核島主泵振動異常原因分析及治理

福建寧德核電有限公司 李子斌

核島主泵振動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)最核心的設備之一，保證主泵能安全、連續(xù)、穩(wěn)定運行對核安全有著重要的意義。寧德核電站1號機組在調(diào)試過程中1號主泵出現(xiàn)振動異常情況，通過分析，診斷出主泵振動超標的原因為質(zhì)量不平衡和熱不平衡，通過動平衡處理后主泵振動達到優(yōu)秀水平。

核電站；主泵；故障診斷

核電站反應堆冷卻劑泵（簡稱主泵），主泵用于驅(qū)動冷卻劑在反應堆冷卻系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)流動，連續(xù)不斷地把堆芯中產(chǎn)生的熱量傳遞給蒸汽發(fā)生器二次側給水，同時冷卻堆芯，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)設備，它的運行狀態(tài)直接關系到核電廠的效益和核安全。

2012年5月核電國內(nèi)某核電站1號機核島進行熱態(tài)功能試驗，期間發(fā)現(xiàn)1號主泵軸振高達288μm，遠超過了250μm的報警值，通過對數(shù)據(jù)分析，診斷出振動超標的是由質(zhì)量不平衡和熱彎曲造成的，通過對主泵進行現(xiàn)場動平衡處理，平衡后主泵的振動達到優(yōu)秀水平。

1.反應堆冷卻劑泵簡述

1.1 反應堆冷卻劑泵簡介

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

1.2 臨時加裝振動監(jiān)測系統(tǒng)簡介

為全面、科學評估主泵的運行狀態(tài)，在主泵調(diào)試階段加裝臨時多通道振動監(jiān)測系統(tǒng)，待主泵能正常運行后再進行拆除。通過該系統(tǒng)可以得到振動頻譜圖、趨勢圖、軸心軌跡圖等詳細參數(shù)，科學評估主泵運行狀態(tài)。該監(jiān)測系統(tǒng)主機采用BENTLY408數(shù)據(jù)采集器，振動傳感器有6個，分別是在主泵電機的上下軸承同一平面處互成90°角安裝兩個速度傳感器，電機和泵聯(lián)軸器同一平面處互成90°角安裝兩個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)速表光點打在該處采集鍵相信號。

2.主泵振動測量以及故障診斷

2.1 主泵振動測量

1號核島在冷態(tài)功能試期間，1號主泵振動最高達到了170μm，通過頻譜圖、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，振動幅值有一定程度上升，之后接著做了幾次BAS（電源切換試驗）試驗，BAS試驗期間主泵連續(xù)急停急起，受熱沖擊的影響，1號主泵轉(zhuǎn)子熱彎曲進一步加劇，此時1號主泵軸振最高達288μm，遠超過了250μm的報警值。根據(jù)運行規(guī)程，必須對其進行振動治理。

2.2 主泵故障診斷

引起主泵振動異常的原因有很多，例如動不平衡、轉(zhuǎn)子彎曲、基礎松動、對中不良、動靜摩擦、軸承出現(xiàn)故障等等。處理主泵振動超標缺陷，首先必須分析清楚導致振動超標的原因，找出振源才能對癥下藥。

2.2.1 1號主泵振動數(shù)據(jù)分析（振動數(shù)據(jù)如表1所示）

對比分析表1各試驗平臺下的振動數(shù)據(jù)，可以發(fā)現(xiàn)：

(1)1號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，另外結合停機時的數(shù)據(jù)，隨著轉(zhuǎn)速的下降，振動的幅值和轉(zhuǎn)速成比例進行下降，從而可以初步判斷此時1號主泵只是存在著一定的質(zhì)量不平衡量；

(2)對比冷態(tài)試驗和熱態(tài)試驗時的振動數(shù)據(jù)，熱態(tài)工況下主泵振動通頻值比冷態(tài)時有一定上漲，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?？梢耘袛?號主泵的振動故障仍以質(zhì)量不平衡為主，同時顯現(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試驗后的振動幅值有了很大的上漲；軸振幅值基本穩(wěn)定(288μm左右)；此時主泵軸振振幅仍以一倍頻為主(約占通頻值的79%左右)；BAS試驗前后振動相位基本接近。

2.2.2 軸心軌跡圖和波形圖分析(見圖1所示)

表1 1號主泵的振動數(shù)據(jù)

表2 動平衡過程軸振顯示的數(shù)據(jù)和加重情況

圖1 BAS試驗后1號主泵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，該圖形為典型的動不平衡和熱彎曲圖形。

綜合以上的數(shù)據(jù)、圖形進行分析，1號主泵在BAS試驗后振動發(fā)生突變的原因是BAS試驗前后主泵經(jīng)過幾次的急停急起，對主泵產(chǎn)生熱沖擊，原來的熱平衡被破壞，熱不平衡量引起變形的相位和質(zhì)量不平衡的相位接近，兩者疊加導致振動的一倍頻幅值增大，振幅通頻值快速上升。由于此時振動幅值中仍以一倍頻振動為主，可通過實施現(xiàn)場動平衡處理降低振動。

3.動平衡試驗

3.1 試加重

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

3.2 計算配重和再加重

從試重效果看，試重塊的質(zhì)量和角度很正確。利用試重數(shù)據(jù)，根據(jù)平衡原理計算出1號主泵聯(lián)軸節(jié)處影響系數(shù)，并計算出加重的質(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，重新啟泵后振動降低至122μm，且經(jīng)過一段時間的觀察振動保持穩(wěn)定，動平衡試驗成功。整個過程的數(shù)據(jù)見表2。

4.結束語

通過這次熱試期間主泵振動故障診斷和處理，成功診斷了導致主泵振動超標的原因，并在有限的時間窗口內(nèi)通過動平衡治理，成功降低了主泵振動水平，取得了良好的減振效果，推動了工程順利向前進行。

[1]蘇林森,楊輝玉,王復生,等.900MW壓水堆核電站系統(tǒng)與設備[M].北京:原子能出版社,2009.

[2]陳長征,胡立新,周勃,等.設備振動分析與故障診斷技術[M].北京:科學出版社,2007.

[3]安勝利,楊黎明.轉(zhuǎn)子現(xiàn)場動平衡技術[M].北京:國防工業(yè)出版社,2007.

李子斌（1982—），男，廣東臺山人，福建寧德核電有限公司振動監(jiān)測工程師，研究方向：設備振動監(jiān)測與故障診斷。