某核電廠離心風機振動故障原因分析與處理方法研究

欒振興 徐維會 周淋

摘要：某核電廠離心風機自使用以來頻繁出現振動超過報警值問題，維修后往往運行不到4個月便再次出現相同故障。結合頻譜信息分析、框架支撐結構分析和現場處理情況，確定故障的根本原因為基礎剛度不足，并實施了改造風機底座來增加支撐剛度的處理方法。監測數據顯示，改造完成后設備運行平穩，未再出現振動故障。研究結果可為類似機械故障的處理提供參考。

關鍵詞：離心風機;振動;故障處理;頻譜

引言

核電廠風機主要以皮帶傳動離心風機居多，它為各廠房、各不同工作區域的通風、空調系統提供空氣輸送動力。主要結構如圖1所示，電機和風機通過皮帶進行聯接，葉輪懸臂安裝或者放置在兩個軸承之間，在整個底座基礎和地面之間通過彈性減震墊相連。

振動故障廣泛存在于現場框架彈性基礎通風機上。通常經過一段時間的運行，容易出現對中不良、皮帶張緊力不足、軸承故障、基礎變形等問題，針對振動故障原因和處理方法的研究具有重要的實際意義。

1 工程背景

DVN系統8號風機為某核電廠核輔助廠房通風系統碘回路排風機，為核輔助廠房相關房間排風，以保證房間負壓及換氣率滿足要求。該風機為浙江上虞風機有限公司生產，型號QF-C5-C7，配套電機為南陽防爆電機廠YHD280M-4/90KW型核電站用三相異步電動機。

自風機移交電廠后多次出現振動超過報警值問題（1年半時間內高達13次），每次隔離檢修均會造成系統碘回路部分不可用，且在完成處理后均會在4個月內再次出現相同故障，造成設備反復隔離，在增加大量運行維護成本的同時，嚴重影響機組安全穩定運行。

統計DVN系統8號風機歷次振動超標的數據如表1所示，振動過高主要出現在電機的垂直方向上，在頻譜上主要為電機的工頻。

2故障原因分析

2.1 分析過程

（1）頻譜分析

通過表1可以看出，此類振動故障表現為電機的垂直向振動過高。圖2為振動過高時電機驅動端垂直向頻譜圖。由圖2可以看出，電機的工頻分量（24.8Hz）較高且為主要分量，其余分量均較小。工頻振動通常代表多種故障類型，如基礎不平、機械松動、不平衡、不對中等多種故障[1]，需要通過現場的處理情況來逐步驗證。

（2）框架支撐結構分析

該風機的減震墊分布如圖3所示，整體框架坐落在6個彈性減震墊上，風機重量為2058kg，電機重量為610kg，風機和電機重量較重，在風機和電機正下方未設置減震墊。若減震墊存在老化或移位等情況，在垂直方向上的振動最先體現出來。

（3）現場檢修情況

通過對頻譜和框架支撐結果的分析確定故障的可能原因后，分別對各種原因的可能性進行逐一確認或排除。首先，在設備振動出現超標后利用檢修手段調整皮帶和基礎，電機振動恢復平穩，說明電機本身的平衡狀態是良好的，排除了不平衡對振動的影響;若由于皮帶運轉或電機移位導致不對中情況，皮帶對兩端軸承的影響是一致的，在頻譜上能夠有明顯的皮帶頻率等出現，且在風機端也會有相應的頻率出現，這也排除了不對中的影響。

表2為基礎調整前后振動對比表，圖4為檢修后電機垂直向頻譜圖。通過表2可以看出，基礎調整前后的振動狀態是大不一樣的，且通過圖4的頻譜可以看出，通過基礎的調整（改變了基礎的載荷分配），電機工頻分量的振動有了明顯幅度的降低。

通過多次檢修可以看出：在電機檢修后，振動通常還是較大（接近報警值7.1mm/s），在電機基礎下方增加墊鐵調整后，振動值明顯降低，這說明整體框架存在一個載荷分配不均的狀態，需要經過重新分配（部分結構位置補強）后才能處于一個良好狀態，但是經過設備的啟停等瞬態沖擊后，由于基礎剛度不足的問題，載荷分配產生了變化，振動易反復變化，從而使振動超標。

同時，由振動力學公式A=F/K（其中A為振幅，F為激振力，K為系統動剛度）可知：在不平衡力一定的情況下（機組運行狀態不變），提高系統剛度（加強臺板剛度），能夠有效的降低振動幅值，說明剛度的加強對于改善振動是有好處的 [2] 。

2.2分析結果

通過以上分析可以得出，導致該類型風機振動頻繁超標的原因為基礎框架剛度不足，經歷啟停機瞬態沖擊后，在一段時間的運轉情況下風機基礎載荷分配不均，引起基礎支撐狀態的變化和不穩定，進而導致振動頻繁超標。因此，加強基礎剛度可以減小設備的振動，并能夠更有效的解決設備振動頻繁超標的問題。

3 處理方法及實施效果

通過上述故障原因分析，電廠聯合廠家對風機底座改造方案進行研究，最終確定改造方案如下：

（1）在底座的底面增加一塊10毫米厚的鋼板;

（2）在底座的上面槽鋼連接處，增加12塊10毫米厚的三角鋼板焊接;

（3）在槽鋼底座的兩側布置16塊補強筋板。

圖5-1、5-2為改造前后底座簡圖，圖6-1、6-2為改造前后成品圖。改造后的底座于2016年9月順利更換于現場。

改造前后風機振動數據如表3所示，振動變化趨勢如圖7所示。由表3和圖7可以看出，改造完成后，振動幅度有明顯降低，經過長期的監測（至今已監測30個月），振動情況平穩，未再次出現振動超標問題，說明振動故障原因分析準確，處理方案有效。

4 總結

通過對某核電廠核輔助系統離心風機歷次的振動情況進行分析，最終確認基礎剛度不足為引起振動頻繁超標的根本原因，并采用改造風機底座、加強基礎剛度的方法對該故障進行了處理。監測數據顯示，改造完成后設備運行平穩，未再出現振動故障，該處理方法取得了較好的效果。

參考文獻：

[1]黃文虎，夏松波，劉瑞巖等.設備故障診斷原理、技術及應用[M].北京：中國科學技術出版社.

[2]付江永.2019.核電廠風機機組振動波動問題的分析及治理[J].設備管理與維修，441（2）：152-154.