核電站用6.6 kV立式電機(jī)振動(dòng)因子研究

張 蛟

(佳木斯電機(jī)股份有限公司，黑龍江 佳木斯 154002)

核電站用6.6 kV立式電機(jī)振動(dòng)因子研究

張 蛟

(佳木斯電機(jī)股份有限公司，黑龍江 佳木斯 154002)

通過對(duì)典型電機(jī)振動(dòng)因子的詳細(xì)研究，從設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)、制造、裝配、安裝、調(diào)試、運(yùn)行階段分析核電站用6.6 kV電動(dòng)機(jī)振動(dòng)問題原因，以期為預(yù)防電機(jī)振動(dòng)問題的產(chǎn)生、加快問題處理進(jìn)程、保障核電設(shè)備產(chǎn)品安全及可靠運(yùn)行提供有力支撐。

核電站；6.6 kV立式電機(jī)；振動(dòng)因子

1 核用典型立式電機(jī)振動(dòng)問題處理

陽江1號(hào)機(jī)組安注泵、噴淋泵用電機(jī)共四臺(tái)試驗(yàn)情況：2010年佳電與沈鼓簽訂了陽江項(xiàng)目1、2號(hào)機(jī)組安注泵、噴淋泵用電機(jī)的訂貨合同，合同號(hào)：09015；電機(jī)型號(hào)：HYLKS400-4；功率：355 kW/500 kW；電壓6.6 kV。佳電：四臺(tái)電機(jī)分別1.8 mm/s、1.3 mm/s、1.3 mm/s、1.2 mm/s；沈鼓：四臺(tái)電機(jī)分別1.8 mm/s、1.5 mm/s、1.7 mm/s、2.3 mm/s；陽江現(xiàn)場(chǎng)：振動(dòng)超標(biāo)，最高達(dá)11.5 mm/s。

處理流程：采取機(jī)座增加加強(qiáng)筋的措施。改進(jìn)后電機(jī)試驗(yàn)情況：佳電的四臺(tái)電機(jī)分別1.6 mm/s、2.0 mm/s、1.0 mm/s、0.8 mm/s。沈鼓的四臺(tái)電機(jī)分別1.9 mm/s、1.8 mm/s、1.2 mm/s、0.8 mm/s。陽江現(xiàn)場(chǎng)則空載振動(dòng)超標(biāo)，負(fù)載振動(dòng)3臺(tái)合格，1臺(tái)振動(dòng)3.9 mm/s。由于電機(jī)在陽江現(xiàn)場(chǎng)振動(dòng)依然超標(biāo)，佳電根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)底板制作了模擬試驗(yàn)工裝，并進(jìn)行了支撐系統(tǒng)固有頻率測(cè)試。繼續(xù)提高電機(jī)強(qiáng)度，加強(qiáng)法蘭端蓋、法蘭端蓋與機(jī)座一體設(shè)計(jì)，增大定轉(zhuǎn)子氣隙、更改軸伸端軸承，接口法蘭止口φ1000改為φ900。

進(jìn)行頻譜測(cè)試不同結(jié)構(gòu)頻譜測(cè)試數(shù)據(jù)在相同支撐條件下基本相當(dāng)。而通過頻譜采集可知，電機(jī)與佳電模擬支撐工裝系統(tǒng)頻率為工頻52 Hz(軸頻26 Hz)，即接近電機(jī)軸頻25 Hz。

2 核用典型立式電機(jī)振動(dòng)問題原因分析

2.1 預(yù)緊力問題

根據(jù)陽江現(xiàn)場(chǎng)對(duì)電機(jī)法蘭端蓋與支撐底板增大擰緊力矩值對(duì)振動(dòng)變化的現(xiàn)象，可知螺栓擰緊力對(duì)電機(jī)振動(dòng)的影響。安裝運(yùn)行維護(hù)手冊(cè)對(duì)陽江現(xiàn)場(chǎng)安注、噴淋泵電機(jī)安裝法蘭M27螺栓要求擰緊力矩80 N.m(已改為500 N.m)，基礎(chǔ)底架與基礎(chǔ)底板安裝處M45螺栓要求擰緊力矩256 N.m(已改為616 N.m)。

2.2 系統(tǒng)共振

第一，根據(jù)電機(jī)在佳電不同試驗(yàn)工裝頻譜測(cè)試及在陽江現(xiàn)場(chǎng)頻譜測(cè)試，同時(shí)對(duì)陽江現(xiàn)場(chǎng)基礎(chǔ)底板振動(dòng)數(shù)據(jù)，依據(jù)GB 10068-2008《軸中心高為56 mm及以上電機(jī)的機(jī)械振動(dòng)、振動(dòng)的測(cè)量、評(píng)定及限值》規(guī)定，可以確定系統(tǒng)存在共振。第二，機(jī)理分析。電機(jī)在鐵地上進(jìn)行了不同電源頻率的測(cè)試，電源頻率范圍：25 Hz～58 Hz(轉(zhuǎn)軸頻率為12.5 Hz～29 Hz)，因該頻率段電機(jī)振動(dòng)值未出現(xiàn)峰值，可以確定電機(jī)固有頻率>29 Hz，根據(jù)電機(jī)抗震分析報(bào)告可知電機(jī)固有頻率≥33 Hz。

圖1 工作頻率-振動(dòng)烈度曲線Fig.1 Operating frequency-vibration intensity curve

將電機(jī)安裝在試驗(yàn)工裝支撐系統(tǒng)進(jìn)行頻譜測(cè)試，振動(dòng)峰值出現(xiàn)在電壓頻率52 Hz(轉(zhuǎn)軸頻率為26 Hz)，接近電機(jī)轉(zhuǎn)軸工作頻率25 Hz。

圖2 工作頻率-振動(dòng)烈度曲線Fig.2 Operating frequency-vibration intensity curve

電機(jī)軸伸端分別采用圓柱滾子軸承和深溝球軸承頻譜測(cè)試，電機(jī)工作頻率25 Hz時(shí)，采用圓柱滾子軸承比采用深溝球軸承振動(dòng)值大。

圖3 工作頻率-振動(dòng)烈度曲線Fig.3 Operating frequency-vibration intensity curve

電機(jī)支撐止口尺寸由φ1000改為φ880，進(jìn)行頻譜測(cè)試，系統(tǒng)共振頻率為22 Hz，遠(yuǎn)離電機(jī)軸頻25 Hz。

3 核用典型立式電機(jī)振動(dòng)問題的改進(jìn)方案

3.1 改進(jìn)方案

將電機(jī)定、轉(zhuǎn)子氣隙值由1.8 mm改為2.3 mm；將電機(jī)軸伸端軸承NU224改為6224；電機(jī)接口法蘭止口尺寸由φ1000調(diào)整為φ880；將電機(jī)法蘭與基礎(chǔ)安裝底板螺栓預(yù)緊力進(jìn)行更改。

3.2 分析和試驗(yàn)驗(yàn)證

改為深溝球軸承后進(jìn)行計(jì)算，可知使用壽命大于10萬h，滿足技術(shù)規(guī)格書要求；電機(jī)結(jié)構(gòu)調(diào)整后重新進(jìn)行抗震分析計(jì)算，可知其結(jié)果滿足規(guī)范要求；對(duì)電機(jī)進(jìn)行更改后，進(jìn)行各項(xiàng)試驗(yàn)項(xiàng)目，其滿足電機(jī)試驗(yàn)大綱要求；電機(jī)頻譜測(cè)試。改進(jìn)后電機(jī)安裝在基礎(chǔ)底架與基礎(chǔ)底板上，進(jìn)行頻譜測(cè)試，系統(tǒng)特征頻率22 Hz，如圖4所示；電機(jī)帶泵試驗(yàn)。在沈鼓進(jìn)行泵機(jī)組試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果合格。

圖4 更改止口后頻譜測(cè)試數(shù)據(jù)Fig.4 Post-end spectrum test data after the change

3.3 驗(yàn)證結(jié)論

通過增大氣隙、更換伸端軸承，有利于減小電機(jī)擾力和軸承噪聲；通過縮小接口法蘭尺寸，減小了電機(jī)支撐系統(tǒng)頻率，使其避開了轉(zhuǎn)子工作頻率，避免了共振現(xiàn)象發(fā)生。試驗(yàn)結(jié)果表明，改進(jìn)后電機(jī)各項(xiàng)性能指標(biāo)均滿足技術(shù)規(guī)格書要求。

4 在振動(dòng)問題分析上的系統(tǒng)化思路

通過對(duì)每種機(jī)器故障產(chǎn)生特定的振動(dòng)特征，運(yùn)用系統(tǒng)的邏輯方法確定機(jī)器故障的原因，可以加快對(duì)振動(dòng)問題解決的進(jìn)程。通常振動(dòng)分析可采用排除法，并遵循分析步驟，從而減少解決問題的時(shí)間。具體流程如下：

第一，定義問題。包括：軸承、密封或其他常用部件故障；結(jié)構(gòu)故障；不能生產(chǎn)合格產(chǎn)品；物力方面問題；噪聲；尺寸不滿足檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。第二，了解電機(jī)的歷史。包括：?jiǎn)栴}從什么時(shí)候開始出現(xiàn)，如其振動(dòng)在一段時(shí)期內(nèi)逐漸增加或突然增大。第三，確定電機(jī)具體參數(shù)。包括：電機(jī)轉(zhuǎn)速；軸承類型；風(fēng)機(jī)或風(fēng)扇葉片數(shù)；聯(lián)軸器類型。第四，視覺觀察。包括：松動(dòng)，磨損或斷裂元件；轉(zhuǎn)子磨損或沉淀物堆積；用頻閃燈對(duì)轉(zhuǎn)子、皮帶、滑輪、聯(lián)軸器等進(jìn)行“慢動(dòng)作”研究。第五，得到有效的數(shù)據(jù)。包括：對(duì)每一個(gè)機(jī)器的軸承得到垂直、水平和軸向的頻譜圖。第六，解釋數(shù)據(jù)。包括：根據(jù)頻譜識(shí)別問題，大部分振動(dòng)問題產(chǎn)生于轉(zhuǎn)速有關(guān)的頻率；根據(jù)幅值識(shí)別問題，最高振動(dòng)幅值的部件通常是問題部件。第七，振動(dòng)是否有方向性。包括：有方向性的是非一致性振動(dòng)；無方向性是一致性振動(dòng)；不對(duì)中、偏心、松動(dòng)引起方向性振動(dòng)。第八，其他因素。包括：基礎(chǔ)原因；管道和其他相關(guān)設(shè)備。第九，額外分析技巧。包括：沖擊測(cè)試-識(shí)別共振；軸心軌跡；模態(tài)分析。

5 結(jié)語

對(duì)核電站用6.6 kV立式電機(jī)振動(dòng)因子進(jìn)行研究與分析，希望能為廣大同行在今后立式電機(jī)的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)上有所幫助。要不斷借鑒國(guó)內(nèi)外成熟設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合企業(yè)自身的生產(chǎn)制造特點(diǎn)，研制開發(fā)出更加適應(yīng)市場(chǎng)的立式三相異步電動(dòng)機(jī)，為電機(jī)企業(yè)、電機(jī)行業(yè)創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)效益。

[1] 張黎明，方明，崔本題.大型立式電機(jī)檢修與振動(dòng)[C]//全國(guó)火電100MW級(jí)機(jī)組技術(shù)協(xié)作會(huì)第五屆年會(huì)論文集.2006.

Study on vibration factor of 6.6 kV vertical motor for nuclear power plant

ZHANG Jiao

(Jiamusi Electric Co., Ltd., Jiamusi 154002, China)

This paper analyzes the causes of vibration problems of 6.6 kV motor in nuclear power plant from the aspects of design and structure, manufacturing, assembly, installation, commissioning and operation, so as to provide strong support for preventing the vibration problem of motor, accelerating the problem-solving process, and ensuring the safety of nuclear power equipment.

Nuclear power plant; 6.6 kV vertical motor; Vibration factor

2017-04-16

張蛟(1984-)，男，本科，中級(jí)工程師。

TM352

B

1674-8646(2017)14-0062-02