定子冷却水泵振动治理与研究

定子冷却水泵振动治理与研究

李瑞

身份证号码：652123198901220027

摘要：定子冷却水泵是核电站常规岛重要设备之一，其主要功能为避免发电机线圈因温度升高而降低绝缘强度，甚至造成绝缘损坏，因此必须设置发电机的冷却设备，若运行时振动超标很可能会给系统内SPV设备带来隐患，特别是发电机组，所以泵体振动分析与治理研究非常必要。本文首先对有关的概念，原理及原则进行介绍，然后对核电站定子冷却水泵中常见的问题及成因进行说明。接着针对电厂中出现的实际问题，运用软件建立有限元模型，进行模态分析，获得应力分布图解析后，采用定值修订和振动源处理等措施来解决振动中存在的具体问题，最后阐述了泵振动治理结论，希望对今后核电厂中类似问题能起到借鉴之用。

关键词：定子冷却水泵；振动分析；隐患；定值

引言

水泵作为工业的重要生产设备，随着科技的快速发展，人们对于水泵运行参数提出了更高的要求，通过改进制造工艺及安装技术来解决设备在调试及运行过程中出现的各类问题，若水泵功能失效则会导致整个流体系统无法正常运行，尤其是水泵的振动超标，振动是评价水泵机组运行可靠性的一个重要指标，长期振动超标的危害主要有：振动造成泵机组不能正常运行；引发电机和进出口管道的振动；造成轴承等零部件的损坏；管道所在的阀门及在线部件的松动或损坏联轴器的松动；产生振动噪声等。

1.定子冷却水泵故障

2020年3月16日，日常巡检发现2MX厂房定子冷却水泵2GST201PO电机侧振动大，振动参数如下：电机驱动端轴承振动：水平8.39mm/s，垂直10.8mm/s（标准≤15μm）；电机非驱动端轴承振动：水平7.24mm/s，垂直6.57mm/s；泵驱动端振动：水平6.32mm/s，垂直7.88mm/s（标准≤10μm）；通过临时监控，调整定制后继续运行。

2.泵故障原因

利用振动测量分析仪及振动小表对该设备进行进一步振动数据测量分析，结合振动特征分析如下：

电机驱动端频谱图中以周期观测频率幅值，如图2所示。出现此类频谱特征的原因可能会有转子脱落、联轴器不对中、基础问题等。泵电机转子为鼠笼式转子，在运行中出现部件脱落的概率极低，并且受转子自身重量的限制，即使电机在运行中转子出现配件脱落，也难以引起大的振动幅值。因此转子脱落的原因可以排除。电机驱动端在2020年3月初波形图中出现“M”型周期振动，幅值最高约8.1mm/s，如上图所示，频谱可能是主轴承磨损，同时不排除设备固定强度不足。

日常巡检发现2GST201PO恒位油杯已无油，油视窗熔化，轴承箱体处冒烟，红外测温仪显示泵体温度高达170℃，泵体变色。后续拆解发现叶轮侧轴承压盖有磨损，对应的轴承滚珠及支架损坏严重、部分已脱落，电机侧轴承已变色烧毁，泵轴弯曲，经测量跳动最大处为叶轮端达0.50mm。

3.定子冷却水泵基础处理

2GST201PO多次发生振动超标故障，因泵体改造需对基础框架进行重新计算，从而影响到设备和系统的安全稳定，需要对设备基础进行重新改造设计，首先应对定子冷却水泵基座进行测振，通过建模计算分析，确定基座可能薄弱的部位，然后制定相应的加固方案，避免设备再次振动超标。

基于模态分析结果提出对应的改造及加固方案，电机和泵根据外形尺寸、调整密度以确保质量为原则建立有限元模型，虽然模态计算结果会与实际情况有所差别，但是根据振动特性，可以对设备底座的薄弱部位进行定性判定，并加以改进。

以下为水泵振动6阶模态分析图，从图3.2中可见，模型的主要振动形式为绕Z轴的转动和在X方向上的平动，从模型图可以明显地发现整体模型的薄弱部位，如图3.1所示，由于第1阶模态体现出模型主要在Z、RX和RY这三个自由度上发生振动，故薄弱部位为底座悬空与第一跨处（3.1中圈选处）。同理在其它模态下模型的薄弱部位，具体详情见各振型图。

图3.1                                   图3.2

图3.3                                   图3.4

图3.5                                   图3.6

根据图3.1－图3.6可见，上述所有的薄弱部位均需要进行加固。加固位置如图3.7所示，加固建议为：①在加固位置l、2、3处新增支撑座，并通过螺栓紧固；②在加固位置2处增加板间加强筋以提高抗形变强度，另外在其对称处需做同样处理。

图3.7

4.总结

引起设备振动大的原因有很多，在对设备异常进行分析和查找时，必须综合考虑各种因素。一是需要对设备的结构有充分的了解，对设备经常出现和易出现的异常现象要做到心中有数；二是利用振动特征来排除部分设备异常的原因，针对不能排除的原因进行逐一分析验证；三是通过精密的诊断技术，对设备的振动情况做进一步的分析，精确找出设备异常原因，降低工作负荷，提高生产效率，为企业的安全生产、经济效益做出巨大的贡献。

参考文献

[1] 泵的振动测量与评价方法：JB/T8097-1999［Ｓ］.

[2]关醒凡.现代泵理论与设计[M].北京：中国宇航出版社，2011.

[3] 郑梦海.泵测试实用技术[M].北京：机械工业出版社，2006.

[4] 蒋树德.大型核电站用泵［J］.流体机械，1983

1