嶺澳核電站主泵動(dòng)平衡

趙振宇，高 培

（大亞灣核電運(yùn)營(yíng)管理有限責(zé)任公司，廣東 深圳 518124）

反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)（RCP）的主要功能是使冷卻劑循環(huán)流動(dòng)，將堆芯中核裂變產(chǎn)生的熱量通過(guò)蒸汽發(fā)生器傳輸給二回路，同時(shí)冷卻堆芯，防止燃料元件燒毀或燒壞。反應(yīng)堆冷卻劑泵（簡(jiǎn)稱主泵）是RCP系統(tǒng)中最重要的設(shè)備。

2009年初，嶺澳核電站主泵更換了水力部件，泵啟動(dòng)后軸振動(dòng)水平持續(xù)上升。機(jī)組到達(dá)熱停堆狀態(tài)時(shí)，主泵軸振動(dòng)位移值達(dá)到165μm。這種情況下，嶺澳核電站通過(guò)對(duì)主泵振動(dòng)的測(cè)試和分析，對(duì)設(shè)備實(shí)施了現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡試驗(yàn)，平衡后的主泵振動(dòng)達(dá)到良好水平。

一、嶺澳核電站反應(yīng)堆冷卻劑泵概述

1.反應(yīng)堆冷卻劑泵簡(jiǎn)介

嶺澳核電站采用CPR1000型反應(yīng)堆，每個(gè)反應(yīng)堆有三個(gè)環(huán)路，每條環(huán)路包含一臺(tái)主泵，用于驅(qū)動(dòng)冷卻劑在RCP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。主泵正常運(yùn)轉(zhuǎn)可以確保有適當(dāng)流量的冷卻劑流經(jīng)堆芯，以保證偏離泡核沸騰比(DNBR)大于允許限值。嶺澳核電站3號(hào)機(jī)主泵是由法國(guó)日蒙廠制造的100型主泵(立式、電動(dòng)、單級(jí)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1 485r/min，葉輪是一個(gè)整體鑄件，并帶有7枚扭曲形葉片，導(dǎo)葉由12枚扭曲形葉片組成。正常運(yùn)行時(shí)，主泵在15.5MPa壓力和292℃溫度下工作。另外每臺(tái)主泵配有功能簡(jiǎn)單的在線振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

2.輔助在線振動(dòng)測(cè)量裝置簡(jiǎn)介

嶺澳核電站每臺(tái)主泵配有一套輔助在線振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，兩個(gè)動(dòng)圈式速度傳感器和兩個(gè)非接觸式電渦流式位移傳感器。前者互成90°安裝在電動(dòng)機(jī)殼體下法蘭上，一只與主泵出口管嘴的方向平行，另一只與主泵出口管嘴的方向垂直，測(cè)量電機(jī)下軸承的絕對(duì)振動(dòng)；后者安裝在電機(jī)靠背輪高度的平面上，安裝方向與速度傳感器的安裝位置相反，測(cè)量轉(zhuǎn)子的相對(duì)振動(dòng)。上述4個(gè)振動(dòng)傳感器經(jīng)信號(hào)處理模塊調(diào)制后，再將其通頻振動(dòng)對(duì)應(yīng)的電壓值送至主控制記錄儀。另外由于主泵在線安裝轉(zhuǎn)速信號(hào)屬核級(jí)保護(hù)信號(hào)，出于安全準(zhǔn)則要求，該信號(hào)通道不允許中間提取給動(dòng)平衡試驗(yàn)做鍵相使用，由此可見，利用主泵輔助在線振動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)無(wú)法生成對(duì)動(dòng)平衡試驗(yàn)有用的工頻矢量信號(hào)，因此主泵動(dòng)平衡試驗(yàn)所需振動(dòng)與鍵相通道需由試驗(yàn)人員根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件和試驗(yàn)要求在試驗(yàn)前單獨(dú)架構(gòu)。

二、嶺澳電站1號(hào)機(jī)組3號(hào)主泵動(dòng)平衡試驗(yàn)

1.振動(dòng)分析及試驗(yàn)工況

2009年初，嶺澳核電站1號(hào)機(jī)組在第七次大修中，更換了3號(hào)主泵水力部件。由于新水力部件與泵的匹配問(wèn)題，可能帶來(lái)泵軸的不平衡，從而引起振動(dòng)增大。根據(jù)嶺澳核電站主泵振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)，各部門達(dá)成共識(shí)，熱停堆狀態(tài)主泵軸振動(dòng)位移值超過(guò)140μm，即進(jìn)行動(dòng)平衡試驗(yàn)。

主泵啟動(dòng)后，軸振動(dòng)位置值為130μm，并隨著一回路升溫升壓，軸振動(dòng)水平持續(xù)上漲。2009年3月24日，一回路溫度289.8℃，壓力154.4bar時(shí)，3號(hào)主泵軸振動(dòng)位移值達(dá)到165μm，決定實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡。

在熱停堆工況下進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡試驗(yàn)有兩方面原因：其一，熱停堆工況下的溫度、壓力最接近主泵的正常運(yùn)行工況，為了更好地實(shí)現(xiàn)動(dòng)平衡試驗(yàn)的治理效果，因此現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡試驗(yàn)必須在此工況下進(jìn)行。其二，主泵不平衡不單純是質(zhì)量不平衡，主泵在冷啟動(dòng)后，經(jīng)過(guò)一回路的升溫升壓過(guò)程，主泵的整個(gè)軸系、支撐、管道以及蝸殼在熱態(tài)工況下會(huì)產(chǎn)生一定的熱變量，其微變的方向不可預(yù)知，主泵冷態(tài)下和熱態(tài)下的不平衡分量的大小和方向會(huì)有一定的偏差，即熱不平衡分量。

2.振動(dòng)測(cè)試儀表布置

本次現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡試驗(yàn)的平衡儀表采用申克41便攜式振動(dòng)分析儀，主泵電機(jī)的上下軸承各安裝兩個(gè)VS-080動(dòng)圈式速度傳感器，電機(jī)和泵水力部件的聯(lián)軸節(jié)處安裝兩個(gè)8mm非接觸式電渦流傳感器，并確定12個(gè)聯(lián)軸節(jié)上任意聯(lián)接螺栓為鍵相零位，在其上貼反光貼紙，激光轉(zhuǎn)速表的光點(diǎn)打在該處（圖1）。速度傳感器布置在電機(jī)的上軸承和下軸承的法蘭面上，每一面上互成90°，上下兩面安裝位置對(duì)應(yīng)。位移傳感器布置在電機(jī)側(cè)靠背輪同一高度的平面上，互成90°，安裝方向與速度傳感器對(duì)應(yīng)；一塊長(zhǎng)40mm、寬5mm的反光片貼在主泵的聯(lián)軸節(jié)上，作為健相零位。激光轉(zhuǎn)速傳感器裝在主泵防護(hù)網(wǎng)外，其射出光點(diǎn)打在反光片高度（圖2）。

3.試驗(yàn)過(guò)程

主泵冷態(tài)啟動(dòng)后，在一回路升溫升壓過(guò)程中，3號(hào)主泵軸振動(dòng)位移值持續(xù)上漲。3月24日，一回路溫度達(dá)到熱停堆工況（289.8℃，壓力為154.4bar），3號(hào)主泵軸振動(dòng)位移值達(dá)到221μm，詳細(xì)數(shù)據(jù)見表1。

圖1 振動(dòng)傳感器布置示意圖

圖2 鍵相器布置示意圖

表1 動(dòng)平衡試驗(yàn)前主泵振動(dòng)數(shù)據(jù)表 μm

主泵軸振動(dòng)頻譜以工頻分量為主（圖3），判斷為不平衡原因?qū)е?。新更換的水力部件與電機(jī)之間各自不平衡分量的配合問(wèn)題，是不平衡的主要原因。另一方面，由于主泵振動(dòng)隨工況變化而上升，判斷存在一定熱不平衡分量。因此決定采取現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡方法解決本次振動(dòng)大的問(wèn)題。

圖3 3號(hào)主泵軸振動(dòng)頻譜圖

根據(jù)嶺澳電站主泵平衡的歷史經(jīng)驗(yàn)，并考慮不確定因素可能帶來(lái)的影響，保守決定在聯(lián)軸節(jié)處試加790g質(zhì)量塊。3號(hào)主泵運(yùn)行穩(wěn)定后軸振動(dòng)位移值由221μm下降到168μm，電機(jī)振動(dòng)情況穩(wěn)定(表2)。

表2 動(dòng)平衡試驗(yàn)主泵振動(dòng)數(shù)據(jù)表（試重790g∠8°）μm

從試重效果上看，選擇的質(zhì)量和角度基本準(zhǔn)確。利用試重?cái)?shù)據(jù)，根據(jù)平衡原理可計(jì)算出3號(hào)主泵聯(lián)軸節(jié)處影響系數(shù)，最終計(jì)算出不平衡質(zhì)量為1 000g。由此決定取下試重質(zhì)量，并在322°位置加重1 005g。3號(hào)主泵運(yùn)行穩(wěn)定后軸振動(dòng)位移值由221μm下降到64μm，電機(jī)振動(dòng)水平有所降低，且保持穩(wěn)定(表3)。動(dòng)平衡試驗(yàn)成功。

表3 動(dòng)平衡試驗(yàn)主泵振動(dòng)數(shù)據(jù)表最終加重（1 005g∠322°）μm

4.運(yùn)行跟蹤

2009年4月7日至2010年3月25日期間，共巡視嶺澳核電站1號(hào)機(jī)組3號(hào)主泵振動(dòng)情況52次。主泵振動(dòng)情況良好，軸振動(dòng)位移值穩(wěn)定在75～85μm，電機(jī)上下軸承振動(dòng)位移值穩(wěn)定在20μm以下。

三、經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

（1）平衡手段不是解決振動(dòng)問(wèn)題的萬(wàn)能方法，只有確定是由于不平衡引起的振動(dòng)時(shí)，才可以對(duì)設(shè)備實(shí)施動(dòng)平衡。

（2）主泵動(dòng)平衡試驗(yàn)應(yīng)考慮一回路的溫度壓力狀態(tài)，盡量在接近正常運(yùn)行的工況下執(zhí)行，否則將導(dǎo)致設(shè)備的二次平衡。

（3）動(dòng)平衡試驗(yàn)數(shù)據(jù)很重要，建議每隔一段時(shí)間記錄一組數(shù)據(jù)，直到停泵，然后從記錄的數(shù)據(jù)中選擇較穩(wěn)定的振動(dòng)數(shù)據(jù)，作為計(jì)算依據(jù)。

（4）主泵軸封水流量對(duì)泵本身振動(dòng)情況有很大影響。動(dòng)平衡試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)當(dāng)盡量保證主泵軸封水流量與正常運(yùn)行時(shí)一致。

（5）如果根據(jù)理論計(jì)算出的平衡質(zhì)量過(guò)大，則應(yīng)該采用質(zhì)量分解，將其分成兩個(gè)或幾個(gè)較輕的質(zhì)量加在泵上。否則在同一位置加重超過(guò)1 500g，泵轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)會(huì)帶來(lái)很大的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，對(duì)設(shè)備運(yùn)行不利。

四、結(jié)束語(yǔ)

嶺澳核電站調(diào)試期間主泵動(dòng)平衡工作主要由生產(chǎn)廠家完成。經(jīng)過(guò)多年的研究，嶺澳核電站性能試驗(yàn)人員已經(jīng)可以憑借自己的力量解決主泵、汽機(jī)等大設(shè)備的振動(dòng)問(wèn)題。此次主泵動(dòng)平衡試驗(yàn)的成功，再次證明了廣東核電技術(shù)人員已掌握核電關(guān)鍵設(shè)備維修、故障原因分析及后續(xù)處理的核心技術(shù)。

[1]蘇林森等.900MW壓水堆核電站系統(tǒng)與設(shè)備[M],原子能出版社，2005.

[2]下村玄.旋轉(zhuǎn)機(jī)械的平衡[M],機(jī)械工業(yè)出版社.