CPS再循環(huán)泵電機(jī)振動(dòng)原因分析及措施

遲　威，侯　濤，馬現(xiàn)奇

(三門(mén)核電有限公司，浙江三門(mén)317112)

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CPS再循環(huán)泵電機(jī)振動(dòng)原因分析及措施

遲威，侯濤，馬現(xiàn)奇

(三門(mén)核電有限公司，浙江三門(mén)317112)

摘要CPS再循環(huán)泵電機(jī)在調(diào)試過(guò)程中出現(xiàn)的振動(dòng)問(wèn)題，經(jīng)過(guò)振動(dòng)測(cè)試后，對(duì)電機(jī)水平方向振動(dòng)大，且有二倍頻現(xiàn)象進(jìn)行分析，診斷振動(dòng)的原因是結(jié)構(gòu)共振。通過(guò)對(duì)電機(jī)實(shí)施基礎(chǔ)灌漿、底腳支撐面水平度處理、虛腳處理、基座焊接加強(qiáng)筋、底腳凹槽填實(shí)等措施，最終使電機(jī)振動(dòng)符合標(biāo)準(zhǔn)。這類(lèi)振動(dòng)問(wèn)題的解決方法，為類(lèi)似振動(dòng)問(wèn)題的處理提供了很好的借鑒。

關(guān)鍵詞振動(dòng)；二倍頻；原因分析；共振

0引言

核電站凝結(jié)水精處理系統(tǒng)(CPS)再循環(huán)泵電機(jī)在空載運(yùn)行時(shí)振動(dòng)超標(biāo)，帶載后振動(dòng)嚴(yán)重超過(guò)廠家允許值。現(xiàn)場(chǎng)在處理基座水平度和虛腳，以及加焊螺栓等措施后，未能解決振動(dòng)問(wèn)題。電機(jī)振動(dòng)問(wèn)題限制了后續(xù)調(diào)試試驗(yàn)工作進(jìn)展，因此需要對(duì)泵振動(dòng)問(wèn)題進(jìn)行深入分析。

1CPS泵情況、測(cè)點(diǎn)布置及振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)

1.1CPS泵情況

CPS泵為臥式離心泵，是由電機(jī)通過(guò)膜片式聯(lián)軸器帶動(dòng)泵轉(zhuǎn)動(dòng)，整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。泵和電機(jī)均固定在支撐鋼架上，鋼架通過(guò)螺栓與基礎(chǔ)固定連接。電機(jī)額定功率為75kW，額定轉(zhuǎn)速為2950r/min。

1.2測(cè)點(diǎn)布置

采用便攜式測(cè)振儀監(jiān)測(cè)CPS泵和電機(jī)振動(dòng)，測(cè)點(diǎn)布置在泵和電機(jī)的驅(qū)動(dòng)端和非驅(qū)動(dòng)端垂直和水平方向。

1.3振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)

泵和電機(jī)振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)是依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB/T 6075.3—2011 機(jī)械振動(dòng)在非旋轉(zhuǎn)部件上測(cè)量評(píng)價(jià)機(jī)器的振動(dòng)第3部分：額定功率大于15kW額定轉(zhuǎn)速在120r/min至15000r/min之間的在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的工業(yè)機(jī)器[1]執(zhí)行，因此根據(jù)泵的剛性支撐情況和電機(jī)轉(zhuǎn)軸高度，泵和電機(jī)帶載時(shí)振動(dòng)值不應(yīng)超過(guò)4.5mm/s。

而空載時(shí)電機(jī)振動(dòng)依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 10068 軸中心高為56 mm及以上電機(jī)的機(jī)械振動(dòng)[2]執(zhí)行，即電機(jī)振動(dòng)值不應(yīng)超過(guò)2.3mm/s(舊標(biāo)準(zhǔn)為2.8mm/s)。

2CPS泵振動(dòng)測(cè)試情況

2014年6月CPS泵電機(jī)空載運(yùn)行時(shí)，驅(qū)動(dòng)端水平方向振動(dòng)為3.2 mm/s，超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)允許值。為進(jìn)一步觀察振動(dòng)情況，決定先做帶載試驗(yàn)，結(jié)果帶載后電機(jī)振動(dòng)增大到5.9 mm/s，遠(yuǎn)超標(biāo)準(zhǔn)允許值，泵驅(qū)動(dòng)端水平方向振動(dòng)為5.2 mm/s，也超過(guò)了標(biāo)準(zhǔn)允許值。

由于電機(jī)振動(dòng)超標(biāo)，廠家在電機(jī)兩側(cè)支撐處各焊接兩根螺栓，螺栓上部焊在支撐支架上，下部焊在基礎(chǔ)框架上，見(jiàn)圖2。

據(jù)廠家反饋空載振動(dòng)合格，但由于現(xiàn)場(chǎng)不具備帶載條件，因此未做帶載試驗(yàn)。2015年4月泵具備帶載條件后，帶載起動(dòng)時(shí)對(duì)泵和電機(jī)的振動(dòng)進(jìn)行了詳細(xì)測(cè)量，具體測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表1。

從上面數(shù)據(jù)看，電機(jī)帶載振動(dòng)超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)允許值很多。解開(kāi)泵對(duì)輪復(fù)查中心，數(shù)據(jù)在合格范圍內(nèi)。于是在空載情況下，單轉(zhuǎn)電機(jī)檢驗(yàn)振動(dòng)水平，結(jié)果顯示電機(jī)水平方向振動(dòng)下降較多，但仍超標(biāo)，數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

此后在對(duì)電機(jī)支座處理“虛腳”，以及對(duì)支座水平度研磨找平，振動(dòng)基本不變。從振動(dòng)數(shù)據(jù)看，電機(jī)水平方向振動(dòng)超標(biāo)，且以二倍頻為主(電機(jī)額定轉(zhuǎn)速為2950r/min，對(duì)應(yīng)的振動(dòng)頻率為49.2Hz，當(dāng)前電機(jī)水平方向振動(dòng)頻率大約為100 Hz)，如圖3所示。為進(jìn)一步處理振動(dòng)，需要對(duì)振動(dòng)原因進(jìn)行深入分析，然后采取針對(duì)措施去處理。

3振動(dòng)原因分析

3.1水平方向振動(dòng)大原因分析[3]

軸承只在徑向振動(dòng)大，而垂直方向振動(dòng)不大，可能是由于軸承剛度不足或結(jié)構(gòu)共振引起的。一般情況下，激振力來(lái)自轉(zhuǎn)子，如轉(zhuǎn)子不平衡離心力、電機(jī)轉(zhuǎn)子不平衡電磁力等。轉(zhuǎn)子力通過(guò)油膜等傳遞到軸承、基礎(chǔ)等結(jié)構(gòu)上。當(dāng)轉(zhuǎn)子激振力過(guò)大時(shí)，必然會(huì)產(chǎn)生很大的轉(zhuǎn)子振動(dòng)，同時(shí)也易導(dǎo)致這些結(jié)構(gòu)上出現(xiàn)較大的振動(dòng)。然而有時(shí)轉(zhuǎn)子激振力并不大，卻也能引起很大的結(jié)構(gòu)振動(dòng)，這種現(xiàn)象則是由于結(jié)構(gòu)的動(dòng)剛度偏弱或結(jié)構(gòu)共振造成的。

結(jié)構(gòu)的動(dòng)剛度大小完全取決于結(jié)構(gòu)本身的靜剛度(結(jié)構(gòu)剛度)、連接剛度和共振狀況。靜剛度表征部件的結(jié)實(shí)程度，它由其結(jié)構(gòu)的幾何形狀、幾何尺寸和材料特性等決定。在材質(zhì)相同的情況下，一般“矮、壯、厚”形狀的部件的靜剛度較好。連接剛度是指部件間連接的緊密程度，它受部件間接觸狀態(tài)、連接螺栓的緊力和均勻程度等影響。一般通過(guò)測(cè)量連接部件間的差別振動(dòng)進(jìn)行判斷。

結(jié)構(gòu)共振是指軸承、基礎(chǔ)以及管道系統(tǒng)等結(jié)構(gòu)部件的固有頻率與轉(zhuǎn)速頻率相同或接近時(shí)，造成這些結(jié)構(gòu)振動(dòng)劇烈的現(xiàn)象。任何一個(gè)固定結(jié)構(gòu)都有其固有的自然頻率，盡管在結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中要求該固有頻率與工作轉(zhuǎn)速頻率有一定的避開(kāi)范圍，但由于種種原因，如結(jié)構(gòu)固有頻率計(jì)算中模化參數(shù)的偏差或結(jié)構(gòu)的實(shí)際安裝條件與設(shè)計(jì)值的偏差，結(jié)構(gòu)材料的老化等，都可能造成結(jié)構(gòu)固有頻率的變化。固有頻率一旦落入工作轉(zhuǎn)速范圍，則產(chǎn)生共振。

3.2二倍頻振動(dòng)原因分析[4]

二倍頻振動(dòng)是由轉(zhuǎn)子剛性不對(duì)稱(chēng)或電磁激振造成的。轉(zhuǎn)子軸線結(jié)構(gòu)剛度不對(duì)稱(chēng)僅是在汽輪發(fā)電機(jī)由于大小齒的存在或轉(zhuǎn)子匝間的情況才會(huì)出現(xiàn)，而異步電動(dòng)機(jī)不會(huì)出現(xiàn)。

在普通強(qiáng)迫振動(dòng)中，兩極電機(jī)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生不均衡電磁力的頻率為fp(轉(zhuǎn)子工作頻率)；產(chǎn)生均衡電磁力的頻率為2fp。不均衡電磁力對(duì)轉(zhuǎn)子和定子都是不平衡的；均衡電磁力對(duì)轉(zhuǎn)子是平衡的，但對(duì)定子是不平衡的，所以它不會(huì)引起轉(zhuǎn)子振動(dòng)，而只能使定子產(chǎn)生振動(dòng)。當(dāng)定子剛度不足或局部共振時(shí)，會(huì)使定子產(chǎn)生頻率為2fp的較大振動(dòng)。如果軸承與電機(jī)定子相連，這種振動(dòng)將傳至軸承；有時(shí)軸承與定子雖然不直接相連，但是由于基礎(chǔ)或軸承本身共振(2fp)，在軸承上也會(huì)呈現(xiàn)振動(dòng)頻率為2fp的較大振動(dòng)。

3.3綜合原因

電機(jī)空載起動(dòng)時(shí)，分別松3個(gè)地腳螺栓，水平方向振動(dòng)都能降到1mm/s以下，且以一倍頻為主，說(shuō)明電機(jī)本身振動(dòng)很小，電機(jī)自身剛度沒(méi)問(wèn)題，因此判斷電機(jī)振動(dòng)是由共振引起的。經(jīng)測(cè)量電機(jī)底座的振動(dòng)，發(fā)現(xiàn)空載時(shí)振動(dòng)已超過(guò)其臨近軸承的25%，不滿足國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)要求[2]，也驗(yàn)證了振動(dòng)原因是共振的判斷。

4振動(dòng)處理

根據(jù)振動(dòng)原因分析結(jié)果，分別采取以下措施來(lái)處理振動(dòng)。

4.1支撐框架灌漿

設(shè)備到廠前，由于提資圖紙上沒(méi)有對(duì)泵和電機(jī)支撐框架的灌漿要求，現(xiàn)場(chǎng)沒(méi)有對(duì)支撐框架進(jìn)行二次灌漿。當(dāng)發(fā)生振動(dòng)問(wèn)題后，經(jīng)查找廠家運(yùn)行維護(hù)手冊(cè)，發(fā)現(xiàn)其有對(duì)支撐框架進(jìn)行灌漿的要求。由于此時(shí)二次灌漿已灌好，只好在二次灌漿上鑿毛后再灌漿，如圖4所示。

灌漿后電機(jī)單轉(zhuǎn)時(shí)，垂直方向振動(dòng)為0.868mm/s，水平方向振動(dòng)為2.894mm/s，比灌漿前有所下降，但還是超出標(biāo)準(zhǔn)允許值，需要進(jìn)一步處理；電機(jī)水平方向振動(dòng)仍以2倍頻為主。

4.2電機(jī)支撐基座水平度處理

電機(jī)坐落的基座設(shè)計(jì)為兩側(cè)槽型支撐，如果支撐面的水平度偏差較大，會(huì)影響電機(jī)與基座的連接剛度。現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)，電機(jī)各支撐腳兩側(cè)支撐面偏差在0.10～0.30mm之間。經(jīng)研磨處理后，保證偏差在0.05mm以內(nèi)，如圖5所示。

4.3電機(jī)基座虛腳處理

電機(jī)空載試驗(yàn)時(shí)，因振動(dòng)超標(biāo)，分別松開(kāi)電機(jī)4個(gè)底腳螺栓做試驗(yàn)，結(jié)果在松開(kāi)某個(gè)螺栓時(shí)振動(dòng)顯著下降，水平和垂直方向振動(dòng)不超過(guò)1mm/s，試驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明電機(jī)存在著“虛腳”。通過(guò)在電機(jī)底腳處打上百分表，松緊底腳螺栓記錄底腳變化，然后在變化較大底腳墊上相應(yīng)的墊片，使四個(gè)底腳松緊螺栓變化均勻，如圖6所示。查找虛腳后，振動(dòng)有一定程度下降。

4.4電機(jī)基座焊接支撐加強(qiáng)筋

電機(jī)每個(gè)底腳兩側(cè)支撐剛度是不一致的，外側(cè)只在中間加了一塊支撐筋板，而內(nèi)側(cè)是整塊鋼板支撐，所以外側(cè)明顯比內(nèi)側(cè)支撐剛度弱。為使兩側(cè)支撐一致，在外側(cè)焊接了支撐筋板，如圖7所示。

4.5電機(jī)底腳凹槽用金屬修補(bǔ)劑填實(shí)

考慮電機(jī)本身底腳是凹槽結(jié)構(gòu)，比實(shí)心結(jié)構(gòu)支撐剛度弱，緊固螺栓后可能會(huì)出現(xiàn)變形，于是通過(guò)在電機(jī)底腳凹槽處加斜墊鐵進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果振動(dòng)顯著下降，見(jiàn)圖8；根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，在電機(jī)底腳凹槽處加支撐墊塊，但帶載后運(yùn)行一段時(shí)間振動(dòng)有所增大，后用金屬修補(bǔ)劑填實(shí)電機(jī)底腳凹槽，見(jiàn)圖9。

對(duì)電機(jī)底腳凹槽用金屬修補(bǔ)劑填實(shí)后，又對(duì)基座水平度進(jìn)行處理，再把墊片方向進(jìn)行了調(diào)整，結(jié)果振動(dòng)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)允許值。

4.6處理結(jié)果

通過(guò)采取以上措施，電機(jī)空載振動(dòng)滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，帶載后泵和電機(jī)振動(dòng)都滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，設(shè)備投入后期調(diào)試試驗(yàn)。

5結(jié)語(yǔ)

電機(jī)水平方向振動(dòng)大，且以二倍頻為主，通過(guò)振動(dòng)原因分析，認(rèn)為振動(dòng)的原因是結(jié)構(gòu)共振。經(jīng)過(guò)對(duì)泵和電機(jī)整體支撐框架進(jìn)行灌漿、處理電機(jī)基座水平度、電機(jī)支座焊接支撐筋板、電機(jī)凹形底腳填實(shí)，以改變系統(tǒng)的固有頻率，使其避開(kāi)了工作轉(zhuǎn)速頻率，而使電機(jī)空載振動(dòng)水平顯著下降，滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，且?guī)лd后泵和電機(jī)振動(dòng)都符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

參考文獻(xiàn)

[1]GB/T 6075.3—2011.機(jī)械振動(dòng)在非旋轉(zhuǎn)部件上測(cè)量評(píng)價(jià)機(jī)器的振動(dòng)第3部分：額定功率大于15kW額定轉(zhuǎn)速在120r/min至15000r/min之間的在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的工業(yè)機(jī)器.

[2]GB 10068.軸中心高為56 mm及以上電機(jī)的機(jī)械振動(dòng).

[3]張學(xué)延.汽輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)診斷.北京：中國(guó)電力出版社，2008：326-327.

[4]施維新.汽輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng).北京：水利電力出版社，1991：130.

Reason Analysis and Solution for Motor Vibration of CPS Recycle Pump

ChiWei,HouTao,andMaXianqi

(Sanmen Nuclear Power Co.,Ltd.,Sanmen 317112, China)

AbstractVibration issue occurred to motor of CPS recycle pump in the commissioning process. After measurement, it is founded that the motor has large vibration in horizontal direction and exists double frequency vibration phenomenon. The construction resonance is cause of vibration. Finally, vibration issue of the motor is solved by grouting foundation, disposing level of foot supporting surface, disposing weak foot, welding some reinforcing bars to pedestal and infilling foot groove. This method of solving vibration issue provides good reference for similar issue.

Key wordsVibration；double frequency；reason analysis；resonance

DOI:10.3969/J.ISSN.1008-7281.2016.03.09

中圖分類(lèi)號(hào)：TM301.4+2

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1008-7281(2016)03-0029-004

作者簡(jiǎn)介：遲威男1967年生；畢業(yè)于華中理工大學(xué)，工程碩士，現(xiàn)主要從事旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)處理工作.

收稿日期：2015-03-24