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        火電廠電磁流量計振動的數據分析和處理

        來源:作者:發表時間:2019-11-11 09:40:27

        摘 要:某火電廠電磁流量計并列運行過程中,出口管道振動劇烈,通過現場情況分析,可知管道固有頻率與葉片通過頻率重合引起了共振;在激烈振動激勵下,影響出口管道振動。現場通過改變電磁流量計出口管道結構,并將電磁流量計葉輪葉片數量進行調整,解決了管道共振引起的電磁流量計振動大故障。
        葉片通過頻率振動是流體機械流道內產生壓力脈動所誘發的高頻振動,其頻率是整圈葉片數與轉速頻率的乘積,即每根葉片通過流道突變或不連續處就產生一次壓力脈動;如果流道有多個突變或不連續處,則可能產生葉片通過頻率多倍頻振動。
        近年來,許多專家和學者對葉片通過頻率振動機理進行了廣泛、深入研究,有效推動了振動故障診斷與處理技術發展。但就工程實踐而言,對激振源進行準確分離與精確定位,探究簡便、可靠的治理方法**為迫切。因此,本文將結合電磁流量計葉片通過頻率振動問題,分析管道共振引起電磁流量計振動的故障機理,探討了對應現場振動處理措施,為該振動故障診斷及治理提供參考。
        1 振動現象
        某600MW機組配備了甲、乙、丙三臺立式、KCB500-150-1型凝結水電磁流量計,額定轉速為1480rad/min,流量為500m3/h,軸功率為274kW,出口葉輪為6片。自2015年以來,其振動嚴重超標,**大超過了150mm/s單峰值,導致管道焊縫振裂,給設備帶來了嚴重的安全隱患。
        基于現場振動測試結果,總結該凝電磁流量計的振動特征如下.很好,甲、乙、丙電磁流量計單臺運行時振動良好,如出口管道振動**大不超過12mm/s,且相對穩定;振動以葉片通過頻率(6X)振動為主,驅動電機頂部振動也穩定在合格范圍內,振動頻率以基頻成分為主。第二,任意兩臺凝電磁流量計并列運行時,電磁流量計體振動相比于單臺運行略有增大,而管道振動卻十分劇烈,振動速度**大超過150mm/s,振動位移超過了1500μm,振動主要成分為葉片通過頻率振動。
        第三,由振動波形(見圖1)可以清楚地看出,兩臺凝電磁流量計并列運行時,出口管道出現了非常明顯的拍振現象,這與現場噪聲的周期性變化完全相符。
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        2 振動原因分析
        從振動頻譜來看,該電磁流量計發生了葉片通過頻率振動故障,具體振動原因分析如下。首先,現場閥門開度和流量調整試驗表明,管道振動與流量和閥門開度之間關系不大,可以排除凝電磁流量計汽蝕、管道設計以及閥門選型不當等因素對管道振動的影響。
        其次,無論是凝電磁流量計單獨運行還是并列運行,振動都以6X頻率為主,這說明每一臺凝電磁流量計都存在流體壓力脈動所引發的葉片通過頻率振動。當壓力脈動頻率與管道固有頻率重合時,導致出水管道發生了葉片通過頻率共振;而在任何瞬間,各電磁流量計實際轉速又不可能完全一致,這使得各電磁流量計出口管道所承受的激振力頻率非常接近,繼而引發了出口管系之間的拍振。
        **后,通過對兩臺凝電磁流量計并列運行工況下的出口管道振動進行頻譜分析(見圖2)發現,葉片通過頻率附近出現了兩個相距很近的頻率,分別為148.23Hz和148.36Hz。這兩個頻率的振動分屬于兩臺凝電磁流量計所引發的,即兩臺凝電磁流量計工作轉速有微小差別,導致兩個頻率分量之間也出現了微小差別,進而導致拍振現象。
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        因此,凝電磁流量計出口管道振動是由于凝電磁流量計內流體壓力脈動所引起的。該壓力脈動頻率為葉片通過頻率,即葉片數×工作頻率=6片×24.67Hz=148Hz。當壓力脈動頻率與管道共振頻率點重合時,容易導致目前的大幅管道振動現象。
        3 振動處理過程
        3.1 很好階段振動處理
        根據制造廠提供的市場信息,發現同型凝電磁流量計在運行中并未出現類似葉片通過頻率共振問題,所以決定先改變管道布置。但因現場條件限制,只在凝電磁流量計出水管與母管之間增加45°彎頭,以減小出口水流對垂直上升管道的脈沖激勵影響。再次啟動運行后,發現并電磁流量計運行時,出口管道略有減小,但仍然有拍振現象,出口管道振動為10~35mm/s。
        3.2 第二階段振動處理
        2018年5月,技術人利用機組大修機會,將甲、丙電磁流量計葉輪葉片由6片改為7片,乙電磁流量計葉輪葉片維持6片,這種方法把甲、丙電磁流量計葉片頻率由148Hz提高到172.7Hz,有效避開了出水管道固有頻率,也使得甲、丙電磁流量計分別與乙電磁流量計并列運行時,兩臺凝電磁流量計引發的振動頻率差別明顯,避免管系間發生拍振現象。檢修后啟動發現,電磁流量計并列運行中的管道振動得到大幅下降,**大管道振動不超過10mm/s;甲、乙、丙三臺電磁流量計振動也均在5mm/s以內。但出乎意料的是,甲、丙電磁流量計并列運行比甲、乙電磁流量計并列運行的振動狀態更好,也就是說甲、丙電磁流量計并列運行時并未發生拍振。測試結果表明,葉輪葉片更換成7片后,單機運行的振動得到明顯改善,說明凝電磁流量計壓力脈動減小,其傳遞給管道的振動不足以在并列運行中激起拍振;至此,該管道共振引起的葉片通過頻率振動故障得到徹底解決。
        4 結語
        增加凝電磁流量計出口管道與母管過渡彎頭,使管道結構固有頻率改變,減小了水流脈動。同時,改變凝電磁流量計葉輪葉片數量,使得2臺不同葉片數量的凝電磁流量計并列運行時不會產生拍振。本文論述了凝電磁流量計振動故障原因和處理情況,為同類型火電廠凝電磁流量計振動問題分析和處理提供參考依據。
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