探究核電廠調(diào)試階段旋轉(zhuǎn)設(shè)備振動(dòng)測(cè)量與故障

李鴻山　張劍　白旋

摘要：為核電廠機(jī)組構(gòu)建旋轉(zhuǎn)機(jī)械離線振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)非常必要，因?yàn)樗軌蛞劳袑I(yè)測(cè)量?jī)x器及分析軟件，配合振動(dòng)分析對(duì)振動(dòng)超標(biāo)設(shè)備進(jìn)行全面故障排查處理。本文簡(jiǎn)要論述了核電廠中核電振動(dòng)測(cè)量的基本分析原理，并圍繞案例解讀了核電振動(dòng)過(guò)程中旋轉(zhuǎn)設(shè)備振動(dòng)測(cè)量的故障要點(diǎn)問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：旋轉(zhuǎn)設(shè)備：振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)：推動(dòng)測(cè)量：核電廠：故障

核電廠的機(jī)電設(shè)備故障診斷技術(shù)目前越來(lái)越豐富，且技術(shù)本身研究深度也不斷被深化，但隨之而來(lái)的還有故障問(wèn)題的日趨復(fù)雜化。例如廠內(nèi)在設(shè)備調(diào)試階段中旋轉(zhuǎn)設(shè)備的測(cè)量與故障排查工作就主要基于振動(dòng)展開(kāi)，它也是設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的一項(xiàng)重要評(píng)價(jià)指標(biāo)。對(duì)于連續(xù)生產(chǎn)的核電廠設(shè)備，廠內(nèi)所采用的便是振動(dòng)測(cè)量技術(shù)。

一、振動(dòng)測(cè)量的基本原理分析

基于核電廠調(diào)試階段旋轉(zhuǎn)設(shè)備的振動(dòng)測(cè)量原理主要包含了對(duì)數(shù)據(jù)的采集與分析，包括機(jī)械狀態(tài)分析儀的旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)測(cè)量分析。

（一）機(jī)械狀態(tài)分析儀的振動(dòng)測(cè)量

在核電廠中，旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)測(cè)量主要依靠機(jī)械狀態(tài)分析儀來(lái)完成，它能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)采集功能，配合應(yīng)用配套管理軟件來(lái)對(duì)旋轉(zhuǎn)設(shè)備振動(dòng)進(jìn)行分析。就目前比較常見(jiàn)的是愛(ài)默生所制造的CS12130，該設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)低頻振動(dòng)監(jiān)測(cè)過(guò)程，同時(shí)也支持高頻振動(dòng)分析，具有Peakvue分析專利技術(shù)。具體來(lái)講，Peakvue所側(cè)重的就是由軸承金屬刮擦、研磨或沖擊所造成的壓力波形變化，所以在監(jiān)測(cè)超低速旋轉(zhuǎn)機(jī)與高速旋轉(zhuǎn)機(jī)軸承故障方面有一定作用。

（二）CS12130設(shè)備的振動(dòng)測(cè)量原理簡(jiǎn)析

CS12130主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集與分析工作，它是基于設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷基礎(chǔ)上所展開(kāi)的重要環(huán)節(jié)，考慮到它所采集到的數(shù)據(jù)質(zhì)量會(huì)影響到后續(xù)信號(hào)分析結(jié)果精度，例如傳感器對(duì)象特性、加速度物理量等等，所以要對(duì)它進(jìn)行檢出并轉(zhuǎn)換為電量應(yīng)用。設(shè)備的測(cè)量計(jì)算主要基于A/D變換軟件展開(kāi)，再配合處理結(jié)果來(lái)進(jìn)行配合電信號(hào)與數(shù)字信號(hào)的數(shù)據(jù)傳輸與記錄，最后記錄裝置將顯示測(cè)量結(jié)果，為核電廠人員提供技術(shù)支持。

當(dāng)然，CS12130機(jī)械狀態(tài)分析儀也同時(shí)采用了壓電式加速度傳感器技術(shù)，它能夠?qū)⒃颊駝?dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)，并針對(duì)時(shí)域、頻域以及幅值展開(kāi)分析。客觀講該技術(shù)能夠配合Peakvue峰值分析法與CS12130低速技術(shù)展開(kāi)，可用于監(jiān)測(cè)旋轉(zhuǎn)設(shè)備軸承故障問(wèn)題。

二、核電廠調(diào)試階段旋轉(zhuǎn)設(shè)備振動(dòng)的案例分析

某核電廠目前正處于調(diào)試階段，調(diào)試中發(fā)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)設(shè)備存在振動(dòng)問(wèn)題，它主要是由于設(shè)備安裝不到位以及設(shè)備制造工藝不夠合理所造成的，例如重要廠用水泵、軸承端蓋螺栓等等都存在固定不緊缺陷，而主送風(fēng)風(fēng)機(jī)地腳也存在不平衡問(wèn)題，這些因素都導(dǎo)致了旋轉(zhuǎn)設(shè)備整體振動(dòng)超標(biāo)。為了明確該核電廠旋轉(zhuǎn)設(shè)備的調(diào)試階段故障，有必要利用CS12130對(duì)其進(jìn)行振動(dòng)推量測(cè)試，并展開(kāi)Peakvue峰值分析。

（一）基于CS12130的常規(guī)頻譜振動(dòng)分析.

某核電廠重要廠用水泵在首次試運(yùn)行階段，其聯(lián)軸器下泵推力軸最大振動(dòng)偏差達(dá)到7.0mm/s，超出標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)收值6.3mm/s偏多。泵轉(zhuǎn)方面則為994r/min，基于振動(dòng)頻譜規(guī)律可以看到它的振動(dòng)值在1倍速下的分量偏小，這說(shuō)明設(shè)備中不存在轉(zhuǎn)子不對(duì)中狀況，卻具有較小的高頻諧波現(xiàn)象，基本符合松動(dòng)頻譜特征?？紤]到該水泵為立式核級(jí)泵，所以根據(jù)它的振動(dòng)故障可以判斷聯(lián)軸器下方軸承處為泵驅(qū)動(dòng)端軸承安裝故障，軸承蓋螺旋力矩未能滿足安裝要求，在處理后希望將其振動(dòng)降低到4.0minis。

（二）針對(duì)Peakvue峰值的實(shí)際分析

某核電廠還基于Peakvxte峰值來(lái)進(jìn)行軸承金屬?zèng)_擊、研磨與刮擦所造成壓力波形的分析，強(qiáng)調(diào)監(jiān)測(cè)過(guò)程從超低速旋轉(zhuǎn)機(jī)到高速旋轉(zhuǎn)機(jī)軸承故障的有效分析。相比于傳統(tǒng)的檢波分析方法，該峰值分析方法不會(huì)利用到低通濾波器，特別是在低速旋轉(zhuǎn)分析過(guò)程中，峰值分析相比于檢波分析它的分析度結(jié)果精度更高更有效。

以該核電廠的機(jī)組余熱排出泵中的核二級(jí)臥式泵為主，它的額定流量為910m³/h，揚(yáng)程為77m，最小流量達(dá)到130m3/h，振動(dòng)復(fù)制為3.0mm/s，對(duì)該二級(jí)臥式泵電機(jī)進(jìn)行空載試驗(yàn)，空載試驗(yàn)中振動(dòng)速度值保持在0.3mm/s。但是在進(jìn)行Peakvue峰值集中測(cè)試.過(guò)程中發(fā)現(xiàn)其有效值在2.8g·s，峰值為3g·s，且其頻譜圖中出現(xiàn)了若干頻率段的尖峰能量狀況，這些都表明該電機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中軸承存在沖擊現(xiàn)象。

在進(jìn)行電力連泵帶載的測(cè)量過(guò)程中，應(yīng)該基于驅(qū)動(dòng)端軸承監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)Peakvue值異常狀況擴(kuò)大問(wèn)題進(jìn)行再次測(cè)量，測(cè)量后發(fā)現(xiàn)振動(dòng)能量為6g·s～10g·s范圍，有效值為9.1g·s，峰值為22g·s，該數(shù)值高于標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)監(jiān)測(cè)值的3g·s。為了進(jìn)一步對(duì)所存在問(wèn)題進(jìn)行確認(rèn)，技術(shù)人員決定對(duì)高頻段振動(dòng)速度進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量后發(fā)現(xiàn)在4KHz狀況下高頻后振動(dòng)速度總值能夠達(dá)到3.0mm/s，而Peakvue尖峰峰值能量頻率與機(jī)組余熱排出泵中的核二級(jí)臥式泵軸承內(nèi)圈故障頻率也處于重合狀態(tài)。

經(jīng)過(guò)該測(cè)試試驗(yàn)也發(fā)現(xiàn)，基于核二級(jí)臥式泵電機(jī)的高頻振動(dòng)，可判斷軸承早期故障中存在高頻能量，可能是潤(rùn)滑油脂存在污染或油脂不足等問(wèn)題。所以對(duì)軸承運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行改善，為其更換油脂，然后再啟動(dòng)泵，此時(shí)Peakvue值會(huì)降到1.5g·s以內(nèi)，軸承狀態(tài)分析數(shù)據(jù)也會(huì)被控制在可接受范圍內(nèi)。

總結(jié)：如本文所述，核電廠在調(diào)試階段其旋轉(zhuǎn)設(shè)備安裝與功能完善必須配合振動(dòng)測(cè)量，發(fā)現(xiàn)振動(dòng)問(wèn)題，利用諸如Peakvue技術(shù)來(lái)分析旋轉(zhuǎn)設(shè)備的軸承狀態(tài)，并盡早發(fā)現(xiàn)設(shè)備其中故障隱患，確保核電廠設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)安全，時(shí)刻處于運(yùn)行可控范圍之內(nèi)。