光热电站冷盐泵振动及平台晃动治理分析

光热电站冷盐泵振动及平台晃动治理分析

朱子光

（鲁能新能源（集团）有限公司新疆分公司，新疆 乌鲁木齐830057）

摘要:光热电站中，二元熔盐作为吸热储热介质，冷盐泵为吸热熔盐提供动力。冷熔盐泵扬程高、支撑结构振动情况比较复杂，在过去的治理过程中经历过振动程度反复，说明其对支撑结构刚度极其敏感，需要进行相应治理。在实践治理中，通过对钢结构平台振动频率分析、增加支撑及纵向桁架，熔盐泵振动及平台晃动大幅改善。探究框架式支撑结构在以后太阳能热发电站中的应用，以从根本上解决熔盐泵振动和平台晃动问题。

关键词：熔盐泵振动；平台晃动；悬挑式；框架式；强度

一、前言

熔盐泵由于功能及设计需求，呈现“头重脚轻”的状态，特别是冷盐泵，需将300℃熔盐泵送至光塔顶部的吸热器内，扬程高。熔盐泵电机功率大、转轴长，而较长的泵轴具有刚性不足，挠度大，轴系直线度差等特点，容易造成转子部件与定子部件摩擦，泵运转过程中会产生振动。同时，熔盐泵悬挑式式钢结构基础平台因其承载的泵体重量较大、悬臂横梁远远长于钢结构立柱且平台与基础之间连接的牢固性不足，熔盐泵启动后易带动钢结构平台晃动，导致泵体和电机本体晃动，造成熔盐泵单泵运行，无法满流量上盐，严重影响储热量和发电量。

二、冷盐泵组及基础情况

自2019年9月份以来，某光热项目出现冷盐泵振动及平台晃动问题，只有一台泵能正常运行，两台泵振动超标。项目共配置冷熔盐变频泵 3 台，采用两运一备模式，运行频率为 30～42Hz。 泵组设计流量为 1378m³/h，单泵流量为 689m³/h，泵出口扬程为 312m，电机功率 2100kW。冷盐泵支架下部为两个钢筋混凝土筒体，筒体平面尺寸为3.7m×6.7m，筒体高度13.9米，筒体高宽比接近1:4。钢筋混凝土筒体上部设置钢桁架，钢桁架最大悬挑6.5米，钢桁架根部高度3.63米。在桁架顶面布置五台设备，其中冷盐泵三台，每台运行重量为36.6吨，调温泵两台，每台运行重量9.8吨。

三、振动测试情况

1.3 台冷泵中，A泵的振动最小，C泵的振动最大。根据制造厂给出的振动标准，A泵的振动在合格范围之内。由于B泵的振动最大达到11.8mm/s，C泵的振动最大达到21.1mm/s，B泵和C泵的振动均远超厂家给出的振动标准，因此，B泵和C泵的振动是不合格的。

2.B 泵和C泵的振动有显著的方向性，东西方向最大，垂直方向最小。其中，B 泵东西方向振动在 9.2-11.8mm/s之间，南北方向振动为东西方向的1/2左右，垂直方向为东西方向的 1/3左右。C泵东西方向振动在13.9-21.1mm/s 之间，南北方向为东西方向的1/3左右，垂直方向为东西方向的1/4左右。C泵东西方向振动约为B泵东西方向的 2 倍。

3.在启动过程中，B泵和 C泵振动的变化规律基本相同，但是与A泵振动的变化规律不同。在启动过程中，B泵和C泵的振动随着转速的升高快速增大到一定值，时间仅需约16s，之后不再随转速的升高而改变。A泵在启动过程中，振动值虽然不大，但是却有一个相对较长的增长过程，约需60s左右，并且振动值会随着泵的工况而变化。在停机过程中，当频率下降到 30Hz时荷载卸除，振动下降，当频率从30Hz突变到0Hz时，振动迅速突降至很小值，时间仅需3-5s。

4.在变频运行过程中，B泵和C泵的振动值保持相对稳定，即不随转速的升高而增加，而与是否上盐有关，即上盐后振动值会增加。其中，当C泵的频率从30Hz升高到41Hz时，东西向和南北向的振动有所下降，约20-30%。在B&C同时运行时，B 泵上盐前东西向振动 6mm/s，上盐后增加到11.2mm/s。

5.在3台泵的振动中均有小于 4Hz的低频成分，且互不相等。A泵的低频振动频率最小为3.418Hz，B泵的低频振动频率最大为3.906Hz，C泵的低频振动频率为 3.784Hz。B泵和 C泵振动的主频为 该低频振动，其他频率成分的振动比主频小 20-30dB，因此振动波形近似为简谐信号。而A泵的低频振动幅值与其他频率成分处于相同量级，所以波形较为复杂，但是整体振动值较小。

6.A泵分别与 B泵或C泵同时运行时，相互影响很小，B 泵与 C 泵同时运行时相互有的影响并产生“拍振”现象，导致 B泵和C泵的低频晃动发生或大或小的变化，变化周期约 11s，B泵和C泵的最大振动值比各自单独运行时增大约10%。

7.平台的振动与泵的振动相关，最大振动位置为平台的东南 角区域，与B泵和C泵均位于平台东南区域有关。平台振动的频率成分与泵振动的频率成分基本相同，也以低频晃动频率为主频，比其它频率成分大20dB。在B泵和C泵同时运行时，平台振动也同样出 现“拍振”现象。

8.泵出口阀东西方向的水平振动最大，约为泵身上部振动的一半左右，频率成分与泵身振动频率成分基本相同，也以低频晃动频率为主频。在B泵和C泵同时运行时，泵出口阀的振动也出现“拍振”现象，以水平方向较为明显。

四、解决措施

为解决泵及平台晃动累计加固平台八次，对泵体基础增加垫铁，增加台板螺栓数量，在钢架上部和侧面加装平台和支撑。改变钢架A、B轴连接方式，增加腹杆等措施。前五次加固主要加固方式为在原有钢架的基础上对强度不足的部位拼焊型钢的方式进行，加固后效果不明显。第六次加固：在钢架平台A、B轴上部用H型钢加装立柱，在悬挑结构的前端和所加立柱之间用H型钢加装斜拉，主要是对悬挑结构施加向上的拉力，以减小在泵运行中悬挑结构的晃动，改造后测试，没有效果。第七次加固：第七次加固在冷盐泵平台东侧加装钢架，主要目的是抑制钢架东西向的晃动，增加后对冷盐泵B、C振动进行测量，振动明显增大，A泵运行正常。在上下台板间灌浆，增加台板结合面积，增加台板固定螺栓，用钢丝绳固定A、B、C电机四角。振动有明显改善。第八次加固：针对冷盐泵对支撑结构刚度极其敏感问题进行治理，采用四阶段处理方案，第一阶段整改的主要内容为将纵向桁架的弦杆与竖向立柱刚结，提高结构的整体性和整体刚度。整改完成后，结构振动情况略有加剧。因为结构的第一周期与冷盐泵运行的振动周期极其接近，刚度的稍有变化，都会引起结构振动情况的变化。结构的整体刚度增强后，对振动的响应敏感程度将降低，因此本次整改是必要和有意义的。第二阶段整体的主要内容包括两部分，一是原施工缺陷的整改，如螺栓漏装、未紧固到位等；二是加高南侧边梁。后在施工过程中，将施工缺陷整改完毕。整改完成后，振动变化情况不明显。第三阶段整改的主要内容为调整悬臂钢架刚度，具体为C泵东侧支撑钢架增加腹杆和增加下弦支撑，调高该榀钢架刚度，使C泵东西两侧钢架趋近均匀。本次整改后，C泵的振动情况有较大改善。第四阶段内容完成边梁加高做成连续梁，并增加纵向桁架，增加各榀桁架之间的整体性。本阶段整改完成后，在A泵不拉钢丝绳，B、C泵拉钢丝绳的条件下，任两泵运行均满足生产需求。

五、结论与建议

冷盐泵在多个光热项目均存在振动问题，不能完全规避，主要是振动原因、机理和控制方法尚属空白，国内没有直接的规范标准可供参照。可以对冷盐泵支撑结构情况开展一系列研究，如对框架式支撑合理结构形式研究，振动控制方法研究等。在技术措施上，充分总结在运太阳能热发电站熔盐泵运行情况情况，与设计院、设备厂家、施工单位等共同研究，一是从熔盐泵设计、制造方面提高泵的刚性和精度，从源头降低泵的振动。二是将熔盐泵悬挑式式钢结构基础平台改为钢筋混凝土框架式支撑结构，增加基础强度和刚性。三是合理布置熔盐泵及熔盐管道，通过专业软件模拟，减少高温变形产生的应力影响熔盐泵的对中性，避免引起振动。