海水淡化系统反渗透增压泵电机振动超标分析与实践--中国期刊网

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海水淡化系统反渗透增压泵电机振动超标分析与实践

发表时间：2020/7/20 来源：《电力设备》2020年第8期作者：肖志慧梁招瑞周飞虎

[导读] 摘要：海水淡化系统一级反渗透增压泵电机振动严重超标，本文简要介绍了该系统的功能和工作原理，并针对电机振动超标故障制定试验方法，定位设备振动故障根本原因。

        （辽宁红沿河核电有限公司辽宁大连 116000）
        摘要：海水淡化系统一级反渗透增压泵电机振动严重超标，本文简要介绍了该系统的功能和工作原理，并针对电机振动超标故障制定试验方法，定位设备振动故障根本原因。结合现场实际处理经验分享治理共振故障的诊断和治理方法。
        关键词：海水淡化系统；电机；共振；固有频率；振动
        1.引言
        某核电海水淡化系统一级反渗透增压泵共计四列，其中两列0SWD032MO和0SWD052MO电机振动严重超标导致两列不可用，严重威胁系统安全稳定运行。为查找和定位电机振动超标的根本原因，现场执行了系列的试验进行比对验证，最终证实造成电机振动超标的根本原因是机组共振引起，并结合现场处理经验针对共振给出诊断和治理方法。
        2.系统和设备介绍
        海水反渗透装置是海水淡化系统中最主要的脱盐装置，反渗透系统利用反渗透膜的特性来除去水中绝大部分可溶性盐分、胶体及有机物。海水反渗透系统主要包括一级海水反渗透系统和二级反渗透系统。一级海水反渗透系统共有4套，每套的出力为160m3/h。每套装置包括1个提升泵，1个保安过滤器，1个增压泵，1套能量回收装置，1个增压泵等。期中增压泵配有相应等级的变频器，增压泵采用变频离心泵。
        增压泵配套电机型号为HY200L2-2，轴中心高度200mm，额定电压380V，同步转速3000rpm，额定功率37kW。
        3.振动数据和分析
        2018年7月，某核电海水淡化系统负责人反馈一级反渗透增压泵0SWD032PO和0SWD052PO电机振动超标。技术人员对上述设备进行状态检查，经测量两台设备电机振动超标严重，振动测点及数值如下图1和表1：
        表 1 0SWD032MO和0SWD052MO振动数据

图 1 一级反渗透增压泵振动测点示意图
一级反渗透增压泵电机参考国标，电机振动报警值为2.8mm/s，停机值4.5mm/s。由表1数值来看，两台电机振动均严重超标，不允许继续运行。频谱中均以2倍转频78.4Hz占绝对主导成份，没有其他频率成份，未见明显轴承故障频率，gSE冲击能量谱平滑，以0SWD032MO为例，频谱如图2所示。

              图 2 0SWD032MO电机振动频谱图
        4.现场试验
        频谱中2倍频振动占主要成份，但轴向上电机振动并不超标；在现场试验过程中，发现电机的振动数值不随泵的工况（流量，压力等）变化而变化，振动数值在泵转速变化时呈阶跃趋势变化，初步怀疑是变频电机转速变化导致机组共振。由上表信息，径向和轴向振动中只有水平方向振动超标，如果发生共振，在正交的三个方向上只有一个方向引起较大的振动，通常共振方向的振动比其它正交两个方向振动大5到15倍，高度的定向振动一般也考虑存在共振现象。随即对设备进行了敲击试验和启停机试验。
        4.1敲击试验
        对两台设备执行敲击试验，确定其固有频率范围。
        表 2 两台电机固有频率

4.2启停机试验
0SWD032/052MO为变频电机，为进一步验证电机存在共振情况，分别对0SWD032/052MO进行启停机试验，将电机转频从30Hz缓慢调整到48Hz，过程期间测量设备振动趋势情况，数据如下图3：

                     图 3 两台电机启停机试验
        0SWD032MO/052PO在额定工况下（制水工况）下电机的运转频率均在38~40Hz左右，结合频谱可知电机振动的激振力频率为2倍的转频，即76~80Hz，激振力频率刚好与电机一阶固有频率重合，因此造成在制水工况下电机振动严重超标。启停机试验也验证了这个结论，即造成电机振动超标的根本原因为：电机运转在共振区。
        解决共振需要从两方面出发，一是改变固有频率或者激振力频率，将两者避开，二是改变激振力的大小。
        经过检查发现，在设计和安装阶段，目前安装的电机额定工作转频为50Hz，且不能用于变频功能，导致了目前电机振动超标。紧急对已安装的电机进行更换，更换后可变频电机振动恢复正常，以0SWD032MO为例，数据如图4：

        图 4 0SWD032MO更换新变频电机后启停机试验
        5.总结
        现代工业中，共振故障相比其他振动故障更为普遍和常见，共振可以存在整体重大机组上，也可以出现在机组的局部构件和系统管道上，而共振往往可能造成更为严重的事故，因而在机组发生严重事故前及时发现和处理共振问题尤为重要。
        本文通过敲击试验确定固有频率，固有频率与电机激振力频率重合判断其存在共振现象，其次通过启停机试验对其辅助判断。对共振故障诊断还可通过高度的定向振动以及相位差方法进行判定。对于处理共振故障，三个大方面，即力、频率和系统阻尼。力就是造成共振的激振力，降低激振力如动平衡等方法，可缓解和消除共振；频率方面就是改变激振力的频率或者改变固有频率，改变固有频率可以通过改变刚度或者改变质量；额外增加隔振设备、增加阻尼、安装阻尼器等方法也是从改变系统阻尼缓解共振的有效方法。