核电厂风机振动故障诊断与处理

王启峰

（中核核电运行管理有限公司，浙江嘉兴 314300）

0 引言

通风系统是核电站纵深防御措施之一，对核电厂正常运行和环境保护具有重要作用。其主要功能有：为厂房内的环境条件提供保障，确保人员进出以及设备的正常运行；在正常运行以及事故运行的情况下，对污染空气的释放进行控制以及限制。为了能够实现这两项功能，就要保证通风系统的运行可靠性。作为通风系统主设备，风机的可靠性将直接影响通风系统的稳定运行。

秦山第二核电厂1#，2#机组分别于2002年和2004年投运，通风系统数十台风机出现振动超标问题，严重影响通风系统的稳定运行。由于核电厂多数通风系统有运行技术规格书限制，风机停机检修将对核电机组运行产生较大影响。同时，检修时间窗口短、工期控制严格，也增加了检修人员的作业劳动强度。对风机振动原因和处理过程进行分析和思考，解决风机振动故障，为类似问题的处理提供重要借鉴。

1 风机振动评价标准

风机作为一种量大、面广的通用机械设备，其有着广泛的使用范围。振动故障作为风机故障中常见的一类故障，其对于生产、运行以及环境都会产生较大影响。虽然如今风机设计和制造技术都有了较大进步，但是工业发展也对风机的性能有了较高的要求，风机振动故障也变得越来越复杂。

中核核电运行管理有限公司的风机振动测点主要布置在风机轴承座，测量振动执行的标准为《JB/T 8689—1998通风机振动检测及其限值》。根据标准，按振动速度度量，要求风机振动的刚性支承 VRMS≤4.6 mm/s，挠性支承 VRMS≤7.1 mm/s。

通常情况下，低频（f≤5 Hz）时的振动强度由位移值度量，中频（5 Hz＜f＜2000 Hz）时的振动强度由速度值度量，高频（f≥2000 Hz）时的振动强度由加速度值度量。中核核电运行管理有限公司的风机多数振动频率为中频，因此，振动测量均以振动速度值来度量。而部分安装在风机小室内的风机，由于风机运行时风室负压高，测量人员无法进入，所以在室外加装了1套MV型风机在线监测系统，对风机、驱动电机的轴承温度和振动进行实时监测。

2 风机振动原因分析

影响风机振动的因素很多，如设计制造上的缺陷、安装技术水平、系统参数变化等，都会引起风机振动故障。一般来说，风机振动的原因可以分为机械方面和工作介质2大类。

2.1 机械方面

（1）转子不平衡导致的振动：①在进行制造的过程之中出现误差，或者是在进行安装的过程之中出现不均匀，导致质量不平衡；②转子弯曲变形，或者是有部件出现了松动，或者是转子部件上出现了不均匀磨损等情况。

（2）系统安装误差引起的振动：①安装时驱动电机和风机的连接不对中；②皮带张力过紧或皮带抖动过大；③节流器与机壳间隙不均匀；④地脚螺栓松动或设备安装基础不平；⑤系统管道变形。

（3）动、静部件间的相碰或摩擦引起的振动：①由于安装不良造成运行过程中转子的变形或转动件与静止件发生摩擦；②润滑油脂不足或变质产生的动、静干摩擦。

（4）轴承间隙或轴向不当引起的风机振动：①轴承与轴不同心及轴水平度偏差较大；②轴承游隙超标。

（5）轴系中其他设备故障引起的振动。

（6）风机机壳刚性和强度不足引起的振动。

（7）共振引起的风机振动。

2.2 工作介质

（1）气流激振力导致振动、进入风机中的气流压力、流量的变化导致风机工作状态出现改变。

（2）气流对叶片带来的冲击以及腐蚀导致的振动：①气流之中的粉尘浓度不均匀会让转子的受力不稳定；②气流对叶片带来的腐蚀也会是的转子不平衡。

3 风机振动故障诊断方法

一种良好的分析方法对解决实际工程问题有事半功倍的效果。风机振动故障诊断方法和种类较多，实用性较强的方法有2种：一是风机振动故障机理分析方法；二是振动信号分析方法中的频谱分析法。

3.1 风机振动故障机理分析方法

研究故障机理最常用的方法有鱼刺图分析法、因果分析法、逻辑流程图分析法。

3.1.1 鱼刺图分析法

因其形状像鱼骨或鱼刺，故称为鱼刺图分析法。例如，如果更换电机之后，风机振动特征却没有得到改善或者是出现明显变化，那么和电机相关的因素就可以排除；在通过现场观察之后，发现管道的状态仍然良好，在风机运行的过程之中没有出现管道剧烈颤动的情况，那么管道的因素也可以不作为重点考虑。这样就可以将重点因素集中到风机本身以及基础2个方面。使用鱼刺图分析法时，首先就需要对主次原因进行明确，然后将其依次下到鱼刺图之上，接着通过分析和检测来确认主要原因。

3.1.2 因果分析法

因果分析法类似鱼刺图分析法，该分析方法由果循因，因果关系明确对应。分析时由大类到小类，由粗浅到深入，逐步寻找故障产生的末端因素，然后在末端因素中通过排除法确定最终因素。故障产生的原因按纵向顺序确定原因，每个原因再按横向查找，末端因素就简单明了。

因果分析法适合质量管理（QC）小组成员采用“头脑风暴”法查找原因。分析人员理论和实践知识越丰富，分析得出的末端因素就越全面。

3.1.3 逻辑流程图分析法

逻辑流程图分析法是对事物的各种已知条件进行利用，从事物之间所存在的内在相互关系出发，通过流程图的方法，利用逻辑分析以及推理，对未知事物的结果进行推理判断。逻辑流程图分析法是一种常用的故障诊断分析方法，特别在汽车行业故障诊断中使用十分广泛。该方法要求分析人员现场经验丰富，逻辑思维严密，论证手段可靠性高。

3.2 振动信号频谱分析法

信号的分析有时域分析、幅值分析、频谱分析。信号的频谱X(f)代表了信号在不同频率分量处信号成分的大小，能够提供比时域信号波形更直观、更丰富的信息。频谱分析就是采用傅立叶变换将时域信号 X（t）变换为频域信号 X（f），见式（1）。

式中f——频率，Hz

t——时间，s

j——虚数

4 风机振动故障案例分析

2DVK004ZV是2#机组燃料厂房通风系统B列排风机。2017年6月26日，在进行定期振动测量时，发现其电机输出端垂直方向（2 V点）振动值较大且超过了标准限值（7.1 mm/s）。28日和29日分别对该设备进行测量，振动值还有少量上升。

4.1 现场检查

经过现场仔细检查，结果如下：①皮带摆动比较大；②用听针听音，风机和电机轴承运转声音正常，风机壳体存在规律性、低频的异常声音；③通风系统风压无波动状况；④用振动测量仪器测量底座，发现电机输出端下方的底座（工字钢）振动值约14.5 mm/s，而底座其他各点振动值均在（4～8）mm/s；⑤橡胶减震垫存在老化现象。

4.2 振动分析与处理

该风机转速为1570 r/min，主频26.25 Hz，是风机的转频（1X）。振动主要是由风机的一倍转速频率（26.25 Hz）。根据特征频谱图，初步诊断可能原因为：①转子不平衡；②基础松动；③皮带磨损、松动所产生影响没有在2 V频谱图上清楚显示，无法判断，但不排除该原因。

查阅该风机历史检修记录。该风机2006年12月曾经进行预防性解体检修，包括对叶轮进行动平衡校验、更换风机轴承、更换风机皮带等。因此，排除转子动平衡差的原因。

拟定的检修方案：①更换基座橡胶减震器，重新调整基座水平，要求水平度≤0.1/1000；②更换风机皮带并对中，对中度要求≤1/1000；③调整皮带张力到要求范围（60～90）N。

检修完成后，重新启动风机，进行品质再鉴定试验，结果合格。

5 结束语

风机振动故障模式会因设备结构、安装方式、运行工况不同而各异。现场诊断和治理要从多方面入手，采用科学的分析手段，注重故障细节表征。风机振动机理分析法和频谱分析法对风机振动故障分析是行之有效的方法，在实际问题中合理运用一种或多种结合运用将起到事半功倍的效果。实践证明，综合运用上述方法对风机振动的大力整治，使风机振动故障率大大降低，有力地保证了通风系统的高效稳定运行。

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