核电厂调试阶段旋转设备振动测量与故障分析

徐分亮++李建发

摘 要：一台核电机组从设计、采购、安装、调试到运行，每一个环节结都至关重要。为保证核电厂转机设备的处于安全可控的运行状态，在调试期间就建立了旋转机械离线振动监测系统。依托专业的测量仪器和分析软件，配合振动分析专业知识，对振动超标的设备进行了故障分析，进行相应的维修处理后，振动达到了健康水平，为核电站调试的顺利进行提供了强有力的保障。

关键词：振动监测系统 振动测量 故障分析

中图分类号：TH165 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）05（c）-0060-02

在现代化生产中，机械设备的故障诊断技术越来越收到重视，如果某台设备出现故障而未能及时发现和排除，其结果不仅会导致设备本身损坏，甚至可能造成机毁人亡的严重后果。在连续生产系统中，如果某台关键设备因故障而不能继续运行，往往会殃及全厂生产设备的运行而造成巨大的经济损失。对核电厂来说，运用故障诊断技术，及时发现设备故障尽早切换至备用进行维修，是减少事故发生、减小经济损失、避免危害的有效手段。

振动，是设备运行状态的一项重要评价指标。振动的大小直接决定了设备能否继续进行连续的生产运行。在机械工业和其他工业部门存在着难以数计的有害振动问题，这些问题正在招致巨大的损失或者隐藏着可怕的祸根，以振动工程的理论、技术和方法来研究与解决这些问题，是当务之急。[1]

1 核电厂振动研究

电厂运行中的设备和结构普遍存在机械振动，如汽轮机、发电机、风机、水泵等旋转机械的振动，轴承座、汽缸、发电机定子、凝汽器等固定结构的振动，汽、水管道及热交换器的振动，甚至厂房、混凝土基础、横纵梁等土建结构的振动。对核电厂重要设备进行振动振动测量与分析，进行预防性诊断，能有效防止振动突发事故的发生，最大化的降低经济损失，消除安全隐患。2005年，某核电厂曾利用高频振动频谱的监测，发现某核二级泵齿轮箱小齿轮的的早期磨损，根据发现的问题，进行及时的处理后预防了严重磨损事故的发生。

1.1 CSI2130在核电的应用

核电厂旋转机械振动测量与分析广泛使用机械状态分析仪CSI2130进行数据采集，应用配套管理软件“AMS Machinery Manager Client”进行数据库管理与振动分析。由爱默生制造的CSI2130，可用于低频振动监测，也可用于高频振动分析，并且具有Peakvue分析的专利技术，Peakvue着眼于分析由于轴承金属冲击、刮擦以及研摩等原因造成的压力波形，适用于监测从超低速旋转机械到高速旋转机械的轴承故障。

1.2 CSI2130振动测量与分析原理

1.2.1 数据采集和分析

数据采集是设备状态监测与故障诊断的重要而基础的环节，所采集数据的质量直接影响后续信号分析的精度和结果。测试过程中传感器将反映被测试对象特性的物理量（加速度等），检出并转换为电量，然后传输给中间变换装置；中间变换装置对接收到的电信号用硬件电路进行分析处理或经A/D变换后用软件进行计算，再将处理结果以电信号或数字信号的方式传输给显示记录装置；最后由显示记录装置将测量结果显示出来，提供给观察者或其他自动控制装置。

CSI2130机械状态分析仪采用压电式加速度传感器，将振动信号转换为电压信号。分析方法中除常用的时域分析、频域分析、幅值分析外，还具备独特的PEAKVUE峰值分析法和CSI低速技术，用于监测轴承故障。

1.3 核电振动分析实例

某核电厂安装调试期间，振动问题主要集中在安装不到位以及制造安装工艺不合理。比如早期发现问题的安全厂用水泵，轴承端盖螺栓不紧；主送风风机1DVC003ZV地脚不平衡；以及后期很难处理的低压安注泵、安喷泵都是由于安装上的问题，导致振动超标。

1.3.1 CSI2130常规频谱分析实例

某核电厂PX泵房安全厂用水泵1SEC004PO首次试运行，联轴器下泵推力轴承处泵体上振动偏大达3.8 mm/s，超出了验收值2.8 mm/s。振动频谱如图1所示。

泵转速为745 r/min，根据振动频谱图可以清晰的看到，振动值1X倍频分量很小，说明不存在质量不平衡；频谱图上看2X倍频分量没有，加上1X倍频分量较小，说明不存在转子不对中。超出的振动主要集中在三倍频处，且有较小的高频谐波，符合松动的频谱特征。SEC泵为立式核级泵，根据电机以及泵的振动数据特征可以排除地脚松动。鉴于振动故障紧发生在联轴器下发的轴承处，因此诊断为泵驱动端轴承安装故障。后经检查此处轴承端盖螺栓力矩不满足安装要求，处理后此处振动降为1.5 mm/s。

1.3.2 PEAKVUE峰值分析实例

Peakvue着眼于分析由于轴承金属冲击、刮擦以及研摩等原因造成的压力波形，适用于监测从超低速旋转机械到高速旋转机械的轴承故障。不同于检波分析法，峰值分析法不需要低通滤波器，在低速分析中，峰值分析比检波分析更有效。

某核电厂1#机组余热排出泵为核二级卧式泵，额定流量910 m3/h，扬程77 m，最小流量120 m3/h，振动限值2.8 mm/s；其配套电机额定转速1500 rpm，额定功率355 kW，振动限值1.8 mm/s。电机非驱动端轴承NU 324 ECML/C3，电机驱动端轴承6326 MA/C3 S0。

电机空载试验时，振动速度值为0.3 mm/s。但进行peakvue检测时，发现驱动端轴承数据存在异常，peakvue频谱如图2所示。测量结果中，peakvue值集中在2 g·s与3 g·s之间，有效值为2.8 g·s，峰值为8.3 g·s，高于此项的监测经验值3 g·s。图2频谱图中，出现几个频率段的尖峰能量，这表明电机运行过程中轴承处存在冲击。

电机连泵带载再次进行测量，发现电机驱动端轴承监测数据peakvue值存在的异常进一步扩大，振动能量集中在5 g·s到10 g·s之间，有效值为8.1 g·s，峰值为22 g·s，高于此项的监测限值3 g·s。尽管带载后10到1 kHz频率范围内的振动总量仅为0.7 mm/s，但peakvue值的数据超大，必须成为另外一项考虑的问题。为了进一步确定问题所在，在现场进行了高频段振动速度的测量，发现存在4KHz左右的高频振动，计算高频后振动速度总值达到2.0 mm/s。查看带载后peakvue频谱图（图3），可以很明显的看到尖峰能量频率与轴承内圈故障频率（BSF）重合。

根据现场转机特征以及peakvue特征分析，以下情况造成造成轴承故障频率出现：

（1）频谱图中的高频振动，是轴承早期故障的高频能量；

（2）余热排除泵电机为新机启动，润滑油脂存在污染等质量问题，油脂不足等。

为改善轴承运行状态，更换了油脂，再次启动，peakvue值降为1.2 g.s，轴承状态分析数据处于可接受的范围之内。鉴于以上分析，将此泵列入重点关注的范围，密切关注轴承peakvue值的发展趋势。

2 结语

核电厂安装调试期间，广泛应用完善的振动测量与分析系统CSI2130，发现并成功解决了振动问题。运用peakvue技术分析了各转机设备的轴承状态，发现设备的早期故障隐患，掌握设备故障的发展趋势，用以保证厂内的转机设备处于安全、可控的运行状态。

参考文献

[1] 师汉民机械振动系统——分析·测试·建模·对策[M].2版.华中科技大学出版社，2004.endprint

摘 要：一台核电机组从设计、采购、安装、调试到运行，每一个环节结都至关重要。为保证核电厂转机设备的处于安全可控的运行状态，在调试期间就建立了旋转机械离线振动监测系统。依托专业的测量仪器和分析软件，配合振动分析专业知识，对振动超标的设备进行了故障分析，进行相应的维修处理后，振动达到了健康水平，为核电站调试的顺利进行提供了强有力的保障。

关键词：振动监测系统 振动测量 故障分析

中图分类号：TH165 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）05（c）-0060-02

在现代化生产中，机械设备的故障诊断技术越来越收到重视，如果某台设备出现故障而未能及时发现和排除，其结果不仅会导致设备本身损坏，甚至可能造成机毁人亡的严重后果。在连续生产系统中，如果某台关键设备因故障而不能继续运行，往往会殃及全厂生产设备的运行而造成巨大的经济损失。对核电厂来说，运用故障诊断技术，及时发现设备故障尽早切换至备用进行维修，是减少事故发生、减小经济损失、避免危害的有效手段。

振动，是设备运行状态的一项重要评价指标。振动的大小直接决定了设备能否继续进行连续的生产运行。在机械工业和其他工业部门存在着难以数计的有害振动问题，这些问题正在招致巨大的损失或者隐藏着可怕的祸根，以振动工程的理论、技术和方法来研究与解决这些问题，是当务之急。[1]

1 核电厂振动研究

电厂运行中的设备和结构普遍存在机械振动，如汽轮机、发电机、风机、水泵等旋转机械的振动，轴承座、汽缸、发电机定子、凝汽器等固定结构的振动，汽、水管道及热交换器的振动，甚至厂房、混凝土基础、横纵梁等土建结构的振动。对核电厂重要设备进行振动振动测量与分析，进行预防性诊断，能有效防止振动突发事故的发生，最大化的降低经济损失，消除安全隐患。2005年，某核电厂曾利用高频振动频谱的监测，发现某核二级泵齿轮箱小齿轮的的早期磨损，根据发现的问题，进行及时的处理后预防了严重磨损事故的发生。

1.1 CSI2130在核电的应用

核电厂旋转机械振动测量与分析广泛使用机械状态分析仪CSI2130进行数据采集，应用配套管理软件“AMS Machinery Manager Client”进行数据库管理与振动分析。由爱默生制造的CSI2130，可用于低频振动监测，也可用于高频振动分析，并且具有Peakvue分析的专利技术，Peakvue着眼于分析由于轴承金属冲击、刮擦以及研摩等原因造成的压力波形，适用于监测从超低速旋转机械到高速旋转机械的轴承故障。

1.2 CSI2130振动测量与分析原理

1.2.1 数据采集和分析

数据采集是设备状态监测与故障诊断的重要而基础的环节，所采集数据的质量直接影响后续信号分析的精度和结果。测试过程中传感器将反映被测试对象特性的物理量（加速度等），检出并转换为电量，然后传输给中间变换装置；中间变换装置对接收到的电信号用硬件电路进行分析处理或经A/D变换后用软件进行计算，再将处理结果以电信号或数字信号的方式传输给显示记录装置；最后由显示记录装置将测量结果显示出来，提供给观察者或其他自动控制装置。

CSI2130机械状态分析仪采用压电式加速度传感器，将振动信号转换为电压信号。分析方法中除常用的时域分析、频域分析、幅值分析外，还具备独特的PEAKVUE峰值分析法和CSI低速技术，用于监测轴承故障。

1.3 核电振动分析实例

某核电厂安装调试期间，振动问题主要集中在安装不到位以及制造安装工艺不合理。比如早期发现问题的安全厂用水泵，轴承端盖螺栓不紧；主送风风机1DVC003ZV地脚不平衡；以及后期很难处理的低压安注泵、安喷泵都是由于安装上的问题，导致振动超标。

1.3.1 CSI2130常规频谱分析实例

某核电厂PX泵房安全厂用水泵1SEC004PO首次试运行，联轴器下泵推力轴承处泵体上振动偏大达3.8 mm/s，超出了验收值2.8 mm/s。振动频谱如图1所示。

泵转速为745 r/min，根据振动频谱图可以清晰的看到，振动值1X倍频分量很小，说明不存在质量不平衡；频谱图上看2X倍频分量没有，加上1X倍频分量较小，说明不存在转子不对中。超出的振动主要集中在三倍频处，且有较小的高频谐波，符合松动的频谱特征。SEC泵为立式核级泵，根据电机以及泵的振动数据特征可以排除地脚松动。鉴于振动故障紧发生在联轴器下发的轴承处，因此诊断为泵驱动端轴承安装故障。后经检查此处轴承端盖螺栓力矩不满足安装要求，处理后此处振动降为1.5 mm/s。

1.3.2 PEAKVUE峰值分析实例

Peakvue着眼于分析由于轴承金属冲击、刮擦以及研摩等原因造成的压力波形，适用于监测从超低速旋转机械到高速旋转机械的轴承故障。不同于检波分析法，峰值分析法不需要低通滤波器，在低速分析中，峰值分析比检波分析更有效。

某核电厂1#机组余热排出泵为核二级卧式泵，额定流量910 m3/h，扬程77 m，最小流量120 m3/h，振动限值2.8 mm/s；其配套电机额定转速1500 rpm，额定功率355 kW，振动限值1.8 mm/s。电机非驱动端轴承NU 324 ECML/C3，电机驱动端轴承6326 MA/C3 S0。

电机空载试验时，振动速度值为0.3 mm/s。但进行peakvue检测时，发现驱动端轴承数据存在异常，peakvue频谱如图2所示。测量结果中，peakvue值集中在2 g·s与3 g·s之间，有效值为2.8 g·s，峰值为8.3 g·s，高于此项的监测经验值3 g·s。图2频谱图中，出现几个频率段的尖峰能量，这表明电机运行过程中轴承处存在冲击。

电机连泵带载再次进行测量，发现电机驱动端轴承监测数据peakvue值存在的异常进一步扩大，振动能量集中在5 g·s到10 g·s之间，有效值为8.1 g·s，峰值为22 g·s，高于此项的监测限值3 g·s。尽管带载后10到1 kHz频率范围内的振动总量仅为0.7 mm/s，但peakvue值的数据超大，必须成为另外一项考虑的问题。为了进一步确定问题所在，在现场进行了高频段振动速度的测量，发现存在4KHz左右的高频振动，计算高频后振动速度总值达到2.0 mm/s。查看带载后peakvue频谱图（图3），可以很明显的看到尖峰能量频率与轴承内圈故障频率（BSF）重合。

根据现场转机特征以及peakvue特征分析，以下情况造成造成轴承故障频率出现：

（1）频谱图中的高频振动，是轴承早期故障的高频能量；

（2）余热排除泵电机为新机启动，润滑油脂存在污染等质量问题，油脂不足等。

为改善轴承运行状态，更换了油脂，再次启动，peakvue值降为1.2 g.s，轴承状态分析数据处于可接受的范围之内。鉴于以上分析，将此泵列入重点关注的范围，密切关注轴承peakvue值的发展趋势。

2 结语

核电厂安装调试期间，广泛应用完善的振动测量与分析系统CSI2130，发现并成功解决了振动问题。运用peakvue技术分析了各转机设备的轴承状态，发现设备的早期故障隐患，掌握设备故障的发展趋势，用以保证厂内的转机设备处于安全、可控的运行状态。

参考文献

[1] 师汉民机械振动系统——分析·测试·建模·对策[M].2版.华中科技大学出版社，2004.endprint

摘 要：一台核电机组从设计、采购、安装、调试到运行，每一个环节结都至关重要。为保证核电厂转机设备的处于安全可控的运行状态，在调试期间就建立了旋转机械离线振动监测系统。依托专业的测量仪器和分析软件，配合振动分析专业知识，对振动超标的设备进行了故障分析，进行相应的维修处理后，振动达到了健康水平，为核电站调试的顺利进行提供了强有力的保障。

关键词：振动监测系统 振动测量 故障分析

中图分类号：TH165 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）05（c）-0060-02

在现代化生产中，机械设备的故障诊断技术越来越收到重视，如果某台设备出现故障而未能及时发现和排除，其结果不仅会导致设备本身损坏，甚至可能造成机毁人亡的严重后果。在连续生产系统中，如果某台关键设备因故障而不能继续运行，往往会殃及全厂生产设备的运行而造成巨大的经济损失。对核电厂来说，运用故障诊断技术，及时发现设备故障尽早切换至备用进行维修，是减少事故发生、减小经济损失、避免危害的有效手段。

振动，是设备运行状态的一项重要评价指标。振动的大小直接决定了设备能否继续进行连续的生产运行。在机械工业和其他工业部门存在着难以数计的有害振动问题，这些问题正在招致巨大的损失或者隐藏着可怕的祸根，以振动工程的理论、技术和方法来研究与解决这些问题，是当务之急。[1]

1 核电厂振动研究

电厂运行中的设备和结构普遍存在机械振动，如汽轮机、发电机、风机、水泵等旋转机械的振动，轴承座、汽缸、发电机定子、凝汽器等固定结构的振动，汽、水管道及热交换器的振动，甚至厂房、混凝土基础、横纵梁等土建结构的振动。对核电厂重要设备进行振动振动测量与分析，进行预防性诊断，能有效防止振动突发事故的发生，最大化的降低经济损失，消除安全隐患。2005年，某核电厂曾利用高频振动频谱的监测，发现某核二级泵齿轮箱小齿轮的的早期磨损，根据发现的问题，进行及时的处理后预防了严重磨损事故的发生。

1.1 CSI2130在核电的应用

核电厂旋转机械振动测量与分析广泛使用机械状态分析仪CSI2130进行数据采集，应用配套管理软件“AMS Machinery Manager Client”进行数据库管理与振动分析。由爱默生制造的CSI2130，可用于低频振动监测，也可用于高频振动分析，并且具有Peakvue分析的专利技术，Peakvue着眼于分析由于轴承金属冲击、刮擦以及研摩等原因造成的压力波形，适用于监测从超低速旋转机械到高速旋转机械的轴承故障。

1.2 CSI2130振动测量与分析原理

1.2.1 数据采集和分析

数据采集是设备状态监测与故障诊断的重要而基础的环节，所采集数据的质量直接影响后续信号分析的精度和结果。测试过程中传感器将反映被测试对象特性的物理量（加速度等），检出并转换为电量，然后传输给中间变换装置；中间变换装置对接收到的电信号用硬件电路进行分析处理或经A/D变换后用软件进行计算，再将处理结果以电信号或数字信号的方式传输给显示记录装置；最后由显示记录装置将测量结果显示出来，提供给观察者或其他自动控制装置。

CSI2130机械状态分析仪采用压电式加速度传感器，将振动信号转换为电压信号。分析方法中除常用的时域分析、频域分析、幅值分析外，还具备独特的PEAKVUE峰值分析法和CSI低速技术，用于监测轴承故障。

1.3 核电振动分析实例

某核电厂安装调试期间，振动问题主要集中在安装不到位以及制造安装工艺不合理。比如早期发现问题的安全厂用水泵，轴承端盖螺栓不紧；主送风风机1DVC003ZV地脚不平衡；以及后期很难处理的低压安注泵、安喷泵都是由于安装上的问题，导致振动超标。

1.3.1 CSI2130常规频谱分析实例

某核电厂PX泵房安全厂用水泵1SEC004PO首次试运行，联轴器下泵推力轴承处泵体上振动偏大达3.8 mm/s，超出了验收值2.8 mm/s。振动频谱如图1所示。

泵转速为745 r/min，根据振动频谱图可以清晰的看到，振动值1X倍频分量很小，说明不存在质量不平衡；频谱图上看2X倍频分量没有，加上1X倍频分量较小，说明不存在转子不对中。超出的振动主要集中在三倍频处，且有较小的高频谐波，符合松动的频谱特征。SEC泵为立式核级泵，根据电机以及泵的振动数据特征可以排除地脚松动。鉴于振动故障紧发生在联轴器下发的轴承处，因此诊断为泵驱动端轴承安装故障。后经检查此处轴承端盖螺栓力矩不满足安装要求，处理后此处振动降为1.5 mm/s。

1.3.2 PEAKVUE峰值分析实例

Peakvue着眼于分析由于轴承金属冲击、刮擦以及研摩等原因造成的压力波形，适用于监测从超低速旋转机械到高速旋转机械的轴承故障。不同于检波分析法，峰值分析法不需要低通滤波器，在低速分析中，峰值分析比检波分析更有效。

某核电厂1#机组余热排出泵为核二级卧式泵，额定流量910 m3/h，扬程77 m，最小流量120 m3/h，振动限值2.8 mm/s；其配套电机额定转速1500 rpm，额定功率355 kW，振动限值1.8 mm/s。电机非驱动端轴承NU 324 ECML/C3，电机驱动端轴承6326 MA/C3 S0。

电机空载试验时，振动速度值为0.3 mm/s。但进行peakvue检测时，发现驱动端轴承数据存在异常，peakvue频谱如图2所示。测量结果中，peakvue值集中在2 g·s与3 g·s之间，有效值为2.8 g·s，峰值为8.3 g·s，高于此项的监测经验值3 g·s。图2频谱图中，出现几个频率段的尖峰能量，这表明电机运行过程中轴承处存在冲击。

电机连泵带载再次进行测量，发现电机驱动端轴承监测数据peakvue值存在的异常进一步扩大，振动能量集中在5 g·s到10 g·s之间，有效值为8.1 g·s，峰值为22 g·s，高于此项的监测限值3 g·s。尽管带载后10到1 kHz频率范围内的振动总量仅为0.7 mm/s，但peakvue值的数据超大，必须成为另外一项考虑的问题。为了进一步确定问题所在，在现场进行了高频段振动速度的测量，发现存在4KHz左右的高频振动，计算高频后振动速度总值达到2.0 mm/s。查看带载后peakvue频谱图（图3），可以很明显的看到尖峰能量频率与轴承内圈故障频率（BSF）重合。

根据现场转机特征以及peakvue特征分析，以下情况造成造成轴承故障频率出现：

（1）频谱图中的高频振动，是轴承早期故障的高频能量；

（2）余热排除泵电机为新机启动，润滑油脂存在污染等质量问题，油脂不足等。

为改善轴承运行状态，更换了油脂，再次启动，peakvue值降为1.2 g.s，轴承状态分析数据处于可接受的范围之内。鉴于以上分析，将此泵列入重点关注的范围，密切关注轴承peakvue值的发展趋势。

2 结语

核电厂安装调试期间，广泛应用完善的振动测量与分析系统CSI2130，发现并成功解决了振动问题。运用peakvue技术分析了各转机设备的轴承状态，发现设备的早期故障隐患，掌握设备故障的发展趋势，用以保证厂内的转机设备处于安全、可控的运行状态。

参考文献

[1] 师汉民机械振动系统——分析·测试·建模·对策[M].2版.华中科技大学出版社，2004.endprint