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摘要：某核电厂离心风机自使用以来频繁出现振动超过报警值问题，维修后往往运行不到4个月便再次出现相同故障。结合频谱信息分析、框架支撑结构分析和现场处理情况，确定故障的根本原因为基础刚度不足，并实施了改造风机底座来增加支撑刚度的处理方法。监测数据显示，改造完成后设备运行平稳，未再出现振动故障。研究结果可为类似机械故障的处理提供参考。
关键词：离心风机;振动;故障处理;频谱
引言
核电厂风机主要以皮带传动离心风机居多，它为各厂房、各不同工作区域的通风、空调系统提供空气输送动力。主要结构如图1所示，电机和风机通过皮带进行联接，叶轮悬臂安装或者放置在两个轴承之间，在整个底座基础和地面之间通过弹性减震垫相连。
振动故障广泛存在于现场框架弹性基础通风机上。通常经过一段时间的运行，容易出现对中不良、皮带张紧力不足、轴承故障、基础变形等问题，针对振动故障原因和处理方法的研究具有重要的实际意义。
1 工程背景
DVN系统8号风机为某核电厂核辅助厂房通风系统碘回路排风机，为核辅助厂房相关房间排风，以保证房间负压及换气率满足要求。该风机为浙江上虞风机有限公司生产，型号QF-C5-C7，配套电机为南阳防爆电机厂YHD280M-4/90KW型核电站用三相异步电动机。
自风机移交电厂后多次出现振动超过报警值问题（1年半时间内高达13次），每次隔离检修均会造成系统碘回路部分不可用，且在完成处理后均会在4个月内再次出现相同故障，造成设备反复隔离，在增加大量运行维护成本的同时，严重影响机组安全稳定运行。
统计DVN系统8号风机历次振动超标的数据如表1所示，振动过高主要出现在电机的垂直方向上，在频谱上主要为电机的工频。
2故障原因分析
2.1 分析过程
（1）频谱分析
通过表1可以看出，此类振动故障表现为电机的垂直向振动过高。图2为振动过高时电机驱动端垂直向频谱图。由图2可以看出，电机的工频分量（24.8Hz）较高且为主要分量，其余分量均较小。工频振动通常代表多种故障类型，如基础不平、机械松动、不平衡、不对中等多种故障[1]，需要通过现场的处理情况来逐步验证。
（2）框架支撑结构分析
该风机的减震垫分布如图3所示，整体框架坐落在6个弹性减震垫上，风机重量为2058kg，电机重量为610kg，风机和电机重量较重，在风机和电机正下方未设置减震垫。若减震垫存在老化或移位等情况，在垂直方向上的振动最先体现出来。
（3）现场检修情况
通过对频谱和框架支撑结果的分析确定故障的可能原因后，分别对各种原因的可能性进行逐一确认或排除。首先，在设备振动出现超标后利用检修手段调整皮带和基础，电机振动恢复平稳，说明电机本身的平衡状态是良好的，排除了不平衡对振动的影响;若由于皮带运转或电机移位导致不对中情况，皮带对两端轴承的影响是一致的，在频谱上能够有明显的皮带频率等出现，且在风机端也会有相应的频率出现，这也排除了不对中的影响。
表2为基础调整前后振动对比表，图4为检修后电机垂直向频谱图。通过表2可以看出，基础调整前后的振动状态是大不一样的，且通过图4的频谱可以看出，通过基础的调整（改变了基础的载荷分配），电机工频分量的振动有了明显幅度的降低。
通过多次检修可以看出：在电机检修后，振动通常还是较大（接近报警值7.1mm/s），在电机基础下方增加垫铁调整后，振动值明显降低，这说明整体框架存在一个载荷分配不均的状态，需要经过重新分配（部分结构位置补强）后才能处于一个良好状态，但是经过设备的启停等瞬态冲击后，由于基础刚度不足的问题，载荷分配产生了变化，振动易反复变化，从而使振动超标。
同时，由振动力学公式A=F/K（其中A为振幅，F为激振力，K为系统动刚度）可知：在不平衡力一定的情况下（机组运行状态不变），提高系统刚度（加强台板刚度），能够有效的降低振动幅值，说明刚度的加强对于改善振动是有好处的 [2] 。
2.2分析结果
通过以上分析可以得出，导致该类型风机振动频繁超标的原因为基础框架刚度不足，经历启停机瞬态冲击后，在一段时间的运转情况下风机基础载荷分配不均，引起基础支撑状态的变化和不稳定，进而导致振动频繁超标。因此，加强基础刚度可以减小设备的振动，并能够更有效的解决设备振动频繁超标的问题。
3 处理方法及实施效果
通过上述故障原因分析，电厂联合厂家对风机底座改造方案进行研究，最终确定改造方案如下：
（1）在底座的底面增加一块10毫米厚的钢板;
（2）在底座的上面槽钢连接处，增加12块10毫米厚的三角钢板焊接;
（3）在槽钢底座的两侧布置16块补强筋板。
图5-1、5-2为改造前后底座简图，图6-1、6-2为改造前后成品图。改造后的底座于2016年9月顺利更换于现场。
改造前后风机振动数据如表3所示，振动变化趋势如图7所示。由表3和图7可以看出，改造完成后，振动幅度有明显降低，经过长期的监测（至今已监测30个月），振动情况平稳，未再次出现振动超标问题，说明振动故障原因分析准确，处理方案有效。
4 總结
通过对某核电厂核辅助系统离心风机历次的振动情况进行分析，最终确认基础刚度不足为引起振动频繁超标的根本原因，并采用改造风机底座、加强基础刚度的方法对该故障进行了处理。监测数据显示，改造完成后设备运行平稳，未再出现振动故障，该处理方法取得了较好的效果。
参考文献：
[1]黄文虎，夏松波，刘瑞岩等.设备故障诊断原理、技术及应用[M].北京：中国科学技术出版社.
[2]付江永.2019.核电厂风机机组振动波动问题的分析及治理[J].设备管理与维修，441（2）：152-154.
关键词：离心风机;振动;故障处理;频谱
引言
核电厂风机主要以皮带传动离心风机居多，它为各厂房、各不同工作区域的通风、空调系统提供空气输送动力。主要结构如图1所示，电机和风机通过皮带进行联接，叶轮悬臂安装或者放置在两个轴承之间，在整个底座基础和地面之间通过弹性减震垫相连。
振动故障广泛存在于现场框架弹性基础通风机上。通常经过一段时间的运行，容易出现对中不良、皮带张紧力不足、轴承故障、基础变形等问题，针对振动故障原因和处理方法的研究具有重要的实际意义。
1 工程背景
DVN系统8号风机为某核电厂核辅助厂房通风系统碘回路排风机，为核辅助厂房相关房间排风，以保证房间负压及换气率满足要求。该风机为浙江上虞风机有限公司生产，型号QF-C5-C7，配套电机为南阳防爆电机厂YHD280M-4/90KW型核电站用三相异步电动机。
自风机移交电厂后多次出现振动超过报警值问题（1年半时间内高达13次），每次隔离检修均会造成系统碘回路部分不可用，且在完成处理后均会在4个月内再次出现相同故障，造成设备反复隔离，在增加大量运行维护成本的同时，严重影响机组安全稳定运行。
统计DVN系统8号风机历次振动超标的数据如表1所示，振动过高主要出现在电机的垂直方向上，在频谱上主要为电机的工频。
2故障原因分析
2.1 分析过程
（1）频谱分析
通过表1可以看出，此类振动故障表现为电机的垂直向振动过高。图2为振动过高时电机驱动端垂直向频谱图。由图2可以看出，电机的工频分量（24.8Hz）较高且为主要分量，其余分量均较小。工频振动通常代表多种故障类型，如基础不平、机械松动、不平衡、不对中等多种故障[1]，需要通过现场的处理情况来逐步验证。
（2）框架支撑结构分析
该风机的减震垫分布如图3所示，整体框架坐落在6个弹性减震垫上，风机重量为2058kg，电机重量为610kg，风机和电机重量较重，在风机和电机正下方未设置减震垫。若减震垫存在老化或移位等情况，在垂直方向上的振动最先体现出来。
（3）现场检修情况
通过对频谱和框架支撑结果的分析确定故障的可能原因后，分别对各种原因的可能性进行逐一确认或排除。首先，在设备振动出现超标后利用检修手段调整皮带和基础，电机振动恢复平稳，说明电机本身的平衡状态是良好的，排除了不平衡对振动的影响;若由于皮带运转或电机移位导致不对中情况，皮带对两端轴承的影响是一致的，在频谱上能够有明显的皮带频率等出现，且在风机端也会有相应的频率出现，这也排除了不对中的影响。
表2为基础调整前后振动对比表，图4为检修后电机垂直向频谱图。通过表2可以看出，基础调整前后的振动状态是大不一样的，且通过图4的频谱可以看出，通过基础的调整（改变了基础的载荷分配），电机工频分量的振动有了明显幅度的降低。
通过多次检修可以看出：在电机检修后，振动通常还是较大（接近报警值7.1mm/s），在电机基础下方增加垫铁调整后，振动值明显降低，这说明整体框架存在一个载荷分配不均的状态，需要经过重新分配（部分结构位置补强）后才能处于一个良好状态，但是经过设备的启停等瞬态冲击后，由于基础刚度不足的问题，载荷分配产生了变化，振动易反复变化，从而使振动超标。
同时，由振动力学公式A=F/K（其中A为振幅，F为激振力，K为系统动刚度）可知：在不平衡力一定的情况下（机组运行状态不变），提高系统刚度（加强台板刚度），能够有效的降低振动幅值，说明刚度的加强对于改善振动是有好处的 [2] 。
2.2分析结果
通过以上分析可以得出，导致该类型风机振动频繁超标的原因为基础框架刚度不足，经历启停机瞬态冲击后，在一段时间的运转情况下风机基础载荷分配不均，引起基础支撑状态的变化和不稳定，进而导致振动频繁超标。因此，加强基础刚度可以减小设备的振动，并能够更有效的解决设备振动频繁超标的问题。
3 处理方法及实施效果
通过上述故障原因分析，电厂联合厂家对风机底座改造方案进行研究，最终确定改造方案如下：
（1）在底座的底面增加一块10毫米厚的钢板;
（2）在底座的上面槽钢连接处，增加12块10毫米厚的三角钢板焊接;
（3）在槽钢底座的两侧布置16块补强筋板。
图5-1、5-2为改造前后底座简图，图6-1、6-2为改造前后成品图。改造后的底座于2016年9月顺利更换于现场。
改造前后风机振动数据如表3所示，振动变化趋势如图7所示。由表3和图7可以看出，改造完成后，振动幅度有明显降低，经过长期的监测（至今已监测30个月），振动情况平稳，未再次出现振动超标问题，说明振动故障原因分析准确，处理方案有效。
4 總结
通过对某核电厂核辅助系统离心风机历次的振动情况进行分析，最终确认基础刚度不足为引起振动频繁超标的根本原因，并采用改造风机底座、加强基础刚度的方法对该故障进行了处理。监测数据显示，改造完成后设备运行平稳，未再出现振动故障，该处理方法取得了较好的效果。
参考文献：
[1]黄文虎，夏松波，刘瑞岩等.设备故障诊断原理、技术及应用[M].北京：中国科学技术出版社.
[2]付江永.2019.核电厂风机机组振动波动问题的分析及治理[J].设备管理与维修，441（2）：152-154.