低压安注泵电机振动高原因分析及故障处理

张强　王运喜

摘要：低压安注泵是电厂的重要安全设施，承担着事故时的堆芯应急冷却功能。本文利用频谱分析等手段对低压安注泵电机振动分析，找出了根本原因，并制定了有效的策略，对处理同类故障有一定的借鉴意义。

1.概述

秦山二期扩建工程2×650MW机组，安全注入系统（RIs）用以在反应堆冷却剂系统发生失水事故或主蒸汽系统发生管道破裂事故时，完成堆芯应急冷却。低压安全注入泵采用的是英国CLYDE公司的RN3J40 x三级立式离心泵，通过膜片式联轴器由一台6kV感应式电动机驱动。电机通过8颗螺栓安装在可拆除的独立的基础板上，基础板再通过16颗螺栓固定在混凝土基础上。低压安注泵A列电机（3RIS001MO）自2009年11月安装后空载试车以来，振动值一直居高不下，非驱动端水平方向振动值最高达18.2mm/s，远偏离正常要求的2.8mm/s，严重影响设备的正常运行和调试进度要求。

2.故障分析

2.1可能原因分析

2.1.1转子不平衡

转子的不平衡可以分为静不平衡、动不平衡及混合不平衡。在实际中最常碰到的混合不平衡，是由静不平衡离心力偶及动不平衡力偶共同作用在支座上产生的大小不等，相位不同的振动。

2.1.2定转子磁力中心不正对

电机正常运行时，定子与转子的磁力中心线应是重合对正的，当出现不对正的情况，必然产生轴向电磁拉力，使转子在电磁力的作用下发生轴向位移，如果轴承室没有足够的轴向位移量，转子移动受阻反弹引起振动。定子则将轴向电磁拉力转换给电机外壳，也会引起振动。定子铁芯轴向位移、轴承装配精度差及电机端盖变形等因素都会造成磁力中心不对中，最终导致电机振动值高。

2.1.3定转子气隙不均匀

电机定转子气隙不均匀时，会造成旋转磁通不均匀，进而产生不平衡电磁力，在该电磁力作用下，电机的转子会产生振动，气隙的不均匀程度越严重，振动越大。其原因主要有定子铁芯的中心轴线与驱动端非驱动端轴承室中心线不在一条线上，端盖偏心，轴承严重损坏，定子铁芯位移等。

2.1.4转子笼条开焊或者断裂

高压电机转子笼条开焊或者断裂主要发生在电机启动过程中，笼条所受应力超过了机械强度。笼条断裂应力包括热应力，焊接残余应力和交变应力三种。热应力是电机在启动过程中，因启动电流为额定电流的5-7倍，由此产生的损耗可使笼条达到200-300℃高温，进而产生较大的热应变，并受到一个弯曲应力。电机转子笼条断裂后，将会造成转子本来平衡的力偶失衡，除产生切向力矩外，还会形成一个合力使转子产生偏移轴线的运动而振动。

2.1.5轴承装配差

轴承是电机中的重要又薄弱的环节，装配不当极易引起振动和发热，轴承是转动部件，要求轴和轴承内圈的配合比较牢固，不能出现间隙，但当配合过盈量过大的话，会使轴承内圈涨大，轴承钢珠和内外圈间隙减小，引起轴承发热或振动。轴承外圈与端盖或轴承套的配合过紧也会引起发热或振动。

2.1.6共振

由于振动是可以叠加的，当激振频率与被激振物体固有振动频率相近或相等时，就会发生共振，使受迫振动物体的振幅达到最大，对设备的安全运行有极大的危害。

2.1.7安装质量差

安装质量差主要是联轴器联接不平衡，中心未找正，基础安装缺陷，存在软脚、松动等方面。联轴器中心未找正会导致电机与泵联接不平衡。而软脚、松动会使联接刚度下降，机械阻尼降低进而将激励造成的振动放大，极小的不平衡或不对中都会产生振动。

2.2频谱分析

从振动幅值来看，电机自由端水平方向振动严重超标，振动值达18.2mm/s，垂直方向和轴向振动均合格。频谱图显示振动主频为24.9Hz，该频率成分为电机转速频率（简称工频）。引起电机工频振动高的主要原因有：电机转子不平衡、电机与泵联轴器不对中、电机基础松动或存在软脚等。故可以将磁力中心不正、定转子气隙不均匀、转子笼条开裂、共振等原因排除。根据电机转子不平衡的振动特性为径向振动大，包括水平和垂直方向，3RIS001MO振动只有水平方向幅值超标，排除转子不平衡的可能。又因为振动出现阶段在电机空载，并未和泵联轴器相连，故不对中的可能也排除。通过排除法，我们将方向锁定在电机基础安装不满足要求。

2.3软脚测试

为了验证电机振动高确由软脚引起，我们做了软脚测试。架设3块百分表，调O，按顺序松掉8颗地脚螺栓，在松掉编号为7、8的螺栓，1#表的跳动值明显偏出2#及3#表，最高达22mm。由此可以确定第7和第8颗螺栓确实存在软脚，需要在此处加垫片对电机进行找平处理。

3.故障处理

为了检查独立的基础板自身是否存在制造缺陷，首先对独立基础板做PT，结果除了轻微的腐蚀外，没有发现裂纹等会使基础板加力矩后变形的致命缺陷。接着又将基础板拆下，送往机加工车间，利用专用平台精确测量独立的基础板，如果平面度超出要求范围则将其加工到要求范围内。专用平台上找正后，用百分表测量基础板与电机底座接触面跳动，其平面度最大也在O.05mm内。测量结果表明圆形基础板与电机底座接触面也没有问题。故障的可能原因锁定在圆形基础板与混凝土地基接触面间的软脚。我们调整的重点也就是在基础板与混凝土地基间加合适的垫片。经过讨论决定将基础板的16颗地脚螺栓按照要求的力矩拧紧后，依靠在调整垂直后的泵轴上架设的百分表装置，测量基础板的上表面的平面度，间接测得基础板与基间的软脚值。

在拧紧基础板与混凝土基础地脚螺栓后，基础板的平面度各个方向跳动值内圈最大值0.36mm，外圈最大值0.45mm，严重超出厂家给出的0.10mm，这正是造成3RIS001MO振动高的根本原因。

根据测量数据，计算出各个螺栓下应加的垫片厚度，并拧紧地脚螺栓到要求力矩2300Nm，再次测量基础板上表面的跳动值，经过反复实验，最终将基础板的平面跳动调整到0.08mm。启动电机后测量，振动值稳定在lmm/s左右，满足标准。

4.结束语

综上所述，引起电机振动高的原因是多方面的，重要的是根据振动时的状态、振动的部位再结合先进的手段综合判断。本次低压安注泵电机振动高处理，首先利用频谱分析指明了大致的方向，并与实测结合，准确判断电机振动的根本原因是存在软脚。由此制定了周详的方案，最终圆满的解决了这一难题，将振动值由18.2mm/s降至1.16mm/s。另外，安注泵电机振动高是基础安装质量差导致，非电机内部的质量问题，这也要求机组的安装施工严格按照厂家技术手册实施，安装、监理各尽其责，避免类似问题再次出现。