趙振宇，高 培

（大亞灣核電運營管理有限責(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，將堆芯中核裂變產(chǎn)生的熱量通過蒸汽發(fā)生器傳輸給二回路，同時冷卻堆芯，防止燃料元件燒毀或燒壞。反應(yīng)堆冷卻劑泵（簡稱主泵）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，泵啟動后軸振動水平持續(xù)上升。機組到達(dá)熱停堆狀態(tài)時，主泵軸振動位移值達(dá)到165μm。這種情況下，嶺澳核電站通過對主泵振動的測試和分析，對設(shè)備實施了現(xiàn)場動平衡試驗，平衡后的主泵振動達(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)堆冷卻劑泵簡介

嶺澳核電站采用CPR1000型反應(yīng)堆，每個反應(yīng)堆有三個環(huán)路，每條環(huán)路包含一臺主泵，用于驅(qū)動冷卻劑在RCP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(cè)給水。主泵正常運轉(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號機主泵是由法國日蒙廠制造的100型主泵(立式、電動、單級離心泵)，帶有可控泄漏軸封裝置，電機定子繞組水冷，額定轉(zhuǎn)速1 485r/min，葉輪是一個整體鑄件，并帶有7枚扭曲形葉片，導(dǎo)葉由12枚扭曲形葉片組成。正常運行時，主泵在15.5MPa壓力和292℃溫度下工作。另外每臺主泵配有功能簡單的在線振動監(jiān)測系統(tǒng)。

2.輔助在線振動測量裝置簡介

嶺澳核電站每臺主泵配有一套輔助在線振動監(jiān)測系統(tǒng)，兩個動圈式速度傳感器和兩個非接觸式電渦流式位移傳感器。前者互成90°安裝在電動機殼體下法蘭上，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，測量電機下軸承的絕對振動；后者安裝在電機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，測量轉(zhuǎn)子的相對振動。上述4個振動傳感器經(jīng)信號處理模塊調(diào)制后，再將其通頻振動對應(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)速信號屬核級保護(hù)信號，出于安全準(zhǔn)則要求，該信號通道不允許中間提取給動平衡試驗做鍵相使用，由此可見，利用主泵輔助在線振動測量系統(tǒng)無法生成對動平衡試驗有用的工頻矢量信號，因此主泵動平衡試驗所需振動與鍵相通道需由試驗人員根據(jù)現(xiàn)場條件和試驗要求在試驗前單獨架構(gòu)。

二、嶺澳電站1號機組3號主泵動平衡試驗

1.振動分析及試驗工況

2009年初，嶺澳核電站1號機組在第七次大修中，更換了3號主泵水力部件。由于新水力部件與泵的匹配問題，可能帶來泵軸的不平衡，從而引起振動增大。根據(jù)嶺澳核電站主泵振動標(biāo)準(zhǔn)，各部門達(dá)成共識，熱停堆狀態(tài)主泵軸振動位移值超過140μm，即進(jìn)行動平衡試驗。

主泵啟動后，軸振動位置值為130μm，并隨著一回路升溫升壓，軸振動水平持續(xù)上漲。2009年3月24日，一回路溫度289.8℃，壓力154.4bar時，3號主泵軸振動位移值達(dá)到165μm，決定實施現(xiàn)場動平衡。

在熱停堆工況下進(jìn)行現(xiàn)場動平衡試驗有兩方面原因：其一，熱停堆工況下的溫度、壓力最接近主泵的正常運行工況，為了更好地實現(xiàn)動平衡試驗的治理效果，因此現(xiàn)場動平衡試驗必須在此工況下進(jìn)行。其二，主泵不平衡不單純是質(zhì)量不平衡，主泵在冷啟動后，經(jīng)過一回路的升溫升壓過程，主泵的整個軸系、支撐、管道以及蝸殼在熱態(tài)工況下會產(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有一定的偏差，即熱不平衡分量。

2.振動測試儀表布置

本次現(xiàn)場動平衡試驗的平衡儀表采用申克41便攜式振動分析儀，主泵電機的上下軸承各安裝兩個VS-080動圈式速度傳感器，電機和泵水力部件的聯(lián)軸節(jié)處安裝兩個8mm非接觸式電渦流傳感器，并確定12個聯(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)速表的光點打在該處（圖1）。速度傳感器布置在電機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應(yīng)。位移傳感器布置在電機側(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應(yīng)；一塊長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，其射出光點打在反光片高度（圖2）。

3.試驗過程

主泵冷態(tài)啟動后，在一回路升溫升壓過程中，3號主泵軸振動位移值持續(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號主泵軸振動位移值達(dá)到221μm，詳細(xì)數(shù)據(jù)見表1。

圖1 振動傳感器布置示意圖

圖2 鍵相器布置示意圖

表1 動平衡試驗前主泵振動數(shù)據(jù)表 μm

主泵軸振動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之間各自不平衡分量的配合問題，是不平衡的主要原因。另一方面，由于主泵振動隨工況變化而上升，判斷存在一定熱不平衡分量。因此決定采取現(xiàn)場動平衡方法解決本次振動大的問題。

圖3 3號主泵軸振動頻譜圖

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

表2 動平衡試驗主泵振動數(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。利用試重數(shù)據(jù)，根據(jù)平衡原理可計算出3號主泵聯(lián)軸節(jié)處影響系數(shù)，最終計算出不平衡質(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號主泵運行穩(wěn)定后軸振動位移值由221μm下降到64μm，電機振動水平有所降低，且保持穩(wěn)定(表3)。動平衡試驗成功。

表3 動平衡試驗主泵振動數(shù)據(jù)表最終加重（1 005g∠322°）μm

4.運行跟蹤

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

三、經(jīng)驗總結(jié)

（1）平衡手段不是解決振動問題的萬能方法，只有確定是由于不平衡引起的振動時，才可以對設(shè)備實施動平衡。

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

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

（4）主泵軸封水流量對泵本身振動情況有很大影響。動平衡試驗時，應(yīng)當(dāng)盡量保證主泵軸封水流量與正常運行時一致。

（5）如果根據(jù)理論計算出的平衡質(zhì)量過大，則應(yīng)該采用質(zhì)量分解，將其分成兩個或幾個較輕的質(zhì)量加在泵上。否則在同一位置加重超過1 500g，泵轉(zhuǎn)動時會帶來很大的轉(zhuǎn)動慣量，對設(shè)備運行不利。

四、結(jié)束語

嶺澳核電站調(diào)試期間主泵動平衡工作主要由生產(chǎn)廠家完成。經(jīng)過多年的研究，嶺澳核電站性能試驗人員已經(jīng)可以憑借自己的力量解決主泵、汽機等大設(shè)備的振動問題。此次主泵動平衡試驗的成功，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)機械的平衡[M],機械工業(yè)出版社.