軸流風機振動超標問題的分析與處理

呂從鵬，王 瑜，王績德

（中國中原對外工程有限公司，北京 100044）

1 情況介紹

1.1 設備情況

安全殼連續通風系統在核電站正常運行或熱停堆期間維持反應堆廠房內的溫度，使設備正常運行，便于人員進入，該系統是一個封閉式空氣循環系統。而風機是該通風系統的最核心設備，其運行的可靠性直接決定了系統的可用性。安全殼連續通風系統共配置了3 臺軸流風機，2 用1 備。該風機主要由葉輪、電機、內筒組件、外筒組件、風機底座組成，葉輪通過鍵與電機軸直接連接，并設置了減振器吸收振動能量，風機的結構和基本參數見圖1、表1。

表1 風機的基本參數

圖1 風機結構

1.2 問題描述

在系統運行了1 個月后，其中的3 號風機出現了振動超標的問題，查看振動趨勢，發現該風機的軸伸端振動在超標前的6 d 內緩慢地從3.8 mm/s 增長到超過5.5 mm/s（遠傳數據，只測量垂直方向），停機前振動達到5.9 mm/s。且非軸伸端也存在振動緩慢增長的情況，達到4.3 mm/s 左右。首先對比了電網頻率波動趨勢與風機振動趨勢的關系，發現兩者并沒有直接的關系。為了進一步驗證主控的數據是否真實，利用手持式測振儀就地測量風機軸伸端和非軸伸端的振動，發現就地數據與遠傳數據基本一致，排除了測振探頭故障或松動的可能性。然后檢查了風機前過濾器的堵塞情況，發現過濾器表面污染較輕，排除進風量不足造成風機振動超標的可能。再對葉輪進行檢查，發現葉片表面油漆存在大量剝落情況，且表面積灰嚴重，懷疑不平衡質量增加，超過許用標準，為此清理葉片表面積灰，并對油漆剝落的地方進行補漆，重新啟機進行驗證，風機的軸伸端振動依然超過許用標準。

為了找到風機振動超標的根本原因，利用振動頻譜測量儀對風機進行振動頻譜測量（風機運行實際轉速為1494 r/min，基頻為24.90 Hz），利用頻 譜分析法進行分析[1-2]，發現電機的軸伸端振動主頻是49.75 Hz（2 倍頻），振動達到6.76 mm/s，其次是基頻振動，其他頻率下振動強度很小（圖2）。

圖2 風機振動頻譜

2 問題分析和處理

2.1 振動分析

考慮到轉子的不平衡主要和基頻有關，所以判斷風機振動的根本原因不是葉輪不平衡的問題。

對于主頻是2 倍頻的振動，通常認為是由于聯軸器不對中[3]或轉子機械電氣不圓度超差[4]造成的，但是對于該軸流風機，其葉輪通過鍵與電機軸連接，不存在聯軸器連接問題。測量風機軸伸端3個方向的振動，發現垂直方向為5.9 mm/s，水平方向為3.8 mm/s，軸向為6.9 mm/s，而軸向振動大通常是風機自身故障造成的，所以懷疑是風機軸系存在問題，主要排查2 個方面：①葉輪和電機軸未形成可靠有效的連接；②軸承未可靠固定或存在故障。

為此，先檢查葉輪和軸的連接固定螺栓，鎖緊墊片未變形，螺栓沒有松動，葉輪和電機軸形成了可靠連接，排除第一種可能性。然后拆解檢查電機軸承，發現軸伸端軸承潤滑脂已發黑、非軸伸端軸頸和軸承內圈存在燒蝕問題（圖3、圖4）。測量電機軸的軸徑，發現與軸承裝配位置的軸伸端軸徑為Φ89.85 mm（技術要求為），軸徑比軸承內徑偏小0.153～0.168 mm；非軸伸端軸徑為Φ69.97 mm（技術要求為），軸徑偏小0.032～0.045 mm，兩端的軸承與軸都無法形成過盈配合，軸承內環晃動或滑動，造成軸承損壞，風機振動超標。

圖3 軸伸端軸承潤滑脂發黑

圖4 非軸伸端軸承內環燒蝕

對于電機轉子軸徑偏小的問題，根本原因是制造廠加工精度超差。無論是電機還是風機，在廠內的運行時間都不足以將問題暴露出來，現場安裝完成后也是運行了1 個月后軸承磨損嚴重時才出現振動超標的問題。

2.2 問題處理

針對電機轉子軸徑偏小的問題，考慮到核電站臨界時間緊急，采取兩步走的方案：①更換軸承，并采取臨時措施固定軸承；②更換新的合格電機轉子。對于第一步方案，考慮到非軸伸端的軸承內環與軸頸間隙較小，采取在軸頸表面均勻沖眼的方式將軸承固定于軸頸上；而對于軸伸端，軸頸與軸承內環的單邊間隙達到0.075 mm，采取在軸承和軸頸之間加墊厚度為0.05 mm 不銹鋼皮的方式，減輕軸承在軸上的晃動。第一步方案為應急方案，先保證風機緊急可用。回裝完成后啟機進行驗證，軸伸端垂直振動降至4.0 mm/s，軸向振動降低至4.7 mm/s。但由于軸伸端軸與軸承依然未形成有效的過盈配合，2 倍頻的振動依然較高（圖5），進一步判斷軸承未固定于軸上是振動的根本原因。

圖5 更換軸承后振動頻譜

1 個月后，新的合格電機轉子到達現場并更換，風機軸伸端的振動在4.8 mm/s 左右，新轉子和軸承經過12 h 運行的磨合后，振動緩慢降低至2.1 mm/s左右，并持續運行48 h，振動保持穩定（圖6）。測量風機非軸伸端的振動頻譜，發現2 倍頻的振動幾乎消失，問題得以解決，進一步說明軸承在軸頸上的打滑晃動是風機2 倍頻振動的根本原因。

圖6 更換轉子后振動頻譜

3 結論

針對某核電軸流風機振動超標問題的分析和處理，得出以下結論：頻譜分析發現風機軸伸端振動的主頻率是2 倍頻，而引起2 倍頻振動的根本原因是電機軸頸加工尺寸超差，造成軸頸和軸承之間存在間隙，無法形成有效的過盈配合，軸承在電機軸上打滑晃動，運行一段時間后，軸承磨損，振動超標。采取兩步走的處理方案，第一步更換電機軸伸端和非軸伸端的軸承，并采取臨時固定措施，風機軸伸端振動降至4.0 mm/s，保證風機能夠應急可用；第二步更換新的合格電機轉子，2 倍頻的振動幾乎消失，軸伸端振動降低至2.1 mm/s，遠小于5.5 mm/s 的許用標準，風機振動超標問題得以解決。