引言
电站大型立式凝泵泵体轴系较长，凝泵电机上部所反映的振动一般仅为泵轴底部叶轮、口环等处振动的1/5～1/4。因此，当我们测量凝泵电机上部振动超标时，其泵轴下部振动将呈倍数关系的放大，振动超标的情况下长期运行将导致轴承、叶轮等部分偏磨等故障，严重时可能造成泵轴弯曲、机组跳闸等恶性事故。对凝泵振动进行分析并采取治理措施非常必要。
1背景介绍
近年来，为了节能降耗，越来越多的电厂对重要用电设备的驱动电源进行技术改造。其中，在对600MW、1000MW火力发电站的节能改造中，大型立式凝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。
不过，随着变频技术的推广与应用，变频技术存在着一些新的隐患与问题，较多旋转辅机在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。而火电机组作为调峰机组承担越来越重的调峰任务，负荷低于50%的调峰频次和时间不断加长，30%～35%的深度调峰也逐渐成为低峰时段的运行新常态，使得凝泵变频运行的转速不断下探，导致凝泵低频运行工况下的振动问题日益突出，给机组稳定运行安全带来了极大的挑战。
2 凝泵振动机理研究
凝结水泵在结构上具有以下特点：
（1）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。
（2）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0.5～0.8米以下，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。
（3）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。
（4）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。对于大部分凝泵来说，其共振转速区间一般位于800～1100rpm之间。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。
图1 某电厂凝泵动平衡加重前Bode图
图2 某电厂凝泵动平衡加重后Bode图
图1和图2是某电厂的凝泵动平衡试验前后的振动波德图，可以看出动平衡后共振峰值得到了明显下降，但超标的情况仍存在。
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来避开共振区。具体的加固方法如图3所示。
图3筒体加固方案
为了增加筒体的固有频率，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，因此对于电机框架的共振，现阶段采用对电机进行加固的方法。首先焊接一个框体支架，并与基础埋铁焊接固定后实施探伤检验，接下来用锤激法来检测支架的固有频率，确保避开支架的共振，最后采用八个螺栓进行同时加固。对称的方向同步施加紧力，避免刚度不对称的问题。在预紧固螺栓之后，再次检测固有频率，检测出来的结果应该明显高于紧固之前的频率。在运转后，可能因为南北、东西方向刚度的不一样还有螺栓加固松紧的改变，会造成电动机振动的变化，根据设备的振动状况选择进行再次紧固。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，但是能使凝结水泵的运行转速改变，使得机器能不在共振区里进行工作。具体的方法有两种。
第一种的具体操作: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、也能把凝结水泵从自动的变频方式改到手动变频的方式通过手动设置除氧器水位的定值，并且检查凝结水泵转速有没有发生过变化。当凝结水泵工作的转速不在共振区域以后，就能稳定在这个范围之内运行。通过实际的操作，这个方法简单易行，而且能够容易控制切换点机组的负荷。对于在早期DCS的改造中，仅有自动变频与强制工频的方式，而没有自动变频与手动变频切换的机组，就能够利用调整低加出口门的开度，从而得到调整凝结水泵工作转速的目的。
第二种方法：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
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。第一种是对叶轮进行磨削，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。第二种是去除凝泵末级叶轮，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。
3.5动力吸振技术
据了解，目前有团队正在研究动力吸振技术、减振装置来治理凝泵振动问题，其运用ANSYS软件对凝结水泵壳体及电机壳体进行模态分析，分别得出泵体和电机壳体的固有频率以及振型，并根据其振动响应特性确定了相应的吸振器参数，使之尽可能包含凝结水泵振幅较大的频率区间，保证减振效果。设计一种可调频吸振的动力吸振器，可以将主体设备振动能量导向吸振器，通过吸振器的阻尼响应消耗主体设备的振动能量，大幅降低主体设备的临界转速下的振动响应，从而保证设备运行安全。翅形水平吸振器，解决了一般弹簧吸振器无法水平安装的弊端，实现了旋转设备水平方向的动力吸振。并将动力吸振装置与立式辅机水平振动的治理结合起来，实现立式旋转辅机变频振动问题的综合治理。
结束语
凝泵振动治理关系到电厂运行的可靠性和经济性，意义重大，如果动力吸振技术或其他治理方案能研究出成效并得以应用，将具有良好的安全效益和节能效果，可解决火电深度调峰工作过程中的凝泵变频振动问题，使火电机组深度调峰工作得以更进一步。
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