核电站电辅泵用电动机振动解决方案
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摘要：随着我国经济的快速发展，核电站也在快速发展。介绍了核电站电辅泵电机的振动测试、原因分析及解决方案，其中对电机铸铝转子与轴结构分析要点进行了较为详细的论述，最终通过采取对电机结构优化、工艺保证等方法有效的解决了电辅泵电机振动问题。
关键词：核电站;电辅泵;电动机;振动;解决方案
引言
为了适应我国核电发展的需要，大力推进设备国产化已成为一个重大的战略决策，并已在设计院、科研院所和制造业界得到了广泛的认同和积极的响应。但在核电设备国产化的进程中，电机作为必要设备之一，应用广泛、使用频繁，且与其配合的设备种类繁多，会不可避免的出现一些不可预知的问题，本文就核电站电辅泵电机在主机厂带泵试验时出现振动超标的问题进行分析解决，为此类设备国产化生产过程提供借鉴。
1振动测试
为核电站设计制造的电辅泵电机，型号HYKS400-2560kW电压等级：6.6kV。在制造厂，出厂试验振动值小于2.3mm/s，在主机厂进行耐久试验，试验时振动超标，最高振动值达到4.0mm/s。从初始运行至热态，电机振动指标出现较大幅度变化。
电机在初始运行振动良好，振动值基本维持在1.8～2.0mm/s带载运行2h后，电机尾端水平方向振动2.9～4.0mm/s之间波动，且电机轴承运转有异常响声，热态振动表现比较明显。
经现场评定，确定电机需返回制造厂进行处理。回厂后对电机进行试验，在测试过程中，其有效值（烈度值）不是一直不变，实际上是呈现出正弦波的形状，根据实验结果，初步怀疑电机偏心。基于轴承在电机运转过程中的重要性，同时对电机轴承故障进行分析，电机同步转速为3000r/min。
截取电机在回厂试验振动期频谱，通过对电机频谱图分析，在308Hz及292Hz处，有一峰值;6219滚动轴承的内环通过频率为294.5Hz，但该峰值不大，从包络谱中可也看到该峰值很小，不应对电机运行造成较大影响，因此可暂不考虑轴承对振动影响。
2泵组振动原因分析及消除振动的措施
2.1泵组设计原因
（1）叶轮设计。叶片数量、叶片出口角、叶片宽度、叶轮出口与蜗壳隔舌的距离等参数应设置合理，避免流量扬程曲线驼峰与水力损失过大;应优化导叶、蜗壳、流道设计，保证流场稳定，减少能量损失。
（2）汽蚀振动。当泵的入口压力低于相应水温下的饱和压力时，会产生伴随剧烈振动的汽蚀现象。核电用泵在技术规格书中已规定有效汽蚀余量，所以泵组设计时应采取措施保证必需汽蚀余量小于该值，具体包括：采取双吸叶轮;叶轮前加诱导轮;进水流道设计平滑;优化叶轮材质或进行涂层处理。
（3）轴/转子的设计。应尽量降低泵轴长度，适当加大泵轴直径，避免刚度不足、挠度过大;多级泵应考虑增加泵轴支撑轴承数量，减小支撑间距;轴的固有频率应避开电机转子角频率;适当提高转子动平衡级别;平衡盘间隙与轴向窜动量调整应设计合理，避免轴低频窜动引起轴瓦振动。
（4）高温介质、海水介质泵的设计。输送高温介质的泵，应考虑设计暖泵系统或操作中控制升温速度，避免部件变形及在启动过程中剧烈振动;输送高温介质的泵，应考虑设计应力释放系统，如地脚螺栓上增加螺栓套;输送高温介质的泵，在对中方面应考虑温度补偿量;输送海水等含颗粒物介质的泵，应考虑水利部件选材及间隙控制。
（5）特殊设计。核电泵类设备振动问题比较集中，易出现在多级泵、立式泵，针对此提出设计建议如下：立式泵應注意泵底座以及支架（如电机支架、齿轮箱支架）强度设计，避免因为结构强度不足导致振动增加，此类设备随设备运行时间增加，振动容易加大;针对多级泵，应考虑转子结构设计紧凑，尽量降低轴的长度，也可考虑加支撑轴承。
2.2制造、安装原因
（1）制造质量。保证零件结构尺寸及加工精度同设计一致;保证铸件质量（如叶轮应避免质量偏心而影响动平衡），不得有孔洞、裂纹、质量不均匀的情况出现;确保静平衡、动平衡满足要求;多级泵装配时注意累积误差，避免安装间隙过大，造成轴向窜动或平衡力不足而产生振动。
（2）基础质量。混凝土基础不得有裂纹、空洞、松软等现象，尺寸、强度应符合设计要求;混凝土蜗壳泵的蜗壳为混凝土结构，相当于泵壳，需满足泵设计方提出的要求，避免混凝土掉渣而影响泵组振动;基础与泵组底座接触固定应起到吸收、传递振动的效果;基础重量应为泵和电机等机械重量总和的三倍以上;尽量避免使用弹性基础;确保地脚螺栓孔灌浆质量及螺母拧紧;尽量保证泵与电机共用底座，底座与基础最好为面接触。
（3）对中与调平。泵组现场安装应确保泵轴、联轴器、电机轴对中良好，保证泵进出口与管道对中（可在连接后卸下紧固件，检测自由状态下同轴度），减小内应力;确保管道支架质量，管道和阀门等重量和附件力矩不应作用在泵组上;保证底座平整度与接触面接触比例，确保关键接触部位不出现虚角;正确使用垫铁找平。
2.3外部因素
（1）电机因素。避免因电机振动超标而影响泵组整体振动超标，可通过电机端振动值变化趋势监测。电机结构设计应合理，尽量避免冷却器造成的质量偏心或电机底座设计不合理而产生的振动;保证磁力中心线对中。
（2）联轴器。确保联轴器紧固螺栓质量均匀以及螺栓间距相同;弹性柱销和弹性套圈结合不宜过紧;联轴器与轴的配合间隙不宜过大;厂内已组装好的泵组应在现场安装后对联轴器对中进行复测。
（3）管路。进出口管路振动超标会影响泵组振动超标，具体原因包括：管路不畅导致出口管路较高处或出水阀门上部存留空气，形成气囊，使管路中水流阻力增大，形成水击现象引起管道振动，应考虑在出水管高处设置排气阀;因吸水管口淹没深度不够或吸水管漏气，导致管道进气引起振动;进水口滤网破损或水质脏导致杂物进入泵组，造成叶轮流道堵塞而发生汽蚀引起振动。
（4）运行方面。应尽量保证泵的实际运行工况点同设计工况点吻合;应尽量避免小流量/大流量工况长期运行;应注意泵组启停时与阀门的配合使用。
3振动问题分析手段
重要核电站泵类设备，设置振动高报及高高报值，每个振动测量点会设置三个方向的振动探头实时采集振动值，根据振动值大小及振动趋势判断是否需采取措施。对现场振动问题的处理，如经简单排查无问题，一般会采取频谱图进行分析。根据振动数据采集和信号分析仪形成各个测点的频谱图，根据频谱图显示的特征，结合实际工作经验，可初步判断振动发生的主要位置，再分析产生振动的原因，制定相应消振措施。
结语
由于核能发电具有经济性好，而且干净、无污染对环境影响小等优点，我国已经把核电作为解决未来电能紧缺的主要手段之一，但在核电设备过程化中不可避免的出现了一些问题，电机制造和使用过程中，振动问题较为常见，此类问题的处理和解决，也具有普遍的借鉴和指导意义，本次电辅泵出现的问题，得到了及时有效的解决，并积累了一定的经验，这对加快我国核电站建设具有重要意义。
参考文献
[1]ISO10816-1.在非旋转部件上测量评价机器的振动[S].北京：国家标准化管理委员会，2015.
[2]关醒凡.现代泵技术手册[M].北京：北京宇航出版社，1995.
[3]JB/T8097-1999.泵的振动测量与评价方法[S].北京：国家机械工业局，1999.
[4]黄义刚，朱荣生，陈松，等.泵振动的原因及其消除措施[J].排灌机械，2007（6）：56-59.
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