海南核电反冲洗水泵振动大问题浅析

张 煜 岳源洲 邢 孟

（海南核电有限公司 海南昌江）

一、前言

海南昌江核电厂PX泵房反冲洗水泵为单级、单吸、双蜗壳立式离心泵，整体布置如图1所示，配鼠笼式异步电动机，工作转速2950 r/min，中心高225 mm，其与泵共用一个支架，参考《JBT 8097-1999泵的振动测量与评价方法》，该泵属于第二类离心泵，振动监督标准＜2.8 mm/s合格。

海南核电1号机组配置4台该型泵组，编号1CFI101PO～1CFI104PO，在安装完成后，试运过程中出现了多台泵组出现了较为明显的电机及泵体的振动较大情况，现将总体试验表现及原因进行分析。

图1 反冲洗水泵组

二、试验过程及表现

各泵组在2013年8月完成安装，进入单体及带载试运，过程中出现了多次电机单体和整体泵组的振动超标情况，汇总如下（ 测量单位 mm/s）。

2013-09-06下午，1CFI104PO和101PO进行了带载试车，结果1CFI104PO振动超标。

2013-09-12，1CFI102PO进行了空载和带载，空载时电机振动合格，带载电机不合格。

2013-09-14对1CFI102PO及1CFI101PO进行了带载试运，启动初期泵体和电机振动均合格，半个小时后电机振动合格，泵体振动均超标。

2013-11-13对1CFI102PO和104PO进行了带载试车，其中1CFI102PO泵体振动合格，电机水平方向3.3～3.5 mm/s，振动超标，1CFI104PO泵体、电机振动均超标达到了4～4.5 mm/s。

2013-12-19上午1CFI102PO和1CFI104PO互换电机进行了检测，振动超标。

2013-12-31试运1CFI104PO反冲洗水泵，振动超标，地脚螺栓进行调整后，振动调整合格。

2014-02-13 对 1CFI101、102、103、104PO 电机的空载试车工作。其中1CFI101、102PO电机数据正常，1CFI103、004PO电机振动超标。

2014-04-24启动1CFI101PO反冲洗水泵进行电机空载试车，启动初期振动值在1.8 mm/s左右，随时间增长，振动值波动在 2～3.5 mm/s之间，不合格。

2014-08-08上午1CFI103PO反冲洗水泵带载试车，电机振动值4.4 mm/s，不合格，调整后振动达到1.7～2.3 mm/s。

针对以上试运状况，调试人员对4台泵组进行了检查轴系对中及轴承零部件检查等操作，效果不明显，后分别采取了增加临时支架和基础加固等操作，使得各泵组振动值基本接近合格水平，但在随后的工程需要而再次启停后，各泵组又不同程度的出现了振值反复和波动甚至超标情况，每次需经长时间调整后方能达到运行要求，但也不能保证再次启动后的效果。

三、振动特点及分析

1.振动特点

（1）振动表现具有方向性。无论是电机和水泵，试运中多表现为横向（即水平）方向振动值较大，垂直方向（轴向）较小。

（2）振动幅值变化具有较强的敏感性。主要表现为处理过程中调整电机支座等部位的连接螺栓紧力、检查并研磨接触面水平等操作对振动幅值有较大的影响，但影响方向不确定，如2013.12.12试运104PO，初期电机7.9 mm/s，后调整振动较大位置螺栓，该方向振动值下降为2.2 mm/s，但与其垂直方向则从2.9增加至3.5 mm/s；

（3）振动幅值变化不稳定。不止一台泵组出现有运行初期合格，而随运行时间延长，振动值增长并超标的情况，或出现有振动幅值反复波动的漂移现象；

（4）振动成分较为单一。图2为104PO在2014.8.12的测量数据，从频谱看，组成中峰值频率明显，表现为49.5～49.77 Hz成分，参考设备转速对应为转速频率项，其余在振动较高情况时也表现为类似现象。

图2 1CFI103PO振动频谱

2.原因分析

（1）振动具有方向性。各泵组试运中均表现为横向水平振动较高，轴向振动值较小，这是立式结构转机较为常见的振动表现，此现象主要与其结构设计和现场安装布置存在偏差有直接的关系。对于旋转设备，在内部各部件正确安装，相关间隙等参数调整合格的情况下，运转过程中振动因素的主要来源为转子的残余不平衡力，通常情况下，根据不同的机械设备，有不同的平衡标准，在相应的标准要求控制下，残余不平衡状况处于允许的范围内，设备振动值也不会较大，但是，由于现场基础制作偏差，台板加工平整度超标以及地脚螺栓紧固不均等原因，则会对设备振动有一定的影响，一般的会形成设备支撑系统动刚度水平的下降。在线性系统中，部件呈现的振幅与作用在部件上的激振力成正比，与它的动刚度成反比，见（1）式表示。

式中A——振幅

P——激振力

Kd——部件动刚度

因此，即使是转子制造控制合格，残余不平衡力较小，但是，由于安装偏差降低了支撑系统的动刚度，这样在同等级别的激振力作用下，也会呈现出较明显的振动水平。相对的，对于立式转机设备的消振操作，也可由同样的出发点加以考虑，即可以通过精细化安装和加强泵组支撑刚度来弱化结构因素的影响，以达到降低振动幅值的目的。

（2）振动幅值较强的敏感性。各泵组在试运中，多次采用了基础加固以及各结合面螺栓紧力调整方式，以期进一步改善振动状况，但不同程度的出现在调整合格后，停机再次启动后振动又超标的情况，尤其是在泵组不停机过程中，进行电机地脚螺栓松紧程度调整操作时，振动幅值变化明显，这显示电机支撑面存在有一定的虚接触，或结合面接触不良情况，此时结合面两侧在运行中就会有一定的差别振动情况，即使对紧固螺栓施加了大的力矩，只能使支撑面产生附加变形，而不能从根本上消除或改善差别振动，相反有可能进一步恶化了接触不良现象，另外，电机基础刚性不足时，也会在螺栓紧固调整过程中放大影响程度，使得振动结果产生较强的敏感性。

（3）振动不确定性。如果设备较高的振动是由于机械原因所致，包括立式电机的安装位置较高形成的摆度偏差，轴系对中不良以及残余平衡力大等方面，其所产生的振动表现与转速关联明显，会随转速变化而变化，另一方面，由于电机从冷态启动至正常运行状态需要有一定的时间，以达到金属部件的热态稳定，而过程中如出现内部转子、定子部件等膨胀不均、匝间短路等异常时，则会出现转子弯曲、轻微摩擦等附加不平衡影响，导致有振动的异常及不稳定变化，特别的，即使电机空载试运正常，但如有转子笼条裂纹等隐性问题，也会在带载后使转子径向温度不均而轻微变形、不平衡力增加的情况，从而表现出随运行时间的增长振动逐步变化的现象。

海核该泵组为定速泵，电气开关合闸后会很快达到工作转速，但电机内部达到热态稳定一般3～4 h，虽然多次试运中，有振动值变化情况，但基本均表现每次启动后达到工作转速后的短时间内振动值不同，即历次启动后的重复性较差，而不是长时间运行过程中仍出现振动值的漂移情况，因此，该型振动的不确定性原因基于机械安装方面的可能性更大些。

（5）振动组成表现单一。测量电机和水泵的振动频谱，振动值较大的表现中，存在有明显而单独的组成成分，经查对应于转速频率峰值，其贡献值占振动总量的90%以上。对于转动机械而言，没有设备安装和间隙调整不当、零部件本体异常以及工作介质扰动等情况下，振动组成的通常表现即为单一的一倍频情况，但是如其峰值较大，则说明转子系统有明显的平衡残余存在，以及支撑刚度偏弱或共振等原因，另外，严重的对中不良也会有明显的一倍频出现。

通过以上分析，结合各泵组在带载和空载的试运表现，以及运行中螺栓调整的响应状况，认为此型泵组的振动异常主要原因，一是电机支撑面部位存在接触不良情况，运行中出现有一定的振动差别，使得需要在运行中进行螺栓紧力调整，振动值才能达到合格水平。二是基础总体刚性较弱，使得在较小的甚至是合格的不平衡激振力作用下，也会由于系统稳定性差而产生较高的振动表现，这从运行中松紧结合面螺栓、加大或放松支撑力度等微小操作均能明显产生振动响应予以证实。三是存在有一定的基础共振情况，图3为对泵组基础固有频率测量，显示其中主要成分与运行中高振动频谱的峰值频率值非常接近，有共振影响。

四、治理方案

（1）检查电机支撑面水平及接触情况，对支撑面用水平仪精确找平，用红丹粉检查结合面接触面积75%以上范围，并对结合面螺栓均匀紧固，消除差别振动情况；

图3 1CFI103PO号泵组基础固有频率

（2）针对存在的基础共振情况，选择合适部位进行基础加固，以改善基础固有频率，使之远离泵组运行频率范围，避免共振发生；

根据工程进展，对101PO水泵进行了相应的电机结合面接触情况处理，同时进行基础加固措施，具体为把相互独立的3个混凝土支墩,横向用槽钢连接固定，降低了其在竖直方向上过于单薄的影响，使其联成一体，受力统一，在靠近高点位置增加水平刚性支撑，减小了水平方向上基础的振动。泵组试运后，振动值明显减低至2.3 mm/s左右，达到了合格水平。

五、结论

此次反冲洗水泵的振动值降低，关键在于总结了其空载、带载等不同工况下的试运现象和特点，并通过频谱分析，确定振动组成，有针对性的查找了故障原因并制定相应的措施予以实施，消振方向较为正确，从而达到了改善振动水平的效果，同时，为使泵组长期保持稳定合格水平，将考虑进一步改善泵组支撑状况：由于泵组竖直方向尺寸较大，位置越高点振动值会越大，而支撑点越高会有利于振动的改善，选择以靠近电机支座处为支撑部位，另外，也可通过精细动平衡降低激振力，从而减小基础刚性不足对振动的响应，以达到彻底降低振值的目的。