某核電廠離心風(fēng)機振動故障原因分析與處理方法研究

欒振興 徐維會 周淋

摘要：某核電廠離心風(fēng)機自使用以來頻繁出現(xiàn)振動超過報警值問題，維修后往往運行不到4個月便再次出現(xiàn)相同故障。結(jié)合頻譜信息分析、框架支撐結(jié)構(gòu)分析和現(xiàn)場處理情況，確定故障的根本原因為基礎(chǔ)剛度不足，并實施了改造風(fēng)機底座來增加支撐剛度的處理方法。監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，改造完成后設(shè)備運行平穩(wěn)，未再出現(xiàn)振動故障。研究結(jié)果可為類似機械故障的處理提供參考。

關(guān)鍵詞：離心風(fēng)機;振動;故障處理;頻譜

引言

核電廠風(fēng)機主要以皮帶傳動離心風(fēng)機居多，它為各廠房、各不同工作區(qū)域的通風(fēng)、空調(diào)系統(tǒng)提供空氣輸送動力。主要結(jié)構(gòu)如圖1所示，電機和風(fēng)機通過皮帶進(jìn)行聯(lián)接，葉輪懸臂安裝或者放置在兩個軸承之間，在整個底座基礎(chǔ)和地面之間通過彈性減震墊相連。

振動故障廣泛存在于現(xiàn)場框架彈性基礎(chǔ)通風(fēng)機上。通常經(jīng)過一段時間的運行，容易出現(xiàn)對中不良、皮帶張緊力不足、軸承故障、基礎(chǔ)變形等問題，針對振動故障原因和處理方法的研究具有重要的實際意義。

1 工程背景

DVN系統(tǒng)8號風(fēng)機為某核電廠核輔助廠房通風(fēng)系統(tǒng)碘回路排風(fēng)機，為核輔助廠房相關(guān)房間排風(fēng)，以保證房間負(fù)壓及換氣率滿足要求。該風(fēng)機為浙江上虞風(fēng)機有限公司生產(chǎn)，型號QF-C5-C7，配套電機為南陽防爆電機廠YHD280M-4/90KW型核電站用三相異步電動機。

自風(fēng)機移交電廠后多次出現(xiàn)振動超過報警值問題（1年半時間內(nèi)高達(dá)13次），每次隔離檢修均會造成系統(tǒng)碘回路部分不可用，且在完成處理后均會在4個月內(nèi)再次出現(xiàn)相同故障，造成設(shè)備反復(fù)隔離，在增加大量運行維護成本的同時，嚴(yán)重影響機組安全穩(wěn)定運行。

統(tǒng)計DVN系統(tǒng)8號風(fēng)機歷次振動超標(biāo)的數(shù)據(jù)如表1所示，振動過高主要出現(xiàn)在電機的垂直方向上，在頻譜上主要為電機的工頻。

2故障原因分析

2.1 分析過程

（1）頻譜分析

通過表1可以看出，此類振動故障表現(xiàn)為電機的垂直向振動過高。圖2為振動過高時電機驅(qū)動端垂直向頻譜圖。由圖2可以看出，電機的工頻分量（24.8Hz）較高且為主要分量，其余分量均較小。工頻振動通常代表多種故障類型，如基礎(chǔ)不平、機械松動、不平衡、不對中等多種故障[1]，需要通過現(xiàn)場的處理情況來逐步驗證。

（2）框架支撐結(jié)構(gòu)分析

該風(fēng)機的減震墊分布如圖3所示，整體框架坐落在6個彈性減震墊上，風(fēng)機重量為2058kg，電機重量為610kg，風(fēng)機和電機重量較重，在風(fēng)機和電機正下方未設(shè)置減震墊。若減震墊存在老化或移位等情況，在垂直方向上的振動最先體現(xiàn)出來。

（3）現(xiàn)場檢修情況

通過對頻譜和框架支撐結(jié)果的分析確定故障的可能原因后，分別對各種原因的可能性進(jìn)行逐一確認(rèn)或排除。首先，在設(shè)備振動出現(xiàn)超標(biāo)后利用檢修手段調(diào)整皮帶和基礎(chǔ)，電機振動恢復(fù)平穩(wěn)，說明電機本身的平衡狀態(tài)是良好的，排除了不平衡對振動的影響;若由于皮帶運轉(zhuǎn)或電機移位導(dǎo)致不對中情況，皮帶對兩端軸承的影響是一致的，在頻譜上能夠有明顯的皮帶頻率等出現(xiàn)，且在風(fēng)機端也會有相應(yīng)的頻率出現(xiàn)，這也排除了不對中的影響。

表2為基礎(chǔ)調(diào)整前后振動對比表，圖4為檢修后電機垂直向頻譜圖。通過表2可以看出，基礎(chǔ)調(diào)整前后的振動狀態(tài)是大不一樣的，且通過圖4的頻譜可以看出，通過基礎(chǔ)的調(diào)整（改變了基礎(chǔ)的載荷分配），電機工頻分量的振動有了明顯幅度的降低。

通過多次檢修可以看出：在電機檢修后，振動通常還是較大（接近報警值7.1mm/s），在電機基礎(chǔ)下方增加墊鐵調(diào)整后，振動值明顯降低，這說明整體框架存在一個載荷分配不均的狀態(tài)，需要經(jīng)過重新分配（部分結(jié)構(gòu)位置補強）后才能處于一個良好狀態(tài)，但是經(jīng)過設(shè)備的啟停等瞬態(tài)沖擊后，由于基礎(chǔ)剛度不足的問題，載荷分配產(chǎn)生了變化，振動易反復(fù)變化，從而使振動超標(biāo)。

同時，由振動力學(xué)公式A=F/K（其中A為振幅，F(xiàn)為激振力，K為系統(tǒng)動剛度）可知：在不平衡力一定的情況下（機組運行狀態(tài)不變），提高系統(tǒng)剛度（加強臺板剛度），能夠有效的降低振動幅值，說明剛度的加強對于改善振動是有好處的 [2] 。

2.2分析結(jié)果

通過以上分析可以得出，導(dǎo)致該類型風(fēng)機振動頻繁超標(biāo)的原因為基礎(chǔ)框架剛度不足，經(jīng)歷啟停機瞬態(tài)沖擊后，在一段時間的運轉(zhuǎn)情況下風(fēng)機基礎(chǔ)載荷分配不均，引起基礎(chǔ)支撐狀態(tài)的變化和不穩(wěn)定，進(jìn)而導(dǎo)致振動頻繁超標(biāo)。因此，加強基礎(chǔ)剛度可以減小設(shè)備的振動，并能夠更有效的解決設(shè)備振動頻繁超標(biāo)的問題。

3 處理方法及實施效果

通過上述故障原因分析，電廠聯(lián)合廠家對風(fēng)機底座改造方案進(jìn)行研究，最終確定改造方案如下：

（1）在底座的底面增加一塊10毫米厚的鋼板;

（2）在底座的上面槽鋼連接處，增加12塊10毫米厚的三角鋼板焊接;

（3）在槽鋼底座的兩側(cè)布置16塊補強筋板。

圖5-1、5-2為改造前后底座簡圖，圖6-1、6-2為改造前后成品圖。改造后的底座于2016年9月順利更換于現(xiàn)場。

改造前后風(fēng)機振動數(shù)據(jù)如表3所示，振動變化趨勢如圖7所示。由表3和圖7可以看出，改造完成后，振動幅度有明顯降低，經(jīng)過長期的監(jiān)測（至今已監(jiān)測30個月），振動情況平穩(wěn)，未再次出現(xiàn)振動超標(biāo)問題，說明振動故障原因分析準(zhǔn)確，處理方案有效。

4 總結(jié)

通過對某核電廠核輔助系統(tǒng)離心風(fēng)機歷次的振動情況進(jìn)行分析，最終確認(rèn)基礎(chǔ)剛度不足為引起振動頻繁超標(biāo)的根本原因，并采用改造風(fēng)機底座、加強基礎(chǔ)剛度的方法對該故障進(jìn)行了處理。監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，改造完成后設(shè)備運行平穩(wěn)，未再出現(xiàn)振動故障，該處理方法取得了較好的效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃文虎，夏松波，劉瑞巖等.設(shè)備故障診斷原理、技術(shù)及應(yīng)用[M].北京：中國科學(xué)技術(shù)出版社.

[2]付江永.2019.核電廠風(fēng)機機組振動波動問題的分析及治理[J].設(shè)備管理與維修，441（2）：152-154.