650MW機(jī)組立式凝泵電機(jī)異常振動(dòng)分析及處理

趙海強(qiáng) 鮑宇 徐偉祖

中圖分類(lèi)號(hào)：TM9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)：A 文章編號(hào)：1674—1145（2018）3—296—02

摘要 針對(duì)某核電站凝泵電機(jī)在更換軸承后首次空載啟動(dòng)時(shí)頂部軸承座出現(xiàn)振動(dòng)超標(biāo)的問(wèn)題，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)振動(dòng)測(cè)試與分析，經(jīng)分析判定凝泵電機(jī)轉(zhuǎn)軸存在嚴(yán)重不平衡。通過(guò)建立偏心質(zhì)量引起的系統(tǒng)振動(dòng)模型，從機(jī)理上分析了決定軸承座振動(dòng)的系統(tǒng)參數(shù)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，對(duì)凝泵電機(jī)轉(zhuǎn)軸進(jìn)行動(dòng)平衡試驗(yàn)，最終成功解決了凝泵電機(jī)頂部軸承座異常振動(dòng)的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞 凝泵電機(jī) 振動(dòng) 動(dòng)平衡

核電站凝結(jié)水抽取系統(tǒng)介于汽輪機(jī)與低壓給水加熱器之間的系統(tǒng)，是汽機(jī)熱力主循環(huán)中的一個(gè)重要組成部分。而凝泵電機(jī)又是凝結(jié)水系統(tǒng)的核心，凝泵電機(jī)的振動(dòng)超標(biāo)將極大影響凝結(jié)水系統(tǒng)的正常運(yùn)行，同時(shí)也會(huì)縮短凝泵電機(jī)的使用壽命。因此，開(kāi)展對(duì)凝泵電機(jī)振動(dòng)機(jī)理研究與振動(dòng)異常分析與處理有著重要意義。

一、偏心質(zhì)量引起的系統(tǒng)振動(dòng)模型

旋轉(zhuǎn)機(jī)械的力學(xué)模型可以簡(jiǎn)化為單自由度強(qiáng)迫振動(dòng)模型，如圖1所示。其中k系統(tǒng)支撐剛度，c為系統(tǒng)阻尼系數(shù)，M為旋轉(zhuǎn)機(jī)械質(zhì)量，ω為轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度，F(xiàn)sinωt為作用于轉(zhuǎn)子的激振力，該激振力主要由轉(zhuǎn)子的偏心質(zhì)量m產(chǎn)生的離心慣性力，偏心距離為e。

根據(jù)達(dá)朗伯原理得到系統(tǒng)在垂直方向的運(yùn)動(dòng)微分方程為

從式可以看出，對(duì)于偏心質(zhì)量引起的強(qiáng)迫振動(dòng)系統(tǒng)，系統(tǒng)振動(dòng)幅度的大小與不平衡量me、頻率比λ和阻尼因子ξ有關(guān)。在特定的頻率比λ和阻尼因子ξ下，系統(tǒng)振幅B與不平衡量me成正比。當(dāng)共振時(shí)ω=ω_n時(shí)，偏心質(zhì)量引起的強(qiáng)迫振動(dòng)的振幅B最大。可以采取降低質(zhì)量不平衡產(chǎn)生的激振力和使激振力頻率與共振頻率保持一定裕度兩方面措施為降低偏心質(zhì)量引起的強(qiáng)迫振動(dòng)振幅。

二、凝泵電機(jī)軸承座異常振動(dòng)分析與處理

（一）凝泵-電機(jī)軸系結(jié)構(gòu)及測(cè)點(diǎn)布置

某核電站凝泵-電機(jī)組成的軸系結(jié)構(gòu)如圖2（a）所示，電機(jī)上部和下部軸承均為徑向滑動(dòng)軸承，電機(jī)轉(zhuǎn)子通過(guò)聯(lián)軸器與凝泵轉(zhuǎn)子相連。在電機(jī)上下軸承座的水平、垂直和軸向三個(gè)方向各布置一個(gè)振動(dòng)測(cè)點(diǎn)，如圖2（b）所示。

（二）凝泵電機(jī)振動(dòng)情況

大修期間在對(duì)凝泵電機(jī)解體檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)上軸承損壞嚴(yán)重，更換軸承后對(duì)電機(jī)進(jìn)行空載啟動(dòng)，當(dāng)電機(jī)升速至工作轉(zhuǎn)速1484 r/min時(shí)，對(duì)測(cè)點(diǎn)位置的水平、垂直和軸向三個(gè)方向進(jìn)行測(cè)試，得表1所示的振動(dòng)測(cè)量結(jié)果?？梢钥闯?，測(cè)點(diǎn)1垂直方向速度振動(dòng)值為3.67mm/s，已遠(yuǎn)超標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的振動(dòng)限值2.8mm/s，測(cè)點(diǎn)1水平和軸向以及測(cè)點(diǎn)2三個(gè)方向上的振動(dòng)雖未超過(guò)規(guī)定限值，但相比大修停機(jī)前正常運(yùn)行時(shí)的振動(dòng)值都要偏大。

（三）異常振動(dòng)分析及處理

為進(jìn)一步分析原因，利用振動(dòng)測(cè)試儀采集上軸承座水平和垂直方向的振動(dòng)，得到時(shí)域波形和頻域波形如圖3所示。水平和垂直方向的振動(dòng)波形均呈現(xiàn)較強(qiáng)的周期性，且25Hz的轉(zhuǎn)頻分量所占比重非常大。根據(jù)以上振動(dòng)特征，認(rèn)為軸承座異常振動(dòng)與轉(zhuǎn)子上的不平衡激振力和系統(tǒng)動(dòng)力特性有關(guān)，且當(dāng)系統(tǒng)支撐剛度不足時(shí)，即轉(zhuǎn)頻與系統(tǒng)固有頻率十分接近，此時(shí)軸承座振動(dòng)響應(yīng)對(duì)不平衡力十分敏感。

綜上所述，判斷凝泵電機(jī)存在嚴(yán)重不平衡，且認(rèn)定凝泵電機(jī)轉(zhuǎn)軸不平衡和垂直方向系統(tǒng)支撐剛度不足是導(dǎo)致上軸承座垂直方向振動(dòng)異常的主要原因。由于條件限制，提高垂直方向支撐剛度顯然是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的，現(xiàn)場(chǎng)決定對(duì)凝泵電機(jī)開(kāi)展動(dòng)平衡試驗(yàn)的方法，經(jīng)計(jì)算在電機(jī)風(fēng)扇上30。方向上加155.6g的配重。動(dòng)平衡試驗(yàn)前后的振動(dòng)數(shù)據(jù)如表2所示，經(jīng)過(guò)本次平衡配重，凝泵電機(jī)上下軸承座的水平、垂直和軸向三個(gè)方向的振動(dòng)都大幅度降低，且振動(dòng)值均滿(mǎn)足振動(dòng)要求規(guī)定的限值。

三、結(jié)語(yǔ)

本文以某核電站凝泵電機(jī)在更換軸承后首次空載啟動(dòng)時(shí)頂部軸承座出現(xiàn)振動(dòng)振動(dòng)為例，利用建立的偏心質(zhì)量引起的系統(tǒng)振動(dòng)數(shù)學(xué)模型，從機(jī)理上分析了決定軸承座振動(dòng)的系統(tǒng)參數(shù)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況，提出了軸承座振動(dòng)超標(biāo)的故障處理方法，通過(guò)動(dòng)平衡試驗(yàn)解決了振動(dòng)超標(biāo)問(wèn)題。