低壓安全注入泵振動超標分析及處理

溫青云　鮑宇　石堅　楊銘

【摘 要】某核電站安全注入系統（RIS）在調試期間，低壓安全注入泵（以下簡稱“低壓安注泵”）的驅動電機（立式高壓電機）自由端軸承徑向振動超標故障，其它方向振動值合格。通過分類遞進探究故障原因，并結合現場測試所得的基礎底板下沉量、結合面水平度、連接螺栓虛腳情況以及振動變化頻譜和趨勢等逐一驗證，分析出故障為結構共振所致。通過增強系統剛性消除結構共振的方法，最終消除振動故障，保障了設備安全運行，也為同類型電機振動故障處理提供了參考。

【關鍵詞】立式高壓電機；振動超標；結構共振；增強剛性

1 背景概述

某核電站低壓安注泵的驅動電機是6KV立式高壓電機，其自由端和驅動端均為滾動軸承，并分別設置3個振動測量點，軸向、徑向和垂直方向（以下用H向、V向和H向替代）。在電機進行單體試車期間，其自由端軸承的V向（冷卻器水箱方向）振動烈度超過廠家技術文件規定的2.8mm/s[1]限值，其它方向均合格。

2 故障分析

電機振動故障原因主要分為電氣和機械兩方面。振動數據測量人員采用斷電法監測到停機后振動值未立即明顯降低，同時電氣人員檢查接線等正確無誤，由此初步確定該故障并非電氣原因而是由機械方面所致。

通過頻譜分析儀進行測量，采集到振動故障的頻譜圖中發現25.16Hz為突出的故障頻率，和對應的轉子工頻一致。

注：現場測量安注電機的實際轉速為1485rpm，因此，電機的轉速頻率（工頻）為：

工頻=1485/60=24.75Hz

根據實踐經驗及研究數據[2]，軸彎曲、轉子不平衡、基礎結合面不平、基礎螺栓存在虛腳、共振故障以及管道應力等。

2.1 電機轉子彎曲和不平衡檢查

軸彎曲產生的振動故障常表現為：徑向和軸向振動均較大；頻譜圖中同時顯示出工頻及工頻的二倍頻或多倍頻等成分，上述特征均與現場實際情況不符。由此，排除了軸彎曲的因素。

轉子不平衡是常見的工頻振動故障原因之一。僅依據頻譜圖中顯示唯一突出的工頻故障分量，無法斷定故障是轉子不平衡振動，還是機械松動等定向振動[3]。但對比軸承水平和垂直方向的振動數據發現：振動故障僅產生在水平方向，即振動故障方向不隨旋轉力變化而變化，表明該故障屬于機械松動等定向振動，排除轉子不平衡因素。

2.2 基礎結合面水平度檢查

電機機座通過8顆M24×100的螺栓定位在支撐板上，支撐板則通過8顆M45×110的連接螺栓緊固在基礎預埋板上，基礎板通過8顆M45×700的雙頭基礎螺栓緊固于樓板水泥中。

吊走電機后，通過現場實際測量，發現電機支撐板承載面水平度在廠家要求≤0.10mm/m范圍內。

2.3 基礎螺栓虛腳檢查

對電機座與支撐板連接螺栓、支撐板與基礎板連接螺栓的回彈量進行打表測量，當分別松緊連接螺栓，最大回彈量不超0.03mm。因此，連接螺栓不存在虛腳的情況。

2.4 管道應力檢查

電機輔助管路只有冷卻水管，通過不接冷卻水，甚至斷開冷卻水管的情況下，對電機進行試車，發現其振動值未發生變化。因此，管道應力并非影響因素。

2.5 共振故障檢查

離線測量電機的固有頻率為26.25Hz，其中電機冷卻器位置固有頻率僅為24.8HZ，而電機的轉頻為25Hz。

系統響應的振幅急劇增大的現象稱為共振。通常將共振頻率定義為系統的固有頻率，即頻率比λ=1。處于共振區附近區域稱為共振區。電機轉速約為1500RPM，即25Hz。因此λ在1-1.1之間變化，振動響應在共振峰偏右區域附近變化。因此，λ為0.8-1.2的區間可視為共振區（也有人認為λ為0.75-1.25為共振區），運轉時要使設備盡量不在這個區間運行。

由此推斷，結構共振很可能是導致振動超標的要因。

3 缺陷處理

由上述可知，電機的在此區域內當激振力（轉頻）不變時，如固有頻率任何微小的變化（任何微小干擾）都會引發振幅大幅度旳變化。所以只有提高電機的固有頻率最大程度地拉開與電機的轉頻間之的距離，才可提高它的運轉可靠性。

根據共振頻率的簡易計算公式（不考慮阻尼）：

其中，k為物體的剛性系數，單位N/m；

m為物體的質量，單位kg。

目前電機的質量已經無法改變，只有通過改變電機的剛性，從而提高電機固有頻率，消除共振。

3.1 提高電機底板剛性

通過電機支撐板增加結構筋條，增大剛性支撐。現場對增加過筋條的支撐板進行沉降量，在靜載荷狀態下，最大數值為0.03mm。

同時，對底座三維模型進行適當簡化后，進行ANSYS進行網格分析，測出在靜載荷工況下，最大沉降量為0.02mm（材料彈性模量200GPa，泊松比0.3，材料密度7850kg/m3），與實際測量情況一致。

3.2 外加支撐力

在改變底座剛性的同時，外加支撐力增大電機的剛性。現場通過在電機水箱底部增加千斤頂試驗效果。當水箱底部增加千斤頂時，振動值明顯變小，在標準范圍限值內，如圖1所示：

4 總結

立式電機振動超標問題屬于復雜類缺陷，在很多電廠都出現過類似情況，處理過程中需要結合大量的數據，以及精準的分析。

本文介紹了低壓安注泵立式電機振動超標缺陷一般分析方法以及處理方案，尤其針對結構共振缺陷，增大設備自身的剛性是一種很好的解決辦法。

【參考文獻】

[1]沈陽電力機械總廠.低壓安注泵電機設備運行維護手冊[S].2012-06，CFC版.

[2]韓清凱.基于振動分析的現代機械故障診斷原理及應用[M].科學出版社，2010.

[3]周健成.旋轉設備基礎振動故障診斷及處理[J].設備管理與維修，2011，12：53-54.

[責任編輯：王楠]