CPS再循環泵電機振動原因分析及措施

遲　威，侯　濤，馬現奇

(三門核電有限公司，浙江三門317112)

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CPS再循環泵電機振動原因分析及措施

遲威，侯濤，馬現奇

(三門核電有限公司，浙江三門317112)

摘要CPS再循環泵電機在調試過程中出現的振動問題，經過振動測試后，對電機水平方向振動大，且有二倍頻現象進行分析，診斷振動的原因是結構共振。通過對電機實施基礎灌漿、底腳支撐面水平度處理、虛腳處理、基座焊接加強筋、底腳凹槽填實等措施，最終使電機振動符合標準。這類振動問題的解決方法，為類似振動問題的處理提供了很好的借鑒。

關鍵詞振動；二倍頻；原因分析；共振

0引言

核電站凝結水精處理系統(CPS)再循環泵電機在空載運行時振動超標，帶載后振動嚴重超過廠家允許值。現場在處理基座水平度和虛腳，以及加焊螺栓等措施后，未能解決振動問題。電機振動問題限制了后續調試試驗工作進展，因此需要對泵振動問題進行深入分析。

1CPS泵情況、測點布置及振動標準

1.1CPS泵情況

CPS泵為臥式離心泵，是由電機通過膜片式聯軸器帶動泵轉動，整體結構如圖1所示。泵和電機均固定在支撐鋼架上，鋼架通過螺栓與基礎固定連接。電機額定功率為75kW，額定轉速為2950r/min。

1.2測點布置

采用便攜式測振儀監測CPS泵和電機振動，測點布置在泵和電機的驅動端和非驅動端垂直和水平方向。

1.3振動標準

泵和電機振動標準是依據國家標準 GB/T 6075.3—2011 機械振動在非旋轉部件上測量評價機器的振動第3部分：額定功率大于15kW額定轉速在120r/min至15000r/min之間的在現場測量的工業機器[1]執行，因此根據泵的剛性支撐情況和電機轉軸高度，泵和電機帶載時振動值不應超過4.5mm/s。

而空載時電機振動依據國家標準GB 10068 軸中心高為56 mm及以上電機的機械振動[2]執行，即電機振動值不應超過2.3mm/s(舊標準為2.8mm/s)。

2CPS泵振動測試情況

2014年6月CPS泵電機空載運行時，驅動端水平方向振動為3.2 mm/s，超過標準允許值。為進一步觀察振動情況，決定先做帶載試驗，結果帶載后電機振動增大到5.9 mm/s，遠超標準允許值，泵驅動端水平方向振動為5.2 mm/s，也超過了標準允許值。

由于電機振動超標，廠家在電機兩側支撐處各焊接兩根螺栓，螺栓上部焊在支撐支架上，下部焊在基礎框架上，見圖2。

據廠家反饋空載振動合格，但由于現場不具備帶載條件，因此未做帶載試驗。2015年4月泵具備帶載條件后，帶載起動時對泵和電機的振動進行了詳細測量，具體測量結果見表1。

從上面數據看，電機帶載振動超過標準允許值很多。解開泵對輪復查中心，數據在合格范圍內。于是在空載情況下，單轉電機檢驗振動水平，結果顯示電機水平方向振動下降較多，但仍超標，數據見表2。

此后在對電機支座處理“虛腳”，以及對支座水平度研磨找平，振動基本不變。從振動數據看，電機水平方向振動超標，且以二倍頻為主(電機額定轉速為2950r/min，對應的振動頻率為49.2Hz，當前電機水平方向振動頻率大約為100 Hz)，如圖3所示。為進一步處理振動，需要對振動原因進行深入分析，然后采取針對措施去處理。

3振動原因分析

3.1水平方向振動大原因分析[3]

軸承只在徑向振動大，而垂直方向振動不大，可能是由于軸承剛度不足或結構共振引起的。一般情況下，激振力來自轉子，如轉子不平衡離心力、電機轉子不平衡電磁力等。轉子力通過油膜等傳遞到軸承、基礎等結構上。當轉子激振力過大時，必然會產生很大的轉子振動，同時也易導致這些結構上出現較大的振動。然而有時轉子激振力并不大，卻也能引起很大的結構振動，這種現象則是由于結構的動剛度偏弱或結構共振造成的。

結構的動剛度大小完全取決于結構本身的靜剛度(結構剛度)、連接剛度和共振狀況。靜剛度表征部件的結實程度，它由其結構的幾何形狀、幾何尺寸和材料特性等決定。在材質相同的情況下，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、連接螺栓的緊力和均勻程度等影響。一般通過測量連接部件間的差別振動進行判斷。

結構共振是指軸承、基礎以及管道系統等結構部件的固有頻率與轉速頻率相同或接近時，造成這些結構振動劇烈的現象。任何一個固定結構都有其固有的自然頻率，盡管在結構的設計中要求該固有頻率與工作轉速頻率有一定的避開范圍，但由于種種原因，如結構固有頻率計算中模化參數的偏差或結構的實際安裝條件與設計值的偏差，結構材料的老化等，都可能造成結構固有頻率的變化。固有頻率一旦落入工作轉速范圍，則產生共振。

3.2二倍頻振動原因分析[4]

二倍頻振動是由轉子剛性不對稱或電磁激振造成的。轉子軸線結構剛度不對稱僅是在汽輪發電機由于大小齒的存在或轉子匝間的情況才會出現，而異步電動機不會出現。

在普通強迫振動中，兩極電機轉子產生不均衡電磁力的頻率為fp(轉子工作頻率)；產生均衡電磁力的頻率為2fp。不均衡電磁力對轉子和定子都是不平衡的；均衡電磁力對轉子是平衡的，但對定子是不平衡的，所以它不會引起轉子振動，而只能使定子產生振動。當定子剛度不足或局部共振時，會使定子產生頻率為2fp的較大振動。如果軸承與電機定子相連，這種振動將傳至軸承；有時軸承與定子雖然不直接相連，但是由于基礎或軸承本身共振(2fp)，在軸承上也會呈現振動頻率為2fp的較大振動。

3.3綜合原因

電機空載起動時，分別松3個地腳螺栓，水平方向振動都能降到1mm/s以下，且以一倍頻為主，說明電機本身振動很小，電機自身剛度沒問題，因此判斷電機振動是由共振引起的。經測量電機底座的振動，發現空載時振動已超過其臨近軸承的25%，不滿足國內標準要求[2]，也驗證了振動原因是共振的判斷。

4振動處理

根據振動原因分析結果，分別采取以下措施來處理振動。

4.1支撐框架灌漿

設備到廠前，由于提資圖紙上沒有對泵和電機支撐框架的灌漿要求，現場沒有對支撐框架進行二次灌漿。當發生振動問題后，經查找廠家運行維護手冊，發現其有對支撐框架進行灌漿的要求。由于此時二次灌漿已灌好，只好在二次灌漿上鑿毛后再灌漿，如圖4所示。

灌漿后電機單轉時，垂直方向振動為0.868mm/s，水平方向振動為2.894mm/s，比灌漿前有所下降，但還是超出標準允許值，需要進一步處理；電機水平方向振動仍以2倍頻為主。

4.2電機支撐基座水平度處理

電機坐落的基座設計為兩側槽型支撐，如果支撐面的水平度偏差較大，會影響電機與基座的連接剛度。現場檢查發現，電機各支撐腳兩側支撐面偏差在0.10～0.30mm之間。經研磨處理后，保證偏差在0.05mm以內，如圖5所示。

4.3電機基座虛腳處理

電機空載試驗時，因振動超標，分別松開電機4個底腳螺栓做試驗，結果在松開某個螺栓時振動顯著下降，水平和垂直方向振動不超過1mm/s，試驗結果說明電機存在著“虛腳”。通過在電機底腳處打上百分表，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的墊片，使四個底腳松緊螺栓變化均勻，如圖6所示。查找虛腳后，振動有一定程度下降。

4.4電機基座焊接支撐加強筋

電機每個底腳兩側支撐剛度是不一致的，外側只在中間加了一塊支撐筋板，而內側是整塊鋼板支撐，所以外側明顯比內側支撐剛度弱。為使兩側支撐一致，在外側焊接了支撐筋板，如圖7所示。

4.5電機底腳凹槽用金屬修補劑填實

考慮電機本身底腳是凹槽結構，比實心結構支撐剛度弱，緊固螺栓后可能會出現變形，于是通過在電機底腳凹槽處加斜墊鐵進行試驗，結果振動顯著下降，見圖8；根據試驗結果，在電機底腳凹槽處加支撐墊塊，但帶載后運行一段時間振動有所增大，后用金屬修補劑填實電機底腳凹槽，見圖9。

對電機底腳凹槽用金屬修補劑填實后，又對基座水平度進行處理，再把墊片方向進行了調整，結果振動達到標準允許值。

4.6處理結果

通過采取以上措施，電機空載振動滿足標準要求，帶載后泵和電機振動都滿足標準要求，設備投入后期調試試驗。

5結語

電機水平方向振動大，且以二倍頻為主，通過振動原因分析，認為振動的原因是結構共振。經過對泵和電機整體支撐框架進行灌漿、處理電機基座水平度、電機支座焊接支撐筋板、電機凹形底腳填實，以改變系統的固有頻率，使其避開了工作轉速頻率，而使電機空載振動水平顯著下降，滿足標準要求，且帶載后泵和電機振動都符合標準要求。

參考文獻

[1]GB/T 6075.3—2011.機械振動在非旋轉部件上測量評價機器的振動第3部分：額定功率大于15kW額定轉速在120r/min至15000r/min之間的在現場測量的工業機器.

[2]GB 10068.軸中心高為56 mm及以上電機的機械振動.

[3]張學延.汽輪發電機組振動診斷.北京：中國電力出版社，2008：326-327.

[4]施維新.汽輪發電機組振動.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

中圖分類號：TM301.4+2

文獻標識碼：B

文章編號：1008-7281(2016)03-0029-004

作者簡介：遲威男1967年生；畢業于華中理工大學，工程碩士，現主要從事旋轉機械振動處理工作.

收稿日期：2015-03-24