佳木斯電機(jī)振動(dòng)超標(biāo)原因分析及處理

劉政++鄭鴻恩

[摘 要]佳木斯電機(jī)股份有限公司生產(chǎn)的部分電機(jī)在紅沿河、寧德、陽江核電站調(diào)試過程中相繼出現(xiàn)振動(dòng)超標(biāo)問題，現(xiàn)場(chǎng)難以調(diào)整合格，個(gè)別電機(jī)調(diào)整合格后還會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)超標(biāo)反復(fù)的情況，在核電站、廠家及調(diào)試等多方技術(shù)人員努力下，通過現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)及電機(jī)返廠解體情況分析最終確定了電機(jī)振動(dòng)超標(biāo)原因是由于電機(jī)本身設(shè)計(jì)缺陷導(dǎo)致，徹底查明了電機(jī)振動(dòng)超標(biāo)原因，同時(shí)廠家改進(jìn)了同類型電機(jī)設(shè)計(jì)，確保了該類電機(jī)在后續(xù)核電項(xiàng)目上具有良好振動(dòng)水平。

[關(guān)鍵詞]佳木斯；電機(jī)；振動(dòng)超標(biāo)

中圖分類號(hào)：T885 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2017）28-0298-02

1 振動(dòng)超標(biāo)概述

紅沿河、寧德、陽江核電站的PTR系統(tǒng)（反應(yīng)堆堆換料水池和乏燃料水池的冷卻和處理系統(tǒng)）、DEG系統(tǒng)（核島冷凍水系統(tǒng)）多臺(tái)泵用電機(jī)在調(diào)試及后期運(yùn)行過程中先后出現(xiàn)電機(jī)振動(dòng)超標(biāo)問題，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行加潤滑油及基礎(chǔ)調(diào)整后電機(jī)振動(dòng)合格，但一段時(shí)間后振動(dòng)會(huì)再次超標(biāo)，如此反復(fù)，現(xiàn)場(chǎng)難以徹底處理。上面三個(gè)核電站的這些電機(jī)出現(xiàn)的振動(dòng)現(xiàn)象及特征非常相似，同時(shí)這些電機(jī)均為佳木斯電機(jī)股份有限公司（下面簡(jiǎn)稱佳電）生產(chǎn)，懷疑電機(jī)存在共性問題，并且和電機(jī)自身有關(guān)，導(dǎo)致振動(dòng)超標(biāo)且無法徹底調(diào)整合格。

2 現(xiàn)場(chǎng)情況及振動(dòng)分析

上述幾個(gè)核電站中關(guān)于電機(jī)的振動(dòng)問題類似，本文以其中一核電站為例介紹現(xiàn)場(chǎng)的具體振動(dòng)數(shù)據(jù)、特征及相關(guān)處理分析。PTR系統(tǒng)和DEG系統(tǒng)泵和電機(jī)連接的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖1，二者結(jié)構(gòu)類似，此處以DEG系統(tǒng)為例。

MBND—電機(jī)非驅(qū)動(dòng)端軸承測(cè)點(diǎn)；MBD—電機(jī)驅(qū)動(dòng)端軸承測(cè)點(diǎn)；PBD—泵驅(qū)動(dòng)端軸承測(cè)點(diǎn)；PBND—泵非驅(qū)動(dòng)端軸承測(cè)點(diǎn)

以某一核電站2號(hào)機(jī)DEG系統(tǒng)3號(hào)泵配套電機(jī)為例（以下簡(jiǎn)稱2DEG003MO），電機(jī)側(cè)振動(dòng)數(shù)據(jù)見表1，典型頻譜見圖2。

從現(xiàn)場(chǎng)振動(dòng)數(shù)據(jù)來看，各測(cè)點(diǎn)振動(dòng)數(shù)值均超標(biāo)，其中垂直向振動(dòng)高于水平向，在其它多次測(cè)量中也有該特點(diǎn)，振動(dòng)具有定向性。該電機(jī)轉(zhuǎn)速2970rpm，對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速頻率為49.5Hz，2倍轉(zhuǎn)速頻率為99Hz，分別與電源頻率（50Hz）和2倍電源頻率（100Hz）非常接近。頻譜表面上看以2倍轉(zhuǎn)速頻率為主，考慮到電機(jī)側(cè)振動(dòng)超標(biāo)，泵側(cè)振動(dòng)合格，懷疑故障點(diǎn)在電機(jī)側(cè)，而電機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)最容易出現(xiàn)的是2倍電源頻率，在頻譜上分辨率不夠時(shí)，二者會(huì)混疊在一起，為區(qū)分轉(zhuǎn)速頻率和電源頻率，采集時(shí)使用了多譜線的高分辨率，發(fā)現(xiàn)頻譜中占主要成分的的確是2倍電源頻率（100Hz），電機(jī)1倍及2倍轉(zhuǎn)速頻率分量基本可以忽略。

通過細(xì)致分析采用高分辨率測(cè)量的頻譜，見圖3，經(jīng)放大后發(fā)現(xiàn)在2倍電源頻率兩側(cè)出現(xiàn)明顯的極通過頻率邊帶（經(jīng)計(jì)算，該電機(jī)極通過頻率為0.5Hz），同時(shí)在電源頻率高次諧波兩側(cè)也出現(xiàn)較明顯極通過頻率邊帶，根據(jù)這一特征從理論上分析，初步認(rèn)為電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子間氣隙不均，即存在定子或轉(zhuǎn)子偏心故障。為進(jìn)一步驗(yàn)證及處理，斷開電機(jī)與泵的聯(lián)軸，單獨(dú)運(yùn)轉(zhuǎn)電機(jī)并進(jìn)行測(cè)量，振動(dòng)水平仍然超標(biāo)，且頻譜特征與聯(lián)泵時(shí)一致，2倍電源頻率占主要成分。

雖然初步分析故障點(diǎn)在電機(jī)本身，但現(xiàn)場(chǎng)并不具備處理電機(jī)定子/轉(zhuǎn)子偏心故障的條件，除非返廠?，F(xiàn)場(chǎng)決定先嘗試通過其它手段調(diào)整看能否減輕偏心狀況以降低振動(dòng)水平，包括重新對(duì)中、調(diào)整電機(jī)底腳、添加油脂等，在調(diào)整過程中出現(xiàn)以下典型特征：

（1）電機(jī)地腳螺栓在部分旋松的狀態(tài)下（4個(gè)地腳螺栓未全部擰緊），電機(jī)振幅值較小，振動(dòng)水平合格。如果4個(gè)地腳螺栓全部按照規(guī)定力矩?cái)Q緊，電機(jī)振動(dòng)水平明顯增大；

（2）緊固螺栓過程中，振動(dòng)逐漸增大，增大到一定程度時(shí)，能聽到電機(jī)內(nèi)部開始發(fā)出周期性嗡嗡嗡的聲音；

（3）重新對(duì)中調(diào)整后振動(dòng)無改善，添加油脂能短期內(nèi)降低振動(dòng)水平，一段時(shí)候后振動(dòng)會(huì)再次增大至以前水平；

（4）調(diào)整電機(jī)上方進(jìn)線電纜對(duì)振動(dòng)存在一定影響，進(jìn)線電纜安裝方式使電機(jī)本體受到附加拉力。

雖然現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)過一系列的調(diào)整措施都未能將電機(jī)振動(dòng)降至合格水平，但在調(diào)整過程中發(fā)現(xiàn)的一些特征及現(xiàn)象，對(duì)進(jìn)一步分析明確電機(jī)故障原因起到了不小的幫助，針對(duì)幾個(gè)典型特征及故障原因分析如下：

①電機(jī)底腳不平：現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整電機(jī)地腳螺栓時(shí)，振動(dòng)變化明顯，特別是在地腳螺栓較松時(shí)振動(dòng)小，緊固后振動(dòng)變大，分析認(rèn)為如果電機(jī)底腳不平，在緊固地腳螺栓后電機(jī)殼體會(huì)發(fā)生變形，殼體帶動(dòng)定子變形，導(dǎo)致定子和轉(zhuǎn)子間氣隙不均，振動(dòng)增大。電機(jī)自身安裝基礎(chǔ)不平也會(huì)導(dǎo)致該現(xiàn)象，但現(xiàn)場(chǎng)檢查基礎(chǔ)平整度結(jié)果良好，說明問題主要集中在電機(jī)底腳上，存在軟腳，同時(shí)也表明電機(jī)殼體剛度不夠，易變形。

②添加油脂振動(dòng)短時(shí)下降：電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，定子和轉(zhuǎn)子氣隙不均時(shí)，振動(dòng)較大，在軸承處添加油脂后，軸承室油脂增多，轉(zhuǎn)子在電機(jī)內(nèi)與定子的相對(duì)位置發(fā)生改變，氣隙不均得到緩解，同時(shí)油脂增多后存在一定的緩沖作用，因此電機(jī)振動(dòng)水平下降，隨之電機(jī)不斷運(yùn)轉(zhuǎn)，潤滑油脂被甩出軸承室（現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)油脂被甩出），電機(jī)恢復(fù)到之前的運(yùn)行狀態(tài)，振動(dòng)再次增大。

③主電源進(jìn)線電纜影響：現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)電機(jī)主電源進(jìn)線電纜未安裝專用支架，整根電纜的重量直接作用在電機(jī)接線盒上，給電機(jī)本體施加了一定外力，也導(dǎo)致了電機(jī)殼體發(fā)生一定變形，在將電纜用支架固定后，該影響可以消除。此問題不是電機(jī)振動(dòng)高的原因，但側(cè)面反映了電機(jī)易發(fā)生變形，需要增強(qiáng)殼體剛度。

綜上，現(xiàn)場(chǎng)各方討論認(rèn)為電機(jī)振動(dòng)超標(biāo)原因是電機(jī)本身故障，重點(diǎn)懷疑定子或轉(zhuǎn)子偏心，電機(jī)殼體剛度低易變形，要求廠家佳電將該電機(jī)返廠解體分析根本原因并處理。

3 返廠解體檢查及分析

電機(jī)返廠后，廠家結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的分析意見，對(duì)電機(jī)解體復(fù)檢，進(jìn)行根本原因查找。

經(jīng)檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)電機(jī)軸有不同程度的微量變形，其中兩臺(tái)電機(jī)軸跳動(dòng)分別為0.025mm和0.02mm，標(biāo)準(zhǔn)要求為0.015mm。經(jīng)進(jìn)一步深入分析認(rèn)為，產(chǎn)生軸微量變形的原因是：在進(jìn)行轉(zhuǎn)子裝壓時(shí)，因轉(zhuǎn)子與軸為過渡配合，鑄鋁轉(zhuǎn)子與軸采用冷壓方式裝配。在將軸壓入轉(zhuǎn)子時(shí)，軸因受力存在產(chǎn)生微量變形的可能性。因軸承臺(tái)磨削工序在轉(zhuǎn)子裝壓后進(jìn)行，因此電機(jī)出廠時(shí)保證了兩軸承臺(tái)的同軸度。故電機(jī)在進(jìn)行出廠試驗(yàn)時(shí)無振動(dòng)問題。隨著時(shí)間推移，存在于軸上（轉(zhuǎn)子鐵心段）的因轉(zhuǎn)子壓入時(shí)微量變形而產(chǎn)生的應(yīng)力逐漸釋放出來，致使兩軸承臺(tái)的同軸度發(fā)生變化，進(jìn)而引起電機(jī)振動(dòng)。

經(jīng)以上分析，廠家認(rèn)為電機(jī)振動(dòng)超標(biāo)的原因?yàn)椋恨D(zhuǎn)子裝壓時(shí)電機(jī)軸微量變形產(chǎn)生的應(yīng)力隨時(shí)間推移，逐漸釋放出來，導(dǎo)致軸承臺(tái)同軸度變化所致。針對(duì)該原因，廠家最終更換了轉(zhuǎn)子穿軸工藝和電機(jī)的外殼。穿軸工藝改為熱穿軸工藝，很大程度減小了轉(zhuǎn)子壓入時(shí)軸的受力情況，消除了軸因受力存在產(chǎn)生微量變形的可能性。電機(jī)外殼由鋼板改為鑄鐵結(jié)構(gòu)，增加了電機(jī)殼體剛度。

4 現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證

針對(duì)返廠的故障電機(jī)，廠家重新供貨為新型電機(jī)，新型電機(jī)安裝到現(xiàn)場(chǎng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)振動(dòng)水平對(duì)比之前數(shù)據(jù)如表2。

可以看到，采用新型電機(jī)后，電機(jī)各測(cè)點(diǎn)振動(dòng)水平大幅下降，同時(shí)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)持續(xù)運(yùn)行的情況來看，電機(jī)振動(dòng)水平穩(wěn)定，沒有出現(xiàn)像之前的振動(dòng)升高及反復(fù)的現(xiàn)象，說明電機(jī)設(shè)計(jì)經(jīng)過改進(jìn)后振動(dòng)超標(biāo)問題得到了徹底解決，同時(shí)也驗(yàn)證了現(xiàn)場(chǎng)對(duì)電機(jī)故障的原因分析結(jié)論。后續(xù)廠家將陸續(xù)更換現(xiàn)場(chǎng)的舊型電機(jī)，確保各電機(jī)的長期安全穩(wěn)定運(yùn)行。

5 結(jié)束語

隨著核電設(shè)備國產(chǎn)化進(jìn)程加快，國內(nèi)核電相關(guān)設(shè)備廠家在設(shè)計(jì)及制造能力方面取得了相當(dāng)大的進(jìn)展，但由于經(jīng)驗(yàn)積累有限，加之現(xiàn)場(chǎng)情況也較為復(fù)雜，難免出現(xiàn)部分設(shè)備性能存在缺陷或不滿足使用要求的情況發(fā)生，在這個(gè)過程中廠家如果能夠及時(shí)響應(yīng)，與用戶充分溝通了解現(xiàn)場(chǎng)狀況，并組織技術(shù)力量進(jìn)行全面細(xì)致地分析，可以有針對(duì)性地提升設(shè)備的質(zhì)量和可靠性，提升核心競(jìng)爭(zhēng)力，推動(dòng)核電裝備制造業(yè)再上一個(gè)臺(tái)階，對(duì)核電的安全發(fā)展也至關(guān)重要。

參考文獻(xiàn)

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