主泵軸位移測(cè)量值異常分析及處理

姜國輝，熊鋒

(中廣核核電運(yùn)營有限公司，廣東 深圳 518124)

1 事件描述

在CPR1000機(jī)組上，主泵軸位移測(cè)量值一般在90μm左右，峰值突破100μm的情況較少發(fā)生，而某CPR1000機(jī)組的3號(hào)主泵自商運(yùn)以來，軸位移測(cè)量值一直在130μm左右，最高值近160μm，已經(jīng)接近軸位移故障報(bào)警的定值。

2 原因分析及處理

2.1 軸位移測(cè)量原理介紹

主泵軸位移探頭為電渦流型測(cè)量探頭，與伸縮電纜和前置放大器一起使用。渦流探頭包括一個(gè)封裝在鐵心尖端并裝在一個(gè)螺紋外殼內(nèi)的線圈，驅(qū)動(dòng)器提供射頻電流流經(jīng)探頭線圈，在探頭/目標(biāo)間隙之間產(chǎn)生一個(gè)磁場(chǎng)，當(dāng)間隙變化時(shí)，磁場(chǎng)同步變化，流經(jīng)線圈的電流發(fā)生變化。從驅(qū)動(dòng)器上測(cè)量便得到一個(gè)與間隙成比例的負(fù)直流電壓和工頻交流電壓。

圖1 主泵位移探頭示意圖

軸位移探頭安裝在主泵泵腔內(nèi)，面向主泵軸。探頭通過泵腔內(nèi)的安裝支架進(jìn)行定位、安裝，保證探頭與泵軸的安裝間隙為2.0±0.05mm，當(dāng)探頭與泵軸間的距離變化時(shí)，探頭的輸出隨之變化，從而可以測(cè)量軸向位移的數(shù)值。

前置放大器和探頭用延伸電纜相互連接，由24VDC電源供電，其靜態(tài)輸出為負(fù)直流電壓，與探頭/泵軸的安裝間隙成比例。前置放大器電子回路提供射頻電流到探頭，并對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，以得到一個(gè)與探頭間隙大小成比例的電壓。

該機(jī)組實(shí)際情況如下：

①主泵額定轉(zhuǎn)速為1485rpm，對(duì)應(yīng)工頻為24.75Hz，對(duì)應(yīng)周期為40.4ms。

②前置放大器將回采的交流信號(hào)送至處理卡，其信號(hào)為0～884mVRMS，對(duì)應(yīng)交流電壓為 0～1250mV。

③軸位移轉(zhuǎn)換卡給前置放大器提供24VDC供電，前置放大器產(chǎn)生一個(gè)射頻信號(hào)至就地探頭。

④探頭安裝時(shí)對(duì)應(yīng)2±0.05mm間隙、-10±1VDC的靜態(tài)電壓。

2.2 故障分析過程

根據(jù)歷史頻譜數(shù)據(jù)分析，在軸位移頻譜信號(hào)中出現(xiàn)了頻率為300Hz的12倍頻信號(hào)，專業(yè)初步分析為泵體水力部件等引起的泵軸位移真實(shí)偏高，需要在大修中執(zhí)行主泵動(dòng)平衡。

2018年，在該機(jī)組熱停堆工況下，機(jī)械專業(yè)按照計(jì)劃執(zhí)行動(dòng)平衡預(yù)案，但在臨時(shí)安裝的軸位移輔助測(cè)量探頭信號(hào)檢查過程中，沒有發(fā)現(xiàn)300Hz的頻率信號(hào)，排除了泵體水力部件等引入12倍頻信號(hào)的嫌疑。

圖2 在線及離線探頭安裝相位圖

通過對(duì)比就地臨時(shí)輔助測(cè)量頻譜與在線數(shù)據(jù)頻譜，發(fā)現(xiàn)就地測(cè)量數(shù)據(jù)以工頻分量為主（圖3），而在線探頭數(shù)據(jù)頻譜中12倍頻較為突出，占比約50%（圖4），分析認(rèn)為在線軸位移測(cè)量值虛假偏高。

圖3 就地測(cè)量頻譜

主泵軸位移測(cè)量探頭為電渦流測(cè)量方式，從測(cè)量原理可知，電渦流效應(yīng)主要集中在被測(cè)體表面，如果被測(cè)體表面或其周圍物體由于加工過程中淬火不均勻、硬度不均勻、金相組織不均勻、結(jié)晶結(jié)構(gòu)不均勻等都會(huì)形成殘磁效應(yīng)（即產(chǎn)生了額外的干擾磁場(chǎng)），進(jìn)而影響電渦流傳感器特性。因此，在進(jìn)行軸位移測(cè)量時(shí)，如果被測(cè)體表面殘磁效應(yīng)過大，會(huì)出現(xiàn)測(cè)量波形發(fā)生畸變，影響準(zhǔn)確性。

經(jīng)多專業(yè)聯(lián)合分析，主泵軸位移探頭安裝在主泵的聯(lián)軸器處，而主泵的連軸器由12顆連接螺栓連接，當(dāng)連接螺栓被磁化后，將會(huì)產(chǎn)生相對(duì)于工頻頻率12倍的雜波頻率，在螺栓處會(huì)產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，進(jìn)而對(duì)軸位移測(cè)量信號(hào)產(chǎn)生干擾，導(dǎo)致在線軸位移探頭產(chǎn)生了12倍頻（300Hz）的干擾分量，引起了在線軸位移探頭測(cè)量值偏大。

圖5 主泵軸承連接示意圖

2.3 處理結(jié)果

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，經(jīng)多專業(yè)討論和分析，一致認(rèn)為連軸螺栓的剩磁干擾引起了測(cè)量偏高的異常，遂決定在主泵停運(yùn)窗口下對(duì)主泵的12顆連軸螺栓進(jìn)行消磁處理。

儀控專業(yè)使用去磁器進(jìn)行消磁后，啟泵驗(yàn)證主泵軸位移穩(wěn)定在96um左右，較消磁前軸位移值明顯降低；同時(shí)，通過機(jī)柜側(cè)采集的在線探頭數(shù)據(jù)進(jìn)行頻譜分析，12倍頻分量較消磁前降低約50%，消磁效果明顯。

圖6 消磁操作后在線測(cè)量頻譜數(shù)據(jù)

從頻譜數(shù)據(jù)上可以明顯看出，12倍頻的干擾信號(hào)雖然依然存在，但幅值已經(jīng)出現(xiàn)了明顯下降，其中部分幅值已經(jīng)下降到非常低的水平，每個(gè)峰值對(duì)應(yīng)一顆螺栓，這是一部分螺栓消磁效果顯著、一部分螺栓消磁效果不明顯引起的，與預(yù)期情況基本相符。

3 結(jié)語

該主泵軸位移測(cè)量偏高的根本原因?yàn)楸幂S螺栓存在磁通，對(duì)電渦流探頭造成干擾，維修部門利用停泵窗口對(duì)泵軸螺栓進(jìn)行了消磁處理，重新啟動(dòng)主泵進(jìn)行驗(yàn)證，頻譜信號(hào)顯示12倍頻信號(hào)顯著下降，在線軸位移數(shù)據(jù)較消磁前有明顯降低；12倍頻分量較消磁前降低了約50%，消磁效果顯著，軸位移測(cè)量值穩(wěn)定在96μm左右，較歷史運(yùn)行情況相比降低了約34μm，故障處理效果明顯，儀表測(cè)量通道測(cè)量穩(wěn)定，可以滿足設(shè)備長期穩(wěn)定運(yùn)行的要求。