核电厂立式泵电机故障诊断
某核电厂厂用水泵立式电机，上部轴承两径向方向振动差别大，且电机启动后振动缓慢上升，方向振动频谱均以1倍频率为主，并且所占比例达到了95%以上。根据日常运行情况分析，该电机无历史故障，轴承声音圆润，频率分布较清晰，因此判断属于普通类型的强迫振动。
系统固有频率方程式为wn＝√k/m。其中k为系统静刚度，m为转子质量。转子动力学理论应用基础表明，激振频率低于系统固定频率状态下，机械滞后角小于90°；激振频率等于系统固定频率时，机械滞后角就等于90°；在激振频率超出系统固定频率的情况下，机械滞后角就会超出90°，同时控制在180°以下。通常情况下，当激振力频率与系统固定频率相差不大时，那么振动的幅度就会明显提升，这也就是共振现象。然而电机在启动时的不同阶段临时转速前后的机械滞后角中并不适用，由此可以判定，立式电机组的振动幅度，主要受到系统自振频率因素的影响较大。
2、径向两边振动差异问题产生的原因
现场发现泵组电机支架东西方向设置了检修窗口，泵组南北方向设置了泵出水管道，这一设置使东西方向的系统刚度降低，反之，南北方向刚度提升。因为泵组在布置方面存在差异，导致两边系统刚度明显不同。在激振力度相同的情况下，因刚度差异的影响，也会导致振动产生相应差异。
为了对两个方向振动差异出现的原因进行判定，采用振动分析仪表，对电机上部轴承位置不同方向进行频率测定。对测点位置进行选择，保证能准确捕捉到频率，泵组结构如下图所示。测试的结果为上部轴承东西方向振动固定频率15Hz，南北方向的振动固定频率为13Hz。
图1 泵组结构与振动测点示意图
根据共振避开率10%的原则，电机的转动频率为16.5Hz，因此，支撑固定频率应该处于14.85至18.15这一范围之外。很明显，电机上部轴承东西方向固有频率无法避开共振，所以，东西方向结构共振是导致振动差异的直接原因。
3、振动变化的原因
3.1 刚性变化
如果是在不平衡量大小与位置控制不变的基础上，在不受结构共振的影响时，当刚度下降的情况下，幅度会因此不断上升。同时，当刚度不断降低之后，机械滞后角度也会变大。
在机械滞后角度扩大的基础上，相位也会因此增加。结合下表1中的相关内容可以了解到，振动幅度与相位之间呈现正比例关系。但是，因为电机东西方向存在结构共振这一故障问题，如果是在系统固定频率降低的基础上，这时东西方向振动就需要处于共振区间范围之外，所以，振动以及相位的变化，并不是受刚度降低影响。
3.2 不平衡激振变化
结合表1以及表2中的相关内容进行分析，随着电机运行时间的不断延长，其振动相位以及幅度也会因此发生相应的变化。首先，激振力的提升，会造成振幅也在原来的基础上提升，在机械滞后角度稳定的情况下，导致相位发生变化的主要原因为不平衡量角度变化。现场对该泵组结构状况进行全面检查，最后发现泵组的电机冷却风道，分别安装在了电机东西两边，而南北两个方面没有安装风道设备，因为在电机转子冷却方面不能满足一定的均衡性，从而造成电机转子出现热弯曲现象。
表1 带载运行时上部轴承振动位移值与相位角
表2 单转运行时电机上部轴承振动位移与相位角
振动处理
当对系统固定频率进行改变时，可以改变系统刚度，或者是改变参振质量来完成。但是，对于已经安装完成的泵组来说，一般在改变参振质量时，其难度比较大，需要对系统实际刚度进行改变，从而可以对原本固定频率进行改变。在现场操作中，可以将连接螺栓力矩值方式进行改变，从而能对电机以及泵座连接刚度起到一定的调节作用，同时也能对系统刚度做出调整。
按照方案中所标注的螺栓顺序，对螺栓紧力进行调整。在具体的调整过程中，对振动变化情况做好相应的纪录工作，结合最终的实验结果来看，西南方向三颗螺丝力钜值减弱后，对电机空载振动减弱可以产生作用。在对刚度做出调整以后，随着运行时间的不断增加，其振动也现场螺栓布置情况会不断增加。
5、结语：
综上所述，在对电机振动问题进行处理时，通过相位分析可以对这一问题进行解决。对于结构共振设备，需要在动平衡之前，降低结构共振产生的影响。在具有热弯曲设备进行动平衡时，需要同时对原始不平衡与热不平衡影响引起重视。
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