核電廠風(fēng)機(jī)振動故障診斷與處理

王啟峰

（中核核電運(yùn)行管理有限公司，浙江嘉興 314300）

0 引言

通風(fēng)系統(tǒng)是核電站縱深防御措施之一，對核電廠正常運(yùn)行和環(huán)境保護(hù)具有重要作用。其主要功能有：為廠房內(nèi)的環(huán)境條件提供保障，確保人員進(jìn)出以及設(shè)備的正常運(yùn)行；在正常運(yùn)行以及事故運(yùn)行的情況下，對污染空氣的釋放進(jìn)行控制以及限制。為了能夠?qū)崿F(xiàn)這兩項功能，就要保證通風(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性。作為通風(fēng)系統(tǒng)主設(shè)備，風(fēng)機(jī)的可靠性將直接影響通風(fēng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

秦山第二核電廠1#，2#機(jī)組分別于2002年和2004年投運(yùn)，通風(fēng)系統(tǒng)數(shù)十臺風(fēng)機(jī)出現(xiàn)振動超標(biāo)問題，嚴(yán)重影響通風(fēng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。由于核電廠多數(shù)通風(fēng)系統(tǒng)有運(yùn)行技術(shù)規(guī)格書限制，風(fēng)機(jī)停機(jī)檢修將對核電機(jī)組運(yùn)行產(chǎn)生較大影響。同時，檢修時間窗口短、工期控制嚴(yán)格，也增加了檢修人員的作業(yè)勞動強(qiáng)度。對風(fēng)機(jī)振動原因和處理過程進(jìn)行分析和思考，解決風(fēng)機(jī)振動故障，為類似問題的處理提供重要借鑒。

1 風(fēng)機(jī)振動評價標(biāo)準(zhǔn)

風(fēng)機(jī)作為一種量大、面廣的通用機(jī)械設(shè)備，其有著廣泛的使用范圍。振動故障作為風(fēng)機(jī)故障中常見的一類故障，其對于生產(chǎn)、運(yùn)行以及環(huán)境都會產(chǎn)生較大影響。雖然如今風(fēng)機(jī)設(shè)計和制造技術(shù)都有了較大進(jìn)步，但是工業(yè)發(fā)展也對風(fēng)機(jī)的性能有了較高的要求，風(fēng)機(jī)振動故障也變得越來越復(fù)雜。

中核核電運(yùn)行管理有限公司的風(fēng)機(jī)振動測點(diǎn)主要布置在風(fēng)機(jī)軸承座，測量振動執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)為《JB/T 8689—1998通風(fēng)機(jī)振動檢測及其限值》。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，按振動速度度量，要求風(fēng)機(jī)振動的剛性支承 VRMS≤4.6 mm/s，撓性支承 VRMS≤7.1 mm/s。

通常情況下，低頻（f≤5 Hz）時的振動強(qiáng)度由位移值度量，中頻（5 Hz＜f＜2000 Hz）時的振動強(qiáng)度由速度值度量，高頻（f≥2000 Hz）時的振動強(qiáng)度由加速度值度量。中核核電運(yùn)行管理有限公司的風(fēng)機(jī)多數(shù)振動頻率為中頻，因此，振動測量均以振動速度值來度量。而部分安裝在風(fēng)機(jī)小室內(nèi)的風(fēng)機(jī)，由于風(fēng)機(jī)運(yùn)行時風(fēng)室負(fù)壓高，測量人員無法進(jìn)入，所以在室外加裝了1套MV型風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測系統(tǒng)，對風(fēng)機(jī)、驅(qū)動電機(jī)的軸承溫度和振動進(jìn)行實時監(jiān)測。

2 風(fēng)機(jī)振動原因分析

影響風(fēng)機(jī)振動的因素很多，如設(shè)計制造上的缺陷、安裝技術(shù)水平、系統(tǒng)參數(shù)變化等，都會引起風(fēng)機(jī)振動故障。一般來說，風(fēng)機(jī)振動的原因可以分為機(jī)械方面和工作介質(zhì)2大類。

2.1 機(jī)械方面

（1）轉(zhuǎn)子不平衡導(dǎo)致的振動：①在進(jìn)行制造的過程之中出現(xiàn)誤差，或者是在進(jìn)行安裝的過程之中出現(xiàn)不均勻，導(dǎo)致質(zhì)量不平衡；②轉(zhuǎn)子彎曲變形，或者是有部件出現(xiàn)了松動，或者是轉(zhuǎn)子部件上出現(xiàn)了不均勻磨損等情況。

（2）系統(tǒng)安裝誤差引起的振動：①安裝時驅(qū)動電機(jī)和風(fēng)機(jī)的連接不對中；②皮帶張力過緊或皮帶抖動過大；③節(jié)流器與機(jī)殼間隙不均勻；④地腳螺栓松動或設(shè)備安裝基礎(chǔ)不平；⑤系統(tǒng)管道變形。

（3）動、靜部件間的相碰或摩擦引起的振動：①由于安裝不良造成運(yùn)行過程中轉(zhuǎn)子的變形或轉(zhuǎn)動件與靜止件發(fā)生摩擦；②潤滑油脂不足或變質(zhì)產(chǎn)生的動、靜干摩擦。

（4）軸承間隙或軸向不當(dāng)引起的風(fēng)機(jī)振動：①軸承與軸不同心及軸水平度偏差較大；②軸承游隙超標(biāo)。

（5）軸系中其他設(shè)備故障引起的振動。

（6）風(fēng)機(jī)機(jī)殼剛性和強(qiáng)度不足引起的振動。

（7）共振引起的風(fēng)機(jī)振動。

2.2 工作介質(zhì)

（1）氣流激振力導(dǎo)致振動、進(jìn)入風(fēng)機(jī)中的氣流壓力、流量的變化導(dǎo)致風(fēng)機(jī)工作狀態(tài)出現(xiàn)改變。

（2）氣流對葉片帶來的沖擊以及腐蝕導(dǎo)致的振動：①氣流之中的粉塵濃度不均勻會讓轉(zhuǎn)子的受力不穩(wěn)定；②氣流對葉片帶來的腐蝕也會是的轉(zhuǎn)子不平衡。

3 風(fēng)機(jī)振動故障診斷方法

一種良好的分析方法對解決實際工程問題有事半功倍的效果。風(fēng)機(jī)振動故障診斷方法和種類較多，實用性較強(qiáng)的方法有2種：一是風(fēng)機(jī)振動故障機(jī)理分析方法；二是振動信號分析方法中的頻譜分析法。

3.1 風(fēng)機(jī)振動故障機(jī)理分析方法

研究故障機(jī)理最常用的方法有魚刺圖分析法、因果分析法、邏輯流程圖分析法。

3.1.1 魚刺圖分析法

因其形狀像魚骨或魚刺，故稱為魚刺圖分析法。例如，如果更換電機(jī)之后，風(fēng)機(jī)振動特征卻沒有得到改善或者是出現(xiàn)明顯變化，那么和電機(jī)相關(guān)的因素就可以排除；在通過現(xiàn)場觀察之后，發(fā)現(xiàn)管道的狀態(tài)仍然良好，在風(fēng)機(jī)運(yùn)行的過程之中沒有出現(xiàn)管道劇烈顫動的情況，那么管道的因素也可以不作為重點(diǎn)考慮。這樣就可以將重點(diǎn)因素集中到風(fēng)機(jī)本身以及基礎(chǔ)2個方面。使用魚刺圖分析法時，首先就需要對主次原因進(jìn)行明確，然后將其依次下到魚刺圖之上，接著通過分析和檢測來確認(rèn)主要原因。

3.1.2 因果分析法

因果分析法類似魚刺圖分析法，該分析方法由果循因，因果關(guān)系明確對應(yīng)。分析時由大類到小類，由粗淺到深入，逐步尋找故障產(chǎn)生的末端因素，然后在末端因素中通過排除法確定最終因素。故障產(chǎn)生的原因按縱向順序確定原因，每個原因再按橫向查找，末端因素就簡單明了。

因果分析法適合質(zhì)量管理（QC）小組成員采用“頭腦風(fēng)暴”法查找原因。分析人員理論和實踐知識越豐富，分析得出的末端因素就越全面。

3.1.3 邏輯流程圖分析法

邏輯流程圖分析法是對事物的各種已知條件進(jìn)行利用，從事物之間所存在的內(nèi)在相互關(guān)系出發(fā)，通過流程圖的方法，利用邏輯分析以及推理，對未知事物的結(jié)果進(jìn)行推理判斷。邏輯流程圖分析法是一種常用的故障診斷分析方法，特別在汽車行業(yè)故障診斷中使用十分廣泛。該方法要求分析人員現(xiàn)場經(jīng)驗豐富，邏輯思維嚴(yán)密，論證手段可靠性高。

3.2 振動信號頻譜分析法

信號的分析有時域分析、幅值分析、頻譜分析。信號的頻譜X(f)代表了信號在不同頻率分量處信號成分的大小，能夠提供比時域信號波形更直觀、更豐富的信息。頻譜分析就是采用傅立葉變換將時域信號 X（t）變換為頻域信號 X（f），見式（1）。

式中f——頻率，Hz

t——時間，s

j——虛數(shù)

4 風(fēng)機(jī)振動故障案例分析

2DVK004ZV是2#機(jī)組燃料廠房通風(fēng)系統(tǒng)B列排風(fēng)機(jī)。2017年6月26日，在進(jìn)行定期振動測量時，發(fā)現(xiàn)其電機(jī)輸出端垂直方向（2 V點(diǎn)）振動值較大且超過了標(biāo)準(zhǔn)限值（7.1 mm/s）。28日和29日分別對該設(shè)備進(jìn)行測量，振動值還有少量上升。

4.1 現(xiàn)場檢查

經(jīng)過現(xiàn)場仔細(xì)檢查，結(jié)果如下：①皮帶擺動比較大；②用聽針聽音，風(fēng)機(jī)和電機(jī)軸承運(yùn)轉(zhuǎn)聲音正常，風(fēng)機(jī)殼體存在規(guī)律性、低頻的異常聲音；③通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)壓無波動狀況；④用振動測量儀器測量底座，發(fā)現(xiàn)電機(jī)輸出端下方的底座（工字鋼）振動值約14.5 mm/s，而底座其他各點(diǎn)振動值均在（4～8）mm/s；⑤橡膠減震墊存在老化現(xiàn)象。

4.2 振動分析與處理

該風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速為1570 r/min，主頻26.25 Hz，是風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)頻（1X）。振動主要是由風(fēng)機(jī)的一倍轉(zhuǎn)速頻率（26.25 Hz）。根據(jù)特征頻譜圖，初步診斷可能原因為：①轉(zhuǎn)子不平衡；②基礎(chǔ)松動；③皮帶磨損、松動所產(chǎn)生影響沒有在2 V頻譜圖上清楚顯示，無法判斷，但不排除該原因。

查閱該風(fēng)機(jī)歷史檢修記錄。該風(fēng)機(jī)2006年12月曾經(jīng)進(jìn)行預(yù)防性解體檢修，包括對葉輪進(jìn)行動平衡校驗、更換風(fēng)機(jī)軸承、更換風(fēng)機(jī)皮帶等。因此，排除轉(zhuǎn)子動平衡差的原因。

擬定的檢修方案：①更換基座橡膠減震器，重新調(diào)整基座水平，要求水平度≤0.1/1000；②更換風(fēng)機(jī)皮帶并對中，對中度要求≤1/1000；③調(diào)整皮帶張力到要求范圍（60～90）N。

檢修完成后，重新啟動風(fēng)機(jī)，進(jìn)行品質(zhì)再鑒定試驗，結(jié)果合格。

5 結(jié)束語

風(fēng)機(jī)振動故障模式會因設(shè)備結(jié)構(gòu)、安裝方式、運(yùn)行工況不同而各異?，F(xiàn)場診斷和治理要從多方面入手，采用科學(xué)的分析手段，注重故障細(xì)節(jié)表征。風(fēng)機(jī)振動機(jī)理分析法和頻譜分析法對風(fēng)機(jī)振動故障分析是行之有效的方法，在實際問題中合理運(yùn)用一種或多種結(jié)合運(yùn)用將起到事半功倍的效果。實踐證明，綜合運(yùn)用上述方法對風(fēng)機(jī)振動的大力整治，使風(fēng)機(jī)振動故障率大大降低，有力地保證了通風(fēng)系統(tǒng)的高效穩(wěn)定運(yùn)行。

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