核電用泵振動(dòng)問(wèn)題

王勝坤

摘 要：針對(duì)核電站泵類設(shè)備存在的振動(dòng)問(wèn)題進(jìn)行原因分析，按泵組設(shè)計(jì)、制造與安裝、外部因素三方面進(jìn)行總結(jié)并提出解決方案。結(jié)果表明，泵組設(shè)計(jì)合理、生產(chǎn)制造無(wú)缺陷，并且設(shè)備安裝滿足要求，運(yùn)行工況與設(shè)計(jì)工況相吻合，可以減輕泵組振動(dòng)。對(duì)頻譜分析法解決振動(dòng)問(wèn)題進(jìn)行介紹，合理利用可有利于振動(dòng)問(wèn)題的解決。

關(guān)鍵詞：振動(dòng)；泵；設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TB535 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）16-0058-02

Abstract： Based on the analysis of the vibration problems of pump equipment in nuclear power plant， the paper summarizes the pump group design， manufacture and installation and external factors， and puts forward the solutions. The results show that the pump group has reasonable design， no defects in production and manufacture， and the installation of the equipment meets the requirements， and the operating conditions are consistent with the design conditions， which can reduce the vibration of the pump group. The paper introduces how to solve the vibration problem by spectrum analysis， and the reasonable utilization can be helpful to solve the vibration problem.

Keywords： vibration； pump； design

1 概述

根據(jù)各國(guó)能源結(jié)構(gòu)調(diào)整要求，核電建設(shè)迎來(lái)新發(fā)展。核能屬于清潔能源，相對(duì)于傳統(tǒng)火電，不會(huì)向大氣中排放污染物質(zhì)造成空氣污染，無(wú)碳排放不會(huì)加重溫室效應(yīng)；相對(duì)于其他清潔能源有能量密度高、運(yùn)營(yíng)成本低、不受季節(jié)和氣候影響等優(yōu)點(diǎn)，能以額定功率長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，滿足基荷電源可靠、經(jīng)濟(jì)、充足和清潔四大要求，是能夠替代化石能源基荷電源的最佳選擇。

核電站泵類設(shè)備包括核安全級(jí)與非安全級(jí)，泵的型式包括離心泵、屏蔽泵、容積式泵等，兩個(gè)機(jī)組共計(jì)200余臺(tái)。核電建設(shè)嚴(yán)格按項(xiàng)目三級(jí)進(jìn)度計(jì)劃執(zhí)行，安裝調(diào)試時(shí)間短，而泵類設(shè)備在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試問(wèn)題多，尤其是振動(dòng)問(wèn)題原因復(fù)雜，不易解決。核電站部分泵無(wú)備用泵，振動(dòng)過(guò)大不僅影響運(yùn)行工況及泵組壽命，如需停泵檢修，甚至?xí)绊懞穗娬镜男б媾c安全，所以泵組可靠穩(wěn)定運(yùn)行尤為重要。本文對(duì)核電用泵振動(dòng)問(wèn)題普遍原因進(jìn)行分析并提出解決方案。

2 振動(dòng)級(jí)別及判定方法

泵類設(shè)備技術(shù)規(guī)格書(shū)對(duì)振動(dòng)要求一般引用ISO 10816-1《在非旋轉(zhuǎn)部件上測(cè)量評(píng)價(jià)機(jī)器的振動(dòng)》與JB/T 8097《泵的振動(dòng)測(cè)量與評(píng)價(jià)方法》，通過(guò)泵組中心高與轉(zhuǎn)速確定類別，根據(jù)類別和振動(dòng)級(jí)別（一般要求B級(jí)）確定振動(dòng)考核值。振動(dòng)指標(biāo)一般為振速，部分設(shè)備考核振速及振幅。核電泵類設(shè)備一般考核全流量的振動(dòng)值，針對(duì)不同流量，設(shè)置不同振動(dòng)考核值（如：0.7Qn1.2Qn，v≤4.2mm/s）。

3 泵組振動(dòng)原因分析及消除振動(dòng)的措施

3.1 泵組設(shè)計(jì)原因

（1）葉輪設(shè)計(jì)。葉片數(shù)量、葉片出口角、葉片寬度、葉輪出口與蝸殼隔舌的距離等參數(shù)應(yīng)設(shè)置合理，避免流量揚(yáng)程曲線駝峰與水力損失過(guò)大；應(yīng)優(yōu)化導(dǎo)葉、蝸殼、流道設(shè)計(jì)，保證流場(chǎng)穩(wěn)定，減少能量損失。

（2）汽蝕振動(dòng)。當(dāng)泵的入口壓力低于相應(yīng)水溫下的飽和壓力時(shí)，會(huì)產(chǎn)生伴隨劇烈振動(dòng)的汽蝕現(xiàn)象。核電用泵在技術(shù)規(guī)格書(shū)中已規(guī)定有效汽蝕余量，所以泵組設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)采取措施保證必需汽蝕余量小于該值，具體包括：采取雙吸葉輪；葉輪前加誘導(dǎo)輪；進(jìn)水流道設(shè)計(jì)平滑；優(yōu)化葉輪材質(zhì)或進(jìn)行涂層處理。

（3）軸/轉(zhuǎn)子的設(shè)計(jì)。應(yīng)盡量降低泵軸長(zhǎng)度，適當(dāng)加大泵軸直徑，避免剛度不足、撓度過(guò)大；多級(jí)泵應(yīng)考慮增加泵軸支撐軸承數(shù)量，減小支撐間距；軸的固有頻率應(yīng)避開(kāi)電機(jī)轉(zhuǎn)子角頻率；適當(dāng)提高轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡級(jí)別；平衡盤(pán)間隙與軸向竄動(dòng)量調(diào)整應(yīng)設(shè)計(jì)合理，避免軸低頻竄動(dòng)引起軸瓦振動(dòng)。

（4）高溫介質(zhì)、海水介質(zhì)泵的設(shè)計(jì)。輸送高溫介質(zhì)的泵，應(yīng)考慮設(shè)計(jì)暖泵系統(tǒng)或操作中控制升溫速度，避免部件變形及在啟動(dòng)過(guò)程中劇烈振動(dòng)；輸送高溫介質(zhì)的泵，應(yīng)考慮設(shè)計(jì)應(yīng)力釋放系統(tǒng)，如地腳螺栓上增加螺栓套；輸送高溫介質(zhì)的泵，在對(duì)中方面應(yīng)考慮溫度補(bǔ)償量；輸送海水等含顆粒物介質(zhì)的泵，應(yīng)考慮水利部件選材及間隙控制。

（5）特殊設(shè)計(jì)。核電泵類設(shè)備振動(dòng)問(wèn)題比較集中，易出現(xiàn)在多級(jí)泵、立式泵，針對(duì)此提出設(shè)計(jì)建議如下：立式泵應(yīng)注意泵底座以及支架（如電機(jī)支架、齒輪箱支架）強(qiáng)度設(shè)計(jì)，避免因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)強(qiáng)度不足導(dǎo)致振動(dòng)增加，此類設(shè)備隨設(shè)備運(yùn)行時(shí)間增加，振動(dòng)容易加大；針對(duì)多級(jí)泵，應(yīng)考慮轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)緊湊，盡量降低軸的長(zhǎng)度，也可考慮加支撐軸承。

3.2 制造、安裝原因

（1）制造質(zhì)量。保證零件結(jié)構(gòu)尺寸及加工精度同設(shè)計(jì)一致；保證鑄件質(zhì)量（如葉輪應(yīng)避免質(zhì)量偏心而影響動(dòng)平衡），不得有孔洞、裂紋、質(zhì)量不均勻的情況出現(xiàn)；確保靜平衡、動(dòng)平衡滿足要求；多級(jí)泵裝配時(shí)注意累積誤差，避免安裝間隙過(guò)大，造成軸向竄動(dòng)或平衡力不足而產(chǎn)生振動(dòng)。

（2）基礎(chǔ)質(zhì)量?；炷粱A(chǔ)不得有裂紋、空洞、松軟等現(xiàn)象，尺寸、強(qiáng)度應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求；混凝土蝸殼泵的蝸殼為混凝土結(jié)構(gòu)，相當(dāng)于泵殼，需滿足泵設(shè)計(jì)方提出的要求，避免混凝土掉渣而影響泵組振動(dòng)；基礎(chǔ)與泵組底座接觸固定應(yīng)起到吸收、傳遞振動(dòng)的效果；基礎(chǔ)重量應(yīng)為泵和電機(jī)等機(jī)械重量總和的三倍以上；盡量避免使用彈性基礎(chǔ)；確保地腳螺栓孔灌漿質(zhì)量及螺母擰緊；盡量保證泵與電機(jī)共用底座，底座與基礎(chǔ)最好為面接觸。

（3）對(duì)中與調(diào)平。泵組現(xiàn)場(chǎng)安裝應(yīng)確保泵軸、聯(lián)軸器、電機(jī)軸對(duì)中良好，保證泵進(jìn)出口與管道對(duì)中（可在連接后卸下緊固件，檢測(cè)自由狀態(tài)下同軸度），減小內(nèi)應(yīng)力；確保管道支架質(zhì)量，管道和閥門(mén)等重量和附件力矩不應(yīng)作用在泵組上；保證底座平整度與接觸面接觸比例，確保關(guān)鍵接觸部位不出現(xiàn)虛角；正確使用墊鐵找平。

3.3 外部因素

（1）電機(jī)因素。避免因電機(jī)振動(dòng)超標(biāo)而影響泵組整體振動(dòng)超標(biāo)，可通過(guò)電機(jī)端振動(dòng)值變化趨勢(shì)監(jiān)測(cè)。電機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)合理，盡量避免冷卻器造成的質(zhì)量偏心或電機(jī)底座設(shè)計(jì)不合理而產(chǎn)生的振動(dòng)；保證磁力中心線對(duì)中。

（2）聯(lián)軸器。確保聯(lián)軸器緊固螺栓質(zhì)量均勻以及螺栓間距相同；彈性柱銷和彈性套圈結(jié)合不宜過(guò)緊；聯(lián)軸器與軸的配合間隙不宜過(guò)大；廠內(nèi)已組裝好的泵組應(yīng)在現(xiàn)場(chǎng)安裝后對(duì)聯(lián)軸器對(duì)中進(jìn)行復(fù)測(cè)。

（3）管路。進(jìn)出口管路振動(dòng)超標(biāo)會(huì)影響泵組振動(dòng)超標(biāo)，具體原因包括：管路不暢導(dǎo)致出口管路較高處或出水閥門(mén)上部存留空氣，形成氣囊，使管路中水流阻力增大，形成水擊現(xiàn)象引起管道振動(dòng)，應(yīng)考慮在出水管高處設(shè)置排氣閥；因吸水管口淹沒(méi)深度不夠或吸水管漏氣，導(dǎo)致管道進(jìn)氣引起振動(dòng)；進(jìn)水口濾網(wǎng)破損或水質(zhì)臟導(dǎo)致雜物進(jìn)入泵組，造成葉輪流道堵塞而發(fā)生汽蝕引起振動(dòng)。

（4）運(yùn)行方面。應(yīng)盡量保證泵的實(shí)際運(yùn)行工況點(diǎn)同設(shè)計(jì)工況點(diǎn)吻合；應(yīng)盡量避免小流量/大流量工況長(zhǎng)期運(yùn)行；應(yīng)注意泵組啟停時(shí)與閥門(mén)的配合使用。

4 振動(dòng)問(wèn)題分析手段

重要核電站泵類設(shè)備，設(shè)置振動(dòng)高報(bào)及高高報(bào)值，每個(gè)振動(dòng)測(cè)量點(diǎn)會(huì)設(shè)置三個(gè)方向的振動(dòng)探頭實(shí)時(shí)采集振動(dòng)值，根據(jù)振動(dòng)值大小及振動(dòng)趨勢(shì)判斷是否需采取措施。

對(duì)現(xiàn)場(chǎng)振動(dòng)問(wèn)題的處理，如經(jīng)簡(jiǎn)單排查無(wú)問(wèn)題，一般會(huì)采取頻譜圖進(jìn)行分析。根據(jù)振動(dòng)數(shù)據(jù)采集和信號(hào)分析儀形成各個(gè)測(cè)點(diǎn)的頻譜圖，根據(jù)頻譜圖顯示的特征，結(jié)合實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，可初步判斷振動(dòng)發(fā)生的主要位置，再分析產(chǎn)生振動(dòng)的原因，制定相應(yīng)消振措施。

5 結(jié)束語(yǔ)

泵組振動(dòng)原因復(fù)雜，可能是自身設(shè)計(jì)因素，可能是生產(chǎn)制造因素，也有可能是外部因素導(dǎo)致。在振動(dòng)問(wèn)題處理過(guò)程中應(yīng)秉承由外到內(nèi)，由簡(jiǎn)到繁的原則查找原因。

實(shí)踐證明，保證泵水力性能設(shè)計(jì)合理、零部件加工精度滿足要求、現(xiàn)場(chǎng)施工安裝按程序進(jìn)行、運(yùn)行工況符合設(shè)計(jì)要求，可有效降低泵組振動(dòng)值。

隨著振動(dòng)監(jiān)測(cè)工具的普及以及故障診斷體系的形成，使得泵組振動(dòng)問(wèn)題的處理更為科學(xué)、精準(zhǔn)，有效保障了核電站泵類設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行。

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