振動診斷在核電廠主泵檢修指導中的應用

歐陽欽，周正平

（江蘇核電有限公司，江蘇　連云港　222042）

振動診斷在核電廠主泵檢修指導中的應用

歐陽欽，周正平

（江蘇核電有限公司，江蘇連云港222042）

利用主泵振動監(jiān)測系統(tǒng)得出的振動信號，文章結合田灣核電站俄供ГЦНА-1391型主泵結構特點，對主泵徑向止推軸承軸向振動緩慢升高的原因進行了分析，判斷其上幅面板可能存在缺陷，提出了大修期間的檢修建議和備件準備。在其后大修中進行檢查，驗證了振動分析的可靠性，為后續(xù)分析診斷提供了經驗。

主泵；振動；檢修

設備的振動狀態(tài)是影響設備安全、穩(wěn)定運行的重要因素，在設備的故障中占有很大的比例。同時振動也是設備的“體溫計”，直接反映了設備的健康狀況，是設備安全評估的重要指標，設備的不同缺陷在振動信號上都有各自的特點和體現(xiàn)，具有相應的故障頻率［1］。

一回路反應堆冷卻劑泵（主泵）是核電廠的核心設備，作用是為反應堆提供冷卻水，建立反應堆一回路的強迫循環(huán)。田灣核電站每臺機組均安裝了主泵振動監(jiān)測系統(tǒng)，利用該系統(tǒng)可實時監(jiān)測每臺主泵的振動狀態(tài)，監(jiān)測振動變化趨勢。對于振動異常的主泵，通過分析振動信號的特征，診斷設備缺陷，用于指導設備的維修和備件準備［2］。

1　田灣核電站主泵的結構特點

田灣核電站1號、2號機組共8臺主泵，由俄羅斯中央機械設計局ЦКБМ供貨，型號為ГЦНА-1391，該主泵是立式、單級、帶有機械軸密封的離心泵。主泵電機為立式雙速三相異步鼠籠式電動機，電機型號為ДBA3-173/109-6-8-2AM05。俯視主泵軸為逆時針方向旋轉，如圖1所示。

主泵電機的空轉轉速為1 000 r/min，帶載時的泵組轉速為994 r/min。電機的扭矩通過扭桿式聯(lián)軸器（萬向結）傳遞給泵軸，泵軸是由馬氏體不銹鋼整體鍛造而成的，在軸的兩端都開有漸開線花鍵槽，與主葉輪和徑向止推軸承的推力盤相配。主葉輪用于輸送一回路冷卻劑，為離心閉式葉輪，帶有6個雙向扭曲的葉片。

圖1　主泵泵組的整體結構圖Fig.1　Overall structure of the reactor coolant pump unit

2　主泵的振動監(jiān)測系統(tǒng)

田灣核電站每臺機組安裝有主泵振動監(jiān)測系統(tǒng)，它實時監(jiān)測每臺機組4臺主泵的振動狀態(tài)。該振動監(jiān)測系統(tǒng)硬件部分是丹麥B&K公司提供，整個系統(tǒng)包括7個測量軸承座振動的加速度傳感器（CY001～CY007），4個測量泵軸相對振動的電渦流傳感器（CG001～CG004）和1個測量轉速的電渦流傳感器（CG005），各傳感器的安裝位置如圖2所示。

3　2號機組3號主泵的振動分析

田灣核電站2號機組第7次大修（T207大修）前，通過主泵振動監(jiān)測系統(tǒng)，監(jiān)測的3號主泵振動通頻值。可見，CY006測點振動值（主泵徑向止推軸承的軸向振動）相對較大，振動值達到2.9 mm/s，除CY006測點外，其他測點振動值均很小。檢查CY006測點振動趨勢，發(fā)現(xiàn)該測點自2011年6月后（T204大修后）就逐步上升，如圖3所示。檢查該測點頻譜，如圖4所示。

圖2　主泵振動傳感器安裝位置圖Fig.2　Installation locations of RCP vibration sensor

圖3　3號主泵徑向止推軸承的軸向振動趨勢（2011-2014年）Fig.3　RCP-3 radial thrust bearing axial vibration trend （2011-2014）

可見，CY006測點的主要振動頻率成分為531 Hz，同時還存在16.6 Hz及199Hz的頻率成分。16.6 Hz的頻率成分在主泵各個測點的振動頻譜中均有顯現(xiàn)，為主泵的旋轉頻率成分（工頻成分），而199 Hz為工頻成分的12倍，該頻率為CY007測點（主泵下部徑向軸承軸向振動測點）的主要振動頻率成分，如圖5所示。

CY007測點位置接近主泵的葉輪，199 Hz頻率成分來源于主泵葉輪的葉片通過頻率（6個雙向扭曲的葉片）。

CY006測點用于監(jiān)測徑向止推軸承的軸向振動，徑向止推軸承是承受作用在主泵軸上的徑向和軸向力，為組合式軸承，放置在可拆卸部件的殼體之上，主要由殼體、杠桿式平衡系統(tǒng)、上部徑向軸承、上/下止推軸瓦塊、上/下端軸封、推力盤組件以及內置式螺旋泵組成。

在主泵運行時，作用在泵軸上部的徑向載荷由上部徑向軸承承受，而軸向力通過推力盤組件傳遞到止推瓦塊上，并進一步傳遞到軸承殼體，最終傳遞到泵殼。止推軸承瓦塊由杠桿式平衡系統(tǒng)支撐，該平衡系統(tǒng)用于將傳遞到某一止推瓦塊上的軸向負荷平均分配到所有的止推瓦塊上。上/下止推瓦塊的數(shù)量都為10個。徑向止推軸承的杠桿式平衡系統(tǒng)分為上部/下部平衡子系統(tǒng)，子系統(tǒng)在組成和結構上完全相同。上部平衡子系統(tǒng)用于平衡作用在軸上的向上軸向力，下部平衡子系統(tǒng)用于平衡作用在軸上的向下軸向力［3］。

圖4　3號主泵徑向止推軸承的軸向振動頻譜Fig.4　RCP-3 thrust bearing axial vibration spectrum

圖5　3號主泵下部徑向軸承的軸向振動頻譜Fig.5　RCP-3 lower radial bearing axial vibration spectrum

兩個推力盤組件（上推力盤和下推力盤）安裝在軸的兩個圓錐體和花鍵槽內，推力盤組件的主要部位為幅面板，上/下幅面板和上/下止推瓦分別組成兩個摩擦副，分別承受向上/向下的軸向力。上、下幅面板雖然組合為整體，但分為16段。

CY006測點的531 Hz頻率成分，為泵組旋轉頻率（16.6 Hz）的32倍。而主泵的上、下幅面板由16小片組成，為其數(shù)量的兩倍，判斷該主泵的幅面板可能存在缺陷。在機組功率運行過程中，向上的軸向力（主要為向上作用的壓力和升力）大于向下的軸向力（重力），所以上幅面板和上止推瓦承受載荷，具體判斷為上幅面板存在缺陷，建議大修期間對該主泵進行檢查，并重點關注上幅面板狀態(tài)，并做好相應備件準備。

4　大修期間主泵的檢修

根據(jù)振動診斷得出的檢修建議，2號機組T207大修期間對3號主泵進行了解體檢修，檢查上幅面板，發(fā)現(xiàn)多塊瓦塊表面存在空蝕，呈溝道狀，按壓瓦塊，大多數(shù)瓦塊已松動，如圖6所示。

圖6　上幅面板瓦塊空蝕情況Fig.6　The cavitation erosion state1 of upper panel

檢查下幅面板，其結構狀態(tài)無異常。可見，檢修中的實際狀態(tài)證實了早期的分析結果，表明振動診斷的可靠性。

5　結論

在田灣核電站，利用監(jiān)測的主泵振動信號，進行了相關分析和診斷，結合俄供ГЦНА-1391型主泵結構特點，辨別出各振動頻率成分的來源，判斷出主泵徑向止推軸承的上幅面板存在缺陷。根據(jù)診斷結果，制定了檢修建議和備件準備，在大修期間檢修的實際結果，驗證了振動診斷分析的可靠性，有力的指導了本次大修期間主泵的檢修。

［1］ 肖孝鋒，肖建. 秦山二期反應堆冷卻劑泵現(xiàn)場動平衡試驗［J］. 中國核電，2014，7（2）：145-149.（XIAO Xiao-feng， XIAO Jian. On-site Dynamic Balance Test for the RCP in Qinshan II［J］. China Nuclear Power， 2014， 7（2）：145-149.）

［2］ 王冶，金華晉，許漢銘，等.反應堆主循環(huán)泵故障診斷［J］. 原子能科學技術，1999，33（3）：234-239.（WANG Ye， JIN Hua-jin， XU Han-ming， et. al. Fault Diagnosis for RCP ［J］. Atomic Energy Science and Technology， 1999， 33（3）：234-239.）

［3］ 顧穎賓.反應堆主泵徑向止推軸承水潤滑回路自主改造創(chuàng)新［J］. 中國核電，2014，7（2）：197-208.（GU Ying-bin. Self Renovation and Innovation for the Water Lubricating Circuit of the Radial Thrust Bearing of Reactor Primary Pump ［J］. China Nuclear Power， 2014， 7.（2）：197-208.）

The Vibration Diagnosis Application in NPP Reactor Coolant Pump Maintenance Guidance

OUYANG Qin，ZHOU Zheng-ping
（CNNP Jiangsu Nuclear Power Corporation，Lianyungang of Jiangsu Prov. 222042，China）

According to vibration signal of reactor coolant pump（RCP） vibration monitoring system and structure characteristics of Tianwan nuclear power plant Russia Г Ц Н А -1391 type RCP， the cause of slowly rise of the RCP radial thrust bearing axial vibration is analyzed， and conclusion that upper panel may be flawed is drawn. Suggestions and preparations of spare parts are put forward to the overhaul maintenance. The reliability of vibration analysis is verified， and which provides the experience for subsequent analysis.

reactor coolant pump；vibration；maintenance

TM623Article character：AArticle ID：1674-1617（2015）02-0142-05

TM623

A

1674-1617（2015）02-0142-05

2015-04-25

歐陽欽（1978—），男，湖南人，高級工程師，碩士，從事核電站技術管理工作。