1、 2019 凝 结 水 泵 电 机 振 动 故 障 诊 断 及 处 理 范慧鹏，郭江川 华能沁北发电有限责任公司，河南 济源 459011 Diagnosis and treatment of motor vibration fault of conde FAN Huipeng,GUO Jiangchuan Huaneng Qinbei Power Generation Co.,Ltd.,HeNan,JiYuan,459011 摘要：通过凝结水泵电机振动故障诊断及处理过程的案例分析，说明 模态分析在振动故障诊断和治理技术的实际应用及效果。针对同类型立式电机普遍存在的结构共振和质量不平衡问题进行
2、深层次分析探究，以供参考。关 键 词：结 构 共 振；模 态 分 析；故 障 诊 断 Abstract:Through the case analysis of the diagnosis and treatment process of the vibration fault of the condensing pump motor,the practical application and effect of the modal analysis in the vibration fault diagnosis and control technology are illustrated.
3、For the same type of vertical motor widespread structural resonance and quality imbalance problems in-depth analysis and exploration for reference.Key word:Structural resonance;modal analysis;fault diagno 华 能 沁 北 发 电 有 限 责 任 公 司 三 期 2 1000 MW 超 超临 界汽 轮发 电机 组系哈 电集 团引 进东 芝技术生 产，分别 于 2012 年和 2013 年 投产。
4、每台机组配 备 3 台 立式 凝结 水 泵，布置 在汽 机厂 房零米层。凝结 水泵 型号 为 C630-6，由长 沙水 泵厂生 产，配 套 电 机 是 由 湘 潭 电 机 厂 生 产 的YLBKS560-4 型同步电 机，按 照设 计采 用变 频调节运行，平 时运 行中 采取 2 用 1 备的 方式。6 台凝结水 泵自 调试 期间 开始，就存 在变 频运 行中 振动大的 问题，主要 表现 为在 某个工 作频 率（转 速）下，电 机顶 部振 动异 常增 大，超 过了 振动 限值。各台凝 结水 泵电 机的 振动 特征大 体相 同，只是 出现振动 峰值 的转 速以 及峰 值的大 小有 细微 差别。对
5、于立 式凝 结水 泵存 在的 普遍性 变频 振动 问题，从调试 期间 开始 直至 后续 生产中，制 造厂 家以 及相 关单 位多 次进 行过 处理，包括 现场 电机 转子 反复调整 安装、返 制造 厂进 行高精 度动 平衡 以及 对泵体支 座焊 接加 强筋 进行 现场加 固，但都 没有 取得明显 的振 动改 善，给机 组节能 造成 了非 常大 的压力1。其 中凝 结水 泵电机 振动 超标 问题 尤为 突出，存 在多 频段 结构 性共 振 难题，虽 经多 方治 理效果一 直不 甚理 想。1 故 障 诊 断 分 析 及 处 理 策 略 现 场通过本特利 Scout140 便携式振动频谱仪对凝 结水
6、 泵电 机振 动情 况进行 全频 段数 据采 集，超标 振 动数 据如 下 表 1：表 1 电 机 自 由 端 振 动 数 据 Table 1 Vibration data of the free end of the motor 结合相 关频 谱 综 合分 析判 断故障 频率 集中 于转速同 步的 基频 振动，电 机的振 动 也 只在 某一 个转速下、某 一个 方向 上出 现，而 其余 转速 下的 振动都是 正常 的，判定 该现 象为典 型的 结构 共振，即电机-支架-泵体系统在某一个方向的固有频率落入到 泵组 的工 作转 速范 围之内。当 泵组 的工 作 转速(rpm)振幅(m)位 移 相
7、位()变 频 频率(Hz)水平方向 1059 16.8 20.8 35 1120 29.8 346.6 37 1148 10.4 266.5 38 1177 39.8 312.3 39 1207 117.7 351 40 1237 118.9 70.6 41 垂直方向 1059 80 74.8 35 1120 27.9 52.08 37 1148 95.17 144.6 38 1177 53.6 164.9 39 1207 43.7 172.7 40 1237 26.3 191.7 41 2019 转速与 该固 有频 率合 拍时，则在 该方 向出 现了 结构共振 从而 导致 该转 速（频率）下
8、其 振动 被急 剧放大，出现 了明 显的 振动 峰值，而一 旦工 作转 速离开了 该频 率值，则 结构 共振消 失，振动 又会 降低。消除结 构共 振问 题的 根本 方法是 改变 支撑 系统的固 有频 率，使其 在整 个工作 转速 区间 内不 存在共振 点。振动 体的 固有 频率理 论上 只与 其质 量和刚度 有关，现 场可 以改 变的是 其结 构刚 度，刚度越大 则固 有频 率越 高，如果刚 度足 够高，则 固有频率 可以 上升 到工 作转 速区间 之外。现 场也 开展了泵体 及 电机 支架 的 的 加固工 作，但实际 效果并不明 显。除了 改变 结构 的固有 频率 外，现场 往往还可 采用
9、 降低 转子 的激 振力方 法控 制振 动。通过有效 降低 转子 激振 力的 办法，显著 降低 共振 区的振动 幅值，有 效保 障设 备在共 振频 率下 长期 安全运行。利用现 场条 件，专门 制作 加工了 一个 平衡 轮盘，提 前打 好平 衡孔 并攻 丝，安 装在 电机 顶部 端面。平 衡盘 重量 可以 根据 具体情 况调 整，其半 径设计足 够大，以 力求 在较 小的加 重量 的情 况下 获得比较 大的 不平 衡响 应。利用 Matlab 数 学软 件 对凝结水 泵电 机进 行了 高精 度动平 衡计算，振幅 下降较为 明显，但 仍未 达到 预期目 标，电机 自由 端轴承室 在临 检中 发现
10、 配装 间隙大 幅超 标，轴承 室重新刷 镀车 削处 理2。通过与 相关 振动 专家 沟通 学习，通过 模态 分析的方 法确 定凝 结水 泵传 动轴系 及电 机外 壳的 相关振动 特性，客 观 分 析凝 结水泵 正常 运行 时相关部件 的 振动 情况3。通过 有限元 分析 凝结 水泵 传动轴系 及电 机外 壳 刚 度和 薄弱环 节等 力学 特性。为保证 单元 质量，提 高有 限元计 算的 精确 性，有意降低 了建 模的 难度 和单 元的数 目，有效 保证 了计算的 精度。在 Solidworks 中构 造了 凝结 水泵 传动轴系 及电 机外 壳 的 三维 模型，然后 将建 立好 的模型导 入
11、ANSYS 有 限元 分析软 件对 进行 模态 分析。根 据凝 结水 泵实 际安 装工况，确 定施 加约 束的位置 和方 式。利 用 ANSYS 软件 对凝 结水 泵传动轴系 及电 机 外 壳提 取前 6 阶模 态，分析 方法 采用 Block Lanczos 法。通过模 态分 析确 认 凝 结水 泵电机 外壳 的 第 1阶固有 频率 为 21.048Hz，固有振 型云 图如 图 1。对应转 1260rpm，判 定凝 结水泵 结构 共振 系由 电机外壳 的共 起。图1 固 有 阵 型 云 图 Fig.1 Vibration data of the free end of the motor 通
12、过模 态分 析制 定以 下方 案：在 电机 外壳 箱体的薄 弱部 位接 加强 筋或 其外部 加固 支撑，提 高电机外 壳的 刚度，大 幅度 改变电 机外 壳的 固有 频率，从 而达 到有 效避 免结 构共振 的目 的。在凝 结水泵电 机外 壳的 前后 与左 右的外 壁上 增加 阻尼 支撑，将 该电 机与 相邻 电机 通过钢 管横 向支 撑合 为一体，在平行 凝 泵出 口管 道 方向 电机 两侧 加装 固定 支撑，将 电机 外壳 与泵 坑混凝 土墙 面通 过地 脚螺栓联 接为 一体（见图 2）。通 过上 述工 作，大大增加电 机外 壳的 刚度，同 时对侧 壁结 构的 刚度 也有 了较 大的 改善
13、。图 2 凝 结 水 泵 电 机 外 壳 增 加 支 撑 情 况 Fig.2 Increase the support condition of the casing of the condensing pump motor 现场加固完毕再次通过本 特利 Scout140 便携式振 动频 谱仪 对凝 结水 泵电机 振动 情况 进行 全频段数 据采 集，振动 数据 如下 表 2：2019 表2 电 机 自 由 端 振 动 数 据 Table 2 Vibration data of the free end of the motor 转速(rpm)振幅(m)位 移 相位()变 频 频率(Hz)水平
14、方向 1059 12 44.5 35 1089 11.5 339.3 36 1120 16.1 349.2 37 1148 13 258.4 38 1208 43.7 51.8 41 1238 30.7 55.1 42 垂直方向 1059 68 80.3 35 1089 43.2 116.5 36 1120 50.7 106.5 37 1148 71 145.8 38 1208 37.1 180 41 1238 24.5 179 42 自此，凝结 水泵 电机 自由 端多频 段共 振问 题得到圆 满解 决。2 总 结 陈 述 结构共 振问 题一 直是 立式 凝结水 泵电 机变 频运行中 存在 的
15、疑 难问 题，通过 matlab 数学 软件 对凝结水 泵电 机进 行了 高精 度动平 衡计 算，可以 有效降低 激振 力。但对 于多 频段共 振问 题 高 精度 动平衡手 段 过 于单 一，虽振 动幅值 下降 较为 明显，但存在 天然 瓶颈，动 平衡 过程中 有时 反将 非共 振频率逆 变为 共振 频率，实际 应用中 存在 诸多 不足，并不能 一劳 永逸 从根 本解 决问题4。通过 ANSYS 有 限元 分析 软件进 行模 态分 析，确定 通 过在 电机 外壳 处增 加支撑 的方 法，大幅 度提升电 机外 壳的 刚度，将 电机外 壳第 1 阶 共振 频率提高 至共 振频 率之 上，改善电 机
16、外 壳结 构的 动态特性 和 振 动响 应特 性，可 以有效 避免 共振 发生，保障设 备安 全。参 考 文 献 1 张 学 延，张 卫 军，葛 祥，杨 青.电厂旋转机械设备振动问题处理案例分析.中国电力，2015,48（8）：0815 ZHANG Xueyan,ZHANG Weijun,GE Xiang,Yang Qing.Case analysis on vibration problems of rotating machinery in power plant.China Electric Power,2015,48（8）：08 15 2 尹 爱 军，凝 结 水 泵 共 振 分 析 报
17、 告.重庆大学机械工程学院/机械传动国家重点实验室，2016 YIN Anjun,Resonance analysis report of condensate pump.State Key Laboratory of mechanical transmission,School of mechanical engineering,Chongqi,2016.3 沈 庆 根，郑 水 英.设 备 故 障 诊 断.北 京：化 学 工 业 出 版 社，2005.SHEN Qinggeng,ZHENG Shuiying.Equipment fault diagnosi.Benjin:Chemical Industry Press,2005.4 莽 克 伦，王 正.现 场 设 备 故 障 诊 断.长 沙：湖 南 科 学 技 术 出 版社，2009.MANG Kenlong,WANG Zheng.Fault diagnosis of field equipmen.Changsha:Hunan Science and Technology Press,2009.收稿日 期：2019.7 作者简 介：范 慧鹏，男，山西 晋中，大学 本科，工 程师，主要 从事 电厂 汽轮机辅机检 修及 转动 设备 的振 动监 测工 作。
