低壓安注泵電機振動高原因分析及故障處理

張強　王運喜

摘要：低壓安注泵是電廠的重要安全設施，承擔著事故時的堆芯應急冷卻功能。本文利用頻譜分析等手段對低壓安注泵電機振動分析，找出了根本原因，并制定了有效的策略，對處理同類故障有一定的借鑒意義。

1.概述

秦山二期擴建工程2×650MW機組，安全注入系統（RIs）用以在反應堆冷卻劑系統發生失水事故或主蒸汽系統發生管道破裂事故時，完成堆芯應急冷卻。低壓安全注入泵采用的是英國CLYDE公司的RN3J40 x三級立式離心泵，通過膜片式聯軸器由一臺6kV感應式電動機驅動。電機通過8顆螺栓安裝在可拆除的獨立的基礎板上，基礎板再通過16顆螺栓固定在混凝土基礎上。低壓安注泵A列電機（3RIS001MO）自2009年11月安裝后空載試車以來，振動值一直居高不下，非驅動端水平方向振動值最高達18.2mm/s，遠偏離正常要求的2.8mm/s，嚴重影響設備的正常運行和調試進度要求。

2.故障分析

2.1可能原因分析

2.1.1轉子不平衡

轉子的不平衡可以分為靜不平衡、動不平衡及混合不平衡。在實際中最常碰到的混合不平衡，是由靜不平衡離心力偶及動不平衡力偶共同作用在支座上產生的大小不等，相位不同的振動。

2.1.2定轉子磁力中心不正對

電機正常運行時，定子與轉子的磁力中心線應是重合對正的，當出現不對正的情況，必然產生軸向電磁拉力，使轉子在電磁力的作用下發生軸向位移，如果軸承室沒有足夠的軸向位移量，轉子移動受阻反彈引起振動。定子則將軸向電磁拉力轉換給電機外殼，也會引起振動。定子鐵芯軸向位移、軸承裝配精度差及電機端蓋變形等因素都會造成磁力中心不對中，最終導致電機振動值高。

2.1.3定轉子氣隙不均勻

電機定轉子氣隙不均勻時，會造成旋轉磁通不均勻，進而產生不平衡電磁力，在該電磁力作用下，電機的轉子會產生振動，氣隙的不均勻程度越嚴重，振動越大。其原因主要有定子鐵芯的中心軸線與驅動端非驅動端軸承室中心線不在一條線上，端蓋偏心，軸承嚴重損壞，定子鐵芯位移等。

2.1.4轉子籠條開焊或者斷裂

高壓電機轉子籠條開焊或者斷裂主要發生在電機啟動過程中，籠條所受應力超過了機械強度。籠條斷裂應力包括熱應力，焊接殘余應力和交變應力三種。熱應力是電機在啟動過程中，因啟動電流為額定電流的5-7倍，由此產生的損耗可使籠條達到200-300℃高溫，進而產生較大的熱應變，并受到一個彎曲應力。電機轉子籠條斷裂后，將會造成轉子本來平衡的力偶失衡，除產生切向力矩外，還會形成一個合力使轉子產生偏移軸線的運動而振動。

2.1.5軸承裝配差

軸承是電機中的重要又薄弱的環節，裝配不當極易引起振動和發熱，軸承是轉動部件，要求軸和軸承內圈的配合比較牢固，不能出現間隙，但當配合過盈量過大的話，會使軸承內圈漲大，軸承鋼珠和內外圈間隙減小，引起軸承發熱或振動。軸承外圈與端蓋或軸承套的配合過緊也會引起發熱或振動。

2.1.6共振

由于振動是可以疊加的，當激振頻率與被激振物體固有振動頻率相近或相等時，就會發生共振，使受迫振動物體的振幅達到最大，對設備的安全運行有極大的危害。

2.1.7安裝質量差

安裝質量差主要是聯軸器聯接不平衡，中心未找正，基礎安裝缺陷，存在軟腳、松動等方面。聯軸器中心未找正會導致電機與泵聯接不平衡。而軟腳、松動會使聯接剛度下降，機械阻尼降低進而將激勵造成的振動放大，極小的不平衡或不對中都會產生振動。

2.2頻譜分析

從振動幅值來看，電機自由端水平方向振動嚴重超標，振動值達18.2mm/s，垂直方向和軸向振動均合格。頻譜圖顯示振動主頻為24.9Hz，該頻率成分為電機轉速頻率（簡稱工頻）。引起電機工頻振動高的主要原因有：電機轉子不平衡、電機與泵聯軸器不對中、電機基礎松動或存在軟腳等。故可以將磁力中心不正、定轉子氣隙不均勻、轉子籠條開裂、共振等原因排除。根據電機轉子不平衡的振動特性為徑向振動大，包括水平和垂直方向，3RIS001MO振動只有水平方向幅值超標，排除轉子不平衡的可能。又因為振動出現階段在電機空載，并未和泵聯軸器相連，故不對中的可能也排除。通過排除法，我們將方向鎖定在電機基礎安裝不滿足要求。

2.3軟腳測試

為了驗證電機振動高確由軟腳引起，我們做了軟腳測試。架設3塊百分表，調O，按順序松掉8顆地腳螺栓，在松掉編號為7、8的螺栓，1#表的跳動值明顯偏出2#及3#表，最高達22mm。由此可以確定第7和第8顆螺栓確實存在軟腳，需要在此處加墊片對電機進行找平處理。

3.故障處理

為了檢查獨立的基礎板自身是否存在制造缺陷，首先對獨立基礎板做PT，結果除了輕微的腐蝕外，沒有發現裂紋等會使基礎板加力矩后變形的致命缺陷。接著又將基礎板拆下，送往機加工車間，利用專用平臺精確測量獨立的基礎板，如果平面度超出要求范圍則將其加工到要求范圍內。專用平臺上找正后，用百分表測量基礎板與電機底座接觸面跳動，其平面度最大也在O.05mm內。測量結果表明圓形基礎板與電機底座接觸面也沒有問題。故障的可能原因鎖定在圓形基礎板與混凝土地基接觸面間的軟腳。我們調整的重點也就是在基礎板與混凝土地基間加合適的墊片。經過討論決定將基礎板的16顆地腳螺栓按照要求的力矩擰緊后，依靠在調整垂直后的泵軸上架設的百分表裝置，測量基礎板的上表面的平面度，間接測得基礎板與基間的軟腳值。

在擰緊基礎板與混凝土基礎地腳螺栓后，基礎板的平面度各個方向跳動值內圈最大值0.36mm，外圈最大值0.45mm，嚴重超出廠家給出的0.10mm，這正是造成3RIS001MO振動高的根本原因。

根據測量數據，計算出各個螺栓下應加的墊片厚度，并擰緊地腳螺栓到要求力矩2300Nm，再次測量基礎板上表面的跳動值，經過反復實驗，最終將基礎板的平面跳動調整到0.08mm。啟動電機后測量，振動值穩定在lmm/s左右，滿足標準。

4.結束語

綜上所述，引起電機振動高的原因是多方面的，重要的是根據振動時的狀態、振動的部位再結合先進的手段綜合判斷。本次低壓安注泵電機振動高處理，首先利用頻譜分析指明了大致的方向，并與實測結合，準確判斷電機振動的根本原因是存在軟腳。由此制定了周詳的方案，最終圓滿的解決了這一難題，將振動值由18.2mm/s降至1.16mm/s。另外，安注泵電機振動高是基礎安裝質量差導致，非電機內部的質量問題，這也要求機組的安裝施工嚴格按照廠家技術手冊實施，安裝、監理各盡其責，避免類似問題再次出現。