核電用泵振動問題

王勝坤

摘 要：針對核電站泵類設備存在的振動問題進行原因分析，按泵組設計、制造與安裝、外部因素三方面進行總結并提出解決方案。結果表明，泵組設計合理、生產制造無缺陷，并且設備安裝滿足要求，運行工況與設計工況相吻合，可以減輕泵組振動。對頻譜分析法解決振動問題進行介紹，合理利用可有利于振動問題的解決。

關鍵詞：振動；泵；設計

中圖分類號：TB535 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）16-0058-02

Abstract： Based on the analysis of the vibration problems of pump equipment in nuclear power plant， the paper summarizes the pump group design， manufacture and installation and external factors， and puts forward the solutions. The results show that the pump group has reasonable design， no defects in production and manufacture， and the installation of the equipment meets the requirements， and the operating conditions are consistent with the design conditions， which can reduce the vibration of the pump group. The paper introduces how to solve the vibration problem by spectrum analysis， and the reasonable utilization can be helpful to solve the vibration problem.

Keywords： vibration； pump； design

1 概述

根據各國能源結構調整要求，核電建設迎來新發展。核能屬于清潔能源，相對于傳統火電，不會向大氣中排放污染物質造成空氣污染，無碳排放不會加重溫室效應；相對于其他清潔能源有能量密度高、運營成本低、不受季節和氣候影響等優點，能以額定功率長期穩定運行，滿足基荷電源可靠、經濟、充足和清潔四大要求，是能夠替代化石能源基荷電源的最佳選擇。

核電站泵類設備包括核安全級與非安全級，泵的型式包括離心泵、屏蔽泵、容積式泵等，兩個機組共計200余臺。核電建設嚴格按項目三級進度計劃執行，安裝調試時間短，而泵類設備在現場調試問題多，尤其是振動問題原因復雜，不易解決。核電站部分泵無備用泵，振動過大不僅影響運行工況及泵組壽命，如需停泵檢修，甚至會影響核電站的效益與安全，所以泵組可靠穩定運行尤為重要。本文對核電用泵振動問題普遍原因進行分析并提出解決方案。

2 振動級別及判定方法

泵類設備技術規格書對振動要求一般引用ISO 10816-1《在非旋轉部件上測量評價機器的振動》與JB/T 8097《泵的振動測量與評價方法》，通過泵組中心高與轉速確定類別，根據類別和振動級別（一般要求B級）確定振動考核值。振動指標一般為振速，部分設備考核振速及振幅。核電泵類設備一般考核全流量的振動值，針對不同流量，設置不同振動考核值（如：0.7Qn1.2Qn，v≤4.2mm/s）。

3 泵組振動原因分析及消除振動的措施

3.1 泵組設計原因

（1）葉輪設計。葉片數量、葉片出口角、葉片寬度、葉輪出口與蝸殼隔舌的距離等參數應設置合理，避免流量揚程曲線駝峰與水力損失過大；應優化導葉、蝸殼、流道設計，保證流場穩定，減少能量損失。

（2）汽蝕振動。當泵的入口壓力低于相應水溫下的飽和壓力時，會產生伴隨劇烈振動的汽蝕現象。核電用泵在技術規格書中已規定有效汽蝕余量，所以泵組設計時應采取措施保證必需汽蝕余量小于該值，具體包括：采取雙吸葉輪；葉輪前加誘導輪；進水流道設計平滑；優化葉輪材質或進行涂層處理。

（3）軸/轉子的設計。應盡量降低泵軸長度，適當加大泵軸直徑，避免剛度不足、撓度過大；多級泵應考慮增加泵軸支撐軸承數量，減小支撐間距；軸的固有頻率應避開電機轉子角頻率；適當提高轉子動平衡級別；平衡盤間隙與軸向竄動量調整應設計合理，避免軸低頻竄動引起軸瓦振動。

（4）高溫介質、海水介質泵的設計。輸送高溫介質的泵，應考慮設計暖泵系統或操作中控制升溫速度，避免部件變形及在啟動過程中劇烈振動；輸送高溫介質的泵，應考慮設計應力釋放系統，如地腳螺栓上增加螺栓套；輸送高溫介質的泵，在對中方面應考慮溫度補償量；輸送海水等含顆粒物介質的泵，應考慮水利部件選材及間隙控制。

（5）特殊設計。核電泵類設備振動問題比較集中，易出現在多級泵、立式泵，針對此提出設計建議如下：立式泵應注意泵底座以及支架（如電機支架、齒輪箱支架）強度設計，避免因為結構強度不足導致振動增加，此類設備隨設備運行時間增加，振動容易加大；針對多級泵，應考慮轉子結構設計緊湊，盡量降低軸的長度，也可考慮加支撐軸承。

3.2 制造、安裝原因

（1）制造質量。保證零件結構尺寸及加工精度同設計一致；保證鑄件質量（如葉輪應避免質量偏心而影響動平衡），不得有孔洞、裂紋、質量不均勻的情況出現；確保靜平衡、動平衡滿足要求；多級泵裝配時注意累積誤差，避免安裝間隙過大，造成軸向竄動或平衡力不足而產生振動。

（2）基礎質量。混凝土基礎不得有裂紋、空洞、松軟等現象，尺寸、強度應符合設計要求；混凝土蝸殼泵的蝸殼為混凝土結構，相當于泵殼，需滿足泵設計方提出的要求，避免混凝土掉渣而影響泵組振動；基礎與泵組底座接觸固定應起到吸收、傳遞振動的效果；基礎重量應為泵和電機等機械重量總和的三倍以上；盡量避免使用彈性基礎；確保地腳螺栓孔灌漿質量及螺母擰緊；盡量保證泵與電機共用底座，底座與基礎最好為面接觸。

（3）對中與調平。泵組現場安裝應確保泵軸、聯軸器、電機軸對中良好，保證泵進出口與管道對中（可在連接后卸下緊固件，檢測自由狀態下同軸度），減小內應力；確保管道支架質量，管道和閥門等重量和附件力矩不應作用在泵組上；保證底座平整度與接觸面接觸比例，確保關鍵接觸部位不出現虛角；正確使用墊鐵找平。

3.3 外部因素

（1）電機因素。避免因電機振動超標而影響泵組整體振動超標，可通過電機端振動值變化趨勢監測。電機結構設計應合理，盡量避免冷卻器造成的質量偏心或電機底座設計不合理而產生的振動；保證磁力中心線對中。

（2）聯軸器。確保聯軸器緊固螺栓質量均勻以及螺栓間距相同；彈性柱銷和彈性套圈結合不宜過緊；聯軸器與軸的配合間隙不宜過大；廠內已組裝好的泵組應在現場安裝后對聯軸器對中進行復測。

（3）管路。進出口管路振動超標會影響泵組振動超標，具體原因包括：管路不暢導致出口管路較高處或出水閥門上部存留空氣，形成氣囊，使管路中水流阻力增大，形成水擊現象引起管道振動，應考慮在出水管高處設置排氣閥；因吸水管口淹沒深度不夠或吸水管漏氣，導致管道進氣引起振動；進水口濾網破損或水質臟導致雜物進入泵組，造成葉輪流道堵塞而發生汽蝕引起振動。

（4）運行方面。應盡量保證泵的實際運行工況點同設計工況點吻合；應盡量避免小流量/大流量工況長期運行；應注意泵組啟停時與閥門的配合使用。

4 振動問題分析手段

重要核電站泵類設備，設置振動高報及高高報值，每個振動測量點會設置三個方向的振動探頭實時采集振動值，根據振動值大小及振動趨勢判斷是否需采取措施。

對現場振動問題的處理，如經簡單排查無問題，一般會采取頻譜圖進行分析。根據振動數據采集和信號分析儀形成各個測點的頻譜圖，根據頻譜圖顯示的特征，結合實際工作經驗，可初步判斷振動發生的主要位置，再分析產生振動的原因，制定相應消振措施。

5 結束語

泵組振動原因復雜，可能是自身設計因素，可能是生產制造因素，也有可能是外部因素導致。在振動問題處理過程中應秉承由外到內，由簡到繁的原則查找原因。

實踐證明，保證泵水力性能設計合理、零部件加工精度滿足要求、現場施工安裝按程序進行、運行工況符合設計要求，可有效降低泵組振動值。

隨著振動監測工具的普及以及故障診斷體系的形成，使得泵組振動問題的處理更為科學、精準，有效保障了核電站泵類設備安全穩定運行。

參考文獻：

[1]ISO 10816-1.在非旋轉部件上測量評價機器的振動[S].北京：國家標準化管理委員會，2015.

[2]關醒凡.現代泵技術手冊[M].北京：北京宇航出版社，1995.

[3]JB/T 8097-1999.泵的振動測量與評價方法[S].北京：國家機械工業局，1999.

[4]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（6）：56-59.

[5]張向鋒，張向超，張廣軍.離心式水泵振動淺析[J].中國氯堿，2012（6）：25-27.

[6]王成明，孫華.機泵振動原因分析與維修[J].應用廣場版，2004（5）：40-41.

[7]卞曉峰，徐成裕.機泵振動分析與消振對策[J].石油化工設備技術，2012（5）：32-34.

[8]張守立.HYR型余熱排出泵振動分析案例及改進方案[D].大連：大連理工大學，2013.

[9]嚴巖，張小璐，劉志鵬，等.BB2泵現場振動原因分析及改進措施[J].石油/化工通用機械，2014（1）：53-55.

[10]段學友，周菁.330MW火電機組立式凝結水泵振動大故障分析處理[J].電站系統工程，2013（29）：48-50.

[11]姜元鋒，李少青，馬天石，等.水泵振動原因及消除措施[J].農業裝備與車輛工程，2010（8）：61-64.

[12]潘再兵.立式導葉式泵振動問題的探討[J].中國農村水利水電，2008（7）：100-102.

[13]淮慧梅，朱曉輝.水泵振動原因及對策[J].機械工程與自動化，2004（1）：59-61.