力的扰动较为敏感。
在这种长轴系、低支撑刚度，同时运行转速较高的立式旋转设备上，其基础-支撑-转子结构系统的共振频率一般低于其工频运行频率。对于部分出力裕量较大的凝泵和深度调峰幅度较大的机组来说，其主要运行区间不可避免地要落在该区域内，给机组运行带来安全隐患，给深度调峰运行带来设备障碍。
3 常用的凝泵振动治理方案
3.1 轴系动平衡
当凝泵定速和变频运行时振动主频率都为基频，且振动比较稳定时，机组振动故障属于强迫振动，转子上的不平衡激励力和系统动力特性有关，变频运行时落入系统共振区内，振动比较敏感，转子上微小不平衡力导致大幅振动。动平衡法是基于此原理，降低转子不平衡力来降低振动激振力，从而被共振区放大的振动幅值也相应减小。
此方法方便快捷，但并没有消除变频转速下的共振问题，当零部件的机械强度和刚度较差、轴承和密封部件磨损破坏，或者水泵进口流速和压力分布不均匀，泵进出口工作液体的压力脉动、液体绕流、偏流和脱流，非定额工况以及各种原因引起的水泵汽蚀等，导致机组产生新的不平衡力时，振动会再一次被放大。
3.2 支撑加固
凝泵的共振现象普遍存在于转子-轴承-基础系统的共振和电机支撑框架的共振。现阶段国内对此的解决办法较为常用的是加固法。
对于转子-轴承-基础系统的共振，采用改变筒体的固有频率来强化基座筒体刚度的方法，提高筒体的固有频率來避开共振区。
为了提高筒体的固有频率，大部分选取在加强垂直方向对的刚度，由于筒体上的开孔刚度不足，因此在圆孔和方孔对应两边加束筋，上法兰处增加八只耳朵来压紧竖筋，以此来增强加固的效果。某厂运用上述方案对筒体进行加固，现场数据表明A厂凝泵运用该加固方法后，共振转速从880rpm提升到990rpm，共振峰值降低了35%。加固起到一定效果，使得结构共振转速提升，并未根本解决共振区间振动大实际问题。
由于立式凝泵上半部分的支撑刚度较弱，发生共振时振动会被放大，因此对于电机的共振，现阶段采用对电机进行框架加固的方法。一方面可以提高电机的支撑刚度，降低振动响应幅度；另一方面在一定程度上提高机构的固有频率。
该方法对振动有一定的抑制效果，但其主要约束对象为电机壳体，对转子激振振源不能起到有效作用，容易导致电机及泵体导瓦偏磨情况的发生。
3.3 变频参数修改
根据现场的实际情况，系统的固有频率很难去改变，但是可以使凝结水泵的运行转速改变，使得机器避开共振区进行工作。具体的方法有两种：
（1）当机组负荷发生改变，凝结水泵靠近共振区时，能够适当地改变除氧器水位的定值，来实现改变它工作转速和避开在共振区的目的。
（2）在凝结水泵变频器PLC中增加了转速信号闭锁功能，使凝结水泵在启动时快速通过共振区，正常运行时多运行于共振区以上，向下调整时闭锁在上述转速区停留，从而避开共振转速区间。
此方法适用于振动超标转速区间不大，适当避开不影响机组正常调整的机组。
3.4 设备叶轮改造
电厂凝结水系统为凝结水泵将凝结水从凝汽器汽侧抽出，经除氧器水位调节阀后，再依次经过凝结水精处理装置、轴封加热器、8，7，6，5号低加，最后进入除氧器，通过调整除氧器水位调节阀的开度，保持除氧器水位维持正常水位。变频电机根据凝结水位高低来调整电机转速，当电机调节转速时，某转速对应到凝泵本体固有频率时发生共振现象。
电厂对此的改造方法是对凝泵叶轮进行改造，大体方法有两种：①对叶轮进行磨削，削弱凝泵出力，当除氧器水位降低时将需要电机更高的转速来补充除氧器水位，从而避开了共振转速。②去除凝泵末级叶轮，与磨削叶轮原理相同，都为提高电机运行转速，避开共振区。
但采用这种方法可能造成机组夏季满负荷工况下凝泵出力不足，限制机组出力的情况的发生。因此需要进一步的针对改造后凝泵出力裕度计算才可施行此改造措施。
4 结 论
本文对动平衡、支撑加固、参数修改、叶轮改造等凝泵振动常用治理方案的优缺点进行了分析，对于凝泵振动治理的方案选择，需要结合现场凝泵的振动超标区间、实际运行转速区间、凝泵出力裕量等因素综合考虑，甚至结合各方案的优点综合治理，从而在保证设备运行安全的前提下，提高火电机组深度调峰能力。
参考文献
[1]李年仔.大型变频辅机故障原因分析与试验研究[D].东南大学，2015.
[2]李新阳，施 缤，李年仔，杨建刚.凝泵电机变频运行振动分析及诊断[J].电站系统工程，2015（06）：41～43.
[3]范葵香，毛建民.火电厂凝泵变频控制改造的能效[J].上海电力，2007（02）：204～206.
[4]厉浦江，刘 哲.大型立式凝结水泵变频振动的研究及解决方案[J].流体机械，2015（07）：51～56.
收稿日期：2018-11-4
作者简介：陈 悦（1986-），工程师，主要从事汽轮机故障诊断，旋转设备振动分析工作。