楊全超，文 學

（中核集團福建福清核電有限公司，福建福清 350318）

0 引言

反應堆冷卻劑泵（簡稱主泵），是核島一回路系統(tǒng)中唯一旋轉(zhuǎn)的設(shè)備[1]，用于驅(qū)動一回路冷卻劑循環(huán)流動，以便將反應堆的熱量帶至蒸汽發(fā)生器加熱二回路工質(zhì)[2]，產(chǎn)生的蒸汽通過二回路推動汽輪機組發(fā)電。核主泵被喻為核島的心臟，其性能及可靠運行直接影響核電站的發(fā)電能力和安全。主泵電機則是驅(qū)動主泵平穩(wěn)運行的動力源。

1 電機軸承潤滑系統(tǒng)介紹

國內(nèi)某核電廠1#機組主泵電機由哈電集團獨立研發(fā)、制造，是我國首次國產(chǎn)核主泵電機。該電機型號為YLH7500-4，為三相鼠籠式異步感應電機，其頂部設(shè)置有止逆機構(gòu)，下部設(shè)置有失電后可暫時維持一回路冷卻的惰轉(zhuǎn)飛輪。泵與電機采用鋼性聯(lián)軸器連接，這樣可使電機與泵共用一組雙向推力軸承，整個泵組軸承采用“半傘式”3 軸承布置。主泵運行時由自身的機械油泵為泵組軸承提供潤滑冷卻，主泵停轉(zhuǎn)時則可用外置的泄漏油泵和頂軸油泵實現(xiàn)潤滑。該電機的潤滑油系統(tǒng)可以分為4 個油路。

（1）頂軸油路。頂軸油泵從軸承室內(nèi)的貯油箱吸入油并將其直接泵入軸向軸承的主推力瓦側(cè)。在軸承箱內(nèi)，來自頂軸油泵的油與其他回路的油混合。油從軸承箱出來流經(jīng)油冷卻器進入軸承箱內(nèi)部的貯油箱。頂軸油回路在主泵啟運和關(guān)閉之前投運，以釋放主推力瓦的軸向載荷。

（2）主潤滑油路。主泵運行期間，潤滑油循環(huán)由一個獨立安裝在電機軸上的油葉輪維持。此油葉輪從軸承箱內(nèi)的貯油箱吸油并將其泵入主副推力瓦、泵的徑向軸承、電機的徑向軸承。在軸承箱內(nèi)，來自油葉輪的油與來自頂軸油泵的油混合，然后經(jīng)油冷卻器冷卻，流回軸承箱內(nèi)的貯油箱中形成循環(huán)。流向電機徑向軸承的潤滑油流量為45 L/min，這部分潤滑油先潤滑和冷卻主泵電機的徑向軸承，然后以溢流的方式通過一個回油管流回軸承箱內(nèi)的貯油箱內(nèi)。

（3）油密封泄漏油路。油葉輪下部布置有油機械密封，為減少機械密封面的發(fā)熱與摩擦，油機械密封需要有一定泄漏量，漏油通過集油盤回到泄漏油箱中。

（4）泄漏油箱油路。泄漏油箱油通過2 個泄漏油泵泵入電機上軸承室中，然后通過溢流管線返回軸承室油箱，形成完整回路。泄漏油泵的啟停動作由泄漏油箱的油位觸發(fā)。

2 電機上導軸承運行機理

電機上導軸承油箱屬于上機架的一部分，上導軸承安裝在其中。正常工作時，油箱內(nèi)充有潤滑油，潤滑油通過進出油管進行循環(huán)，潤滑并冷卻導軸承。上油箱有2 個進油管，1 個排油管。一個進油管在主泵電機啟動時向上導軸承供油，另一個在正常工作時向上導軸承供油；排油管將冷卻軸承后的高溫潤滑油排出并導入下方的推力軸承儲油箱。

電機上導軸承由英國RENK 公司設(shè)計制造，潤滑直徑450 mm，由8 塊表面鑲有巴氏合金的軸承組成，內(nèi)部油潤滑機理如圖1 所示。安裝在導瓦下部的密封環(huán)與滑轉(zhuǎn)子之間保持約1 mm 間隙，該間隙在滑轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動情況下依靠潤滑油的黏度效應，將油池底部的潤滑油吸入到導軸承與滑轉(zhuǎn)子之間形成油膜，之后經(jīng)過軸瓦間隙及軸承基座上的旁通孔流回油池形成潤滑循環(huán)。

3 事故分析與處理

3.1 事故描述

2013 年9 月20日下午，該核電機組3#主泵電機按計劃進行空載試運行試驗。電機于17：45：35 啟動，運行大約4 min 后，上導軸承溫度信號顯示異常，尤其X 方向軸瓦溫度上升較快。17：50：41，X 方向上導瓦溫度達到105 ℃，接近跳機值（110 ℃），主控室操作員立即切斷電機電源。隨后電機惰轉(zhuǎn)，上導瓦溫度持續(xù)升高，并最高達到130 ℃（圖2）。

圖1 電機上導軸承內(nèi)部潤滑

圖2 電機上導瓦溫升曲線

在排除溫度探頭故障后，調(diào)試人員認為有燒軸瓦風險，遂對主泵電機上導瓦進行拆除，發(fā)現(xiàn)情況如下。

（1）所有軸瓦表面烏金均嚴重損壞，瓦塊進出油邊的烏金飛邊嚴重；

（2）滑轉(zhuǎn)子圓周表面出現(xiàn)連續(xù)嚴重劃痕；

（3）上油箱潤滑油發(fā)黑，油箱底部沉積有較多的巴氏合金粉末。

3.2 原因分析

3.2.1 ISHIKAVA 圖分析

利用魚刺圖（圖3），列舉出所有可能造成軸瓦燒毀的原因并逐個分析排除。主泵電機上導軸承裝配是電機安裝的最后一道工序。按照施工程序，完成安裝最后一道工序時對上油箱內(nèi)部組件進行徹底清潔，隨后用濾油機沖洗直至油質(zhì)化驗合格后為泵組注油，因此不可能是油質(zhì)問題。在電機試車前就已確認投入了油冷器冷卻水并保持油溫在較低范圍內(nèi)，因此不可能是油溫高造成軸承損毀。

圖3 魚刺圖

通過調(diào)取試車時主油管上的流量計讀數(shù)，流量始終保持在45 L/min 且沒有波動；上油箱油位為50.4%，符合廠家給出的正常油位范圍，因此軸瓦潤滑油量是充足的。電機單體試車，載荷小。據(jù)裝配記錄顯示，在進行電機組裝時上導軸承瓦面和滑轉(zhuǎn)子表面均完好無缺陷。因此部件質(zhì)量不是造成此次事故的原因。

通過對比泵組島內(nèi)對中數(shù)據(jù)和組裝廠房電機盤車調(diào)中心數(shù)據(jù)，并在3#主泵電機上導瓦故障后，復測滑轉(zhuǎn)子到上油箱止口距離，認為電機軸在試車前后一直處于中心位置，可排除軸承偏心的原因。在拆卸過程中，各螺栓緊固無部件松動現(xiàn)象。考慮到所有軸瓦損壞情況均一致，懷疑軸瓦損壞原因可能為軸瓦間隙過小，導致潤滑不良。

3.2.2 趨勢分析

從發(fā)生事故時上導瓦溫升趨勢線（圖4）可以看出，電機啟動約4 min 時，溫度曲線的切線斜率突然變大，即導瓦的溫度在此點后迅速升高。對比該電機在制造廠空載試驗時軸承溫升曲線（圖5），溫度的上升曲線切線斜率是逐漸變小的，這一現(xiàn)象說明現(xiàn)場試驗的電機導軸承與在制造廠空載試驗時的運行狀態(tài)是不同的。

表1 列舉了現(xiàn)場試車時電機機架的振動值和電機軸位移值。在表中可以看出，除了電機在啟動瞬間軸位移值為48.4 μm 和53.6 μm 以外，無論是在瓦溫突變（17：49：10）之前還是之后，以及切斷電源后的一段時間內(nèi)，軸位移數(shù)值均未超過17 μm，切斷電源時的軸位移也只有13.3 μm。參考1#，2#主泵電機的空載試車記錄：2 部電機軸位移分別約為30 μm 和40 μm，上導軸承溫度約為78.5 ℃。

圖4 現(xiàn)場調(diào)試時上導瓦溫升趨勢線

圖5 廠家試驗時上導瓦溫升趨勢線

表1 電機機架振動和軸位移振動數(shù)據(jù)

在通常情況下，如果油膜穩(wěn)定，機械間隙正常，軸位移會在一定范圍內(nèi)小幅波動，若油膜遭到破壞，軸振動數(shù)值會出現(xiàn)振蕩發(fā)散現(xiàn)象。但是3#電機上導軸承在事故突發(fā)前后，軸位移數(shù)值幾乎少有變化，油膜的變化對該值未見有影響，那么可以推斷，軸瓦在啟動后不久就進入了近乎抱軸狀態(tài)，轉(zhuǎn)子是靠機械間隙在運行，油膜沒有建立或者由于間隙過小而在運行不久就迅速被破壞。

3.2.3 現(xiàn)場測量驗證

基于以上分析，利用調(diào)節(jié)螺栓和軸承座上的原始印記進行軸瓦復原，并測量軸瓦間隙值見表2。從表2 可以看出，1#～5#軸瓦的瓦間隙和值小于0.17 mm，并且此時瓦面的狀態(tài)是瓦的中部已經(jīng)受到磨損，烏金面變薄，出油邊烏金面變厚，未磨損時的狀態(tài)瓦間隙和值應該更小。3#～7#軸瓦間隙和值為0.37，與1#～5#軸瓦存在較大差異。對8#軸瓦的厚度測量時發(fā)現(xiàn)，8#軸瓦的瓦面磨損最為嚴重，瓦面中間的磨損量超過0.2 mm，而此時8#軸瓦的瓦間隙值為0.25，對面位置的4#軸瓦瓦面也是除8#軸瓦外磨損最為嚴重的，而同時4#軸瓦、8#軸瓦均是安裝測溫元件的兩塊瓦。復測記錄由于是在研瓦狀態(tài)復原后進行，存在一定誤差，但考慮軸瓦中部存在少量磨損那么實際間隙可能比測量數(shù)據(jù)更小，也即說明瓦間隙不均和偏小是存在的。

由以上分析可以確定，上導軸承間隙過小是造成此次事故的直接原因。由于電機啟動不久便出現(xiàn)事故，可以確定安裝上導瓦時導瓦間隙沒有按照規(guī)程要求的單邊0.15 mm 進行，故此次事故系安裝質(zhì)量事故。

表2 實測軸瓦間隙

3.3 后續(xù)處理

從潤滑油回路看，主泵上油箱與主油箱是直接連接的。雖然主泵電機只運轉(zhuǎn)6 min，但拆卸主油箱出油管，發(fā)現(xiàn)有少量顆粒物，這表明上導瓦損壞后，還是有部分巴氏合金粉末進入中間油箱，存在損壞主泵組合軸承、油密封、頂軸油泵等旋轉(zhuǎn)組件風險。隨即對主油箱及油管單獨沖洗直至油質(zhì)滿足要求。由于滑轉(zhuǎn)子、軸瓦已基本損毀，需要更換新的軸瓦及滑轉(zhuǎn)子。新的軸承安裝完成后，按照相關(guān)的程序?qū)唛g隙進行了調(diào)整。再次完成注油后啟動電機，上導瓦溫升正常，電機試運行4 h 各參數(shù)均正常（表3）。

表3 電機再次空載試車數(shù)據(jù)

4 結(jié)論

主泵電機是核電廠一回路唯一的驅(qū)動設(shè)備，其運行質(zhì)量的好壞直接決定著電廠經(jīng)濟效益以及核安全，因此對電機的安裝調(diào)試質(zhì)量必須足夠重視。該電廠1#機組3#主泵在電機單體試車過程中發(fā)生的軸瓦燒毀事故，表明其目前的質(zhì)量管理方式尤其是對承包商的質(zhì)量管理還存在一定的不足。本文結(jié)合該事故，從“人機料法環(huán)”的角度深入剖析了造成該事故的人為原因，以期對同行電廠的安裝調(diào)試工作提供借鑒。