核電主泵軸振動(dòng)分析與處理

黃勇波

1.概述

某核電廠主泵軸振動(dòng)每天出現(xiàn)幾次報(bào)警（報(bào)警值設(shè)為216μm），均值約在170μm。兩套機(jī)組8臺主泵有6臺軸位移超標(biāo)，位移均值在 140～170μm（A 區(qū)域 127μm）。主泵為立式泵，泵電機(jī)位于泵的上方，電機(jī)由兩側(cè)的兩個(gè)吊掛通過兩個(gè)預(yù)應(yīng)力拉桿懸掛支承，泵安裝于管道上，電機(jī)上部還有3個(gè)抗震墊支撐，以防止泵傾倒。主泵電機(jī)的功率為6711kW，轉(zhuǎn)速為1485r/min；主泵的結(jié)構(gòu)為單級離心式葉片泵，葉輪葉片數(shù)Z=5，有一個(gè)吸入口，兩個(gè)出口。

振動(dòng)監(jiān)測采用的是美國迪飛公司生產(chǎn)的DP104動(dòng)態(tài)型號處理系統(tǒng)，可進(jìn)行信號分析、模態(tài)分析、有限元分析比較和磁盤記錄存儲。實(shí)時(shí)處理，高動(dòng)態(tài)范圍，可在測量中找出頻譜特征。

主泵和電機(jī)布置了3個(gè)殼體振動(dòng)速度傳感器和軸振動(dòng)電渦流傳感器（圖1）。采用DP104與主傳熱泵在線保護(hù)系統(tǒng)的緩沖輸出端連接。拾取沒有經(jīng)過處理的振動(dòng)速度傳感器和非接觸式電渦流式振動(dòng)信號，由DP104數(shù)據(jù)采集器采集振動(dòng)信號并進(jìn)行振動(dòng)頻譜分析。按照ISO 10816—3標(biāo)準(zhǔn)及ISO 7919—3標(biāo)準(zhǔn)，分別監(jiān)測和評定電機(jī)上下軸承座和泵軸承座徑向方向振動(dòng)速度和泵軸振動(dòng)。

2.振動(dòng)信號頻譜分析

為了得到全面的信息，幾臺主泵進(jìn)行正常運(yùn)行情況下振動(dòng)測試，3號主泵停、啟泵過程振動(dòng)信號測量以及支架固有頻率測試。

（1）主泵正常運(yùn)行振動(dòng)頻譜

在二號機(jī)組滿功率、主泵正常運(yùn)行的工況下，采集3號泵傳感器振動(dòng)頻譜（圖2、圖3、圖4）。頻譜圖中振動(dòng)的主要能量都集中在25Hz和125Hz附近，24.75Hz是泵的正常工作頻率（f），因?yàn)橹鞅糜?個(gè)葉片，所以124.75Hz是泵的葉片通過頻率（BPF）＝5f，所以振動(dòng)的主要能量集中在1f和5f附近是正常的。圖2中除1f和5f處的振動(dòng)能量外，基本沒有其他頻段的能量，而且在線振動(dòng)測量數(shù)據(jù)也顯示，這兩處的振動(dòng)值穩(wěn)定正常，遠(yuǎn)小于報(bào)警值。圖3和圖4中除了1f和5f的能量外，還有其他一些隨機(jī)雜亂的能量頻段，尤其是在195Hz附近接近8f有較為明顯的能量，該頻段的能量很可能就是造成軸位移振動(dòng)偏高并時(shí)常報(bào)警的根源。8f激振力的來源是工作頻率倍頻諧波引起的，未在泵殼的速度振動(dòng)頻譜圖2中出現(xiàn)，在位移振動(dòng)頻譜圖3和圖4中出現(xiàn)，其原因可能是軸位移振動(dòng)傳感器支架剛性較差，存在共振的可能性。二號機(jī)組的其他3臺主泵的情況基本相同。

（2）停泵過程中頻譜分析

對停機(jī)過程中的3號泵采集軸位移振動(dòng)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)3號泵在降速惰轉(zhuǎn)過程中通過了一個(gè)共振頻率（圖5），圖6是共振區(qū)間對應(yīng)的頻譜圖，可以看到3號泵的共振頻率fn=200Hz，約等于8f，所以可以斷定3號主泵確實(shí)在8f附近存在共振。

（3）支架固有頻率測量

為了找到8f處共振的原因，在現(xiàn)場對3號主泵軸位移振動(dòng)傳感器的支架進(jìn)行錘擊試驗(yàn)，以確定該固定支架的固有頻率。試驗(yàn)時(shí)固定支架安裝在主泵上，與運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)時(shí)完全相同。固定測試傳感器于支架上方，錘擊支架末端，抓取振動(dòng)信號。圖7所示的試驗(yàn)結(jié)果表明，3號主泵的固有頻率約為fn=194.47Hz。這表明3號主泵軸位移8f共振的根源是支架的固有頻率和激振力頻率接近引起的。同時(shí)對其他主泵的支架做同樣的錘擊試驗(yàn)，結(jié)果表明它們的固有頻率都不同程度的接近8f，所以共振是這些泵軸位移振動(dòng)偏高導(dǎo)致報(bào)警的共同原因。

3.處理措施及效果

根據(jù)上述分析診斷為支架引起機(jī)組共振，首先考慮加固支架。由于支架本身結(jié)構(gòu)和材料所限，在支架焊接加固后進(jìn)行的錘擊試驗(yàn)結(jié)果表明，共振頻率只能從200Hz提高到220Hz，在支架降低2cm后可提高到228Hz，該方法效果不甚理想，還可能會發(fā)生9f和10f共振。為此，將支架高度降低一個(gè)測量面，支架越矮，共振頻率越高，引起主泵振動(dòng)越小。在廠房進(jìn)行了主泵軸振動(dòng)位移傳感器短支架錘擊試驗(yàn)，結(jié)果固有頻率≥860Hz，即使發(fā)生共振由于剛度較高，振動(dòng)位移也可忽略不計(jì)。在二號機(jī)組大修中，對4臺主泵的軸位移振動(dòng)探頭支架進(jìn)行了更換，實(shí)際運(yùn)行表明，主泵的軸位移振動(dòng)探頭支架共振現(xiàn)象完全消除，各泵軸位移振動(dòng)也都有明顯下降。對一號機(jī)組的4臺主泵采用相同方法更換支架后共振完全消除。

軸位移振動(dòng)探頭支架設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該考慮支架共振帶來影響，盡可能提高支架剛度，降低支架振動(dòng)位移在測量中的不良影響。

W13.04-32