核電廠旋轉(zhuǎn)設備振動超差原因分析和控制措施

呂永飛

（中國核電工程有限公司 北京）

一、概述

在核電工程項目中，汽輪機、泵組、柴油機、空調(diào)機組、壓縮機及風機等旋轉(zhuǎn)設備占設備總數(shù)相當大的比例，由于旋轉(zhuǎn)設備與靜止設備相比，其安裝調(diào)試有更嚴格的技術要求，因此，其安裝質(zhì)量直接影響著核電廠整個工藝系統(tǒng)正常運行，甚至整個項目的生產(chǎn)和收益。

先后參加了田灣核電站工藝設備調(diào)試技術支持，中國實驗快堆等核電項目工藝系統(tǒng)的安裝監(jiān)理工作。在旋轉(zhuǎn)設備調(diào)試過程中，曾出現(xiàn)過設備軸承溫度異常、噪聲超標、電機啟動電流過大、設備振動超差等各種各樣的缺陷，其中設備振動超差現(xiàn)象最為嚴重。結(jié)合調(diào)試過程中出現(xiàn)的各種振動超差問題以及處理方法，對振動超差產(chǎn)生的原因進行分析，為今后工程項目中的旋轉(zhuǎn)設備在安裝過程中需要加強質(zhì)量控制的幾個方面提供技術參考。

二、旋轉(zhuǎn)設備振動超差的原因

在調(diào)試過程中，旋轉(zhuǎn)設備產(chǎn)生振動超差的癥狀和原因很多，通過處理田灣核電站淡水廠的生產(chǎn)給水泵、核島主送風系統(tǒng)的離心風機、應急柴油發(fā)電機組以及中國實驗快堆工程的部分風機等旋轉(zhuǎn)設備的振動異?，F(xiàn)象。經(jīng)總結(jié)分析，導致旋轉(zhuǎn)設備振動超差的原因主要包括6個方面。

1.基礎剛度不夠

旋轉(zhuǎn)設備基礎的牢固性對設備的安全運行起著至關重要的作用，若設備基礎剛度不夠，即使再好的設備，其運行壽命和維修周期必然受到影響。譬如在田灣核電站俄方設計的風機基礎均為型鋼支架基礎，且部分支架結(jié)構(gòu)單薄。在風機調(diào)試過程中，部分風機和基礎產(chǎn)生了共振，從而導致風機振動超差；在淡水廠生產(chǎn)給水泵安裝過程中，由于設備基礎灌漿不密實，導致5臺泵組在調(diào)試運行過程中有4臺出現(xiàn)振動異常。

2.聯(lián)軸器連接不對中

對于部分離心風機、泵組和柴油機組，電機和設備均采用聯(lián)軸器連接，聯(lián)軸器的安裝質(zhì)量會直接影響到設備的軸向振動狀態(tài)，聯(lián)軸器不對中表現(xiàn)為軸向不對中和端面不對中兩種情況。值得注意的是，在消除電機空轉(zhuǎn)的振動時，一定要考慮后續(xù)聯(lián)軸器的對中工作，以免出現(xiàn)一味通過增減地腳墊片找平電機地腳的水平度來降低電機的振動，而忽視了電機的標高的改變，從而影響后續(xù)聯(lián)軸器的對中，造成不必要的重復工作。如田灣核電站2#機組的消防穩(wěn)壓泵，電機驅(qū)動端軸向振動不穩(wěn)定，經(jīng)對聯(lián)軸器重新對中并調(diào)整連接螺栓，使振動異常情況得以消除。

3.設備底座和基礎接觸不良

在旋轉(zhuǎn)設備調(diào)試過程中，曾多次通過調(diào)整電機的地腳與基礎的接觸狀態(tài)使設備的振動狀態(tài)得到明顯好轉(zhuǎn)。設備底座和基礎接觸不良主要表現(xiàn)為電機地腳或基礎預埋鋼板表面凹凸不平。在地腳螺栓擰緊時，致使設備的地腳四角不在同一水平面上，致使設備振動超差?，F(xiàn)場調(diào)試時常會出現(xiàn)在地腳螺栓全部緊固時設備振動很大，但松開電機一個或兩個地腳螺栓設備振動會明顯下降的現(xiàn)象，這充分說明地腳的不平度對設備振動狀態(tài)的影響。如田灣核電站1#機組的KPL系統(tǒng)的壓縮機，電機曾出現(xiàn)垂直方向振動超差現(xiàn)象，通過調(diào)整地腳彈簧螺栓的松緊度和在地腳下加設墊片找平的方法，使電機運行正常。

4.機械松動

機械松動也是設備振動超差的常見原因之一。機械松動主要表現(xiàn)為設備的地腳螺栓松動、電機端蓋螺栓松動、聯(lián)軸器連接螺栓松動、軸承軸向松動致使軸向間隙超差等。如在中國實驗快堆工程中，曾出現(xiàn)由于風機的幾個地腳螺栓松緊不一致，導致整臺空調(diào)機組振動異常現(xiàn)象。

5.設備轉(zhuǎn)子不平衡

設備產(chǎn)生不平衡的原因主要有設備轉(zhuǎn)子在加工或裝配過程中存在偏差導致的不平衡、風機轉(zhuǎn)動過程中葉輪上粘附灰塵或冷凝水、以及設備在安裝過程中由于配合偏差（如聯(lián)軸器軸銷配合間隙不一致）導致的不平衡等。如田灣核電站1#機組的海水冷卻PEB系統(tǒng)的立式泵組、反應堆豎井送風系統(tǒng)的軸流風機以及控制棒驅(qū)動機構(gòu)送風系統(tǒng)的離心風機，均通過動平衡進行了現(xiàn)場處理，達到了設備正常運行的振動限值要求。

6.設備出入口管道與設備強行對中

大部分工藝系統(tǒng)設計中，在旋轉(zhuǎn)設備的出入口均安裝撓性軟接頭，以避免管道與設備對中偏差或者由于管道內(nèi)氣塞等原因產(chǎn)生的振動傳遞到設備上。但是核電工藝設計中為了避免管道泄漏，大部分設備進出口與管道均采用焊接且無彈性連接，因此管道與設備出入口連接不當，往往同樣會導致設備振動超差。如田灣核電站1#機組應急送風系統(tǒng)的軸流風機，由于風管強行連接在風機出口，導致風機水平方向振動不滿足運行限值要求。

三、旋轉(zhuǎn)設備安裝過程需加強質(zhì)量控制的幾個方面

針對旋轉(zhuǎn)設備振動超差的種種現(xiàn)象，雖然在調(diào)試過程中通過各種手段和方法能夠進行消除，但在設備監(jiān)造和安裝過程中，能夠引起重視并加以質(zhì)量控制，在設備調(diào)試過程中，一些振動超差現(xiàn)象就會避免發(fā)生。

（1）解決型鋼基礎剛度的最好方法是在設計階段就根據(jù)設備的轉(zhuǎn)速、質(zhì)量、功率等參數(shù)，采用安全可靠的基礎類型，并保留一定的設計裕量；一旦在調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)基礎剛度不足，應根據(jù)現(xiàn)場情況采取加設斜支撐、增加焊接強度等措施進行加固，讓設備基礎的固有頻率與旋轉(zhuǎn)設備的轉(zhuǎn)動頻率避開。如田灣核電站常規(guī)島大部分軸流風機經(jīng)過基礎加固后，振動情況有了明顯的改觀；反應堆廠房的應急檢修進排風系統(tǒng)的離心風機基礎經(jīng)加固3次，風機的振動狀態(tài)才滿足限值要求。

對于混凝土設備基礎，在土建專業(yè)向安裝專業(yè)移交過程中，除了對基礎的定位軸線、預埋螺栓、埋件孔洞進行檢查外，設備就位前一定要對基礎混凝土試塊強度進行檢查，必要時進行現(xiàn)場鉆芯取樣檢測或加載試驗，確?；A強度滿足設計要求，方可進行設備安裝。對于需要二次澆筑的設備地腳，澆筑前一定要復測設備的標高及水平偏差，同時對澆筑的細石混凝土質(zhì)量及密實度應該嚴格控制。

（2）對于大部分泵組和風機的調(diào)試，一般首先進行設備電機的單體試車，然后再將電機與泵組或風機連接起來進行整體調(diào)試。因此，進行聯(lián)軸器連接安裝時，一定要用百分表嚴格控制聯(lián)軸器徑向跳動和端面跳動，確保偏差值在規(guī)定的范圍內(nèi)，同時確保聯(lián)軸器的連接柱銷表面光滑勻稱，連接螺栓松緊度一致。

（3）在設備安裝過程中一定要保證設備與基礎的接合部位為面接觸。若在設備就位前發(fā)現(xiàn)接合面有明顯的凹凸現(xiàn)象，應及時打磨并采用在機加工面的鋼板上涂紅丹粉的方法進行檢查；安裝結(jié)束要認真檢測設備地腳的水平度和垂直度，必要時可以加墊薄銅片進行找平處理，確保風機底座和設備基礎處于良好的接觸狀態(tài)。

（4）在設備安裝過程中，首先保證設備地腳水平和聯(lián)軸器對中的基礎上，一定要檢查連接螺栓的松緊度。對于重要的旋轉(zhuǎn)設備應采用力矩扳手參照設備出廠技術文件或設計文件的要求對螺栓的松緊度進行檢查。

（5）消除設備不平衡的方法主要為在設備制造過程中提高葉輪的加工精度和現(xiàn)場在風機葉輪、聯(lián)軸器或電機風扇部位加質(zhì)量塊進行動平衡試驗。因此，在設備監(jiān)造過程一定要嚴格控制轉(zhuǎn)子的動平衡試驗；在設備安裝過程要對系統(tǒng)的清潔度進行監(jiān)督控制，避免浮塵或雜物導致設備葉輪轉(zhuǎn)動不平衡。

（6）在設備安裝過程中，一定要嚴格控制設備出入口與管道對中的準確性，嚴禁強行對中，以免將管道的應力傳遞到旋轉(zhuǎn)設備上。

四、結(jié)束語

導致旋轉(zhuǎn)設備振動超差的原因往往是多方面的，消除旋轉(zhuǎn)設備的振動超差也是一門值得探討的學科。在設備監(jiān)造及安裝過程中，一定要嚴格控制，逐一把關，確保設備制造和安裝質(zhì)量各方面均處于受控狀態(tài)，才會為設備調(diào)試和生產(chǎn)的安全可靠運行提供良好的條件。