轴流风机振动超标问题的分析与处理

吕从鹏，王 瑜，王绩德

（中国中原对外工程有限公司，北京 100044）

1 情况介绍

1.1 设备情况

安全壳连续通风系统在核电站正常运行或热停堆期间维持反应堆厂房内的温度，使设备正常运行，便于人员进入，该系统是一个封闭式空气循环系统。而风机是该通风系统的最核心设备，其运行的可靠性直接决定了系统的可用性。安全壳连续通风系统共配置了3 台轴流风机，2 用1 备。该风机主要由叶轮、电机、内筒组件、外筒组件、风机底座组成，叶轮通过键与电机轴直接连接，并设置了减振器吸收振动能量，风机的结构和基本参数见图1、表1。

表1 风机的基本参数

图1 风机结构

1.2 问题描述

在系统运行了1 个月后，其中的3 号风机出现了振动超标的问题，查看振动趋势，发现该风机的轴伸端振动在超标前的6 d 内缓慢地从3.8 mm/s 增长到超过5.5 mm/s（远传数据，只测量垂直方向），停机前振动达到5.9 mm/s。且非轴伸端也存在振动缓慢增长的情况，达到4.3 mm/s 左右。首先对比了电网频率波动趋势与风机振动趋势的关系，发现两者并没有直接的关系。为了进一步验证主控的数据是否真实，利用手持式测振仪就地测量风机轴伸端和非轴伸端的振动，发现就地数据与远传数据基本一致，排除了测振探头故障或松动的可能性。然后检查了风机前过滤器的堵塞情况，发现过滤器表面污染较轻，排除进风量不足造成风机振动超标的可能。再对叶轮进行检查，发现叶片表面油漆存在大量剥落情况，且表面积灰严重，怀疑不平衡质量增加，超过许用标准，为此清理叶片表面积灰，并对油漆剥落的地方进行补漆，重新启机进行验证，风机的轴伸端振动依然超过许用标准。

为了找到风机振动超标的根本原因，利用振动频谱测量仪对风机进行振动频谱测量（风机运行实际转速为1494 r/min，基频为24.90 Hz），利用频 谱分析法进行分析[1-2]，发现电机的轴伸端振动主频是49.75 Hz（2 倍频），振动达到6.76 mm/s，其次是基频振动，其他频率下振动强度很小（图2）。

图2 风机振动频谱

2 问题分析和处理

2.1 振动分析

考虑到转子的不平衡主要和基频有关，所以判断风机振动的根本原因不是叶轮不平衡的问题。

对于主频是2 倍频的振动，通常认为是由于联轴器不对中[3]或转子机械电气不圆度超差[4]造成的，但是对于该轴流风机，其叶轮通过键与电机轴连接，不存在联轴器连接问题。测量风机轴伸端3个方向的振动，发现垂直方向为5.9 mm/s，水平方向为3.8 mm/s，轴向为6.9 mm/s，而轴向振动大通常是风机自身故障造成的，所以怀疑是风机轴系存在问题，主要排查2 个方面：①叶轮和电机轴未形成可靠有效的连接；②轴承未可靠固定或存在故障。

为此，先检查叶轮和轴的连接固定螺栓，锁紧垫片未变形，螺栓没有松动，叶轮和电机轴形成了可靠连接，排除第一种可能性。然后拆解检查电机轴承，发现轴伸端轴承润滑脂已发黑、非轴伸端轴颈和轴承内圈存在烧蚀问题（图3、图4）。测量电机轴的轴径，发现与轴承装配位置的轴伸端轴径为Φ89.85 mm（技术要求为），轴径比轴承内径偏小0.153～0.168 mm；非轴伸端轴径为Φ69.97 mm（技术要求为），轴径偏小0.032～0.045 mm，两端的轴承与轴都无法形成过盈配合，轴承内环晃动或滑动，造成轴承损坏，风机振动超标。

图3 轴伸端轴承润滑脂发黑

图4 非轴伸端轴承内环烧蚀

对于电机转子轴径偏小的问题，根本原因是制造厂加工精度超差。无论是电机还是风机，在厂内的运行时间都不足以将问题暴露出来，现场安装完成后也是运行了1 个月后轴承磨损严重时才出现振动超标的问题。

2.2 问题处理

针对电机转子轴径偏小的问题，考虑到核电站临界时间紧急，采取两步走的方案：①更换轴承，并采取临时措施固定轴承；②更换新的合格电机转子。对于第一步方案，考虑到非轴伸端的轴承内环与轴颈间隙较小，采取在轴颈表面均匀冲眼的方式将轴承固定于轴颈上；而对于轴伸端，轴颈与轴承内环的单边间隙达到0.075 mm，采取在轴承和轴颈之间加垫厚度为0.05 mm 不锈钢皮的方式，减轻轴承在轴上的晃动。第一步方案为应急方案，先保证风机紧急可用。回装完成后启机进行验证，轴伸端垂直振动降至4.0 mm/s，轴向振动降低至4.7 mm/s。但由于轴伸端轴与轴承依然未形成有效的过盈配合，2 倍频的振动依然较高（图5），进一步判断轴承未固定于轴上是振动的根本原因。

图5 更换轴承后振动频谱

1 个月后，新的合格电机转子到达现场并更换，风机轴伸端的振动在4.8 mm/s 左右，新转子和轴承经过12 h 运行的磨合后，振动缓慢降低至2.1 mm/s左右，并持续运行48 h，振动保持稳定（图6）。测量风机非轴伸端的振动频谱，发现2 倍频的振动几乎消失，问题得以解决，进一步说明轴承在轴颈上的打滑晃动是风机2 倍频振动的根本原因。

图6 更换转子后振动频谱

3 结论

针对某核电轴流风机振动超标问题的分析和处理，得出以下结论：频谱分析发现风机轴伸端振动的主频率是2 倍频，而引起2 倍频振动的根本原因是电机轴颈加工尺寸超差，造成轴颈和轴承之间存在间隙，无法形成有效的过盈配合，轴承在电机轴上打滑晃动，运行一段时间后，轴承磨损，振动超标。采取两步走的处理方案，第一步更换电机轴伸端和非轴伸端的轴承，并采取临时固定措施，风机轴伸端振动降至4.0 mm/s，保证风机能够应急可用；第二步更换新的合格电机转子，2 倍频的振动几乎消失，轴伸端振动降低至2.1 mm/s，远小于5.5 mm/s 的许用标准，风机振动超标问题得以解决。