三门核电汽机房立式长轴泵振动值超标原因分析与处理

孔令梅，范 赏，李永战

(三门核电有限公司，浙江 三门 317112)

三门核电汽机房立式长轴泵振动值超标原因分析与处理

孔令梅，范 赏，李永战

(三门核电有限公司，浙江 三门 317112)

针对AP1000三门项目汽机房废水收集和排放系统立式长轴泵振动值超标问题，从振源、泵本体支承刚度、安装及振动激振力等方面入手，分析泵振动超标的原因，并提出减轻泵振动的措施。通过对转动部件的结构特点、安装数据、振动特性等测试分析，排除电机设备、安装方面对泵振动异常的影响，确认轴系支撑刚度不足是振动异常的主要原因，进而采用增加辅助支撑，提高轴系支撑刚度，最终将泵振动值减小至国家标准允许范围内。

立式长轴泵；结构刚度；振动异常

AP1000核电机组是我国实施核电发展战略，实施自主化依托项目，引进的美国第三代核电技术。汽机房废水收集和排放系统废水泵在结构选型、流量参数、位置布置等方面，不同于国内其他核电机组。在废水泵初次启动试验时，发现4台废水泵振动值在13 mm/s左右，振动值超出国家标准[1](≤4.5 mm/s)，同样超出厂家允许值，制约水泵开展后续试验工作。

泵振动的原因是多方面的，处理过程结果表明，电机振动情况、泵体本身刚度、泵座与预埋件之间的水平度、预埋件所在构筑物的刚度、地脚螺栓松紧度、出口管道应力等因素，均可不同程度影响泵的振动。

1 废水泵参数、振动测量标准及测试情况

1.1 废水泵参数

三门核电1号机组汽机房废水收集和排放系统包括2台600 m3/h热废水泵、2台500 m3/h海废水泵和3台25 m3/h含油废水泵。2台热水泵的功率为90 kW，额定转速为1 480 r/min；2台海废水泵的功率为75 kW，转速为1 480 r/min；7台废水泵均为国内某泵厂生产的单级单吸立式长轴泵。废水泵安装简图如图1所示。

图1 废水泵安装简图

1.2 水泵振动的测量和评价

为了评价泵的振动级别,按泵的中心高和转速把泵分为4类，如表1所示。卧式泵的中心高规定为由泵的轴线到泵的底座上平面间的距离；立式泵本来没有中心高，为了评价其振动级别，取一个相当尺寸当作立式泵的中心高，即把立式泵的出口法兰密封面到泵轴线间的投影距离H规定相当中心高，如图2所示。

图2 中心标高示意图

泵的振动级别分为A、B、C、D四级，D级为不合格；泵的振动评价方法是首先按泵的中心高和转速查表2确定泵的类别，再根据泵的振动烈度级查表2可以得到评价泵的振动级别。

表1 水泵的分类表

表2 水泵振动级别表

1.3 废水泵振动测试情况

按照试验程序和厂家提供的EOMM手册，准备好启动期间参数测量所使用的工器具，完成对泵启动前盘车、填料等检查。在点动试验完成后，对2台热废水泵和2台海废水泵逐一进行首次启动试验，期间2台热废水泵和2台海废水泵启动电流、扬程、流量等各项参数均正常，但发现振动值无法满足国家及厂家提供的振动值验收准则(≤4.5 mm/s)，随即停泵，振动测点布置，如图3所示。振动数据，如表3所示。

图3 振动测点布置图

mm/s

注：M1：电机自由端；M2：电机驱动端； P1：泵驱动端；P2：泵非驱动端； H：水平方向；V：垂直方向；A：轴向；N/A：未找到合适测点 测量工具：CSI 2140 振动频谱分析仪 艾默生。

2 振动原因分析

泵振动是一个系统问题，应全面考虑，即在基础结构支承体系设计以及机组的选型、设计、制造、安装等各过程中都应充分重视，从各个环节避免振动故障的发生。长期以来，泵振动问题往往被视为涉及多方面、复杂而难于搞清，诊断分析也难免走弯路，造成一定的浪费，一般按照先考虑安装，后设备的诊断分析思路。

激振力过大或支撑动刚度不足是产生过大振动振幅的原因。支撑动刚度不足分为连接刚度不足和结构刚度不足；前者一般考虑设备的连接部位是否紧密紧固，如基础台板、泵基座基础、电机机架(对应于立式泵)等；检查部件连接紧密程度传统的方法有检查螺栓预紧力、连接部件之间的间隙等方法[2]；后者结构刚度主要由外形、壁厚、材料和支撑基础的静刚度决定。

由泵出厂性能测试报告显示，出厂振动测试时，振动值最大为3.7 mm/s<4.5 mm/s，满足验收标准。本文采用排除法，先考虑安装问题，后设备的诊断分析思路。以热废水泵B为例进行分析处理，将复杂的问题简单化，逐步排除，最终找到突破口，并采取加强措施，将问题解决。

3 振动值超标处理

查阅泵说明书、施工工艺导则及立式长轴泵安装验收规范等资料，确定首先从设备安装找原因，再从相关管路、基础支撑方面及设备本身查找原因[3]。依照可能造成泵振动的原因，对泵进行如下检查。

3.1 电机部分影响

电机作为振源，是泵出现振动超标后首先考虑的主要因素之一。因为结构件松动，轴承定位装置松动，铁心硅钢片过松，轴承因磨损而导致支撑刚度下降，会引起振动；质量偏心，转子弯曲或质量分布问题导致的转子质量分布不均，会造成静、动平衡量超标；电机缺相、各相电源不平衡等原因也能引起振动。

电机出厂试验报告显示，出厂试验时振动值合格；在电机厂家指导下，将电机从泵座上拆解转移至试验平台上，进行电机空载试验，测试数据如表4，满足国标要求，即可排除电机因素的影响。

表4 电机空载振动数据(速度有效值) mm/s

注：M1；P1；H；V；A；N/A：含义同表3，测量工具：CSI2140 振动频谱分析仪 艾默生。

3.2 地脚螺栓及机架连接件调整

电机与轴承器机架之间的固定连接不佳，使基础和电机系统吸收、传递、隔离振动能力差，可能导致基础和电机的振动都超标。水泵基础松动，或者水泵机组在安装过程中形成弹性基础，水泵就会产生与振动相位差180°的另一个临界转速，从而使水泵振动频率增加。如果增加的频率与某一外在因素频率接近或相等，就会使水泵的振幅加大。另外，基础地脚螺栓松动，导致约束刚度降低，会使电机的振动加剧。

泵座与预埋件连接螺栓松紧度、电机与联轴器机架连接螺栓松紧度，电机重新装回泵座后，采用力矩扳手调节地脚及紧固螺栓松紧度，保证4个地脚螺栓受力均匀。泵启动后边调节地脚螺栓、边测量，发现在地脚螺栓松紧度改变时，振动值有所减小，但振动值仍不满足要求。由此可知，地脚及紧固螺栓松紧度对振动值有所影响，但并非关键影响因素，测试数据如表5所示。

表5 螺栓调整振动数据(速度有效值) mm/s

注：M1；M2；P1；H；V；A：含义同上，测量工具：CSI2140 振动频谱分析仪 艾默生。

3.3 出口管道调整

泵出口管道是否存在应力和支架刚度问题是要考虑的安装方面的主要因素之一，因为管道在安装过程中可能较劲太大，使进出口管路与泵连接时存在内应力；泵的出口管道支架刚度不够，变形太大，会造成管道下压在泵体上，使得泵体和电机的对中性破坏；另外，管路不畅，如出水口有气囊，进水口有进气，流场不均，压力波动等，这些都会直接或者间接地导致泵和管路的振动。

现场将泵出口与管道连接法兰解开，发现两法兰面轴向和径向均无错口，即可排除管道与泵连接时存在应力；泵出口管道采用滑动支架固定，可调节性强，支架设计及验收满足DL/T 1113—2009火力发电厂管道支吊架验收规程和火力发电厂汽水管道支吊架设计手册要求。为了进一步排除出口管路影响，现场将泵出口管道法兰拆卸，使泵与出口管道脱开，采用临时措施，对泵进行带载试验，测试数据如表6所示，仍不满足国标要求。因此可知，泵出口管道对泵振动值有影响，但不是主要影响因素。

表6 管道与泵脱开振动数据(速度有效值)

注：M1；P1；H；V；A；N/A：含义同表3，测量工具：CSI2140 振动频谱分析仪 艾默生)。

3.4 预埋件灌浆质量影响

将泵、电机解体吊离基础后，发现泵预埋件存在二次灌浆不实有空洞，下面残留毛布等异物，灌浆质量也存在问题。经向土建灌浆施工人员了解，由于楼板预留泵孔洞空间限制，灌浆前楼板孔洞内未支内模，灌浆后发现预埋件下面存在缝隙，采用毛布及浆液涂抹塞缝，施工不规范，导致灌浆质量较差。业主、泵厂、安装单位相关人员，考虑凿掉原二次灌浆基础，重新按照施工规范施工，确保二次灌浆质量满足要求，所以不排除预埋件二次灌浆质量也是影响泵振动值超标的因素。

3.5 泵预埋件水平度调整

经查阅泵厂提供的安装维护手册，文件中明确规定，在预埋件灌浆前，应使用水平仪和水平尺按照如图4三个方向(水平方向、垂直方向及对角线方向)，对预埋座上表面进行水平度找正(使用预埋座上的调节螺栓调节高度)，水平度允差不大于0.1 mm。在预埋件灌浆凝固后，仍使用水平仪和水平尺对预埋座上表面进行水平度找正(使用预埋座上的调节螺栓调节高度)，水平度允差仍不大于0.1 mm。

经咨询安装人员及核实预埋件安装记录，发现在泵安装过程中，未收到厂家安装指导文件，也未将预埋件水平度调整到0.1 mm以内，水平度明显无法保证满足安装维护手册要求。泵厂建议将泵吊出，重新对预埋件水平度复测，发现水平方向偏差0.4 mm,垂直方向水平度0.35 mm,对角方向水平度0.5 mm，均明显超出允许值。在业主人员、泵厂、安装单位等各方讨论后，将泵预埋件灌浆破阵，并对预埋件两面重新车床找平后，重新找正、灌浆，灌浆结束凝固后，预埋件三个方向的水平度分别为水平方向0.04 mm,垂直方向0.03 mm,对角方向0.01 mm。再次启泵测振后，发现振动值明显减小，但仍不满足验收标准，测试数据如表7所示。由此可知，预埋件水平度也是影响泵振动值的主要原因之一。

表7 水平度调整后振动数据(速度有效值) mm/s

注：M1；P1；H；V；A；N/A：含义同表3，测量工具：CSI2140 振动频谱分析仪 艾默生。

3.6 泵座本体结构刚度影响

在排除电机、地脚螺栓及机架连接件、出口管道应力、预埋件灌浆质量及水平度等安装因素外，振动值逐步好转但仍超出验收标准。经比对同一供货商制造的振动值合格的旋转滤网水泵、含油废水泵结构及安装图纸后，发现泵座设计上存在一定的差异，例如泵座与预埋件紧固螺栓数量、泵座加强筋板数量、泵座筋板形状、泵座筋板受力点、泵座填料孔数量、预留孔洞与泵座尺寸比例关系等，废水泵结构比对见表8。

表8 各废水泵结构比对表

考虑热废水泵B与振动值合格的其他泵结构差异后，现场采用在泵座每个填料孔(共计4个)增加与原设计同样厚度的梯形加强筋板，以弥补筋板数量、筋板形状、泵座填料孔洞、筋板受力点差异，可增加泵本体刚度，并将泵座受力点引至基础实处。现场完成方案实施后，试转测振，测试数据如表9，振动值最大2.758 mm/s<4.5 mm/s，满足验收标准要求，由此可见，泵座本体结构刚度是影响泵振动值的主要原因。

表9 临时加强后空载测振(速度有效值) mm/s

注：M1；P1；H；V；A；N/A：含义同表3，测量工具：CSI2140 振动频谱分析仪 艾默生。

考虑现场临时加强筋板采用焊接形式连接，在泵运行过程中焊缝可能出现应力开裂，影响到加强筋效果，从而使振动值偏高，影响泵的性能及使用寿命。在业主、泵厂及安装单位等各方探讨下，决定将泵座按照临时加强方案重新铸造，改装后模型如图5所示。新铸造后的泵座安装、试验后，发现泵振动值好与临时加强方案，虽然各个方向振动值稍有变化，但均在2.5 mm/s范围内，振动值数据如表10所示。

图5 改装模型图

M1HM1VM1AM2HM2VM2AP1HP1VP1A2.41.3N/A0.90.60.50.30.52.4

注：M1；P1；H；V；A；N/A：含义同表3，测量工具：CSI2140 振动频谱分析仪 艾默生。

3.7 泵所在构筑物强度影响

三门核电项目其他系统的卧式离心泵，大部分安装在钢筋混凝土的地面上，几乎未发生振动值超标情况，而振动值超标的废水泵、精处理再循环泵、电动消防水泵及风机等均安装在楼板或者墙面上。另外，废水处理厂房安装在碳钢材质的隔油箱顶部的4台油水分离器给水泵及4台油水分离器排水泵，在调试期间均出现振动值超标的情况。由此，可以推断泵安装在构筑物或者基础的强度对其振动值有一定的影响，经查阅相关文献，发现泵所在构筑物强度对泵振动值确实有影响，但并不是线性关系。

4 结语

通过三门核电项目立式长轴废水泵振动超标处理，发现电机、出口管道及支架、地脚螺栓松紧度、预埋件水平度、二次灌浆质量、泵本体结构刚度、泵转动受力点位置及所在构筑物结构刚度等，对泵振动值均有不同程度的影响，但泵体结构刚度是影响振动值的关键因素。本文振动值处理方法，可为后续机组及其他项目立式长轴泵在设计文件审查、监造、安装及调试等方面提供参考。

[1] 泵的振动测量与评价方法：GB 10889—1989[S].

[2]刘宝庆，LC型立式长轴泵振动原因分析及处理[J].中国高新技术企业，2007,298(19)：59-60.

[3]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，2007,25(6)：56-59.

HUANG Yigang, ZHU Rongsheng, CHEN Song, et al. Cause of vibration of pump unit and measures to eliminate the vibration[J]. Drainage and Irrigation Machinery, 2007,25(6):56-59.

(本文编辑：严 加)

Cause Analysis and Processing of Vertical Long Axis Pump Vibration Excess Value for AP1 000 Sanmen Project

KONG Lingmei, FAN Shang, LI Yongzhan

(Sanmen Nuclear Power Co., Ltd., Sanmen 317112, Zhejiang China)

In view of wastewater collection and emission system vertical long axis pump vibration excess value in AP1 000 Sanmen project turbine room, this paper analyzes the causes of excessive vibration from the perspective of vibration source, pump bearing stiffness, installation and vibration exciting force, etc., and presents the measures to reduce the pump vibration. Based on the test and analysis of structure characteristics, installation data, and vibration characteristics of the rotating components, it eliminates the influence of motor equipment and installation on the abnormal pump vibration, and confirms that the insufficient shaft support stiffness is the main cause of abnormal vibration. Therefore, the auxiliary support and shafting supporting stiffness are improved, and eventually the pump vibration value is reduced within the national standard.

vertical long axis pump; structural stiffness; abnormal vibration

10.11973/dlyny201702020

孔令梅(1990—)，女，助理工程师，从事核电厂二回路辅助系统调试工作。

TH113.1

A

2095-1256(2017)02-0183-05

2017-03-23