650MW機組立式凝泵電機異常振動分析及處理

趙海強 鮑宇 徐偉祖

中圖分類號：TM9 文獻標識：A 文章編號：1674—1145（2018）3—296—02

摘要 針對某核電站凝泵電機在更換軸承后首次空載啟動時頂部軸承座出現振動超標的問題，進行現場振動測試與分析，經分析判定凝泵電機轉軸存在嚴重不平衡。通過建立偏心質量引起的系統振動模型，從機理上分析了決定軸承座振動的系統參數，根據現場實際情況，對凝泵電機轉軸進行動平衡試驗，最終成功解決了凝泵電機頂部軸承座異常振動的問題。

關鍵詞 凝泵電機 振動 動平衡

核電站凝結水抽取系統介于汽輪機與低壓給水加熱器之間的系統，是汽機熱力主循環中的一個重要組成部分。而凝泵電機又是凝結水系統的核心，凝泵電機的振動超標將極大影響凝結水系統的正常運行，同時也會縮短凝泵電機的使用壽命。因此，開展對凝泵電機振動機理研究與振動異常分析與處理有著重要意義。

一、偏心質量引起的系統振動模型

旋轉機械的力學模型可以簡化為單自由度強迫振動模型，如圖1所示。其中k系統支撐剛度，c為系統阻尼系數，M為旋轉機械質量，ω為轉子的轉動角速度，Fsinωt為作用于轉子的激振力，該激振力主要由轉子的偏心質量m產生的離心慣性力，偏心距離為e。

根據達朗伯原理得到系統在垂直方向的運動微分方程為

從式可以看出，對于偏心質量引起的強迫振動系統，系統振動幅度的大小與不平衡量me、頻率比λ和阻尼因子ξ有關。在特定的頻率比λ和阻尼因子ξ下，系統振幅B與不平衡量me成正比。當共振時ω=ω_n時，偏心質量引起的強迫振動的振幅B最大。可以采取降低質量不平衡產生的激振力和使激振力頻率與共振頻率保持一定裕度兩方面措施為降低偏心質量引起的強迫振動振幅。

二、凝泵電機軸承座異常振動分析與處理

（一）凝泵-電機軸系結構及測點布置

某核電站凝泵-電機組成的軸系結構如圖2（a）所示，電機上部和下部軸承均為徑向滑動軸承，電機轉子通過聯軸器與凝泵轉子相連。在電機上下軸承座的水平、垂直和軸向三個方向各布置一個振動測點，如圖2（b）所示。

（二）凝泵電機振動情況

大修期間在對凝泵電機解體檢查時發現上軸承損壞嚴重，更換軸承后對電機進行空載啟動，當電機升速至工作轉速1484 r/min時，對測點位置的水平、垂直和軸向三個方向進行測試，得表1所示的振動測量結果。可以看出，測點1垂直方向速度振動值為3.67mm/s，已遠超標準規定的振動限值2.8mm/s，測點1水平和軸向以及測點2三個方向上的振動雖未超過規定限值，但相比大修停機前正常運行時的振動值都要偏大。

（三）異常振動分析及處理

為進一步分析原因，利用振動測試儀采集上軸承座水平和垂直方向的振動，得到時域波形和頻域波形如圖3所示。水平和垂直方向的振動波形均呈現較強的周期性，且25Hz的轉頻分量所占比重非常大。根據以上振動特征，認為軸承座異常振動與轉子上的不平衡激振力和系統動力特性有關，且當系統支撐剛度不足時，即轉頻與系統固有頻率十分接近，此時軸承座振動響應對不平衡力十分敏感。

綜上所述，判斷凝泵電機存在嚴重不平衡，且認定凝泵電機轉軸不平衡和垂直方向系統支撐剛度不足是導致上軸承座垂直方向振動異常的主要原因。由于條件限制，提高垂直方向支撐剛度顯然是無法實現的，現場決定對凝泵電機開展動平衡試驗的方法，經計算在電機風扇上30。方向上加155.6g的配重。動平衡試驗前后的振動數據如表2所示，經過本次平衡配重，凝泵電機上下軸承座的水平、垂直和軸向三個方向的振動都大幅度降低，且振動值均滿足振動要求規定的限值。

三、結語

本文以某核電站凝泵電機在更換軸承后首次空載啟動時頂部軸承座出現振動振動為例，利用建立的偏心質量引起的系統振動數學模型，從機理上分析了決定軸承座振動的系統參數，結合現場情況，提出了軸承座振動超標的故障處理方法，通過動平衡試驗解決了振動超標問題。