三門核電汽機(jī)房立式長(zhǎng)軸泵振動(dòng)值超標(biāo)原因分析與處理

孔令梅，范 賞，李永戰(zhàn)

(三門核電有限公司，浙江 三門 317112)

三門核電汽機(jī)房立式長(zhǎng)軸泵振動(dòng)值超標(biāo)原因分析與處理

孔令梅，范 賞，李永戰(zhàn)

(三門核電有限公司，浙江 三門 317112)

針對(duì)AP1000三門項(xiàng)目汽機(jī)房廢水收集和排放系統(tǒng)立式長(zhǎng)軸泵振動(dòng)值超標(biāo)問題，從振源、泵本體支承剛度、安裝及振動(dòng)激振力等方面入手，分析泵振動(dòng)超標(biāo)的原因，并提出減輕泵振動(dòng)的措施。通過對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)部件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、安裝數(shù)據(jù)、振動(dòng)特性等測(cè)試分析，排除電機(jī)設(shè)備、安裝方面對(duì)泵振動(dòng)異常的影響，確認(rèn)軸系支撐剛度不足是振動(dòng)異常的主要原因，進(jìn)而采用增加輔助支撐，提高軸系支撐剛度，最終將泵振動(dòng)值減小至國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)允許范圍內(nèi)。

立式長(zhǎng)軸泵；結(jié)構(gòu)剛度；振動(dòng)異常

AP1000核電機(jī)組是我國(guó)實(shí)施核電發(fā)展戰(zhàn)略，實(shí)施自主化依托項(xiàng)目，引進(jìn)的美國(guó)第三代核電技術(shù)。汽機(jī)房廢水收集和排放系統(tǒng)廢水泵在結(jié)構(gòu)選型、流量參數(shù)、位置布置等方面，不同于國(guó)內(nèi)其他核電機(jī)組。在廢水泵初次啟動(dòng)試驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)4臺(tái)廢水泵振動(dòng)值在13 mm/s左右，振動(dòng)值超出國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[1](≤4.5 mm/s)，同樣超出廠家允許值，制約水泵開展后續(xù)試驗(yàn)工作。

泵振動(dòng)的原因是多方面的，處理過程結(jié)果表明，電機(jī)振動(dòng)情況、泵體本身剛度、泵座與預(yù)埋件之間的水平度、預(yù)埋件所在構(gòu)筑物的剛度、地腳螺栓松緊度、出口管道應(yīng)力等因素，均可不同程度影響泵的振動(dòng)。

1 廢水泵參數(shù)、振動(dòng)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)及測(cè)試情況

1.1 廢水泵參數(shù)

三門核電1號(hào)機(jī)組汽機(jī)房廢水收集和排放系統(tǒng)包括2臺(tái)600 m3/h熱廢水泵、2臺(tái)500 m3/h海廢水泵和3臺(tái)25 m3/h含油廢水泵。2臺(tái)熱水泵的功率為90 kW，額定轉(zhuǎn)速為1 480 r/min；2臺(tái)海廢水泵的功率為75 kW，轉(zhuǎn)速為1 480 r/min；7臺(tái)廢水泵均為國(guó)內(nèi)某泵廠生產(chǎn)的單級(jí)單吸立式長(zhǎng)軸泵。廢水泵安裝簡(jiǎn)圖如圖1所示。

圖1 廢水泵安裝簡(jiǎn)圖

1.2 水泵振動(dòng)的測(cè)量和評(píng)價(jià)

為了評(píng)價(jià)泵的振動(dòng)級(jí)別,按泵的中心高和轉(zhuǎn)速把泵分為4類，如表1所示。臥式泵的中心高規(guī)定為由泵的軸線到泵的底座上平面間的距離；立式泵本來沒有中心高，為了評(píng)價(jià)其振動(dòng)級(jí)別，取一個(gè)相當(dāng)尺寸當(dāng)作立式泵的中心高，即把立式泵的出口法蘭密封面到泵軸線間的投影距離H規(guī)定相當(dāng)中心高，如圖2所示。

圖2 中心標(biāo)高示意圖

泵的振動(dòng)級(jí)別分為A、B、C、D四級(jí)，D級(jí)為不合格；泵的振動(dòng)評(píng)價(jià)方法是首先按泵的中心高和轉(zhuǎn)速查表2確定泵的類別，再根據(jù)泵的振動(dòng)烈度級(jí)查表2可以得到評(píng)價(jià)泵的振動(dòng)級(jí)別。

表1 水泵的分類表

表2 水泵振動(dòng)級(jí)別表

1.3 廢水泵振動(dòng)測(cè)試情況

按照試驗(yàn)程序和廠家提供的EOMM手冊(cè)，準(zhǔn)備好啟動(dòng)期間參數(shù)測(cè)量所使用的工器具，完成對(duì)泵啟動(dòng)前盤車、填料等檢查。在點(diǎn)動(dòng)試驗(yàn)完成后，對(duì)2臺(tái)熱廢水泵和2臺(tái)海廢水泵逐一進(jìn)行首次啟動(dòng)試驗(yàn)，期間2臺(tái)熱廢水泵和2臺(tái)海廢水泵啟動(dòng)電流、揚(yáng)程、流量等各項(xiàng)參數(shù)均正常，但發(fā)現(xiàn)振動(dòng)值無法滿足國(guó)家及廠家提供的振動(dòng)值驗(yàn)收準(zhǔn)則(≤4.5 mm/s)，隨即停泵，振動(dòng)測(cè)點(diǎn)布置，如圖3所示。振動(dòng)數(shù)據(jù)，如表3所示。

圖3 振動(dòng)測(cè)點(diǎn)布置圖

mm/s

注：M1：電機(jī)自由端；M2：電機(jī)驅(qū)動(dòng)端； P1：泵驅(qū)動(dòng)端；P2：泵非驅(qū)動(dòng)端； H：水平方向；V：垂直方向；A：軸向；N/A：未找到合適測(cè)點(diǎn) 測(cè)量工具：CSI 2140 振動(dòng)頻譜分析儀 艾默生。

2 振動(dòng)原因分析

泵振動(dòng)是一個(gè)系統(tǒng)問題，應(yīng)全面考慮，即在基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)支承體系設(shè)計(jì)以及機(jī)組的選型、設(shè)計(jì)、制造、安裝等各過程中都應(yīng)充分重視，從各個(gè)環(huán)節(jié)避免振動(dòng)故障的發(fā)生。長(zhǎng)期以來，泵振動(dòng)問題往往被視為涉及多方面、復(fù)雜而難于搞清，診斷分析也難免走彎路，造成一定的浪費(fèi)，一般按照先考慮安裝，后設(shè)備的診斷分析思路。

激振力過大或支撐動(dòng)剛度不足是產(chǎn)生過大振動(dòng)振幅的原因。支撐動(dòng)剛度不足分為連接剛度不足和結(jié)構(gòu)剛度不足；前者一般考慮設(shè)備的連接部位是否緊密緊固，如基礎(chǔ)臺(tái)板、泵基座基礎(chǔ)、電機(jī)機(jī)架(對(duì)應(yīng)于立式泵)等；檢查部件連接緊密程度傳統(tǒng)的方法有檢查螺栓預(yù)緊力、連接部件之間的間隙等方法[2]；后者結(jié)構(gòu)剛度主要由外形、壁厚、材料和支撐基礎(chǔ)的靜剛度決定。

由泵出廠性能測(cè)試報(bào)告顯示，出廠振動(dòng)測(cè)試時(shí)，振動(dòng)值最大為3.7 mm/s<4.5 mm/s，滿足驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。本文采用排除法，先考慮安裝問題，后設(shè)備的診斷分析思路。以熱廢水泵B為例進(jìn)行分析處理，將復(fù)雜的問題簡(jiǎn)單化，逐步排除，最終找到突破口，并采取加強(qiáng)措施，將問題解決。

3 振動(dòng)值超標(biāo)處理

查閱泵說明書、施工工藝導(dǎo)則及立式長(zhǎng)軸泵安裝驗(yàn)收規(guī)范等資料，確定首先從設(shè)備安裝找原因，再?gòu)南嚓P(guān)管路、基礎(chǔ)支撐方面及設(shè)備本身查找原因[3]。依照可能造成泵振動(dòng)的原因，對(duì)泵進(jìn)行如下檢查。

3.1 電機(jī)部分影響

電機(jī)作為振源，是泵出現(xiàn)振動(dòng)超標(biāo)后首先考慮的主要因素之一。因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)件松動(dòng)，軸承定位裝置松動(dòng)，鐵心硅鋼片過松，軸承因磨損而導(dǎo)致支撐剛度下降，會(huì)引起振動(dòng)；質(zhì)量偏心，轉(zhuǎn)子彎曲或質(zhì)量分布問題導(dǎo)致的轉(zhuǎn)子質(zhì)量分布不均，會(huì)造成靜、動(dòng)平衡量超標(biāo)；電機(jī)缺相、各相電源不平衡等原因也能引起振動(dòng)。

電機(jī)出廠試驗(yàn)報(bào)告顯示，出廠試驗(yàn)時(shí)振動(dòng)值合格；在電機(jī)廠家指導(dǎo)下，將電機(jī)從泵座上拆解轉(zhuǎn)移至試驗(yàn)平臺(tái)上，進(jìn)行電機(jī)空載試驗(yàn)，測(cè)試數(shù)據(jù)如表4，滿足國(guó)標(biāo)要求，即可排除電機(jī)因素的影響。

表4 電機(jī)空載振動(dòng)數(shù)據(jù)(速度有效值) mm/s

注：M1；P1；H；V；A；N/A：含義同表3，測(cè)量工具：CSI2140 振動(dòng)頻譜分析儀 艾默生。

3.2 地腳螺栓及機(jī)架連接件調(diào)整

電機(jī)與軸承器機(jī)架之間的固定連接不佳，使基礎(chǔ)和電機(jī)系統(tǒng)吸收、傳遞、隔離振動(dòng)能力差，可能導(dǎo)致基礎(chǔ)和電機(jī)的振動(dòng)都超標(biāo)。水泵基礎(chǔ)松動(dòng)，或者水泵機(jī)組在安裝過程中形成彈性基礎(chǔ)，水泵就會(huì)產(chǎn)生與振動(dòng)相位差180°的另一個(gè)臨界轉(zhuǎn)速，從而使水泵振動(dòng)頻率增加。如果增加的頻率與某一外在因素頻率接近或相等，就會(huì)使水泵的振幅加大。另外，基礎(chǔ)地腳螺栓松動(dòng)，導(dǎo)致約束剛度降低，會(huì)使電機(jī)的振動(dòng)加劇。

泵座與預(yù)埋件連接螺栓松緊度、電機(jī)與聯(lián)軸器機(jī)架連接螺栓松緊度，電機(jī)重新裝回泵座后，采用力矩扳手調(diào)節(jié)地腳及緊固螺栓松緊度，保證4個(gè)地腳螺栓受力均勻。泵啟動(dòng)后邊調(diào)節(jié)地腳螺栓、邊測(cè)量，發(fā)現(xiàn)在地腳螺栓松緊度改變時(shí)，振動(dòng)值有所減小，但振動(dòng)值仍不滿足要求。由此可知，地腳及緊固螺栓松緊度對(duì)振動(dòng)值有所影響，但并非關(guān)鍵影響因素，測(cè)試數(shù)據(jù)如表5所示。

表5 螺栓調(diào)整振動(dòng)數(shù)據(jù)(速度有效值) mm/s

注：M1；M2；P1；H；V；A：含義同上，測(cè)量工具：CSI2140 振動(dòng)頻譜分析儀 艾默生。

3.3 出口管道調(diào)整

泵出口管道是否存在應(yīng)力和支架剛度問題是要考慮的安裝方面的主要因素之一，因?yàn)楣艿涝诎惭b過程中可能較勁太大，使進(jìn)出口管路與泵連接時(shí)存在內(nèi)應(yīng)力；泵的出口管道支架剛度不夠，變形太大，會(huì)造成管道下壓在泵體上，使得泵體和電機(jī)的對(duì)中性破壞；另外，管路不暢，如出水口有氣囊，進(jìn)水口有進(jìn)氣，流場(chǎng)不均，壓力波動(dòng)等，這些都會(huì)直接或者間接地導(dǎo)致泵和管路的振動(dòng)。

現(xiàn)場(chǎng)將泵出口與管道連接法蘭解開，發(fā)現(xiàn)兩法蘭面軸向和徑向均無錯(cuò)口，即可排除管道與泵連接時(shí)存在應(yīng)力；泵出口管道采用滑動(dòng)支架固定，可調(diào)節(jié)性強(qiáng)，支架設(shè)計(jì)及驗(yàn)收滿足DL/T 1113—2009火力發(fā)電廠管道支吊架驗(yàn)收規(guī)程和火力發(fā)電廠汽水管道支吊架設(shè)計(jì)手冊(cè)要求。為了進(jìn)一步排除出口管路影響，現(xiàn)場(chǎng)將泵出口管道法蘭拆卸，使泵與出口管道脫開，采用臨時(shí)措施，對(duì)泵進(jìn)行帶載試驗(yàn)，測(cè)試數(shù)據(jù)如表6所示，仍不滿足國(guó)標(biāo)要求。因此可知，泵出口管道對(duì)泵振動(dòng)值有影響，但不是主要影響因素。

表6 管道與泵脫開振動(dòng)數(shù)據(jù)(速度有效值)

注：M1；P1；H；V；A；N/A：含義同表3，測(cè)量工具：CSI2140 振動(dòng)頻譜分析儀 艾默生)。

3.4 預(yù)埋件灌漿質(zhì)量影響

將泵、電機(jī)解體吊離基礎(chǔ)后，發(fā)現(xiàn)泵預(yù)埋件存在二次灌漿不實(shí)有空洞，下面殘留毛布等異物，灌漿質(zhì)量也存在問題。經(jīng)向土建灌漿施工人員了解，由于樓板預(yù)留泵孔洞空間限制，灌漿前樓板孔洞內(nèi)未支內(nèi)模，灌漿后發(fā)現(xiàn)預(yù)埋件下面存在縫隙，采用毛布及漿液涂抹塞縫，施工不規(guī)范，導(dǎo)致灌漿質(zhì)量較差。業(yè)主、泵廠、安裝單位相關(guān)人員，考慮鑿掉原二次灌漿基礎(chǔ)，重新按照施工規(guī)范施工，確保二次灌漿質(zhì)量滿足要求，所以不排除預(yù)埋件二次灌漿質(zhì)量也是影響泵振動(dòng)值超標(biāo)的因素。

3.5 泵預(yù)埋件水平度調(diào)整

經(jīng)查閱泵廠提供的安裝維護(hù)手冊(cè)，文件中明確規(guī)定，在預(yù)埋件灌漿前，應(yīng)使用水平儀和水平尺按照如圖4三個(gè)方向(水平方向、垂直方向及對(duì)角線方向)，對(duì)預(yù)埋座上表面進(jìn)行水平度找正(使用預(yù)埋座上的調(diào)節(jié)螺栓調(diào)節(jié)高度)，水平度允差不大于0.1 mm。在預(yù)埋件灌漿凝固后，仍使用水平儀和水平尺對(duì)預(yù)埋座上表面進(jìn)行水平度找正(使用預(yù)埋座上的調(diào)節(jié)螺栓調(diào)節(jié)高度)，水平度允差仍不大于0.1 mm。

經(jīng)咨詢安裝人員及核實(shí)預(yù)埋件安裝記錄，發(fā)現(xiàn)在泵安裝過程中，未收到廠家安裝指導(dǎo)文件，也未將預(yù)埋件水平度調(diào)整到0.1 mm以內(nèi)，水平度明顯無法保證滿足安裝維護(hù)手冊(cè)要求。泵廠建議將泵吊出，重新對(duì)預(yù)埋件水平度復(fù)測(cè)，發(fā)現(xiàn)水平方向偏差0.4 mm,垂直方向水平度0.35 mm,對(duì)角方向水平度0.5 mm，均明顯超出允許值。在業(yè)主人員、泵廠、安裝單位等各方討論后，將泵預(yù)埋件灌漿破陣，并對(duì)預(yù)埋件兩面重新車床找平后，重新找正、灌漿，灌漿結(jié)束凝固后，預(yù)埋件三個(gè)方向的水平度分別為水平方向0.04 mm,垂直方向0.03 mm,對(duì)角方向0.01 mm。再次啟泵測(cè)振后，發(fā)現(xiàn)振動(dòng)值明顯減小，但仍不滿足驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，測(cè)試數(shù)據(jù)如表7所示。由此可知，預(yù)埋件水平度也是影響泵振動(dòng)值的主要原因之一。

表7 水平度調(diào)整后振動(dòng)數(shù)據(jù)(速度有效值) mm/s

注：M1；P1；H；V；A；N/A：含義同表3，測(cè)量工具：CSI2140 振動(dòng)頻譜分析儀 艾默生。

3.6 泵座本體結(jié)構(gòu)剛度影響

在排除電機(jī)、地腳螺栓及機(jī)架連接件、出口管道應(yīng)力、預(yù)埋件灌漿質(zhì)量及水平度等安裝因素外，振動(dòng)值逐步好轉(zhuǎn)但仍超出驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)比對(duì)同一供貨商制造的振動(dòng)值合格的旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)水泵、含油廢水泵結(jié)構(gòu)及安裝圖紙后，發(fā)現(xiàn)泵座設(shè)計(jì)上存在一定的差異，例如泵座與預(yù)埋件緊固螺栓數(shù)量、泵座加強(qiáng)筋板數(shù)量、泵座筋板形狀、泵座筋板受力點(diǎn)、泵座填料孔數(shù)量、預(yù)留孔洞與泵座尺寸比例關(guān)系等，廢水泵結(jié)構(gòu)比對(duì)見表8。

表8 各廢水泵結(jié)構(gòu)比對(duì)表

考慮熱廢水泵B與振動(dòng)值合格的其他泵結(jié)構(gòu)差異后，現(xiàn)場(chǎng)采用在泵座每個(gè)填料孔(共計(jì)4個(gè))增加與原設(shè)計(jì)同樣厚度的梯形加強(qiáng)筋板，以彌補(bǔ)筋板數(shù)量、筋板形狀、泵座填料孔洞、筋板受力點(diǎn)差異，可增加泵本體剛度，并將泵座受力點(diǎn)引至基礎(chǔ)實(shí)處?，F(xiàn)場(chǎng)完成方案實(shí)施后，試轉(zhuǎn)測(cè)振，測(cè)試數(shù)據(jù)如表9，振動(dòng)值最大2.758 mm/s<4.5 mm/s，滿足驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)要求，由此可見，泵座本體結(jié)構(gòu)剛度是影響泵振動(dòng)值的主要原因。

表9 臨時(shí)加強(qiáng)后空載測(cè)振(速度有效值) mm/s

注：M1；P1；H；V；A；N/A：含義同表3，測(cè)量工具：CSI2140 振動(dòng)頻譜分析儀 艾默生。

考慮現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)加強(qiáng)筋板采用焊接形式連接，在泵運(yùn)行過程中焊縫可能出現(xiàn)應(yīng)力開裂，影響到加強(qiáng)筋效果，從而使振動(dòng)值偏高，影響泵的性能及使用壽命。在業(yè)主、泵廠及安裝單位等各方探討下，決定將泵座按照臨時(shí)加強(qiáng)方案重新鑄造，改裝后模型如圖5所示。新鑄造后的泵座安裝、試驗(yàn)后，發(fā)現(xiàn)泵振動(dòng)值好與臨時(shí)加強(qiáng)方案，雖然各個(gè)方向振動(dòng)值稍有變化，但均在2.5 mm/s范圍內(nèi)，振動(dòng)值數(shù)據(jù)如表10所示。

圖5 改裝模型圖

M1HM1VM1AM2HM2VM2AP1HP1VP1A2.41.3N/A0.90.60.50.30.52.4

注：M1；P1；H；V；A；N/A：含義同表3，測(cè)量工具：CSI2140 振動(dòng)頻譜分析儀 艾默生。

3.7 泵所在構(gòu)筑物強(qiáng)度影響

三門核電項(xiàng)目其他系統(tǒng)的臥式離心泵，大部分安裝在鋼筋混凝土的地面上，幾乎未發(fā)生振動(dòng)值超標(biāo)情況，而振動(dòng)值超標(biāo)的廢水泵、精處理再循環(huán)泵、電動(dòng)消防水泵及風(fēng)機(jī)等均安裝在樓板或者墻面上。另外，廢水處理廠房安裝在碳鋼材質(zhì)的隔油箱頂部的4臺(tái)油水分離器給水泵及4臺(tái)油水分離器排水泵，在調(diào)試期間均出現(xiàn)振動(dòng)值超標(biāo)的情況。由此，可以推斷泵安裝在構(gòu)筑物或者基礎(chǔ)的強(qiáng)度對(duì)其振動(dòng)值有一定的影響，經(jīng)查閱相關(guān)文獻(xiàn)，發(fā)現(xiàn)泵所在構(gòu)筑物強(qiáng)度對(duì)泵振動(dòng)值確實(shí)有影響，但并不是線性關(guān)系。

4 結(jié)語(yǔ)

通過三門核電項(xiàng)目立式長(zhǎng)軸廢水泵振動(dòng)超標(biāo)處理，發(fā)現(xiàn)電機(jī)、出口管道及支架、地腳螺栓松緊度、預(yù)埋件水平度、二次灌漿質(zhì)量、泵本體結(jié)構(gòu)剛度、泵轉(zhuǎn)動(dòng)受力點(diǎn)位置及所在構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)剛度等，對(duì)泵振動(dòng)值均有不同程度的影響，但泵體結(jié)構(gòu)剛度是影響振動(dòng)值的關(guān)鍵因素。本文振動(dòng)值處理方法，可為后續(xù)機(jī)組及其他項(xiàng)目立式長(zhǎng)軸泵在設(shè)計(jì)文件審查、監(jiān)造、安裝及調(diào)試等方面提供參考。

[1] 泵的振動(dòng)測(cè)量與評(píng)價(jià)方法：GB 10889—1989[S].

[2]劉寶慶，LC型立式長(zhǎng)軸泵振動(dòng)原因分析及處理[J].中國(guó)高新技術(shù)企業(yè)，2007,298(19)：59-60.

[3]黃義剛,朱榮生,陳松,等. 泵振動(dòng)的原因及其消除措施[J].排灌機(jī)械，2007,25(6)：56-59.

HUANG Yigang, ZHU Rongsheng, CHEN Song, et al. Cause of vibration of pump unit and measures to eliminate the vibration[J]. Drainage and Irrigation Machinery, 2007,25(6):56-59.

(本文編輯：嚴(yán) 加)

Cause Analysis and Processing of Vertical Long Axis Pump Vibration Excess Value for AP1 000 Sanmen Project

KONG Lingmei, FAN Shang, LI Yongzhan

(Sanmen Nuclear Power Co., Ltd., Sanmen 317112, Zhejiang China)

In view of wastewater collection and emission system vertical long axis pump vibration excess value in AP1 000 Sanmen project turbine room, this paper analyzes the causes of excessive vibration from the perspective of vibration source, pump bearing stiffness, installation and vibration exciting force, etc., and presents the measures to reduce the pump vibration. Based on the test and analysis of structure characteristics, installation data, and vibration characteristics of the rotating components, it eliminates the influence of motor equipment and installation on the abnormal pump vibration, and confirms that the insufficient shaft support stiffness is the main cause of abnormal vibration. Therefore, the auxiliary support and shafting supporting stiffness are improved, and eventually the pump vibration value is reduced within the national standard.

vertical long axis pump; structural stiffness; abnormal vibration

10.11973/dlyny201702020

孔令梅(1990—)，女，助理工程師，從事核電廠二回路輔助系統(tǒng)調(diào)試工作。

TH113.1

A

2095-1256(2017)02-0183-05

2017-03-23