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(xiàn)幾次報警（報警值設(shè)為216μm），均值約在170μm。兩套機組8臺主泵有6臺軸位移超標(biāo)，位移均值在 140～170μm（A 區(qū)域 127μm）。主泵為立式泵，泵電機位于泵的上方，電機由兩側(cè)的兩個吊掛通過兩個預(yù)應(yīng)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(zhuǎn)速為1485r/min；主泵的結(jié)構(gòu)為單級離心式葉片泵，葉輪葉片數(shù)Z=5，有一個吸入口，兩個出口。

振動監(jiān)測采用的是美國迪飛公司生產(chǎn)的DP104動態(tài)型號處理系統(tǒng)，可進行信號分析、模態(tài)分析、有限元分析比較和磁盤記錄存儲。實時處理，高動態(tài)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(tǒng)的緩沖輸出端連接。拾取沒有經(jīng)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(shù)據(jù)采集器采集振動信號并進行振動頻譜分析。按照ISO 10816—3標(biāo)準(zhǔn)及ISO 7919—3標(biāo)準(zhǔn)，分別監(jiān)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(shù)據(jù)也顯示，這兩處的振動值穩(wěn)定正常，遠(yuǎn)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(xiàn)，在位移振動頻譜圖3和圖4中出現(xiàn)，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(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)3號泵在降速惰轉(zhuǎn)過程中通過了一個共振頻率（圖5），圖6是共振區(qū)間對應(yīng)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(xiàn)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(zhuǎn)狀態(tài)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(jié)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(jié)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(dǎo)致報警的共同原因。

3.處理措施及效果

根據(jù)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(jié)構(gòu)和材料所限，在支架焊接加固后進行的錘擊試驗結(jié)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(fā)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(jié)果固有頻率≥860Hz，即使發(fā)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(xiàn)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(shè)計時應(yīng)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。

W13.04-32