核电站主给水泵组振动超标分析

核电站主给水泵组振动超标分析

范春光

中广核工程有限公司 深圳广东 518124

摘要：水泵在正常运行状态的重要参数就是其振动值在规定范围内。泵的振动过大不仅导致其连接部件和内部零件产生松动，也大大缩短了泵的运行寿命。电站消防水泵在调试时出现振动超标问题。从管道刚度、联轴器对中等方面出发，利用频谱分析确定其振动诱因，并针对诱因制定了相应的处理措施，对实际生产具有积极意义。

关键词：给水泵组;振动;核电站

引言

给水泵组振动超标缺陷，经历了长周期、多频次的启动－测试－再启动－再测试－治理实施－又测试的过程，已经初步实现了给水泵满足在一定周期时间内正常运行，但仍存在振动数据一直偏高甚至振动超限保护停泵问题，为彻底解决核电站主给水泵组振动问题，还需继续设想措施并实施改进，设想方案仍需实践检验，希望能为后续工程建设和机组调试过程提供参考性意见。某核电站在工程调试阶段发生多台次主给水泵组振动超标故障，检测、分析原因并制定治理方案，对泵组振动超标问题进行了初步治理。在初步治理的基础上又提出一些分析和后续治理设想，望以参考。

1电动给水泵组概述

1.1电动给水泵组的构成

电动给水泵组主要由给水泵、电机、联轴器、底座、润滑油系统、冷却水系统、再循环系统、控制和仪表系统、暖泵系统等组成。泵整体采用中心支撑型，底座上设有定位块以限制泵向驱动端和自由端膨胀，从而保持泵与电机的对中性。配套电机采用感应式异步电机，电机功率5800KW，额定电压6000kV，额定电流651.2A。厂家设计参数:泵振动标准:正常轴(承)振≤4.5mm/s，轴(承)振报警≤7.1mm/s。电机振动标准:空载轴(承)振≤3mm/s，带载轴(承)振≤2.8mm/s。

1.2给水泵组原设计特点

第一，泵组基础设计为弹性基础，泵组基础重量约77t，整体由10组弹簧组成的弹性结构支撑。弹簧组件与泵组基础间设计有垫片，基础与垫片间水平方向摩擦力设计约为20kN，水平方向无其他阻尼设计。第二，电机为工频电机，未设计耦合器或变速箱。第三，泵体设计标高为8m层，泵出口管道未设计直管段，直接连接弯头。出口管管道第一个支吊架为刚性角支支吊架，15m层管道设计三组支架，均为刚性支架，且穿楼层(15m、24m、33m)竖管均未设计导向支架。最小流量调节阀设计在除氧器平台之上，临近除氧器接口。

2振动原因分析

2.1管道刚度不够

由于泵入口管道及出口管道支架数量少，使得管道进出口管线刚度下降，造成管道的重量直接按压在泵上，泵和电机的对中性受到较大影响，进出口管道受到较大的应力。因此，当泵的振动传到管道上时会发生激振。当设备的支撑刚度下降时，部件的振幅与作用在部件的激振力成正比，而与其刚度成反比。由管道振动最大值12mm/s可知，其管道刚度不能满足泵正常运行要求，因此需要对增加管道支架，以增大其刚度。

2.2泵组存在共振

为了分析频谱图中高次谐波的来源，对1JPP002PO泵组3H、4H方向的固有频率进行测量。从图2可以看出，JPP002PO泵3H方向固有频率成分为197.75Hz、516.47Hz；从图3可以看出，4H方向固有频率成分为165.75Hz。可见，3H方向的固有频率197.75Hz与泵组4倍频接近，运行期间将形成共振。

2.3联轴器不对中

联轴器没有对中时，造成联轴器连接螺栓受力不均，而受力比较大的部分，将产生不平衡力作用于轴上造成泵的振动增加，根据技术规格书要求其径向和轴向的跳动最大值分别为0.1mm和0.05mm，而实际测量值分别为0.12mm和0.02mm，显然其径向跳动值已超出规定值。因此，由于联轴器的对中不符合要求，在一定程度上造成了泵的振动。

2.4泵组轴承故障频率分析

对于JPP泵组，其泵驱动端安装有两列角接触轴承，型号为SKF7312BECBP；非驱动端安装的轴承型号为NU312ECP。如果泵驱动端轴承滚动体存在缺陷，可能导致泵组运行期间存在99.25Hz及其多次谐波。

3给水泵组振动处理方案

3.1变频启动

给水泵电机更换为变频电机或设计改造增加变频器，逐步提升管道介质压力，减小再循环最小流量阀后空管产生的水锤力，对于系统支吊架瞬间受力状况也会有较大改善。但需考虑变频启动方式时，泵组启动时间与给水泵备用启动要求的匹配性。后续给水泵组设计还可以考虑配套液力耦合器或变速箱，满足变速启动，也可以增加泵组整体重量。

3.2泵组基础改造

在基础底部增加灌浆或考虑将五台给水泵基础使用型钢连接成整体，以增加泵组基础重量，增大基础惯性动量和与弹簧结构之间的水平摩擦力。后续设计给水泵组基础在泵组整体质量偏小的条件下，考虑刚性基础或预埋橡皮式弹性基础，但应考虑增大基础重量。

3.3设计修改

泵出口管道未设计直管段，可能存在介质湍流影响因素，考虑变更泵组检修电动葫芦位置，增加并增长泵出口直管段。泵出口约3米处设置刚性角支架，只对管道径向受力起作用，不能起到限制抵消管道轴向反作用力作用，且刚性支架会限制管道热力蠕变，应考虑变更为弹性支吊架的可能。另外，需重新进行系统校核计算，考虑系统刚性支架或阻尼器布置位置，弹性基础与热力管道设计需要考虑整体支撑固定点问题。后续给水系统设计不能硬性套用火电设计规范，火电厂电动给水泵为临时启动设备，汽动给水泵为正常给水运行设备，应考虑核电厂给水泵流量大、安全级别高的特点要求，优化具体设计。

3.4设备改进

给水泵需消化吸收国外模板设备的技术要点，并参考国内成熟给水泵组设计制造经验，注重猫爪支撑、膨胀导向、平衡盘设计、轴向定位以及加工工艺的创新提高。电机需考虑升级替代，重视电机本身设计、制造质量。

3.5具体操作步骤

（1）根据安装技术要求将原来进出口共4支架改为，入口增加1个支架，即共5个支架，以增加管道刚度，启泵后测量泵进口管道振动值为2.65mm/s，出口管道振动值为2.71mm/s，满足要求。（2）重新将联轴器进行对中，对中后其径向跳动和轴向跳动值为0.08mm和0.03mm，满足技术规格书要求。（3）为降低3H方向的共振，对其固有频率进行调整，首先对其地脚螺栓进行再次紧固，重新测量后3H振动值3.11mm/s，并没有明显下降，因此重新对3H方向临时加固一段工字钢后，再次测量3H方向的振动值为2.75mm/s，已经满足2.8mm/s的要求，但仍然距离标准值太近。（4）在对上述3个因素排除后，首先对轴承充润滑脂，再次起泵测量其振动值，3H方向的振动值为2.52mm/s，因此满足小于2.8mm/s的要求，试验合格。如果振动值仍然接近2.8mm/s，则需要对泵解体检查其轴承情况。

结语

泵的振动问题通常是一项复杂和难解决的问题，通常需要消耗大量时间来寻找振动诱因。本次对消防泵振动超差处理过程中，形成了振动诱因的寻找从泵组结构外，到泵组结构内的方案，在排除管道刚度、底座强度、形成外部共振等非泵组因素后，再从泵组的轴对中、泵进出口脉动、泵组零部件等内部因素寻找振动诱因，借助频谱测试，更有针对性地排除振动诱因，同时解决消防泵振动的超差，大大加快了电站消防系统的投用，为其他系统的顺利安装提供了条件，加快了调试进度，具有一定的生产意义。

参考文献

［1］侯振宇，屈世栋.循环水泵振动原因分析及解决措施［J］.化工机械，2010（5）：666-667.

［2］陆志厚．电站风机和水泵轴承振动与转子动平衡的相关分析［J］．电站辅机，2006，97(2):18～23。

［3］杨建刚．旋转机械振动分析与工程应用［M］．北京:中国电力出版社，2007。