蘇明遠

摘 要：核電廠蒸汽轉(zhuǎn)換系統(tǒng)是將主蒸汽系統(tǒng)的部分蒸汽轉(zhuǎn)換成低壓蒸汽，供用戶使用，而給水泵是該系統(tǒng)運轉(zhuǎn)的動力核心。某核電廠該系統(tǒng)的給水泵在運行2年后出現(xiàn)振動問題，頻譜中100Hz電氣故障特征突出，解決該問題有利于輔助蒸汽系統(tǒng)的健康運行。

關(guān)鍵詞：振動 頻譜 電氣故障

中圖分類號： TH 3 1 1文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）02（c）-0000-00

0.引言

核電廠設(shè)置蒸汽轉(zhuǎn)換系統(tǒng)將主蒸汽系統(tǒng)的部分蒸汽轉(zhuǎn)化為1.2MPa，188℃的低壓蒸汽，供給核島和常規(guī)島系統(tǒng)和設(shè)備使用。某核電的2號機蒸汽轉(zhuǎn)換系統(tǒng)（STR系統(tǒng)）2號給水泵（設(shè)備編號：2STR002PO）在2013年11月份開始運行，2015年9月初發(fā)現(xiàn)電機非驅(qū)動端水平向振動值達3.1mm/s，超過報警值2.8mm/s。而1號機蒸汽轉(zhuǎn)換系統(tǒng)（STR系統(tǒng)）2號給水泵（設(shè)備編號：1STR002PO）的振動健康狀態(tài)也不理想，在維修處理后3個月左右振動值發(fā)展變大到報警值以上。1STR002PO泵的依照振動故障模式，分別進行過更換泵驅(qū)動端軸承、重新進行聯(lián)軸器對中、調(diào)整電機地腳螺栓等處理，但振動幅值隨運行時間緩慢上升的問題在之前的處理方案中沒能消除。為解決2STR002PO的振動問題，技術(shù)人員針對該問題開拓思路進行系列的試驗和分析，逐一驗證可能的振動故障模式，最終確定了主要原因，成功處理了該問題。

1.蒸汽轉(zhuǎn)換系統(tǒng)給水泵設(shè)備信息簡介

2STR002PO泵為上海阿波羅機械股份有限公司生產(chǎn)，型號：AHD40-90×2，臥式、單級、單吸離心泵；額定流量：42.13m?/h；額定揚程：177m；額定轉(zhuǎn)速：2955rpm。

電機為佳木斯電機廠生產(chǎn)，型號：HY225M-2/45kW；電機軸承型號：SKF 6313/C3。

基礎(chǔ)為上海阿波羅機械股份有限公司提供的泵和電機公用臺板底座。

振動限值標準為：

電機：振動報警值2.8mm/s；停機值4.5mm/s

泵：振動報警值4.5mm/s；停機值7.1mm/s

2.2STR002PO泵振動不合格的問題

某核電廠在對設(shè)備的定期振動監(jiān)測試驗中發(fā)現(xiàn)2號機蒸汽轉(zhuǎn)換系統(tǒng)2號給水泵（2STR002PO）振動值超過報警值，各測點振動值如表1所示。從表中數(shù)據(jù)可以看到在電機驅(qū)動端和非驅(qū)動端水平向振動值高，超出了報警值2.8mm/s，該測點的垂直向和軸向幅值降低；其他測點各方向幅值均不高，表征該振動特征與電機水平向的機械結(jié)構(gòu)特征有關(guān)。

對各測點的振動數(shù)據(jù)進行頻譜分析，能看到電機驅(qū)動端和非驅(qū)動端水平向的頻譜特征一致，在FFT后的頻譜圖上，100Hz的尖峰突出，其他特征頻率峰值均很?。怀@著的電氣故障頻譜特征外，沒有表征出其他的故障特征。電機驅(qū)動端水平向（MBD-H）點的頻譜圖見圖一所示。為區(qū)分電氣故障頻率特征（100Hz）和2倍轉(zhuǎn)速頻率特征（99.48Hz），建立H200Hz-3200LRMS的采集定義（有較高的分辨率），確定該故障頻率為電氣故障頻率。

3.2STR002PO泵振動問題的初步判斷

查看該設(shè)備的歷史振動數(shù)據(jù)，MBD-H測點的振動值是從2015年開始發(fā)展變大的，電機本體溫度、電機電流等參數(shù)無明顯異常。頻譜中以精確2倍電源頻率（100Hz）為主導(dǎo)，沒有轉(zhuǎn)子條通過頻率等邊帶特征；也無其他明顯故障特征（如1X，2X，軸承故障，噪音地坪…）；GSE值也無上升和尖峰（沒有潤滑不良、碰磨問題）。分析認為是都是由于定轉(zhuǎn)子氣隙不均，導(dǎo)致產(chǎn)生不均衡磁拉力，引起電機空載時軸向振動高。從設(shè)備的運行歷史來看，認為電機定子發(fā)生形變導(dǎo)致氣隙不均的可能性較大，而定子形變的立體圖難以測量和描述，糾正形變的難度很大。

4.電機定子變形問題的驗證和分析

為了驗證電機定子變形問題是否是導(dǎo)致2STR002PO電機振動值上升的原因，技術(shù)人員進行系列測量和驗證試驗，通過收集數(shù)據(jù)來分析電機不可見的形變，分析振動值上升的原因。

檢修車間內(nèi)試驗平臺上的電機空載試驗

將電機安放在檢修間的試驗平臺上，對電動機的四個地腳與平臺之間的間歇用塞尺進行測量，見圖二電機地腳示意圖。其中左前、左后、右后3個地腳為0.02mm塞尺距離；右前地腳有張角，塞尺為0.15mm距離。

在空載試驗中，在固定板與電機底座接觸的面積減小時，空載振動值的明顯變化。主要表現(xiàn)為水平向的振動值增加量顯著，MBND-H點值從0.8mm/s增長至1.9mm/s，超出了電機單轉(zhuǎn)的驗收標準1.8mm/s，MBD-H點的振動值也增長一倍以上，但其他方向上的振動值沒有明顯變化，驗證了定子形變導(dǎo)致振動值上升的觀點。在廠房內(nèi)實際安裝情況是螺栓墊片與電機底座的接觸面積更小，導(dǎo)致電機定子的形變量會更大。

生產(chǎn)廠房內(nèi)臺板底座上的試驗

測量2STR002PO配套的臺板底座表面的水平度，水平度滿足1mm/m的要求。制作增大與電機底座接觸面積的墊塊，和加軟墊來增加接觸面的方案，均不能減緩電機定子的形變情況（振動水平）。但松開地腳螺栓后，振動值有明顯變化：電動機四個地腳螺栓緊固后，驅(qū)動端和非驅(qū)動端水平向振動值均在6mm/s以上；松開圖二中的右前地腳螺栓后，振動值降低至4.5mm/s左右；松開右前、右后兩個地腳螺栓后，振動值降低至1.1mm/s。

用百分表測量螺栓緊固給電機帶來的形變量。電機處于未運行狀態(tài)，先將電機腳下的底板面清理干凈，移走所有的墊片，然后上緊電機的緊固螺栓。在臺板底座架設(shè)百分表，通過松開在表旁的一顆電機地腳螺栓，觀察百分表讀數(shù)的變化。分別測得右前和左后兩個地腳處的位移量為50μm，左前和右后處的位移量約5μm，表明該電機基座的形變剛好達到國標的控制限值50μm。

但分析螺栓緊固給電機帶來的形變量對振動的實際影響：圓形的定子在垂直方向50μm的形變，導(dǎo)致水平方向的形變量應(yīng)該很小，但水平向振動值發(fā)生了5倍以上的變化，垂直向的變化反而不大。振動大幅變化的原因除定子形變外，還應(yīng)有其他原因。

5.電機固有頻率拾取試驗和分析

電機處于未運行狀態(tài)下，在不同電機地腳螺栓緊固組合的情況下重點對電機MBD-H測點進行固頻拾取試驗，觀察響應(yīng)普中100Hz附近的尖峰特征：

電機底座4處地腳螺栓全緊固時，固有頻率剛好在100Hz左右；

松開左前、左后地腳螺栓，固有頻率為96Hz；

松開左前、左后、右后地腳螺栓，固有頻率為90Hz；

松開右前地腳螺栓，固有頻率為106Hz；

松開右前、右后地腳螺栓，固有頻率為91Hz；

松開右后地腳螺栓，固有頻率為100Hz。

試驗結(jié)果表明電機安裝在某狀態(tài)的臺板底座上，電機水平方向上的固頻響應(yīng)剛好在100Hz附近，振動值因共振原因會被放大。可通過在臺板底座上焊接肋板、重新灌漿或更換臺板的方式來避開共振。

在該電廠技術(shù)人員對2STR002PO所在的臺板底座進行檢查，發(fā)現(xiàn)臺板與灌漿地面的右側(cè)地腳螺栓有可緊固的裕度。在對臺板底座上的螺栓按力矩要求上限進行緊固后，電機MBD-H測點進行固頻拾取試驗的結(jié)果見圖三緊固臺板底座螺栓后的固頻拾取試驗譜圖。從敲擊試驗的頻譜上可以看到，通過緊固臺板底座上的地腳螺栓改變了臺板與電機組合的整體剛度后，電機驅(qū)動端水平向上測得的固頻響應(yīng)的尖峰值從原來的100Hz左右上升到110Hz，離開了自身的電氣故障頻率（100Hz），共振情況被消弱。電機啟動后水平向的振動值為1.4mm/s，空載試驗合格，后續(xù)聯(lián)泵后的振動值也合格，該問題處理完成。

6.總結(jié)

佳木斯電機廠生產(chǎn)的該系類電機使用在核電廠的多個系統(tǒng)中，電機振動值在一個換料周期內(nèi)有明顯上升，且以100Hz電氣故障頻率峰值突出的特征在多個系統(tǒng)中出現(xiàn)，并在多個核電廠中發(fā)生，技術(shù)人員投入了大量資源來分析處理該共性問題，積攢了豐富的技術(shù)經(jīng)驗，提供了諸多可行的方法。某核電廠從STR系統(tǒng)的設(shè)備上找到新的技術(shù)信息，從平臺底座與電機共振的角度來分析和解決了問題，可供技術(shù)人員參照。

某核電廠2STR02PO的振動問題原因總結(jié)為因電機的設(shè)計技術(shù)、制造工藝等原因，自帶有100Hz的頻率為主的振動特征（在空載試驗中能監(jiān)測到）。電機基座與基礎(chǔ)臺面的配合面的平整度因加工精度、焊接變形和混凝土固化成型等各方面的差異帶來水平度上偏差（存在虛角），長期運行會帶了螺栓緊固力的變化引起轉(zhuǎn)子形變，電機本身的激振力會變大。臺板底座的設(shè)計、制造工藝等原因，在現(xiàn)場安裝后固有頻率會落在100Hz附近，鋼質(zhì)基礎(chǔ)臺板和內(nèi)澆灌的混凝土膨脹系數(shù)有差異，溫度變化會帶來臺板緊固螺栓的緊固力變化，改變臺板的剛度（固有頻率）剛好接近100Hz，引起明顯振動。

在不能更換電機的情況下，通過緊固地腳螺栓，焊接肋板，重新灌漿或跟換臺板來改變臺板固有頻率，避開100Hz頻率10%以上來消除共振響應(yīng)，降低振動值。

參考文獻

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