650MW机组立式凝泵电机异常振动分析及处理

赵海强 鲍宇 徐伟祖

中图分类号：TM9 文献标识：A 文章编号：1674—1145（2018）3—296—02

摘要 针对某核电站凝泵电机在更换轴承后首次空载启动时顶部轴承座出现振动超标的问题，进行现场振动测试与分析，经分析判定凝泵电机转轴存在严重不平衡。通过建立偏心质量引起的系统振动模型，从机理上分析了决定轴承座振动的系统参数，根据现场实际情况，对凝泵电机转轴进行动平衡试验，最终成功解决了凝泵电机顶部轴承座异常振动的问题。

关键词 凝泵电机 振动 动平衡

核电站凝结水抽取系统介于汽轮机与低压给水加热器之间的系统，是汽机热力主循环中的一个重要组成部分。而凝泵电机又是凝结水系统的核心，凝泵电机的振动超标将极大影响凝结水系统的正常运行，同时也会缩短凝泵电机的使用寿命。因此，开展对凝泵电机振动机理研究与振动异常分析与处理有着重要意义。

一、偏心质量引起的系统振动模型

旋转机械的力学模型可以简化为单自由度强迫振动模型，如图1所示。其中k系统支撑刚度，c为系统阻尼系数，M为旋转机械质量，ω为转子的转动角速度，Fsinωt为作用于转子的激振力，该激振力主要由转子的偏心质量m产生的离心惯性力，偏心距离为e。

根据达朗伯原理得到系统在垂直方向的运动微分方程为

从式可以看出，对于偏心质量引起的强迫振动系统，系统振动幅度的大小与不平衡量me、频率比λ和阻尼因子ξ有关。在特定的频率比λ和阻尼因子ξ下，系统振幅B與不平衡量me成正比。当共振时ω=ω_n时，偏心质量引起的强迫振动的振幅B最大。可以采取降低质量不平衡产生的激振力和使激振力频率与共振频率保持一定裕度两方面措施为降低偏心质量引起的强迫振动振幅。

二、凝泵电机轴承座异常振动分析与处理

（一）凝泵-电机轴系结构及测点布置

某核电站凝泵-电机组成的轴系结构如图2（a）所示，电机上部和下部轴承均为径向滑动轴承，电机转子通过联轴器与凝泵转子相连。在电机上下轴承座的水平、垂直和轴向三个方向各布置一个振动测点，如图2（b）所示。

（二）凝泵电机振动情况

大修期间在对凝泵电机解体检查时发现上轴承损坏严重，更换轴承后对电机进行空载启动，当电机升速至工作转速1484 r/min时，对测点位置的水平、垂直和轴向三个方向进行测试，得表1所示的振动测量结果。可以看出，测点1垂直方向速度振动值为3.67mm/s，已远超标准规定的振动限值2.8mm/s，测点1水平和轴向以及测点2三个方向上的振动虽未超过规定限值，但相比大修停机前正常运行时的振动值都要偏大。

（三）异常振动分析及处理

为进一步分析原因，利用振动测试仪采集上轴承座水平和垂直方向的振动，得到时域波形和频域波形如图3所示。水平和垂直方向的振动波形均呈现较强的周期性，且25Hz的转频分量所占比重非常大。根据以上振动特征，认为轴承座异常振动与转子上的不平衡激振力和系统动力特性有关，且当系统支撑刚度不足时，即转频与系统固有频率十分接近，此时轴承座振动响应对不平衡力十分敏感。

综上所述，判断凝泵电机存在严重不平衡，且认定凝泵电机转轴不平衡和垂直方向系统支撑刚度不足是导致上轴承座垂直方向振动异常的主要原因。由于条件限制，提高垂直方向支撑刚度显然是无法实现的，现场决定对凝泵电机开展动平衡试验的方法，经计算在电机风扇上30。方向上加155.6g的配重。动平衡试验前后的振动数据如表2所示，经过本次平衡配重，凝泵电机上下轴承座的水平、垂直和轴向三个方向的振动都大幅度降低，且振动值均满足振动要求规定的限值。

三、结语

本文以某核电站凝泵电机在更换轴承后首次空载启动时顶部轴承座出现振动振动为例，利用建立的偏心质量引起的系统振动数学模型，从机理上分析了决定轴承座振动的系统参数，结合现场情况，提出了轴承座振动超标的故障处理方法，通过动平衡试验解决了振动超标问题。