核電廠發(fā)電機定子冷卻水泵振動超標分析及改造技術(shù)

尤凌祎

(遼寧紅沿河核電有限公司，遼寧 大連 116000)

1 定子冷卻系統(tǒng)及振動

核電廠發(fā)電機定子冷卻水系統(tǒng)(GST)的功能是通過一個閉式低電導(dǎo)率水的循環(huán)回路帶走發(fā)電機定子線圈在帶負荷運行時產(chǎn)生的熱量。定子冷卻水由水泵GST101/201PO提供循環(huán)動力。正常運行時1臺工作，1臺備用。當檢測到流量低于150 m3/h或者工作泵電源跳閘信號時，備用泵自動啟動并投入運行。自該核電廠各機組調(diào)試至今，各臺機組GST系統(tǒng)的電機或泵端多次出現(xiàn)振動超標現(xiàn)象。

GST泵日常運行期間一直存在振動頻繁超標現(xiàn)象，前期在未改變設(shè)備本身結(jié)構(gòu)的情況下，進行了基礎(chǔ)虛角增加墊片、調(diào)整軸承室支架等諸多在線設(shè)施的改造工作，均未能從根本上解決設(shè)備振動問題?，F(xiàn)場調(diào)整合格后運轉(zhuǎn)一段時間后振動偏高現(xiàn)象會再次出現(xiàn)。為確定振動原因，專門開展了一系列查找原因的驗證試驗，同時結(jié)合電廠設(shè)備的現(xiàn)場實際情況，制定了電機振動超標處理方案。

GST系統(tǒng)2臺100%容量的定子水電動泵都為離心泵，電壓380 V，功率75 kW，轉(zhuǎn)速2 980 r/min。泵轉(zhuǎn)子由2個深溝球軸承支撐。支撐方式為懸臂式。軸承室下部有三腳架支撐。彈性柱銷聯(lián)軸器、電機和泵，通過中間框架坐落在基礎(chǔ)臺板上。改造前，該核電廠GST泵振動超標情況如表1所示，表1中MBD-H表示電機驅(qū)動端水平向，PBD-H表示泵驅(qū)動端水平向。設(shè)備簡圖及現(xiàn)場布置圖見圖1和圖2。

表1 GST系統(tǒng)振動超標數(shù)據(jù) 單位：mm/s

圖1 設(shè)備簡圖

圖2 設(shè)備現(xiàn)場布置圖

2 振動信號及原因分析

振動出現(xiàn)異常后，對該泵進行了數(shù)據(jù)采集和頻譜分析，測點見圖1 中的標注，頻譜如圖3所示。振動超標方向頻譜成分主要為49.68Hz 和99.46Hz，分別為工頻(1X)和二倍頻(2X)成分，其中49.68Hz占主要成分(約80%)。結(jié)合振動產(chǎn)生機理和前期經(jīng)驗，對泵振動頻繁超標問題進行現(xiàn)場調(diào)整和振動分析。

圖3 3GST201PO泵端水平向振動頻譜圖

遵循從易到難的處理原則對該泵進行了相關(guān)在線調(diào)整分析：

1) 基礎(chǔ)松動。在設(shè)備不停機的情況下，對電機、泵基礎(chǔ)螺栓及基礎(chǔ)框架螺栓依次進行力矩校驗，未見異常，基礎(chǔ)松動因素可以排除。

2) 基礎(chǔ)框架變形。通過塞尺對框架基礎(chǔ)與臺板結(jié)合面進行全面測量，發(fā)現(xiàn)框架兩緊固螺栓中間區(qū)域存在0.2 mm間隙，且框架為整體框架，長度1 480 mm，兩邊肋板偏薄(8 mm)，且分布不合理，長期處于高振動運行，導(dǎo)致基礎(chǔ)框架兩頭存在明顯翹曲變形，加劇泵體振動。具體翹曲變形見圖4。

圖4 框架基礎(chǔ)翹曲變形

3) 基礎(chǔ)虛角墊片調(diào)整。該泵前期曾出現(xiàn)過振動超標現(xiàn)象，通過對框架基礎(chǔ)增加墊片將振動降至合理區(qū)域。結(jié)合經(jīng)驗反饋在線對泵組框架基礎(chǔ)虛角處進行了墊片調(diào)整，泵端水平向振動有小幅下降(調(diào)整前4.1 mm/s，調(diào)整后3.35 mm/s)。

4) 泵軸承室支架應(yīng)力。在線對泵軸承室下部支架緊固螺栓進行依次松緊調(diào)整，以釋放應(yīng)力。泵水平向振動變化不明顯，該因素可基本排除。

5) 對中檢查。借機組臨停窗口，停機對聯(lián)軸器本體及軸系對中進行復(fù)查，發(fā)現(xiàn)對中偏差較大，電機較泵高0.285 mm，電機較泵偏左0.23 mm；張口0.13 mm(標準為0.05 mm)，且聯(lián)軸器柱銷存在不同程度的磨損。聯(lián)軸器柱銷磨損見圖5。

圖5 聯(lián)軸器柱銷磨損

表2給出了調(diào)整與測試的分析結(jié)果。

表2 GST泵頻繁振動高可能存在的故障模式及可能性分析[1]

根據(jù)檢查和分析可以得出：引起GST泵振動頻繁超標的直接原因為運轉(zhuǎn)過程中軸系對中出現(xiàn)偏差，導(dǎo)致這一現(xiàn)象發(fā)生的根本原因是基礎(chǔ)框架剛度不足，局部基礎(chǔ)存在變形和虛角。

3 減振方案與實施

根據(jù)前面的分析，從提高支架剛度這個基本目標出發(fā)，對泵基礎(chǔ)框架實施加固和基礎(chǔ)調(diào)平方案。首先對基礎(chǔ)框架進行肋板焊接加固，在框架兩邊對稱增加20mm肋板，單側(cè)5塊，兩側(cè)共10塊。焊接位置及肋板如圖6所示。然后對肋板與基礎(chǔ)結(jié)合處采用點焊方式進行焊接，現(xiàn)場焊接執(zhí)行情況見圖7。最后對虛腳處采用塞尺測量，并增加相應(yīng)厚度的墊片進行虛角補償，同時架設(shè)百分表觀察螺栓緊固后基礎(chǔ)變形量，保證基礎(chǔ)框架不發(fā)生變形，并用數(shù)字機水平儀進行校準。

圖6 框架肋板加固圖

圖7 現(xiàn)場焊接實際圖

4 實施結(jié)果分析

通過對泵組基礎(chǔ)框架實施肋板焊接加固，提高了基礎(chǔ)框架的支撐剛度，并針對框架變形引起的基礎(chǔ)虛角進行了局部墊片補償優(yōu)化，減輕了因基礎(chǔ)剛性薄弱、基礎(chǔ)局部接觸不實變形后導(dǎo)致的機組安裝平面變化程度，使泵組基礎(chǔ)框架情況大幅改善，提高了泵組運行中對外部激振力的抗干擾能力[2]；后統(tǒng)一更換聯(lián)軸器柱銷，重新對中，泵執(zhí)行連軸帶載試驗，降振效果良好，發(fā)電機定子冷卻水泵振動反復(fù)超標問題得到了徹底、有效治理。具體振動數(shù)據(jù)見表3，框架基礎(chǔ)加固前后振幅對比情況見圖8。

表3 3GST201PO框架基礎(chǔ)改造處理后振動數(shù)據(jù) 單位：mm/s

圖8 框架基礎(chǔ)實施前后平均振幅對比

5 結(jié)語

框架基礎(chǔ)剛度差、局部變形等基礎(chǔ)類故障是引起設(shè)備振動異常的一個主要原因，而且在設(shè)備運行中對常規(guī)不平衡、不對中等故障起到一定的放大作用[3]，也是解決振動問題時首要排除因素；本文根據(jù)框架異常實際情況，進行了較為經(jīng)濟、有效、便捷的改造和嘗試，效果尤為明顯，處理該問題的一系列試驗過程和措施可為同類電廠類似問題的處理提供借鑒和參考。