摘要：风机是依靠输入的机械能，提高气体压力并排送气体的机械，属于从动流体机械。风机承担了福清核电1-4号机组MX、NX、LX等厂房大部分的通风需求，由于通风系统的重要性，大部分通风系统风机的检修或者预防性维修会被运行部门记入I0（运行技术规范），这对检修工作的时间以及检修质量都带来了严峻的考验。由于福清核电为M310堆型，在紧凑布置的前提条件下，部分风机所处位置特殊，设备的检修工作变得尤为困难，所以风机在线动平衡便显得尤为重要。
关键词：预防性维修；在线动平衡；运行技术规范；M310堆型
Abstract：Fan is a kind of machine which depends on the input mechanical energy to increase the gas pressure and drain the reverse gas supply side by side, which belongs to the follower fluid machinery. The fan bears most of the ventilation requirements of MX,NX,LX and other factories of Fuqing Nuclear Power Unit 1 / 4. Because of the particularity and importance of the ventilation system, the overhaul or preventive maintenance of most ventilation system fans will be recorded in the second group of I0 (operation technical specification) by the operating department, which brings a more severe test to the time and quality of the maintenance work. Because Fuqing nuclear power is M310 stack type, under the premise of compact arrangement, some fans are in a special position and the repairman of the equipment is located. It becomes particularly difficult to do, so the on-line balance of the fan is particularly important.
Keywords: preventive maintenance; on-line dynamic balance; operation technical specification; M310
1.前言
福清核电1-4号机组离心式皮带风机数量为236（未包括0号机组），每一台风机的预防性维修为三个，分别为定期加脂、年度检查和润滑以及全面解体检查。由于全面解体检查需对叶轮进行动平衡试验，在以往的检修工作中由于部分风机所属位置特殊无法将叶轮从厂房内运出，其他风机由于叶轮质量大等原因造成了大量人力物力的投入。维修部门也无法对现场的风机设备进行状况的良好监测,在日常巡检过程中加入在线动平衡可以预测该风机运行状态，亦可以减少设备突发缺陷的可能性，减少机组出现非预期I0指标增加情况。
2.风机总体情况
目前福清核电3/4号机组离心式风机数量为118台，均匀分布在NX、RX、LX、MX、KX厂房内。具体信息如下表①。
表①
.png)
上述风机承载着各个厂房的通风功能，需要满足通风空气质量要求，保证空气质量如为空气温度、湿度、清洁度以及噪声的要求，由于核电的特殊性，部分通风系统需要考虑按照辐射防护分区，限制房间中的气溶胶放射性水平，控制空气从潜在低污染区流向潜在高污染区然后向室外排放，保持厂房内的压力略低于大气压，以减少电厂在各种运行工况下由厂房泄漏的放射性气溶胶。其中涉及辐射控制区或安全相关系统配备相关碘吸附器来保证人员安全以及排放气体质量。
3.预防性维修情况
目前厂内风机预防性维修项目为风机定期加脂、年度检查与润滑以及全面解体检查三项。故3/4号机组风机每年的预防性维修项目数量达到了312项之多，加上日常巡检排查出的OM项工作，基本全年每天都会有关于风机相关预防性维修工作的触发。风机全面解体检查需将风机叶轮拆卸送至机械加工厂房进行风机叶轮动平衡试验，此过程占据大部分检修时间，况且通风系统大部分涉及机组I0，工期紧张，运输叶轮工作耗费大量人力物力及时间，因此在线动平衡工作就显得尤为重要。
4.厂内通风系统I0情况
目前厂内出现故障会触发I0的通风系统有DVC、DVD、DVE、DVF、DVG、DVH、DVI、DVK、DVL、DVN、DVS、DVW、DWS、EVC、EVR、ETY、TEG系统，其中会有可能出现第一组I0的系统有DVH、DVK、DVN、DVW 、DWS、 EVC、EVR、ETY。从此可以看出，每当执行相关系统风机预防性维修时，大多数维修项目会占机组I0的指标，尤其是在执行风机全面解体检查时需要将风机叶轮部件运至机加工厂房进行转子动平衡试验，由于工期时间长，故长时间的占据了机组的I0指标，致使机组停留在一个无法冗余其他I0工作的状态，故节省I0工作工期便显得尤为重要，其中在线动平衡则是一个很好的解决办法。
5.转子不平衡
5.1.不平衡的原因
所谓不平衡既为转子旋转产生的离心力引起的振动或运动作用于轴承时，该转子所处的状态。转子不平衡是转动设备常见的振动故障，不平衡按照发生过程可以分为初始不平衡、渐发性不平衡以及突发性不平衡
5.1.1.设计转子中的不平衡
在转子涉及以及制造过程中，质量控制或转子设计过程中出现偏差，造成重量和旋转中心结构上不对称，出现偏离现象。
5.1.2. 成品转子在安装过程中出现的偏差
在制造转子的过程中可能出现材料的不均匀情况，造成风机转子局部有气泡等制造缺陷，从而造成转子质量不对称，或者在制造过程中出现加工误差例如切削以及打磨出现的误差亦可出现不对称情况。在转子安装阶段出现偏心安装或者安装的螺栓长短不一致等原因都可能对风机后续正常投入运行造成转子不平衡的影响。
5.1.3.运行过程中造成不平衡
风机转子在日常长期运行中，在不同的工况下尤其是在较为恶劣的工作环境下，转子及其附属零件会出现不同程度的变形，结垢等情况，其实转子不平衡的根本原因是转子的重心线在运行过程中慢慢偏离轴线，既转子的分布质量沿轴线不均匀，转子的质量中心与其几何中心不重合，始终存在一个偏心距，转子转动时这段偏心距会产生离心力。转子在旋转过程中每转一周，偏心距的方向随着变化一次，离心力的方向也循环变化一次，转子在这种交变循环离心力的作用下变产生了非预期的初期振动，振动的大小与其转速有关。由于不平衡振动是由离心惯性力所引起的横向振动，因此径向振动更大。不平衡振动的振幅值大小与转速的变化关系密切，当转速低于临界转速时振幅随着转速的增加明显上升，当转速接近或者达到临界转速时，便会产生共振，振幅迅速达到最大值，当转速超过临界转速后，振幅岁转速的增加减小并逐渐稳定。
5.2.不平衡的类型
5.2.1静不平衡
转子静不平衡指转子中央平面内存在不平衡质量，使轴的质量中心线与旋转中心线偏离，但是两线平行。不平衡所产生的离心力作用于两端支撑上是相等的，同方向的见图1
.png)
图1
5.2.2 偶不平衡
转子两端平面存在质量相等、相位相差180度的不平衡质量，使轴的质量中心线与旋转中心线相交于中心处，见图2
.png)
图2
5.2.3 动不平衡
静不平衡和力矩不平衡的随机组合，轴的质量中心线与旋转中心线不平行也不相交。在正常工况下，转子的不平衡量是沿着旋转轴无数分布的。表现特征为大小不同无特定方向角度，这种动不平衡的情况只有在实际转动的情况下才会出现，需要通过去除转子特定位置材料或者在特定位置增加配重来完成转子的校正平衡，见图3。
5.2.不平衡的危害
转子不平衡其主要表现为振动值随运行时间逐渐增大，突发型不平衡是由于转子上零部件脱落或叶轮流道有异物附着、卡塞造成，离心惯性力通过轴承作用到机械设备或者基础上，最终出现振动，产生了噪音，缩短了机械寿命加速轴承磨损，严重时会产生破坏性的事故。转动机械设备中的振动情况有50%左右是由于不平衡力引起。
.png)
图3
6.离线动平衡与在线动平衡的差异
使用离线动平衡机的优势在于精度高、操作简单，但是安装误差和轴系其他不平衡量没有考虑在内，只是对某个转子进行了动平衡试验。拆卸转子以及运输转子过程中耗费了大量的人力物力，对于核电厂而言，涉及到I0的通风系统检修工期是至关重要的，尽量的短来为机组其他系统提供I0指标，所以在线动平衡的方法是核电厂所迫切需要的。现场在线动平衡技术是在转动机械与其工作状态相同或者接近的转速、工况条件、负载条件、和基础条件情况下对期进行平衡和测量振动的一种方法。且在风机中的应用比离线动平衡校验和静平衡的效果好，工作量非常小，且在风机正常工作时亦可以起到一定检测作用。所以在线动平衡是核电厂风机检修所需要的检修手段。
.png)
7.在线动平衡简介
在线动平衡机是可以在现场实际工作的设备上进行参数的测量仪器，原理与平衡机相同，在线动平衡机配有两个振动传感器、一个转速传感器，来测量设备的振动参数，得到振动大小和方向以及加试配重后的振动大小和方向等参数，进行矢量减法得到影响系数，根据试验配重的质量和方向以及系数得到最终配重的质量与方向。在线动平衡仪携带方便甚至可以加入到设备日常巡检过程中来对转动设备达到更全方面的监控。
进行转子的双面动平衡时，需要两个加试配重的平面以及两个测试点，与单面动平衡不同，在一个面上加试配重时，需要对两个测点的振动通同时测量，将交叉效应考虑进去，所以，双面动平衡会出现四个影响系数。
具体测量方法为1.测试两个点位的初始振动值2.在第一个面加试验配重，测量两个点的振动3.在第二个面加试验配重，测量两个点的振动计算影响系数，计算出配重的最终数值。
结论
在线动平衡携带方便、操作简单、工作量小、可以更好的缩小预防性维修的维修成本，在设备不进行拆卸的情况下在实际工况下进行动平衡试验，能体现出相应设备最直观的工作状态，是核电厂风机检修及转动机械检修维护人员所需要的有力工具。
在福清核电工作现场，目前还没有此类设备，导致相应维修工作需要拆卸叶轮并运送至机械加工厂房进行试验，有些风机设备叶轮的运出成本非常高，例如DVC、DVL等系统相关风机，需要拆卸大面积管道阀门或者通过砸墙的方式才能将叶轮运出。如果是关键敏感设备需要停机处理进行动平衡试验，部件的拆卸、运输、返修等工序检修周期很长，造成的经济损失将更多，所以在线动平衡在时间上具有非常大的优势。
参考文件
[1]《福建福清核电厂3,4号机组风机安装、运行、维护手册》
[2]《GBT 6444 -2008 机械振动 平衡词汇》
[3]易良矩《简易振动诊断现场实用技术》
[4]王朝晖《泵与风机》
论文作者:贺晨阳,张俊
论文发表刊物:《电力设备》2019年第22期
论文发表时间:2020/4/13
标签：转子论文; 风机论文; 动平衡论文; 不平衡论文; 在线论文; 叶轮论文; 福清论文; 《电力设备》2019年第22期论文;