三門核電汽機房立式長軸泵振動值超標原因分析與處理

孔令梅，范 賞，李永戰

(三門核電有限公司，浙江 三門 317112)

三門核電汽機房立式長軸泵振動值超標原因分析與處理

孔令梅，范 賞，李永戰

(三門核電有限公司，浙江 三門 317112)

針對AP1000三門項目汽機房廢水收集和排放系統立式長軸泵振動值超標問題，從振源、泵本體支承剛度、安裝及振動激振力等方面入手，分析泵振動超標的原因，并提出減輕泵振動的措施。通過對轉動部件的結構特點、安裝數據、振動特性等測試分析，排除電機設備、安裝方面對泵振動異常的影響，確認軸系支撐剛度不足是振動異常的主要原因，進而采用增加輔助支撐，提高軸系支撐剛度，最終將泵振動值減小至國家標準允許范圍內。

立式長軸泵；結構剛度；振動異常

AP1000核電機組是我國實施核電發展戰略，實施自主化依托項目，引進的美國第三代核電技術。汽機房廢水收集和排放系統廢水泵在結構選型、流量參數、位置布置等方面，不同于國內其他核電機組。在廢水泵初次啟動試驗時，發現4臺廢水泵振動值在13 mm/s左右，振動值超出國家標準[1](≤4.5 mm/s)，同樣超出廠家允許值，制約水泵開展后續試驗工作。

泵振動的原因是多方面的，處理過程結果表明，電機振動情況、泵體本身剛度、泵座與預埋件之間的水平度、預埋件所在構筑物的剛度、地腳螺栓松緊度、出口管道應力等因素，均可不同程度影響泵的振動。

1 廢水泵參數、振動測量標準及測試情況

1.1 廢水泵參數

三門核電1號機組汽機房廢水收集和排放系統包括2臺600 m3/h熱廢水泵、2臺500 m3/h海廢水泵和3臺25 m3/h含油廢水泵。2臺熱水泵的功率為90 kW，額定轉速為1 480 r/min；2臺海廢水泵的功率為75 kW，轉速為1 480 r/min；7臺廢水泵均為國內某泵廠生產的單級單吸立式長軸泵。廢水泵安裝簡圖如圖1所示。

圖1 廢水泵安裝簡圖

1.2 水泵振動的測量和評價

為了評價泵的振動級別,按泵的中心高和轉速把泵分為4類，如表1所示。臥式泵的中心高規定為由泵的軸線到泵的底座上平面間的距離；立式泵本來沒有中心高，為了評價其振動級別，取一個相當尺寸當作立式泵的中心高，即把立式泵的出口法蘭密封面到泵軸線間的投影距離H規定相當中心高，如圖2所示。

圖2 中心標高示意圖

泵的振動級別分為A、B、C、D四級，D級為不合格；泵的振動評價方法是首先按泵的中心高和轉速查表2確定泵的類別，再根據泵的振動烈度級查表2可以得到評價泵的振動級別。

表1 水泵的分類表

表2 水泵振動級別表

1.3 廢水泵振動測試情況

按照試驗程序和廠家提供的EOMM手冊，準備好啟動期間參數測量所使用的工器具，完成對泵啟動前盤車、填料等檢查。在點動試驗完成后，對2臺熱廢水泵和2臺海廢水泵逐一進行首次啟動試驗，期間2臺熱廢水泵和2臺海廢水泵啟動電流、揚程、流量等各項參數均正常，但發現振動值無法滿足國家及廠家提供的振動值驗收準則(≤4.5 mm/s)，隨即停泵，振動測點布置，如圖3所示。振動數據，如表3所示。

圖3 振動測點布置圖

mm/s

注：M1：電機自由端；M2：電機驅動端； P1：泵驅動端；P2：泵非驅動端； H：水平方向；V：垂直方向；A：軸向；N/A：未找到合適測點 測量工具：CSI 2140 振動頻譜分析儀 艾默生。

2 振動原因分析

泵振動是一個系統問題，應全面考慮，即在基礎結構支承體系設計以及機組的選型、設計、制造、安裝等各過程中都應充分重視，從各個環節避免振動故障的發生。長期以來，泵振動問題往往被視為涉及多方面、復雜而難于搞清，診斷分析也難免走彎路，造成一定的浪費，一般按照先考慮安裝，后設備的診斷分析思路。

激振力過大或支撐動剛度不足是產生過大振動振幅的原因。支撐動剛度不足分為連接剛度不足和結構剛度不足；前者一般考慮設備的連接部位是否緊密緊固，如基礎臺板、泵基座基礎、電機機架(對應于立式泵)等；檢查部件連接緊密程度傳統的方法有檢查螺栓預緊力、連接部件之間的間隙等方法[2]；后者結構剛度主要由外形、壁厚、材料和支撐基礎的靜剛度決定。

由泵出廠性能測試報告顯示，出廠振動測試時，振動值最大為3.7 mm/s<4.5 mm/s，滿足驗收標準。本文采用排除法，先考慮安裝問題，后設備的診斷分析思路。以熱廢水泵B為例進行分析處理，將復雜的問題簡單化，逐步排除，最終找到突破口，并采取加強措施，將問題解決。

3 振動值超標處理

查閱泵說明書、施工工藝導則及立式長軸泵安裝驗收規范等資料，確定首先從設備安裝找原因，再從相關管路、基礎支撐方面及設備本身查找原因[3]。依照可能造成泵振動的原因，對泵進行如下檢查。

3.1 電機部分影響

電機作為振源，是泵出現振動超標后首先考慮的主要因素之一。因為結構件松動，軸承定位裝置松動，鐵心硅鋼片過松，軸承因磨損而導致支撐剛度下降，會引起振動；質量偏心，轉子彎曲或質量分布問題導致的轉子質量分布不均，會造成靜、動平衡量超標；電機缺相、各相電源不平衡等原因也能引起振動。

電機出廠試驗報告顯示，出廠試驗時振動值合格；在電機廠家指導下，將電機從泵座上拆解轉移至試驗平臺上，進行電機空載試驗，測試數據如表4，滿足國標要求，即可排除電機因素的影響。

表4 電機空載振動數據(速度有效值) mm/s

注：M1；P1；H；V；A；N/A：含義同表3，測量工具：CSI2140 振動頻譜分析儀 艾默生。

3.2 地腳螺栓及機架連接件調整

電機與軸承器機架之間的固定連接不佳，使基礎和電機系統吸收、傳遞、隔離振動能力差，可能導致基礎和電機的振動都超標。水泵基礎松動，或者水泵機組在安裝過程中形成彈性基礎，水泵就會產生與振動相位差180°的另一個臨界轉速，從而使水泵振動頻率增加。如果增加的頻率與某一外在因素頻率接近或相等，就會使水泵的振幅加大。另外，基礎地腳螺栓松動，導致約束剛度降低，會使電機的振動加劇。

泵座與預埋件連接螺栓松緊度、電機與聯軸器機架連接螺栓松緊度，電機重新裝回泵座后，采用力矩扳手調節地腳及緊固螺栓松緊度，保證4個地腳螺栓受力均勻。泵啟動后邊調節地腳螺栓、邊測量，發現在地腳螺栓松緊度改變時，振動值有所減小，但振動值仍不滿足要求。由此可知，地腳及緊固螺栓松緊度對振動值有所影響，但并非關鍵影響因素，測試數據如表5所示。

表5 螺栓調整振動數據(速度有效值) mm/s

注：M1；M2；P1；H；V；A：含義同上，測量工具：CSI2140 振動頻譜分析儀 艾默生。

3.3 出口管道調整

泵出口管道是否存在應力和支架剛度問題是要考慮的安裝方面的主要因素之一，因為管道在安裝過程中可能較勁太大，使進出口管路與泵連接時存在內應力；泵的出口管道支架剛度不夠，變形太大，會造成管道下壓在泵體上，使得泵體和電機的對中性破壞；另外，管路不暢，如出水口有氣囊，進水口有進氣，流場不均，壓力波動等，這些都會直接或者間接地導致泵和管路的振動。

現場將泵出口與管道連接法蘭解開，發現兩法蘭面軸向和徑向均無錯口，即可排除管道與泵連接時存在應力；泵出口管道采用滑動支架固定，可調節性強，支架設計及驗收滿足DL/T 1113—2009火力發電廠管道支吊架驗收規程和火力發電廠汽水管道支吊架設計手冊要求。為了進一步排除出口管路影響，現場將泵出口管道法蘭拆卸，使泵與出口管道脫開，采用臨時措施，對泵進行帶載試驗，測試數據如表6所示，仍不滿足國標要求。因此可知，泵出口管道對泵振動值有影響，但不是主要影響因素。

表6 管道與泵脫開振動數據(速度有效值)

注：M1；P1；H；V；A；N/A：含義同表3，測量工具：CSI2140 振動頻譜分析儀 艾默生)。

3.4 預埋件灌漿質量影響

將泵、電機解體吊離基礎后，發現泵預埋件存在二次灌漿不實有空洞，下面殘留毛布等異物，灌漿質量也存在問題。經向土建灌漿施工人員了解，由于樓板預留泵孔洞空間限制，灌漿前樓板孔洞內未支內模，灌漿后發現預埋件下面存在縫隙，采用毛布及漿液涂抹塞縫，施工不規范，導致灌漿質量較差。業主、泵廠、安裝單位相關人員，考慮鑿掉原二次灌漿基礎，重新按照施工規范施工，確保二次灌漿質量滿足要求，所以不排除預埋件二次灌漿質量也是影響泵振動值超標的因素。

3.5 泵預埋件水平度調整

經查閱泵廠提供的安裝維護手冊，文件中明確規定，在預埋件灌漿前，應使用水平儀和水平尺按照如圖4三個方向(水平方向、垂直方向及對角線方向)，對預埋座上表面進行水平度找正(使用預埋座上的調節螺栓調節高度)，水平度允差不大于0.1 mm。在預埋件灌漿凝固后，仍使用水平儀和水平尺對預埋座上表面進行水平度找正(使用預埋座上的調節螺栓調節高度)，水平度允差仍不大于0.1 mm。

經咨詢安裝人員及核實預埋件安裝記錄，發現在泵安裝過程中，未收到廠家安裝指導文件，也未將預埋件水平度調整到0.1 mm以內，水平度明顯無法保證滿足安裝維護手冊要求。泵廠建議將泵吊出，重新對預埋件水平度復測，發現水平方向偏差0.4 mm,垂直方向水平度0.35 mm,對角方向水平度0.5 mm，均明顯超出允許值。在業主人員、泵廠、安裝單位等各方討論后，將泵預埋件灌漿破陣，并對預埋件兩面重新車床找平后，重新找正、灌漿，灌漿結束凝固后，預埋件三個方向的水平度分別為水平方向0.04 mm,垂直方向0.03 mm,對角方向0.01 mm。再次啟泵測振后，發現振動值明顯減小，但仍不滿足驗收標準，測試數據如表7所示。由此可知，預埋件水平度也是影響泵振動值的主要原因之一。

表7 水平度調整后振動數據(速度有效值) mm/s

注：M1；P1；H；V；A；N/A：含義同表3，測量工具：CSI2140 振動頻譜分析儀 艾默生。

3.6 泵座本體結構剛度影響

在排除電機、地腳螺栓及機架連接件、出口管道應力、預埋件灌漿質量及水平度等安裝因素外，振動值逐步好轉但仍超出驗收標準。經比對同一供貨商制造的振動值合格的旋轉濾網水泵、含油廢水泵結構及安裝圖紙后，發現泵座設計上存在一定的差異，例如泵座與預埋件緊固螺栓數量、泵座加強筋板數量、泵座筋板形狀、泵座筋板受力點、泵座填料孔數量、預留孔洞與泵座尺寸比例關系等，廢水泵結構比對見表8。

表8 各廢水泵結構比對表

考慮熱廢水泵B與振動值合格的其他泵結構差異后，現場采用在泵座每個填料孔(共計4個)增加與原設計同樣厚度的梯形加強筋板，以彌補筋板數量、筋板形狀、泵座填料孔洞、筋板受力點差異，可增加泵本體剛度，并將泵座受力點引至基礎實處?，F場完成方案實施后，試轉測振，測試數據如表9，振動值最大2.758 mm/s<4.5 mm/s，滿足驗收標準要求，由此可見，泵座本體結構剛度是影響泵振動值的主要原因。

表9 臨時加強后空載測振(速度有效值) mm/s

注：M1；P1；H；V；A；N/A：含義同表3，測量工具：CSI2140 振動頻譜分析儀 艾默生。

考慮現場臨時加強筋板采用焊接形式連接，在泵運行過程中焊縫可能出現應力開裂，影響到加強筋效果，從而使振動值偏高，影響泵的性能及使用壽命。在業主、泵廠及安裝單位等各方探討下，決定將泵座按照臨時加強方案重新鑄造，改裝后模型如圖5所示。新鑄造后的泵座安裝、試驗后，發現泵振動值好與臨時加強方案，雖然各個方向振動值稍有變化，但均在2.5 mm/s范圍內，振動值數據如表10所示。

圖5 改裝模型圖

M1HM1VM1AM2HM2VM2AP1HP1VP1A2.41.3N/A0.90.60.50.30.52.4

注：M1；P1；H；V；A；N/A：含義同表3，測量工具：CSI2140 振動頻譜分析儀 艾默生。

3.7 泵所在構筑物強度影響

三門核電項目其他系統的臥式離心泵，大部分安裝在鋼筋混凝土的地面上，幾乎未發生振動值超標情況，而振動值超標的廢水泵、精處理再循環泵、電動消防水泵及風機等均安裝在樓板或者墻面上。另外，廢水處理廠房安裝在碳鋼材質的隔油箱頂部的4臺油水分離器給水泵及4臺油水分離器排水泵，在調試期間均出現振動值超標的情況。由此，可以推斷泵安裝在構筑物或者基礎的強度對其振動值有一定的影響，經查閱相關文獻，發現泵所在構筑物強度對泵振動值確實有影響，但并不是線性關系。

4 結語

通過三門核電項目立式長軸廢水泵振動超標處理，發現電機、出口管道及支架、地腳螺栓松緊度、預埋件水平度、二次灌漿質量、泵本體結構剛度、泵轉動受力點位置及所在構筑物結構剛度等，對泵振動值均有不同程度的影響，但泵體結構剛度是影響振動值的關鍵因素。本文振動值處理方法，可為后續機組及其他項目立式長軸泵在設計文件審查、監造、安裝及調試等方面提供參考。

[1] 泵的振動測量與評價方法：GB 10889—1989[S].

[2]劉寶慶，LC型立式長軸泵振動原因分析及處理[J].中國高新技術企業，2007,298(19)：59-60.

[3]黃義剛,朱榮生,陳松,等. 泵振動的原因及其消除措施[J].排灌機械，2007,25(6)：56-59.

HUANG Yigang, ZHU Rongsheng, CHEN Song, et al. Cause of vibration of pump unit and measures to eliminate the vibration[J]. Drainage and Irrigation Machinery, 2007,25(6):56-59.

(本文編輯：嚴 加)

Cause Analysis and Processing of Vertical Long Axis Pump Vibration Excess Value for AP1 000 Sanmen Project

KONG Lingmei, FAN Shang, LI Yongzhan

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

In view of wastewater collection and emission system vertical long axis pump vibration excess value in AP1 000 Sanmen project turbine room, this paper analyzes the causes of excessive vibration from the perspective of vibration source, pump bearing stiffness, installation and vibration exciting force, etc., and presents the measures to reduce the pump vibration. Based on the test and analysis of structure characteristics, installation data, and vibration characteristics of the rotating components, it eliminates the influence of motor equipment and installation on the abnormal pump vibration, and confirms that the insufficient shaft support stiffness is the main cause of abnormal vibration. Therefore, the auxiliary support and shafting supporting stiffness are improved, and eventually the pump vibration value is reduced within the national standard.

vertical long axis pump; structural stiffness; abnormal vibration

10.11973/dlyny201702020

孔令梅(1990—)，女，助理工程師，從事核電廠二回路輔助系統調試工作。

TH113.1

A

2095-1256(2017)02-0183-05

2017-03-23