關(guān)于智能電磁流量計的振動原因分析與處理

摘要：某火電廠智能電磁流量計并列運(yùn)行過程中,出口管道振動劇烈，通過現(xiàn)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(xiàn)場通過改變電磁流量計出口管道結(jié)構(gòu)，并將智能電磁流量計葉輪葉片數(shù)量進(jìn)行調(diào)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(jī)械流道內(nèi)產(chǎn)生壓力脈動所誘發(fā)的高頻振動，其頻率是整圈葉片數(shù)與轉(zhuǎn)速頻率的乘積，即每根葉片通過流道突變或不連續(xù)處就產(chǎn)生一次壓力脈動；如果流道有多個突變或不連續(xù)處，則可能產(chǎn)生葉片通過頻率多倍頻振動。
近年來，許多專家和學(xué)者對葉片通過頻率振動機(jī)理進(jìn)行了廣泛、深入研究，有效推動了振動故障診斷與處理技術(shù)發(fā)展。但就工程實(shí)踐而言，對激振源進(jìn)行準(zhǔn)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(jié)合智能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(jī)理，探討了對應(yīng)現(xiàn)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(xiàn)象
某600MW機(jī)組配備了甲、乙、丙三臺立式、KCB500-150-1型凝結(jié)水智能電磁流量計，額定轉(zhuǎn)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(yán)重超標(biāo)，*大超過了150mm/s單峰值，導(dǎo)致管道焊縫振裂，給設(shè)備帶來了嚴(yán)重的安全隱患。
基于現(xiàn)場振動測試結(jié)果，總結(jié)該凝智能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(yùn)行時振動良好，如出口管道振動*大不超過12mm/s，且相對穩(wěn)定；振動以葉片通過頻率（6X）振動為主，驅(qū)動電機(jī)頂部振動也穩(wěn)定在合格范圍內(nèi)，振動頻率以基頻成分為主。*二，任意兩臺凝電磁流量計并列運(yùn)行時，智能電磁流量計體振動相比于單臺運(yùn)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。
*三，由振動波形（見圖1）可以清楚地看出，兩臺凝智能電磁流量計并列運(yùn)行時，出口管道出現(xiàn)了非常明顯的拍振現(xiàn)象，這與現(xiàn)場噪聲的周期性變化完全相符。

2　振動原因分析
從振動頻譜來看，該智能電磁流量計發(fā)生了葉片通過頻率振動故障，具體振動原因分析如下。*先，現(xiàn)場閥門開度和流量調(diào)整試驗表明，管道振動與流量和閥門開度之間關(guān)系不大，可以排除凝電磁流量計汽蝕、管道設(shè)計以及閥門選型不當(dāng)?shù)纫蛩貙艿勒駝拥挠绊憽?br/>其次，無論是凝電磁流量計單獨(dú)運(yùn)行還是并列運(yùn)行，振動都以6X頻率為主，這說明每一臺凝智能電磁流量計都存在流體壓力脈動所引發(fā)的葉片通過頻率振動。當(dāng)壓力脈動頻率與管道固有頻率重合時，導(dǎo)致出水管道發(fā)生了葉片通過頻率共振；而在任何瞬間，各電磁流量計實(shí)際轉(zhuǎn)速又不可能完全一致，這使得各智能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(fā)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(yùn)行工況下的出口管道振動進(jìn)行頻譜分析（見圖2）發(fā)現(xiàn)，葉片通過頻率附近出現(xiàn)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(fā)的，即兩臺凝智能電磁流量計工作轉(zhuǎn)速有微小差別，導(dǎo)致兩個頻率分量之間也出現(xiàn)了微小差別，進(jìn)而導(dǎo)致拍振現(xiàn)象。

因此，凝電磁流量計出口管道振動是由于凝智能電磁流量計內(nèi)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(shù)×工作頻率=6片×24.67Hz=148Hz。當(dāng)壓力脈動頻率與管道共振頻率點(diǎn)重合時，容易導(dǎo)致目前的大幅管道振動現(xiàn)象。
3　振動處理過程
3.1　很好階段振動處理
根據(jù)制造廠提供的市場信息，發(fā)現(xiàn)同型凝智能電磁流量計在運(yùn)行中并未出現(xiàn)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(xiàn)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(yùn)行后，發(fā)現(xiàn)并智能電磁流量計運(yùn)行時，出口管道略有減小，但仍然有拍振現(xiàn)象，出口管道振動為10～35mm/s。
3.2　*二階段振動處理
2018年5月，技術(shù)人利用機(jī)組大修機(jī)會，將甲、丙智能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智能電磁流量計并列運(yùn)行時，兩臺凝電磁流量計引發(fā)的振動頻率差別明顯，避免管系間發(fā)生拍振現(xiàn)象。檢修后啟動發(fā)現(xiàn)，電磁流量計并列運(yùn)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、丙三臺智能電磁流量計振動也均在5mm/s以內(nèi)。但出乎意料的是，甲、丙電磁流量計并列運(yùn)行比甲、乙電磁流量計并列運(yùn)行的振動狀態(tài)更好，也就是說甲、丙電磁流量計并列運(yùn)行時并未發(fā)生拍振。測試結(jié)果表明，葉輪葉片更換成7片后，單機(jī)運(yùn)行的振動得到明顯改善，說明凝智能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(yùn)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(jié)語
增加凝智能電磁流量計出口管道與母管過渡彎頭，使管道結(jié)構(gòu)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(shù)量，使得2臺不同葉片數(shù)量的凝電磁流量計并列運(yùn)行時不會產(chǎn)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，為同類型火電廠凝智能電磁流量計振動問題分析和處理提供參考依據(jù)。