低壓安注泵電機振動高原因分析及故障處理

張強　王運喜

摘要：低壓安注泵是電廠的重要安全設(shè)施，承擔(dān)著事故時的堆芯應(yīng)急冷卻功能。本文利用頻譜分析等手段對低壓安注泵電機振動分析，找出了根本原因，并制定了有效的策略，對處理同類故障有一定的借鑒意義。

1.概述

秦山二期擴建工程2×650MW機組，安全注入系統(tǒng)（RIs）用以在反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)發(fā)生失水事故或主蒸汽系統(tǒng)發(fā)生管道破裂事故時，完成堆芯應(yīng)急冷卻。低壓安全注入泵采用的是英國CLYDE公司的RN3J40 x三級立式離心泵，通過膜片式聯(lián)軸器由一臺6kV感應(yīng)式電動機驅(qū)動。電機通過8顆螺栓安裝在可拆除的獨立的基礎(chǔ)板上，基礎(chǔ)板再通過16顆螺栓固定在混凝土基礎(chǔ)上。低壓安注泵A列電機（3RIS001MO）自2009年11月安裝后空載試車以來，振動值一直居高不下，非驅(qū)動端水平方向振動值最高達18.2mm/s，遠偏離正常要求的2.8mm/s，嚴重影響設(shè)備的正常運行和調(diào)試進度要求。

2.故障分析

2.1可能原因分析

2.1.1轉(zhuǎn)子不平衡

轉(zhuǎn)子的不平衡可以分為靜不平衡、動不平衡及混合不平衡。在實際中最常碰到的混合不平衡，是由靜不平衡離心力偶及動不平衡力偶共同作用在支座上產(chǎn)生的大小不等，相位不同的振動。

2.1.2定轉(zhuǎn)子磁力中心不正對

電機正常運行時，定子與轉(zhuǎn)子的磁力中心線應(yīng)是重合對正的，當出現(xiàn)不對正的情況，必然產(chǎn)生軸向電磁拉力，使轉(zhuǎn)子在電磁力的作用下發(fā)生軸向位移，如果軸承室沒有足夠的軸向位移量，轉(zhuǎn)子移動受阻反彈引起振動。定子則將軸向電磁拉力轉(zhuǎn)換給電機外殼，也會引起振動。定子鐵芯軸向位移、軸承裝配精度差及電機端蓋變形等因素都會造成磁力中心不對中，最終導(dǎo)致電機振動值高。

2.1.3定轉(zhuǎn)子氣隙不均勻

電機定轉(zhuǎn)子氣隙不均勻時，會造成旋轉(zhuǎn)磁通不均勻，進而產(chǎn)生不平衡電磁力，在該電磁力作用下，電機的轉(zhuǎn)子會產(chǎn)生振動，氣隙的不均勻程度越嚴重，振動越大。其原因主要有定子鐵芯的中心軸線與驅(qū)動端非驅(qū)動端軸承室中心線不在一條線上，端蓋偏心，軸承嚴重損壞，定子鐵芯位移等。

2.1.4轉(zhuǎn)子籠條開焊或者斷裂

高壓電機轉(zhuǎn)子籠條開焊或者斷裂主要發(fā)生在電機啟動過程中，籠條所受應(yīng)力超過了機械強度?；\條斷裂應(yīng)力包括熱應(yīng)力，焊接殘余應(yīng)力和交變應(yīng)力三種。熱應(yīng)力是電機在啟動過程中，因啟動電流為額定電流的5-7倍，由此產(chǎn)生的損耗可使籠條達到200-300℃高溫，進而產(chǎn)生較大的熱應(yīng)變，并受到一個彎曲應(yīng)力。電機轉(zhuǎn)子籠條斷裂后，將會造成轉(zhuǎn)子本來平衡的力偶失衡，除產(chǎn)生切向力矩外，還會形成一個合力使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生偏移軸線的運動而振動。

2.1.5軸承裝配差

軸承是電機中的重要又薄弱的環(huán)節(jié)，裝配不當極易引起振動和發(fā)熱，軸承是轉(zhuǎn)動部件，要求軸和軸承內(nèi)圈的配合比較牢固，不能出現(xiàn)間隙，但當配合過盈量過大的話，會使軸承內(nèi)圈漲大，軸承鋼珠和內(nèi)外圈間隙減小，引起軸承發(fā)熱或振動。軸承外圈與端蓋或軸承套的配合過緊也會引起發(fā)熱或振動。

2.1.6共振

由于振動是可以疊加的，當激振頻率與被激振物體固有振動頻率相近或相等時，就會發(fā)生共振，使受迫振動物體的振幅達到最大，對設(shè)備的安全運行有極大的危害。

2.1.7安裝質(zhì)量差

安裝質(zhì)量差主要是聯(lián)軸器聯(lián)接不平衡，中心未找正，基礎(chǔ)安裝缺陷，存在軟腳、松動等方面。聯(lián)軸器中心未找正會導(dǎo)致電機與泵聯(lián)接不平衡。而軟腳、松動會使聯(lián)接剛度下降，機械阻尼降低進而將激勵造成的振動放大，極小的不平衡或不對中都會產(chǎn)生振動。

2.2頻譜分析

從振動幅值來看，電機自由端水平方向振動嚴重超標，振動值達18.2mm/s，垂直方向和軸向振動均合格。頻譜圖顯示振動主頻為24.9Hz，該頻率成分為電機轉(zhuǎn)速頻率（簡稱工頻）。引起電機工頻振動高的主要原因有：電機轉(zhuǎn)子不平衡、電機與泵聯(lián)軸器不對中、電機基礎(chǔ)松動或存在軟腳等。故可以將磁力中心不正、定轉(zhuǎn)子氣隙不均勻、轉(zhuǎn)子籠條開裂、共振等原因排除。根據(jù)電機轉(zhuǎn)子不平衡的振動特性為徑向振動大，包括水平和垂直方向，3RIS001MO振動只有水平方向幅值超標，排除轉(zhuǎn)子不平衡的可能。又因為振動出現(xiàn)階段在電機空載，并未和泵聯(lián)軸器相連，故不對中的可能也排除。通過排除法，我們將方向鎖定在電機基礎(chǔ)安裝不滿足要求。

2.3軟腳測試

為了驗證電機振動高確由軟腳引起，我們做了軟腳測試。架設(shè)3塊百分表，調(diào)O，按順序松掉8顆地腳螺栓，在松掉編號為7、8的螺栓，1#表的跳動值明顯偏出2#及3#表，最高達22mm。由此可以確定第7和第8顆螺栓確實存在軟腳，需要在此處加墊片對電機進行找平處理。

3.故障處理

為了檢查獨立的基礎(chǔ)板自身是否存在制造缺陷，首先對獨立基礎(chǔ)板做PT，結(jié)果除了輕微的腐蝕外，沒有發(fā)現(xiàn)裂紋等會使基礎(chǔ)板加力矩后變形的致命缺陷。接著又將基礎(chǔ)板拆下，送往機加工車間，利用專用平臺精確測量獨立的基礎(chǔ)板，如果平面度超出要求范圍則將其加工到要求范圍內(nèi)。專用平臺上找正后，用百分表測量基礎(chǔ)板與電機底座接觸面跳動，其平面度最大也在O.05mm內(nèi)。測量結(jié)果表明圓形基礎(chǔ)板與電機底座接觸面也沒有問題。故障的可能原因鎖定在圓形基礎(chǔ)板與混凝土地基接觸面間的軟腳。我們調(diào)整的重點也就是在基礎(chǔ)板與混凝土地基間加合適的墊片。經(jīng)過討論決定將基礎(chǔ)板的16顆地腳螺栓按照要求的力矩擰緊后，依靠在調(diào)整垂直后的泵軸上架設(shè)的百分表裝置，測量基礎(chǔ)板的上表面的平面度，間接測得基礎(chǔ)板與基間的軟腳值。

在擰緊基礎(chǔ)板與混凝土基礎(chǔ)地腳螺栓后，基礎(chǔ)板的平面度各個方向跳動值內(nèi)圈最大值0.36mm，外圈最大值0.45mm，嚴重超出廠家給出的0.10mm，這正是造成3RIS001MO振動高的根本原因。

根據(jù)測量數(shù)據(jù)，計算出各個螺栓下應(yīng)加的墊片厚度，并擰緊地腳螺栓到要求力矩2300Nm，再次測量基礎(chǔ)板上表面的跳動值，經(jīng)過反復(fù)實驗，最終將基礎(chǔ)板的平面跳動調(diào)整到0.08mm。啟動電機后測量，振動值穩(wěn)定在lmm/s左右，滿足標準。

4.結(jié)束語

綜上所述，引起電機振動高的原因是多方面的，重要的是根據(jù)振動時的狀態(tài)、振動的部位再結(jié)合先進的手段綜合判斷。本次低壓安注泵電機振動高處理，首先利用頻譜分析指明了大致的方向，并與實測結(jié)合，準確判斷電機振動的根本原因是存在軟腳。由此制定了周詳?shù)姆桨?，最終圓滿的解決了這一難題，將振動值由18.2mm/s降至1.16mm/s。另外，安注泵電機振動高是基礎(chǔ)安裝質(zhì)量差導(dǎo)致，非電機內(nèi)部的質(zhì)量問題，這也要求機組的安裝施工嚴格按照廠家技術(shù)手冊實施，安裝、監(jiān)理各盡其責(zé)，避免類似問題再次出現(xiàn)。