萬(wàn)平生 劉 濤 陳 勇 高 培

（大亞灣核電運(yùn)營(yíng)管理有限責(zé)任公司 深圳）

一、概述

核電站二回路凝結(jié)水泵的作用是將水從冷凝器熱井中抽出，升壓后經(jīng)低壓加熱器送到除氧器。機(jī)組由3臺(tái)50%容量的凝結(jié)水泵組成，為立式沉箱型離心泵，正常情況下2臺(tái)運(yùn)行，1臺(tái)備用。為了監(jiān)測(cè)泵組的正常運(yùn)行，需要設(shè)置在線的振動(dòng)傳感器監(jiān)測(cè)電機(jī)和泵側(cè)的振動(dòng)，并設(shè)置了振動(dòng)報(bào)警值和停機(jī)值。凝結(jié)水泵在線振動(dòng)測(cè)量值經(jīng)常出現(xiàn)異常波動(dòng)，傳感器頻繁損壞，導(dǎo)致在線監(jiān)測(cè)失效。虛假的振動(dòng)信號(hào)會(huì)干擾主控操作員對(duì)設(shè)備狀態(tài)的判斷，存在跳機(jī)、跳堆風(fēng)險(xiǎn)。從傳感器的工作原理、安裝要求及立式電機(jī)振動(dòng)監(jiān)測(cè)3方面分析原因。

二、簡(jiǎn)介

核電站二回路凝結(jié)水泵電機(jī)的在線振動(dòng)顯示值發(fā)生過(guò)多次異常，顯示數(shù)值與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)振動(dòng)值偏差較大，且頻發(fā)探頭故障。從機(jī)組工程調(diào)試至發(fā)現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，2套機(jī)組共6臺(tái)凝結(jié)水泵的12個(gè)在線振動(dòng)傳感器通道，5個(gè)通道發(fā)生過(guò)傳感器故障，故障率達(dá)42%，初次提出該問(wèn)題時(shí)，機(jī)組處在功率運(yùn)行狀態(tài)，仍有2個(gè)通道讀數(shù)為0。振動(dòng)傳感器的現(xiàn)場(chǎng)安裝如圖1所示。電廠技術(shù)部門多次現(xiàn)場(chǎng)核實(shí)振動(dòng)情況，使用便攜式振動(dòng)測(cè)量?jī)x器測(cè)量傳感器固定表面的振動(dòng)，發(fā)現(xiàn)電機(jī)振動(dòng)較小且無(wú)波動(dòng)，儀表部門多次更換傳感器，問(wèn)題仍舊得不到解決。

圖1 電機(jī)振動(dòng)傳感器現(xiàn)場(chǎng)安裝

三、振動(dòng)傳感器及失效原因分析

1.傳感器工作原理

現(xiàn)場(chǎng)用于監(jiān)測(cè)電機(jī)振動(dòng)的傳感器為EPRO公司生產(chǎn)的PR 9268/301型動(dòng)圈式絕對(duì)速度傳感器。該類型振動(dòng)傳感器是基于法拉第電磁感應(yīng)定律，即導(dǎo)體在磁場(chǎng)中切割磁力線產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。

式中 B——均勻磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度

L——導(dǎo)體長(zhǎng)度

V——導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)速度

A——V與磁感線的夾角

當(dāng)B、L、A為一定值時(shí)，導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)速度就與電動(dòng)勢(shì)E成正比關(guān)系，該比例值就是傳感器的靈敏度。

圖2為絕對(duì)速度傳感器的結(jié)構(gòu)圖，圖2中軟彈簧片連接工作線圈，永久磁鐵固定在外殼內(nèi)部提供磁場(chǎng)，外殼和被測(cè)物體剛性連接傳遞振動(dòng)，工作線圈在磁場(chǎng)中切割磁力線輸出振動(dòng)信號(hào)。

2.傳感器失效原因分析

從工作原理可以看出，速度型振動(dòng)傳感器的工作線圈與軟彈簧片和阻尼器連接，該類型傳感器對(duì)于低頻振動(dòng)衰減較大。傳感器工作時(shí)自身重量無(wú)法由軟彈簧片承擔(dān)，否則長(zhǎng)期使用會(huì)造成軟彈簧片的失效變形，因此該類型的傳感器分為水平和垂直安裝兩種，其主要區(qū)別為垂直安裝的傳感器軟彈簧片設(shè)計(jì)上能夠承擔(dān)工作線圈的自重。

水平安裝的傳感器長(zhǎng)期垂直向安裝使用，會(huì)導(dǎo)致傳感器失效，垂直安裝的傳感器水平安裝使用，會(huì)導(dǎo)致工作線圈在外殼內(nèi)的靜態(tài)位置發(fā)生變化，導(dǎo)致虛假信號(hào)。根據(jù)廠方提供傳感器的使用說(shuō)明，PR 9268/301型傳感器只能用于水平±10°安裝使用（30代表水平安裝，1代表信號(hào)線長(zhǎng)度為5 m）。

3.傳感器在檢測(cè)中心標(biāo)定結(jié)果

圖2 絕對(duì)速度傳感器結(jié)構(gòu)圖

電廠技術(shù)人員將PR 9268/301型速度傳感器送至檢測(cè)中心進(jìn)行標(biāo)定，中心按照磁電式速度傳感器的檢定規(guī)程，對(duì)該型傳感器的靈敏度以及靈敏度幅值線性進(jìn)行了檢測(cè)。垂直安裝探頭，加入固定頻率的振動(dòng)源，在（3.75、7.5、11.25、15）mm/s幾個(gè)點(diǎn)進(jìn)行校驗(yàn)，測(cè)量探頭輸出電壓非常低，且不是線性關(guān)系，無(wú)法計(jì)算其靈敏度，且不滿足這4個(gè)點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)電壓輸出要求。水平安裝探頭，加入固定頻率的振動(dòng)源，在上述4點(diǎn)進(jìn)行校驗(yàn)，測(cè)量探頭的輸出電壓與標(biāo)準(zhǔn)電壓基本一致，滿足整個(gè)量程的線性關(guān)系。該檢定結(jié)果印證了電廠技術(shù)人員對(duì)傳感器失效原因的判斷。

四、立式泵的振動(dòng)監(jiān)測(cè)方式

電廠技術(shù)人員在初次發(fā)現(xiàn)傳感器的安裝該問(wèn)題時(shí)，立即詢問(wèn)了電機(jī)廠家。廠家最初的答復(fù)為該傳感器用來(lái)測(cè)量軸向的振動(dòng)，監(jiān)測(cè)電機(jī)上推力軸承的磨損，推力軸承承擔(dān)了電機(jī)轉(zhuǎn)子的所有重量，如果出現(xiàn)大的波動(dòng)會(huì)導(dǎo)致軸承損壞。設(shè)備運(yùn)行維護(hù)手冊(cè)EOMM里關(guān)于電機(jī)振動(dòng)監(jiān)測(cè)的描述為電機(jī)振動(dòng)在2個(gè)水平方向監(jiān)測(cè)，按照正常的理解，應(yīng)該監(jiān)測(cè)立式電機(jī)的徑向振動(dòng)。凝結(jié)水泵電機(jī)的上軸承結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)圖3。

圖3 電機(jī)上軸承結(jié)構(gòu)圖

立式泵組軸的重量基本是由推力軸承支撐，這種懸臂梁的結(jié)構(gòu)導(dǎo)致軸的徑向擺動(dòng)要大于軸向竄動(dòng)，監(jiān)測(cè)徑向振動(dòng)更能有效地監(jiān)測(cè)電機(jī)的運(yùn)行情況；監(jiān)測(cè)推力軸承有更加有效的方式，如瓦溫以及推力瓦兩面的磨損量等，監(jiān)測(cè)推力瓦的磨損需要用的是渦流探頭，如汽輪發(fā)電機(jī)組的軸竄測(cè)量就是使用的非接觸式渦流探頭。即使要監(jiān)測(cè)推力軸承的振動(dòng)，傳感器的安裝測(cè)量位置與推力軸承相差較遠(yuǎn)，不能準(zhǔn)確反映推力軸承的實(shí)際振動(dòng)。

美國(guó)水力協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)中，關(guān)于立式泵振動(dòng)監(jiān)測(cè)傳感器安裝方式有明確的描述，該標(biāo)準(zhǔn)明確指出立式離心泵組電機(jī)的振動(dòng)監(jiān)測(cè)，徑向是主要的監(jiān)測(cè)方向。

五、處理結(jié)果

電廠技術(shù)人員經(jīng)過(guò)充分的分析，檢定中心對(duì)傳感器的檢定報(bào)告以及傳感器多次失效的事實(shí)，電機(jī)廠家同意了電廠的技術(shù)分析，并在機(jī)組大修中完成了傳感器安裝方向的改造，傳感器仍舊使用EPRO公司的PR 9268/301型速度傳感器，改為水平方向放置，改造后現(xiàn)場(chǎng)圖片見(jiàn)圖4。經(jīng)過(guò)2年多時(shí)間的運(yùn)行，傳感器運(yùn)行正常，沒(méi)有發(fā)生過(guò)損壞，主控室顯示振動(dòng)值與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)值一致。

圖4 改造后傳感器安裝現(xiàn)場(chǎng)圖片

六、結(jié)束語(yǔ)

立式泵電機(jī)的振動(dòng)監(jiān)測(cè)，應(yīng)該以徑向振動(dòng)為主要的監(jiān)測(cè)方向，傳感器的位置應(yīng)當(dāng)盡量靠近軸承，且堅(jiān)實(shí)的表面上。

現(xiàn)場(chǎng)使用磁電式速度傳感器測(cè)量振動(dòng)時(shí)，需要確認(rèn)該型號(hào)傳感器的使用條件，包括溫度條件、安裝要求、頻率使用范圍等，這些參數(shù)都能在產(chǎn)品手冊(cè)上查到，只有在正確使用傳感器的情況下，才能讀取到真實(shí)的振動(dòng)數(shù)據(jù)。該核電站凝結(jié)水泵在線振動(dòng)傳感器安裝錯(cuò)誤問(wèn)題的成功解決，對(duì)于在建的其他機(jī)組具有實(shí)際借鑒意義。

1 900 MW壓水堆核電站系統(tǒng)與設(shè)備[M].北京：原子能出版社，2007

2 PR 9268電磁式絕對(duì)速度傳感器使用手冊(cè)

3 Centrifugal Pumps-Nomenclature，Definitions，Application and Operation.美國(guó)水力協(xié)會(huì)，ANSI/HI 1.1-1.2-2000