系統概述及設備簡介熱網系統概述某新建電廠分一、二期建設，一期建設2×50MW背壓機組，二期建設2×350MW抽凝機組，配套建設熱網首站。本熱網首站分兩期建設，一期配置2臺熱網循環泵和2臺熱網加熱器，熱網循環泵電動機為變頻控制方式，并且預留出二期2臺熱網循環泵和2臺熱網加熱器的安裝位置。4臺熱網循環泵及4臺熱網加熱器的系統采用母管制布置方式，即熱網循環泵入口連接熱網循環水回水母管，熱網循環泵出口連接熱網加熱器供水母管，熱網加熱器出口連接熱網循環水供水母管。4臺熱網加熱器布置在首站6m層，4臺熱網循環泵布置在首站0m層。本采暖供熱聯網工程管網供水溫度設計為120℃，其汽化壓力為10mH2O，并留有3~5mH2O的富裕壓力。若將熱電廠處的相對標高定為0m，計算出熱水管網最不利環路的最高點相對標高為55m。因此，為保證在循環水泵停止工作時管網最高點的水不會汽化，并有5mH2O的富裕壓頭，靜壓線應大于10+55+5=70m，取靜壓線為70m。另外，為保證整個管網運行回水壓力不小于30mH2O，并且考慮外網流量等波動情況，因此，外網起供壓力設置為1.18MPa。熱網循環泵設備簡介一、二期熱網循環泵采用的水泵型式均為：臥式水平中開雙吸單級離心泵，型號：SM400-720，額定流量：3545t/h，最大流量：3900t/h，額定揚程：130mH2O，額定軸功率：1396.7kW。但是，一期熱網循環泵電動機為變頻控制方式，電動機型號：YSPKK560-4，額定功率：1600kW，額定電壓：6000V，額定電流：182.6A，恒轉矩頻率范圍：20~50Hz。二期熱網循環泵電動機為工頻控制方式，電動機型號：YSBPKK500-4，額定功率：1600kW，額定電壓：6000V，額定電流：173.9A。振動分析診斷振動問題初步分析2022年3月20日，在每月定期狀態監測的過程中，對C熱網循環泵進行振動監測。測量的通頻值見表1。表1C熱網循環泵通頻值通過表1可以看出，電動機驅動端垂直、水平方向兩處測點通頻值均超過警告值2.8mm/s，泵驅動端、非驅動端水平方向兩處測點通頻值均超過警告值4.5mm/s，電動機非驅動端水平方向通頻值超過危急值4.5mm/s，泵驅動端垂直、軸向和泵非驅動端垂直方向等多處測點通頻值均超過危急值7.1mm/s。結合頻譜圖分析，水泵驅動端和自由端的1X葉輪通過頻率和2X葉輪通過頻率均存在較大峰值，最大值為5.935mm/s，如圖1所示。結合波形解調圖進一步分析，發現水泵驅動端和自由端的水平沖擊值在20~40g的峰值比較密集，如圖2所示。并且，泵體發出砂石通過泵的聲音，此時熱網循環泵的運行狀況已經非常不好，懷疑泵存在嚴重汽蝕現象。圖1頻譜圖

圖2波形解調圖查看當時C熱網循環泵入口壓力為0.65MPa，入口壓力滿足所需汽蝕余量5.8m的要求，因此可以排除入口壓力不足導致的汽蝕。由于A、B熱網循環泵都是變頻泵，當時運行頻率均為36.5Hz，C熱網循環泵為工頻泵，所以懷疑是3臺泵之間流量匹配存在問題，導致C熱網循環泵超流量運行引起的汽蝕現象。但是，此時C熱網循環泵出口未設置流量變送器，無法判斷具體流量，并且當時處于供熱季，D熱網循環泵故障，暫無備用泵，因而無法停運判斷。所以計劃在4月5日采暖季結束之后進行試驗，在此期間密切監視熱網循環泵的振動及軸承溫度等參數。水泵性能工況分析在2022年4月5日8時18分機組停機后，熱網加熱器汽側停運，保留水側運行。當時A、B熱網循環泵頻率都是36Hz，C熱網循環泵電流175A，循環水流量10628t/h，泵入口母管壓力0.65MPa，A、B、C熱網循環泵出口壓力均為1.15MPa。于8時55分，將B熱網循環泵停運，A熱網循環泵運行頻率為35.3Hz，C熱網循環泵電流為176A。循環水流量穩定后為8748t/h，泵入口母管壓力0.65MPa，A、C熱網循環泵出口壓力均為1.05MPa。根據B熱網循環泵停運后的流量變化，從理論上可以推斷出，B熱網循環泵頻率為36Hz時，在并聯運行過程中，輸出流量為1880t/h。以此類推，A熱網循環泵頻率為36Hz時，在并聯運行過程中，輸出流量也約為1880t/h。C熱網循環泵電流為175A時，在并聯運行過程中，輸出流量約為6868t/h。但是，考慮到在3臺泵并聯運行過程中，泵出口流量之間的互相干擾，各泵出口流量會達到一個相對平衡狀態，所以C熱網循環泵實際輸出流量肯定要低于理論值6868t/h，而A、B熱網循環泵實際輸出流量肯定要高于理論值1880t/h。9時20分，將C熱網循環泵停運，A熱網循環泵運行頻率保持35.3Hz不變，循環水流量穩定后為4192t/h，泵入口母管壓力0.65MPa，A熱網循環泵出口壓力為0.95MPa。根據停運C熱網循環泵后的流量變化，可以證明上述推斷的正確性。因為，在A、C熱網循環泵并聯運行的過程中，雖然總流量為8748t/h，但是，工頻泵C熱網循環泵輸出流量肯定會高于頻率為35.3Hz時的A熱網循環泵輸出流量，不過在A熱網循環泵單獨運行時，不存在相互干擾的情況，所以A熱網循環泵出口流量會比并聯過程中有所提高。9時21分，將A熱網循環泵停運，泵入口母管壓力穩定后為0.7MPa。泵出口母管壓力穩定后為0.7MPa。此時0.7MPa即為供熱內外網高度差產生的靜壓。9時32分單獨起動C熱網循環泵，電動機電流為175A，循環水流量穩定后為6563t/h，泵入口母管壓力0.65MPa，出口壓力1.2MPa，此時C熱網循環泵實際運行揚程為55m，而額定揚程為130m。可以看出，實際運行揚程55m遠低于額定揚程130m。根據圖3水泵的性能曲線可知，隨著流量的增加，揚程成反比不斷下降，軸功率成正比不斷增加，汽蝕余量成正比不斷增加。在水泵出口壓力穩定在1.2MPa時，即水泵揚程為55m時，流量穩定在6563t/h，約是額定流量的2倍。可以判斷出，在C熱網循環泵運行過程中，泵的實際揚程仍有75m的余量，進而造成泵運行的過程中，水泵平衡點向大流量移動，造成流量不斷增大，最后超過額定流量值，而軸功率也隨之不斷增加。但是，在流量為6563t/h的工況下，水泵性能曲線未得到體現，如果繼續運行，在水泵實際流量過高的超過額定流量情況下，極有可能會導致電動機過載甚至燒毀。為設備安全起見，暫停試驗，先行計算出此工況下的軸功率。圖3水泵性能曲線軸功率分析軸功率是指在一定流量和揚程下，原動機單位時間內給予泵軸的功。軸功率是多用在泵上的一個專業術語，即軸將動力（電動機功率）傳給做功部件（葉輪）的功率。功率值小于電動機額定功率。泵的軸功率計算公式是：N=Q×H×r/（367×η）。其中N是軸功率，單位是kW；Q是流量，單位是m3/h；H是實際揚程，單位是m；r是介質密度，單位是t/m3；367是常數，是一個固定值；η是水泵的效率（0.6~0.85），一般大流量時取0.85。根據公式計算出C熱網循環泵流量在6563t/h時，軸功率為：N=Q×H×r/（367×η）=6563×55×1/（367×0.85）=1157kW，小于水泵額定軸功率1396.7kW，更遠小于配套電動機功率1600kW，所以未造成電動機過載保護動作。節流分析及振動診斷由于C熱網循環泵為工頻控制方式，無法通過控制轉速進行流量的調節。因此，選擇通過控制出口門開度，調節流量，進而尋找到最佳的工況平衡點。C熱網循環泵作為一種離心泵，采用關門起動方式，設置的起動邏輯為啟泵連鎖開出口門，所以，在出口門開度達到20%開度時，將出口電動門切換至就地，中停出口門，此時觀察循環水量為3050t/h，低于額定流量，因此繼續開出口門至26%，此時循環水量為4000t/h，在準備進行振動數據采集時，發現循環水流量存在波動現象，并且持續增加到4600t/h。考慮外網循環水量比較大，所以需要時間穩定。在穩定后，進行第一次振動監測。具體通頻值見表2。表2C熱網循環泵通頻值根據表2可發現，各測點的通頻值均降到警告值以下的水平，可以斷定分析的方向對了，過高的運行流量雖然沒有造成電動機過載，但是對水泵葉輪通過頻率造成了嚴重的影響。進一步結合頻譜圖、波形解調圖分析來看，水泵驅動端和自由端的1X葉輪通過頻率和2X葉輪通過頻率雖然仍存在峰值，但是幅值已大幅減小，最大值僅為1.799mm/s，并且水泵驅動端和自由端的水平沖擊值峰值均降低到30g以下，泵體也只有輕微的細沙流動聲音，泵汽蝕現象明顯減小。因此，在流量減小后，水泵葉輪的通過頻率峰值隨之降低，進而水泵的振動值也大幅下降。隨后，繼續關小出口門的開度至16%，此時循環水量穩定在3900t/h，進行第二次振動監測。此時具體通頻值見表3。表3關小出口門的開度C熱網循環泵通頻值

根據表3與表2對比可發現，各測點的通頻值均再次下降。結合頻譜圖、波形解調圖進一步分析來看，水泵驅動端和自由端的1X葉輪通過頻率和2X葉輪通過頻率峰值均得到了再一次減小，最大值僅為1.084mm/s，如圖4、圖5所示。水泵驅動端和自由端的水平沖擊值峰值基本控制在12g以下，只有較少的峰值波動，并且泵體異音消失，汽蝕現象已消除，水泵運行狀態已經達到優良水平。圖4頻譜圖

圖5波形解調圖改進措施建議根據上文的分析診斷，可以看出，針對C熱網循環泵葉片通過頻率高、振動值大的問題，解決的關鍵在于將泵出口流量和揚程控制在合適的工況點。在綜合考慮改進成本、可操作性、可靠性及難易程度后，對二期兩臺熱網循環泵提出以下幾種改進措施。1.

節流控制。分別在C、D熱網循環泵出口管道上，增加流量計，根據流量計和出口壓力表的參數，合理調整泵出口門的開度，以控制泵出口流量和揚程，將水泵控制在最佳性能工況點運行。2.增加變頻器。將C、D熱網循環泵電動機增加變頻器，將工頻控制方式改為變頻控制方式，可以通過改變頻率調整轉速，進而控制揚程和流量，使熱網循環泵在合適的工況點運行。3.將電動機改為小汽輪機。利用輔汽汽源，將熱網循環泵電動機驅動方式改為小汽輪機驅動方式。可以通過改變小汽輪機的進汽量，調整熱網循環泵的運行轉速，進而控制揚程和流量，使熱網循環泵在合適的工況點運行。4.車削葉輪。結合泵的性能曲線，通過采取車葉輪的方法，降低泵的揚程，減小余量，改變泵的額定流量，降低泵的振動。結論本文對熱網循環泵振動問題進行了分析