福建寧德核電有限公司 李子斌

核島主泵振動(dòng)異常原因分析及治理

福建寧德核電有限公司 李子斌

主泵是核電站核島內(nèi)最核心的設(shè)備之一，保證主泵能安全、連續(xù)、穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)核安全有著重要的意義。寧德核電站1號(hào)機(jī)組在調(diào)試過(guò)程中1號(hào)主泵出現(xiàn)振動(dòng)異常情況，通過(guò)分析，診斷出主泵振動(dòng)超標(biāo)的原因?yàn)橘|(zhì)量不平衡和熱不平衡，通過(guò)動(dòng)平衡處理后主泵振動(dòng)達(dá)到優(yōu)秀水平。

核電站；主泵；故障診斷

核電站反應(yīng)堆冷卻劑泵（簡(jiǎn)稱(chēng)主泵），主泵用于驅(qū)動(dòng)冷卻劑在反應(yīng)堆冷卻系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)流動(dòng)，連續(xù)不斷地把堆芯中產(chǎn)生的熱量傳遞給蒸汽發(fā)生器二次側(cè)給水，同時(shí)冷卻堆芯，防止燃料元件燒毀或燒壞。主泵是核島內(nèi)最重要的旋轉(zhuǎn)設(shè)備，它的運(yùn)行狀態(tài)直接關(guān)系到核電廠的效益和核安全。

2012年5月核電國(guó)內(nèi)某核電站1號(hào)機(jī)核島進(jìn)行熱態(tài)功能試驗(yàn)，期間發(fā)現(xiàn)1號(hào)主泵軸振高達(dá)288μm，遠(yuǎn)超過(guò)了250μm的報(bào)警值，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)分析，診斷出振動(dòng)超標(biāo)的是由質(zhì)量不平衡和熱彎曲造成的，通過(guò)對(duì)主泵進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡處理，平衡后主泵的振動(dòng)達(dá)到優(yōu)秀水平。

1.反應(yīng)堆冷卻劑泵簡(jiǎn)述

1.1 反應(yīng)堆冷卻劑泵簡(jiǎn)介

該核電站采用CPR1000型反應(yīng)堆，每個(gè)反應(yīng)堆有三個(gè)環(huán)路，每個(gè)環(huán)路有一臺(tái)主泵，主泵是由東方阿?，m核泵有限責(zé)任公司生產(chǎn)的立式、電動(dòng)、單極離心泵，帶有可控泄漏軸封裝置，電機(jī)定子繞組水冷，額定轉(zhuǎn)速1485r/min，葉輪是一個(gè)不銹鋼整體鑄件，并帶有7枚扭曲形葉片。每臺(tái)主泵配有一套在線振動(dòng)系統(tǒng)，但是該系統(tǒng)只能顯示振動(dòng)幅值，無(wú)法通過(guò)它實(shí)現(xiàn)故障診斷功能。

1.2 臨時(shí)加裝振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)簡(jiǎn)介

為全面、科學(xué)評(píng)估主泵的運(yùn)行狀態(tài)，在主泵調(diào)試階段加裝臨時(shí)多通道振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，待主泵能正常運(yùn)行后再進(jìn)行拆除。通過(guò)該系統(tǒng)可以得到振動(dòng)頻譜圖、趨勢(shì)圖、軸心軌跡圖等詳細(xì)參數(shù)，科學(xué)評(píng)估主泵運(yùn)行狀態(tài)。該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主機(jī)采用BENTLY408數(shù)據(jù)采集器，振動(dòng)傳感器有6個(gè)，分別是在主泵電機(jī)的上下軸承同一平面處互成90°角安裝兩個(gè)速度傳感器，電機(jī)和泵聯(lián)軸器同一平面處互成90°角安裝兩個(gè)8mm非接觸式電渦流傳感器，另外在聯(lián)軸器上貼反光紙作為鍵相零位，用激光轉(zhuǎn)速表光點(diǎn)打在該處采集鍵相信號(hào)。

2.主泵振動(dòng)測(cè)量以及故障診斷

2.1 主泵振動(dòng)測(cè)量

1號(hào)核島在冷態(tài)功能試期間，1號(hào)主泵振動(dòng)最高達(dá)到了170μm，通過(guò)頻譜圖、軸心軌跡等數(shù)據(jù)，診斷出該轉(zhuǎn)子存在一定的質(zhì)量不平衡故障。熱試期間，由于一回路升溫、升壓，1號(hào)主泵受到轉(zhuǎn)子材質(zhì)不均勻?qū)е碌臒崤蛎洸痪鶆蛴绊?，轉(zhuǎn)子出現(xiàn)輕微熱彎曲現(xiàn)象，振動(dòng)幅值有一定程度上升，之后接著做了幾次BAS（電源切換試驗(yàn)）試驗(yàn)，BAS試驗(yàn)期間主泵連續(xù)急停急起，受熱沖擊的影響，1號(hào)主泵轉(zhuǎn)子熱彎曲進(jìn)一步加劇，此時(shí)1號(hào)主泵軸振最高達(dá)288μm，遠(yuǎn)超過(guò)了250μm的報(bào)警值。根據(jù)運(yùn)行規(guī)程，必須對(duì)其進(jìn)行振動(dòng)治理。

2.2 主泵故障診斷

引起主泵振動(dòng)異常的原因有很多，例如動(dòng)不平衡、轉(zhuǎn)子彎曲、基礎(chǔ)松動(dòng)、對(duì)中不良、動(dòng)靜摩擦、軸承出現(xiàn)故障等等。處理主泵振動(dòng)超標(biāo)缺陷，首先必須分析清楚導(dǎo)致振動(dòng)超標(biāo)的原因，找出振源才能對(duì)癥下藥。

2.2.1 1號(hào)主泵振動(dòng)數(shù)據(jù)分析（振動(dòng)數(shù)據(jù)如表1所示）

對(duì)比分析表1各試驗(yàn)平臺(tái)下的振動(dòng)數(shù)據(jù)，可以發(fā)現(xiàn)：

(1)1號(hào)主泵的軸振一倍頻幅值占通頻值主要成分，約占62%左右，而且相位比較穩(wěn)定，另外結(jié)合停機(jī)時(shí)的數(shù)據(jù)，隨著轉(zhuǎn)速的下降，振動(dòng)的幅值和轉(zhuǎn)速成比例進(jìn)行下降，從而可以初步判斷此時(shí)1號(hào)主泵只是存在著一定的質(zhì)量不平衡量；

(2)對(duì)比冷態(tài)試驗(yàn)和熱態(tài)試驗(yàn)時(shí)的振動(dòng)數(shù)據(jù)，熱態(tài)工況下主泵振動(dòng)通頻值比冷態(tài)時(shí)有一定上漲，且一倍頻幅值仍占主要成分，約占通頻值的70%左右；冷、熱態(tài)工況下一倍頻相位比較穩(wěn)定。可以判斷1號(hào)主泵的振動(dòng)故障仍以質(zhì)量不平衡為主，同時(shí)顯現(xiàn)出一定熱不平衡，熱不平衡與質(zhì)量不平衡的相位一致；

(3)BAS試驗(yàn)后的振動(dòng)幅值有了很大的上漲；軸振幅值基本穩(wěn)定(288μm左右)；此時(shí)主泵軸振振幅仍以一倍頻為主(約占通頻值的79%左右)；BAS試驗(yàn)前后振動(dòng)相位基本接近。

2.2.2 軸心軌跡圖和波形圖分析(見(jiàn)圖1所示)

表1 1號(hào)主泵的振動(dòng)數(shù)據(jù)

表2 動(dòng)平衡過(guò)程軸振顯示的數(shù)據(jù)和加重情況

圖1 BAS試驗(yàn)后1號(hào)主泵D1/D2通道軸心軌跡圖和波形圖

從圖1中可以看出，軸心軌跡基本上為一橢圓形，波形圖大致為正弦波形，該圖形為典型的動(dòng)不平衡和熱彎曲圖形。

綜合以上的數(shù)據(jù)、圖形進(jìn)行分析，1號(hào)主泵在BAS試驗(yàn)后振動(dòng)發(fā)生突變的原因是BAS試驗(yàn)前后主泵經(jīng)過(guò)幾次的急停急起，對(duì)主泵產(chǎn)生熱沖擊，原來(lái)的熱平衡被破壞，熱不平衡量引起變形的相位和質(zhì)量不平衡的相位接近，兩者疊加導(dǎo)致振動(dòng)的一倍頻幅值增大，振幅通頻值快速上升。由于此時(shí)振動(dòng)幅值中仍以一倍頻振動(dòng)為主，可通過(guò)實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡處理降低振動(dòng)。

3.動(dòng)平衡試驗(yàn)

3.1 試加重

2012年5月27日，第一次試加重實(shí)施后，減振效果明顯，振動(dòng)由之前的288μm降低至173μm，動(dòng)平衡調(diào)整初見(jiàn)成效。

3.2 計(jì)算配重和再加重

從試重效果看，試重塊的質(zhì)量和角度很正確。利用試重?cái)?shù)據(jù)，根據(jù)平衡原理計(jì)算出1號(hào)主泵聯(lián)軸節(jié)處影響系數(shù)，并計(jì)算出加重的質(zhì)量和位置為在37.5°和112.5°位置分別加上1000g的重量，將試重塊取出，并在37.5°和112.5°位置分別加上1000g的重量，重新啟泵后振動(dòng)降低至122μm，且經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的觀察振動(dòng)保持穩(wěn)定，動(dòng)平衡試驗(yàn)成功。整個(gè)過(guò)程的數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

4.結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)這次熱試期間主泵振動(dòng)故障診斷和處理，成功診斷了導(dǎo)致主泵振動(dòng)超標(biāo)的原因，并在有限的時(shí)間窗口內(nèi)通過(guò)動(dòng)平衡治理，成功降低了主泵振動(dòng)水平，取得了良好的減振效果，推動(dòng)了工程順利向前進(jìn)行。

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[3]安勝利,楊黎明.轉(zhuǎn)子現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡技術(shù)[M].北京:國(guó)防工業(yè)出版社,2007.

李子斌（1982—），男，廣東臺(tái)山人，福建寧德核電有限公司振動(dòng)監(jiān)測(cè)工程師，研究方向：設(shè)備振動(dòng)監(jiān)測(cè)與故障診斷。