关于智能电磁流量计的振动原因分析与处理

摘要：某火电厂智能电磁流量计并列运行过程中,出口管道振动剧烈，通过现场情况分析，可知管道固有频率与叶片通过频率重合引起了共振；在激烈振动激励下，影响出口管道振动。现场通过改变电磁流量计出口管道结构，并将智能电磁流量计叶轮叶片数量进行调整，解决了管道共振引起的电磁流量计振动大故障。
叶片通过频率振动是流体机械流道内产生压力脉动所诱发的高频振动，其频率是整圈叶片数与转速频率的乘积，即每根叶片通过流道突变或不连续处就产生一次压力脉动；如果流道有多个突变或不连续处，则可能产生叶片通过频率多倍频振动。
近年来，许多专家和学者对叶片通过频率振动机理进行了广泛、深入研究，有效推动了振动故障诊断与处理技术发展。但就工程实践而言，对激振源进行准确分离与精确定位，探究简便、可靠的治理方法*为迫切。因此，本文将结合智能电磁流量计叶片通过频率振动问题，分析管道共振引起电磁流量计振动的故障机理，探讨了对应现场振动处理措施，为该振动故障诊断及治理提供参考。
1　振动现象
某600MW机组配备了甲、乙、丙三台立式、KCB500-150-1型凝结水智能电磁流量计，额定转速为1480rad/min，流量为500m3/h，轴功率为274kW，出口叶轮为6片。自2015年以来，其振动严重超标，*大超过了150mm/s单峰值，导致管道焊缝振裂，给设备带来了严重的安全隐患。
基于现场振动测试结果，总结该凝智能电磁流量计的振动特征如下.很好，甲、乙、丙电磁流量计单台运行时振动良好，如出口管道振动*大不超过12mm/s，且相对稳定；振动以叶片通过频率（6X）振动为主，驱动电机顶部振动也稳定在合格范围内，振动频率以基频成分为主。*二，任意两台凝电磁流量计并列运行时，智能电磁流量计体振动相比于单台运行略有增大，而管道振动却十分剧烈，振动速度*大超过150mm/s，振动位移超过了1500μm，振动主要成分为叶片通过频率振动。
*三，由振动波形（见图1）可以清楚地看出，两台凝智能电磁流量计并列运行时，出口管道出现了非常明显的拍振现象，这与现场噪声的周期性变化完全相符。

2　振动原因分析
从振动频谱来看，该智能电磁流量计发生了叶片通过频率振动故障，具体振动原因分析如下。*先，现场阀门开度和流量调整试验表明，管道振动与流量和阀门开度之间关系不大，可以排除凝电磁流量计汽蚀、管道设计以及阀门选型不当等因素对管道振动的影响。
其次，无论是凝电磁流量计单独运行还是并列运行，振动都以6X频率为主，这说明每一台凝智能电磁流量计都存在流体压力脉动所引发的叶片通过频率振动。当压力脉动频率与管道固有频率重合时，导致出水管道发生了叶片通过频率共振；而在任何瞬间，各电磁流量计实际转速又不可能完全一致，这使得各智能电磁流量计出口管道所承受的激振力频率非常接近，继而引发了出口管系之间的拍振。
*后，通过对两台凝电磁流量计并列运行工况下的出口管道振动进行频谱分析（见图2）发现，叶片通过频率附近出现了两个相距很近的频率，分别为148.23Hz和148.36Hz。这两个频率的振动分属于两台凝电磁流量计所引发的，即两台凝智能电磁流量计工作转速有微小差别，导致两个频率分量之间也出现了微小差别，进而导致拍振现象。

因此，凝电磁流量计出口管道振动是由于凝智能电磁流量计内流体压力脉动所引起的。该压力脉动频率为叶片通过频率，即叶片数×工作频率=6片×24.67Hz=148Hz。当压力脉动频率与管道共振频率点重合时，容易导致目前的大幅管道振动现象。
3　振动处理过程
3.1　很好阶段振动处理
根据制造厂提供的市场信息，发现同型凝智能电磁流量计在运行中并未出现类似叶片通过频率共振问题，所以决定先改变管道布置。但因现场条件限制，只在凝电磁流量计出水管与母管之间增加45°弯头，以减小出口水流对垂直上升管道的脉冲激励影响。再次启动运行后，发现并智能电磁流量计运行时，出口管道略有减小，但仍然有拍振现象，出口管道振动为10～35mm/s。
3.2　*二阶段振动处理
2018年5月，技术人利用机组大修机会，将甲、丙智能电磁流量计叶轮叶片由6片改为7片，乙电磁流量计叶轮叶片维持6片，这种方法把甲、丙电磁流量计叶片频率由148Hz提高到172.7Hz，有效避开了出水管道固有频率，也使得甲、丙电磁流量计分别与乙智能电磁流量计并列运行时，两台凝电磁流量计引发的振动频率差别明显，避免管系间发生拍振现象。检修后启动发现，电磁流量计并列运行中的管道振动得到大幅下降，*大管道振动不超过10mm/s；甲、乙、丙三台智能电磁流量计振动也均在5mm/s以内。但出乎意料的是，甲、丙电磁流量计并列运行比甲、乙电磁流量计并列运行的振动状态更好，也就是说甲、丙电磁流量计并列运行时并未发生拍振。测试结果表明，叶轮叶片更换成7片后，单机运行的振动得到明显改善，说明凝智能电磁流量计压力脉动减小，其传递给管道的振动不足以在并列运行中激起拍振；至此，该管道共振引起的叶片通过频率振动故障得到彻底解决。
4　结语
增加凝智能电磁流量计出口管道与母管过渡弯头，使管道结构固有频率改变，减小了水流脉动。同时，改变凝电磁流量计叶轮叶片数量，使得2台不同叶片数量的凝电磁流量计并列运行时不会产生拍振。本文论述了凝电磁流量计振动故障原因和处理情况，为同类型火电厂凝智能电磁流量计振动问题分析和处理提供参考依据。