王勝坤

摘 要：針對核電站泵類設(shè)備存在的振動問題進行原因分析，按泵組設(shè)計、制造與安裝、外部因素三方面進行總結(jié)并提出解決方案。結(jié)果表明，泵組設(shè)計合理、生產(chǎn)制造無缺陷，并且設(shè)備安裝滿足要求，運行工況與設(shè)計工況相吻合，可以減輕泵組振動。對頻譜分析法解決振動問題進行介紹，合理利用可有利于振動問題的解決。

關(guān)鍵詞：振動；泵；設(shè)計

中圖分類號：TB535 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）16-0058-02

Abstract： Based on the analysis of the vibration problems of pump equipment in nuclear power plant， the paper summarizes the pump group design， manufacture and installation and external factors， and puts forward the solutions. The results show that the pump group has reasonable design， no defects in production and manufacture， and the installation of the equipment meets the requirements， and the operating conditions are consistent with the design conditions， which can reduce the vibration of the pump group. The paper introduces how to solve the vibration problem by spectrum analysis， and the reasonable utilization can be helpful to solve the vibration problem.

Keywords： vibration； pump； design

1 概述

根據(jù)各國能源結(jié)構(gòu)調(diào)整要求，核電建設(shè)迎來新發(fā)展。核能屬于清潔能源，相對于傳統(tǒng)火電，不會向大氣中排放污染物質(zhì)造成空氣污染，無碳排放不會加重溫室效應(yīng)；相對于其他清潔能源有能量密度高、運營成本低、不受季節(jié)和氣候影響等優(yōu)點，能以額定功率長期穩(wěn)定運行，滿足基荷電源可靠、經(jīng)濟、充足和清潔四大要求，是能夠替代化石能源基荷電源的最佳選擇。

核電站泵類設(shè)備包括核安全級與非安全級，泵的型式包括離心泵、屏蔽泵、容積式泵等，兩個機組共計200余臺。核電建設(shè)嚴格按項目三級進度計劃執(zhí)行，安裝調(diào)試時間短，而泵類設(shè)備在現(xiàn)場調(diào)試問題多，尤其是振動問題原因復(fù)雜，不易解決。核電站部分泵無備用泵，振動過大不僅影響運行工況及泵組壽命，如需停泵檢修，甚至?xí)绊懞穗娬镜男б媾c安全，所以泵組可靠穩(wěn)定運行尤為重要。本文對核電用泵振動問題普遍原因進行分析并提出解決方案。

2 振動級別及判定方法

泵類設(shè)備技術(shù)規(guī)格書對振動要求一般引用ISO 10816-1《在非旋轉(zhuǎn)部件上測量評價機器的振動》與JB/T 8097《泵的振動測量與評價方法》，通過泵組中心高與轉(zhuǎn)速確定類別，根據(jù)類別和振動級別（一般要求B級）確定振動考核值。振動指標(biāo)一般為振速，部分設(shè)備考核振速及振幅。核電泵類設(shè)備一般考核全流量的振動值，針對不同流量，設(shè)置不同振動考核值（如：0.7Qn1.2Qn，v≤4.2mm/s）。

3 泵組振動原因分析及消除振動的措施

3.1 泵組設(shè)計原因

（1）葉輪設(shè)計。葉片數(shù)量、葉片出口角、葉片寬度、葉輪出口與蝸殼隔舌的距離等參數(shù)應(yīng)設(shè)置合理，避免流量揚程曲線駝峰與水力損失過大；應(yīng)優(yōu)化導(dǎo)葉、蝸殼、流道設(shè)計，保證流場穩(wěn)定，減少能量損失。

（2）汽蝕振動。當(dāng)泵的入口壓力低于相應(yīng)水溫下的飽和壓力時，會產(chǎn)生伴隨劇烈振動的汽蝕現(xiàn)象。核電用泵在技術(shù)規(guī)格書中已規(guī)定有效汽蝕余量，所以泵組設(shè)計時應(yīng)采取措施保證必需汽蝕余量小于該值，具體包括：采取雙吸葉輪；葉輪前加誘導(dǎo)輪；進水流道設(shè)計平滑；優(yōu)化葉輪材質(zhì)或進行涂層處理。

（3）軸/轉(zhuǎn)子的設(shè)計。應(yīng)盡量降低泵軸長度，適當(dāng)加大泵軸直徑，避免剛度不足、撓度過大；多級泵應(yīng)考慮增加泵軸支撐軸承數(shù)量，減小支撐間距；軸的固有頻率應(yīng)避開電機轉(zhuǎn)子角頻率；適當(dāng)提高轉(zhuǎn)子動平衡級別；平衡盤間隙與軸向竄動量調(diào)整應(yīng)設(shè)計合理，避免軸低頻竄動引起軸瓦振動。

（4）高溫介質(zhì)、海水介質(zhì)泵的設(shè)計。輸送高溫介質(zhì)的泵，應(yīng)考慮設(shè)計暖泵系統(tǒng)或操作中控制升溫速度，避免部件變形及在啟動過程中劇烈振動；輸送高溫介質(zhì)的泵，應(yīng)考慮設(shè)計應(yīng)力釋放系統(tǒng)，如地腳螺栓上增加螺栓套；輸送高溫介質(zhì)的泵，在對中方面應(yīng)考慮溫度補償量；輸送海水等含顆粒物介質(zhì)的泵，應(yīng)考慮水利部件選材及間隙控制。

（5）特殊設(shè)計。核電泵類設(shè)備振動問題比較集中，易出現(xiàn)在多級泵、立式泵，針對此提出設(shè)計建議如下：立式泵應(yīng)注意泵底座以及支架（如電機支架、齒輪箱支架）強度設(shè)計，避免因為結(jié)構(gòu)強度不足導(dǎo)致振動增加，此類設(shè)備隨設(shè)備運行時間增加，振動容易加大；針對多級泵，應(yīng)考慮轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)設(shè)計緊湊，盡量降低軸的長度，也可考慮加支撐軸承。

3.2 制造、安裝原因

（1）制造質(zhì)量。保證零件結(jié)構(gòu)尺寸及加工精度同設(shè)計一致；保證鑄件質(zhì)量（如葉輪應(yīng)避免質(zhì)量偏心而影響動平衡），不得有孔洞、裂紋、質(zhì)量不均勻的情況出現(xiàn)；確保靜平衡、動平衡滿足要求；多級泵裝配時注意累積誤差，避免安裝間隙過大，造成軸向竄動或平衡力不足而產(chǎn)生振動。

（2）基礎(chǔ)質(zhì)量?；炷粱A(chǔ)不得有裂紋、空洞、松軟等現(xiàn)象，尺寸、強度應(yīng)符合設(shè)計要求；混凝土蝸殼泵的蝸殼為混凝土結(jié)構(gòu)，相當(dāng)于泵殼，需滿足泵設(shè)計方提出的要求，避免混凝土掉渣而影響泵組振動；基礎(chǔ)與泵組底座接觸固定應(yīng)起到吸收、傳遞振動的效果；基礎(chǔ)重量應(yīng)為泵和電機等機械重量總和的三倍以上；盡量避免使用彈性基礎(chǔ)；確保地腳螺栓孔灌漿質(zhì)量及螺母擰緊；盡量保證泵與電機共用底座，底座與基礎(chǔ)最好為面接觸。

（3）對中與調(diào)平。泵組現(xiàn)場安裝應(yīng)確保泵軸、聯(lián)軸器、電機軸對中良好，保證泵進出口與管道對中（可在連接后卸下緊固件，檢測自由狀態(tài)下同軸度），減小內(nèi)應(yīng)力；確保管道支架質(zhì)量，管道和閥門等重量和附件力矩不應(yīng)作用在泵組上；保證底座平整度與接觸面接觸比例，確保關(guān)鍵接觸部位不出現(xiàn)虛角；正確使用墊鐵找平。

3.3 外部因素

（1）電機因素。避免因電機振動超標(biāo)而影響泵組整體振動超標(biāo)，可通過電機端振動值變化趨勢監(jiān)測。電機結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)合理，盡量避免冷卻器造成的質(zhì)量偏心或電機底座設(shè)計不合理而產(chǎn)生的振動；保證磁力中心線對中。

（2）聯(lián)軸器。確保聯(lián)軸器緊固螺栓質(zhì)量均勻以及螺栓間距相同；彈性柱銷和彈性套圈結(jié)合不宜過緊；聯(lián)軸器與軸的配合間隙不宜過大；廠內(nèi)已組裝好的泵組應(yīng)在現(xiàn)場安裝后對聯(lián)軸器對中進行復(fù)測。

（3）管路。進出口管路振動超標(biāo)會影響泵組振動超標(biāo)，具體原因包括：管路不暢導(dǎo)致出口管路較高處或出水閥門上部存留空氣，形成氣囊，使管路中水流阻力增大，形成水擊現(xiàn)象引起管道振動，應(yīng)考慮在出水管高處設(shè)置排氣閥；因吸水管口淹沒深度不夠或吸水管漏氣，導(dǎo)致管道進氣引起振動；進水口濾網(wǎng)破損或水質(zhì)臟導(dǎo)致雜物進入泵組，造成葉輪流道堵塞而發(fā)生汽蝕引起振動。

（4）運行方面。應(yīng)盡量保證泵的實際運行工況點同設(shè)計工況點吻合；應(yīng)盡量避免小流量/大流量工況長期運行；應(yīng)注意泵組啟停時與閥門的配合使用。

4 振動問題分析手段

重要核電站泵類設(shè)備，設(shè)置振動高報及高高報值，每個振動測量點會設(shè)置三個方向的振動探頭實時采集振動值，根據(jù)振動值大小及振動趨勢判斷是否需采取措施。

對現(xiàn)場振動問題的處理，如經(jīng)簡單排查無問題，一般會采取頻譜圖進行分析。根據(jù)振動數(shù)據(jù)采集和信號分析儀形成各個測點的頻譜圖，根據(jù)頻譜圖顯示的特征，結(jié)合實際工作經(jīng)驗，可初步判斷振動發(fā)生的主要位置，再分析產(chǎn)生振動的原因，制定相應(yīng)消振措施。

5 結(jié)束語

泵組振動原因復(fù)雜，可能是自身設(shè)計因素，可能是生產(chǎn)制造因素，也有可能是外部因素導(dǎo)致。在振動問題處理過程中應(yīng)秉承由外到內(nèi)，由簡到繁的原則查找原因。

實踐證明，保證泵水力性能設(shè)計合理、零部件加工精度滿足要求、現(xiàn)場施工安裝按程序進行、運行工況符合設(shè)計要求，可有效降低泵組振動值。

隨著振動監(jiān)測工具的普及以及故障診斷體系的形成，使得泵組振動問題的處理更為科學(xué)、精準(zhǔn)，有效保障了核電站泵類設(shè)備安全穩(wěn)定運行。

參考文獻：

[1]ISO 10816-1.在非旋轉(zhuǎn)部件上測量評價機器的振動[S].北京：國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會，2015.

[2]關(guān)醒凡.現(xiàn)代泵技術(shù)手冊[M].北京：北京宇航出版社，1995.

[3]JB/T 8097-1999.泵的振動測量與評價方法[S].北京：國家機械工業(yè)局，1999.

[4]黃義剛，朱榮生，陳松，等.泵振動的原因及其消除措施[J].排灌機械，2007（6）：56-59.

[5]張向鋒，張向超，張廣軍.離心式水泵振動淺析[J].中國氯堿，2012（6）：25-27.

[6]王成明，孫華.機泵振動原因分析與維修[J].應(yīng)用廣場版，2004（5）：40-41.

[7]卞曉峰，徐成裕.機泵振動分析與消振對策[J].石油化工設(shè)備技術(shù)，2012（5）：32-34.

[8]張守立.HYR型余熱排出泵振動分析案例及改進方案[D].大連：大連理工大學(xué)，2013.

[9]嚴巖，張小璐，劉志鵬，等.BB2泵現(xiàn)場振動原因分析及改進措施[J].石油/化工通用機械，2014（1）：53-55.

[10]段學(xué)友，周菁.330MW火電機組立式凝結(jié)水泵振動大故障分析處理[J].電站系統(tǒng)工程，2013（29）：48-50.

[11]姜元鋒，李少青，馬天石，等.水泵振動原因及消除措施[J].農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程，2010（8）：61-64.

[12]潘再兵.立式導(dǎo)葉式泵振動問題的探討[J].中國農(nóng)村水利水電，2008（7）：100-102.

[13]淮慧梅，朱曉輝.水泵振動原因及對策[J].機械工程與自動化，2004（1）：59-61.