核電站電輔泵用電動(dòng)機(jī)振動(dòng)解決方案

于智慧

摘要：隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，核電站也在快速發(fā)展。介紹了核電站電輔泵電機(jī)的振動(dòng)測試、原因分析及解決方案，其中對電機(jī)鑄鋁轉(zhuǎn)子與軸結(jié)構(gòu)分析要點(diǎn)進(jìn)行了較為詳細(xì)的論述，最終通過采取對電機(jī)結(jié)構(gòu)優(yōu)化、工藝保證等方法有效的解決了電輔泵電機(jī)振動(dòng)問題。

關(guān)鍵詞：核電站;電輔泵;電動(dòng)機(jī);振動(dòng);解決方案

引言

為了適應(yīng)我國核電發(fā)展的需要，大力推進(jìn)設(shè)備國產(chǎn)化已成為一個(gè)重大的戰(zhàn)略決策，并已在設(shè)計(jì)院、科研院所和制造業(yè)界得到了廣泛的認(rèn)同和積極的響應(yīng)。但在核電設(shè)備國產(chǎn)化的進(jìn)程中，電機(jī)作為必要設(shè)備之一，應(yīng)用廣泛、使用頻繁，且與其配合的設(shè)備種類繁多，會(huì)不可避免的出現(xiàn)一些不可預(yù)知的問題，本文就核電站電輔泵電機(jī)在主機(jī)廠帶泵試驗(yàn)時(shí)出現(xiàn)振動(dòng)超標(biāo)的問題進(jìn)行分析解決，為此類設(shè)備國產(chǎn)化生產(chǎn)過程提供借鑒。

1振動(dòng)測試

為核電站設(shè)計(jì)制造的電輔泵電機(jī)，型號HYKS400-2560kW電壓等級：6.6kV。在制造廠，出廠試驗(yàn)振動(dòng)值小于2.3mm/s，在主機(jī)廠進(jìn)行耐久試驗(yàn)，試驗(yàn)時(shí)振動(dòng)超標(biāo)，最高振動(dòng)值達(dá)到4.0mm/s。從初始運(yùn)行至熱態(tài)，電機(jī)振動(dòng)指標(biāo)出現(xiàn)較大幅度變化。

電機(jī)在初始運(yùn)行振動(dòng)良好，振動(dòng)值基本維持在1.8～2.0mm/s帶載運(yùn)行2h后，電機(jī)尾端水平方向振動(dòng)2.9～4.0mm/s之間波動(dòng)，且電機(jī)軸承運(yùn)轉(zhuǎn)有異常響聲，熱態(tài)振動(dòng)表現(xiàn)比較明顯。

經(jīng)現(xiàn)場評定，確定電機(jī)需返回制造廠進(jìn)行處理?；貜S后對電機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)，在測試過程中，其有效值（烈度值）不是一直不變，實(shí)際上是呈現(xiàn)出正弦波的形狀，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，初步懷疑電機(jī)偏心?；谳S承在電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的重要性，同時(shí)對電機(jī)軸承故障進(jìn)行分析，電機(jī)同步轉(zhuǎn)速為3000r/min。

截取電機(jī)在回廠試驗(yàn)振動(dòng)期頻譜，通過對電機(jī)頻譜圖分析，在308Hz及292Hz處，有一峰值;6219滾動(dòng)軸承的內(nèi)環(huán)通過頻率為294.5Hz，但該峰值不大，從包絡(luò)譜中可也看到該峰值很小，不應(yīng)對電機(jī)運(yùn)行造成較大影響，因此可暫不考慮軸承對振動(dòng)影響。

2泵組振動(dòng)原因分析及消除振動(dòng)的措施

2.1泵組設(shè)計(jì)原因

（1）葉輪設(shè)計(jì)。葉片數(shù)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(shù)應(yīng)設(shè)置合理，避免流量揚(yáng)程曲線駝峰與水力損失過大;應(yīng)優(yōu)化導(dǎo)葉、蝸殼、流道設(shè)計(jì)，保證流場穩(wěn)定，減少能量損失。

（2）汽蝕振動(dòng)。當(dāng)泵的入口壓力低于相應(yīng)水溫下的飽和壓力時(shí)，會(huì)產(chǎn)生伴隨劇烈振動(dòng)的汽蝕現(xiàn)象。核電用泵在技術(shù)規(guī)格書中已規(guī)定有效汽蝕余量，所以泵組設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)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(dǎo)輪;進(jìn)水流道設(shè)計(jì)平滑;優(yōu)化葉輪材質(zhì)或進(jìn)行涂層處理。

（3）軸/轉(zhuǎn)子的設(shè)計(jì)。應(yīng)盡量降低泵軸長度，適當(dāng)加大泵軸直徑，避免剛度不足、撓度過大;多級泵應(yīng)考慮增加泵軸支撐軸承數(shù)量，減小支撐間距;軸的固有頻率應(yīng)避開電機(jī)轉(zhuǎn)子角頻率;適當(dāng)提高轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡級別;平衡盤間隙與軸向竄動(dòng)量調(diào)整應(yīng)設(shè)計(jì)合理，避免軸低頻竄動(dòng)引起軸瓦振動(dòng)。

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

（5）特殊設(shè)計(jì)。核電泵類設(shè)備振動(dòng)問題比較集中，易出現(xiàn)在多級泵、立式泵，針對此提出設(shè)計(jì)建議如下：立式泵應(yīng)注意泵底座以及支架（如電機(jī)支架、齒輪箱支架）強(qiáng)度設(shè)計(jì)，避免因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)強(qiáng)度不足導(dǎo)致振動(dòng)增加，此類設(shè)備隨設(shè)備運(yùn)行時(shí)間增加，振動(dòng)容易加大;針對多級泵，應(yīng)考慮轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)緊湊，盡量降低軸的長度，也可考慮加支撐軸承。

2.2制造、安裝原因

（1）制造質(zhì)量。保證零件結(jié)構(gòu)尺寸及加工精度同設(shè)計(jì)一致;保證鑄件質(zhì)量（如葉輪應(yīng)避免質(zhì)量偏心而影響動(dòng)平衡），不得有孔洞、裂紋、質(zhì)量不均勻的情況出現(xiàn);確保靜平衡、動(dòng)平衡滿足要求;多級泵裝配時(shí)注意累積誤差，避免安裝間隙過大，造成軸向竄動(dòng)或平衡力不足而產(chǎn)生振動(dòng)。

（2）基礎(chǔ)質(zhì)量。混凝土基礎(chǔ)不得有裂紋、空洞、松軟等現(xiàn)象，尺寸、強(qiáng)度應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求;混凝土蝸殼泵的蝸殼為混凝土結(jié)構(gòu)，相當(dāng)于泵殼，需滿足泵設(shè)計(jì)方提出的要求，避免混凝土掉渣而影響泵組振動(dòng);基礎(chǔ)與泵組底座接觸固定應(yīng)起到吸收、傳遞振動(dòng)的效果;基礎(chǔ)重量應(yīng)為泵和電機(jī)等機(jī)械重量總和的三倍以上;盡量避免使用彈性基礎(chǔ);確保地腳螺栓孔灌漿質(zhì)量及螺母擰緊;盡量保證泵與電機(jī)共用底座，底座與基礎(chǔ)最好為面接觸。

（3）對中與調(diào)平。泵組現(xiàn)場安裝應(yīng)確保泵軸、聯(lián)軸器、電機(jī)軸對中良好，保證泵進(jìn)出口與管道對中（可在連接后卸下緊固件，檢測自由狀態(tài)下同軸度），減小內(nèi)應(yīng)力;確保管道支架質(zhì)量，管道和閥門等重量和附件力矩不應(yīng)作用在泵組上;保證底座平整度與接觸面接觸比例，確保關(guān)鍵接觸部位不出現(xiàn)虛角;正確使用墊鐵找平。

2.3外部因素

（1）電機(jī)因素。避免因電機(jī)振動(dòng)超標(biāo)而影響泵組整體振動(dòng)超標(biāo)，可通過電機(jī)端振動(dòng)值變化趨勢監(jiān)測。電機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)合理，盡量避免冷卻器造成的質(zhì)量偏心或電機(jī)底座設(shè)計(jì)不合理而產(chǎn)生的振動(dòng);保證磁力中心線對中。

（2）聯(lián)軸器。確保聯(lián)軸器緊固螺栓質(zhì)量均勻以及螺栓間距相同;彈性柱銷和彈性套圈結(jié)合不宜過緊;聯(lián)軸器與軸的配合間隙不宜過大;廠內(nèi)已組裝好的泵組應(yīng)在現(xiàn)場安裝后對聯(lián)軸器對中進(jìn)行復(fù)測。

（3）管路。進(jìn)出口管路振動(dòng)超標(biāo)會(huì)影響泵組振動(dòng)超標(biāo)，具體原因包括：管路不暢導(dǎo)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(xiàn)象引起管道振動(dòng)，應(yīng)考慮在出水管高處設(shè)置排氣閥;因吸水管口淹沒深度不夠或吸水管漏氣，導(dǎo)致管道進(jìn)氣引起振動(dòng);進(jìn)水口濾網(wǎng)破損或水質(zhì)臟導(dǎo)致雜物進(jìn)入泵組，造成葉輪流道堵塞而發(fā)生汽蝕引起振動(dòng)。

（4）運(yùn)行方面。應(yīng)盡量保證泵的實(shí)際運(yùn)行工況點(diǎn)同設(shè)計(jì)工況點(diǎn)吻合;應(yīng)盡量避免小流量/大流量工況長期運(yùn)行;應(yīng)注意泵組啟停時(shí)與閥門的配合使用。

3振動(dòng)問題分析手段

重要核電站泵類設(shè)備，設(shè)置振動(dòng)高報(bào)及高高報(bào)值，每個(gè)振動(dòng)測量點(diǎn)會(huì)設(shè)置三個(gè)方向的振動(dòng)探頭實(shí)時(shí)采集振動(dòng)值，根據(jù)振動(dòng)值大小及振動(dòng)趨勢判斷是否需采取措施。對現(xiàn)場振動(dòng)問題的處理，如經(jīng)簡單排查無問題，一般會(huì)采取頻譜圖進(jìn)行分析。根據(jù)振動(dòng)數(shù)據(jù)采集和信號分析儀形成各個(gè)測點(diǎn)的頻譜圖，根據(jù)頻譜圖顯示的特征，結(jié)合實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，可初步判斷振動(dòng)發(fā)生的主要位置，再分析產(chǎn)生振動(dòng)的原因，制定相應(yīng)消振措施。

結(jié)語

由于核能發(fā)電具有經(jīng)濟(jì)性好，而且干凈、無污染對環(huán)境影響小等優(yōu)點(diǎn)，我國已經(jīng)把核電作為解決未來電能緊缺的主要手段之一，但在核電設(shè)備過程化中不可避免的出現(xiàn)了一些問題，電機(jī)制造和使用過程中，振動(dòng)問題較為常見，此類問題的處理和解決，也具有普遍的借鑒和指導(dǎo)意義，本次電輔泵出現(xiàn)的問題，得到了及時(shí)有效的解決，并積累了一定的經(jīng)驗(yàn)，這對加快我國核電站建設(shè)具有重要意義。

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