核電主泵軸振動分析與處理

黃勇波

1.概述

某核電廠主泵軸振動每天出現幾次報警（報警值設為216μm），均值約在170μm。兩套機組8臺主泵有6臺軸位移超標，位移均值在 140～170μm（A 區域 127μm）。主泵為立式泵，泵電機位于泵的上方，電機由兩側的兩個吊掛通過兩個預應力拉桿懸掛支承，泵安裝于管道上，電機上部還有3個抗震墊支撐，以防止泵傾倒。主泵電機的功率為6711kW，轉速為1485r/min；主泵的結構為單級離心式葉片泵，葉輪葉片數Z=5，有一個吸入口，兩個出口。

振動監測采用的是美國迪飛公司生產的DP104動態型號處理系統，可進行信號分析、模態分析、有限元分析比較和磁盤記錄存儲。實時處理，高動態范圍，可在測量中找出頻譜特征。

主泵和電機布置了3個殼體振動速度傳感器和軸振動電渦流傳感器（圖1）。采用DP104與主傳熱泵在線保護系統的緩沖輸出端連接。拾取沒有經過處理的振動速度傳感器和非接觸式電渦流式振動信號，由DP104數據采集器采集振動信號并進行振動頻譜分析。按照ISO 10816—3標準及ISO 7919—3標準，分別監測和評定電機上下軸承座和泵軸承座徑向方向振動速度和泵軸振動。

2.振動信號頻譜分析

為了得到全面的信息，幾臺主泵進行正常運行情況下振動測試，3號主泵停、啟泵過程振動信號測量以及支架固有頻率測試。

（1）主泵正常運行振動頻譜

在二號機組滿功率、主泵正常運行的工況下，采集3號泵傳感器振動頻譜（圖2、圖3、圖4）。頻譜圖中振動的主要能量都集中在25Hz和125Hz附近，24.75Hz是泵的正常工作頻率（f），因為主泵有5個葉片，所以124.75Hz是泵的葉片通過頻率（BPF）＝5f，所以振動的主要能量集中在1f和5f附近是正常的。圖2中除1f和5f處的振動能量外，基本沒有其他頻段的能量，而且在線振動測量數據也顯示，這兩處的振動值穩定正常，遠小于報警值。圖3和圖4中除了1f和5f的能量外，還有其他一些隨機雜亂的能量頻段，尤其是在195Hz附近接近8f有較為明顯的能量，該頻段的能量很可能就是造成軸位移振動偏高并時常報警的根源。8f激振力的來源是工作頻率倍頻諧波引起的，未在泵殼的速度振動頻譜圖2中出現，在位移振動頻譜圖3和圖4中出現，其原因可能是軸位移振動傳感器支架剛性較差，存在共振的可能性。二號機組的其他3臺主泵的情況基本相同。

（2）停泵過程中頻譜分析

對停機過程中的3號泵采集軸位移振動數據，發現3號泵在降速惰轉過程中通過了一個共振頻率（圖5），圖6是共振區間對應的頻譜圖，可以看到3號泵的共振頻率fn=200Hz，約等于8f，所以可以斷定3號主泵確實在8f附近存在共振。

（3）支架固有頻率測量

為了找到8f處共振的原因，在現場對3號主泵軸位移振動傳感器的支架進行錘擊試驗，以確定該固定支架的固有頻率。試驗時固定支架安裝在主泵上，與運轉狀態時完全相同。固定測試傳感器于支架上方，錘擊支架末端，抓取振動信號。圖7所示的試驗結果表明，3號主泵的固有頻率約為fn=194.47Hz。這表明3號主泵軸位移8f共振的根源是支架的固有頻率和激振力頻率接近引起的。同時對其他主泵的支架做同樣的錘擊試驗，結果表明它們的固有頻率都不同程度的接近8f，所以共振是這些泵軸位移振動偏高導致報警的共同原因。

3.處理措施及效果

根據上述分析診斷為支架引起機組共振，首先考慮加固支架。由于支架本身結構和材料所限，在支架焊接加固后進行的錘擊試驗結果表明，共振頻率只能從200Hz提高到220Hz，在支架降低2cm后可提高到228Hz，該方法效果不甚理想，還可能會發生9f和10f共振。為此，將支架高度降低一個測量面，支架越矮，共振頻率越高，引起主泵振動越小。在廠房進行了主泵軸振動位移傳感器短支架錘擊試驗，結果固有頻率≥860Hz，即使發生共振由于剛度較高，振動位移也可忽略不計。在二號機組大修中，對4臺主泵的軸位移振動探頭支架進行了更換，實際運行表明，主泵的軸位移振動探頭支架共振現象完全消除，各泵軸位移振動也都有明顯下降。對一號機組的4臺主泵采用相同方法更換支架后共振完全消除。

軸位移振動探頭支架設計時應該考慮支架共振帶來影響，盡可能提高支架剛度，降低支架振動位移在測量中的不良影響。

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