核電廠中主泵和風(fēng)機(jī)多為離心式，這些設(shè)備的離心轉(zhuǎn)子在高轉(zhuǎn)速下工作時(shí)，由于轉(zhuǎn)子的材質(zhì)不均、毛坯缺陷、加工和裝配誤差、設(shè)計(jì)時(shí)存在的非對(duì)稱幾何形狀以及運(yùn)行時(shí)葉輪存在腐蝕和雜質(zhì)吸附等原因，使其質(zhì)量分布不均勻。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)比較大的不平衡離心慣性力，使設(shè)備振動(dòng)或損壞。動(dòng)平衡就是為了減小不平衡離心慣性力，使轉(zhuǎn)子運(yùn)轉(zhuǎn)平衡的一種方法。

1 主泵動(dòng)平衡試驗(yàn)

1.1 主泵情況介紹

主泵全名反應(yīng)堆冷卻劑泵，是由空氣冷卻、三相感應(yīng)式電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的立式單級(jí)軸密封機(jī)組。從頂部到底部，由電動(dòng)機(jī)、密封組件和泵的水力部件組成。冷卻劑通過(guò)泵殼底部吸入向上流過(guò)葉輪，葉輪上是帶有7個(gè)整體葉片的不銹鋼鑄件，從泵的頂部看，葉輪設(shè)計(jì)成逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。

反應(yīng)堆主泵安裝有4個(gè)在線振動(dòng)傳感器。其中兩個(gè)速度傳感器106MV和107MV。安裝在電動(dòng)機(jī)殼體下法蘭上以測(cè)量電動(dòng)機(jī)軸承的振動(dòng)。另外兩個(gè)傳感器為非接觸式位移傳感器150MM和151MM，安裝在泵驅(qū)動(dòng)軸聯(lián)軸節(jié)高度上。在兩個(gè)位移傳感器中間安裝有鍵相傳感器，以提供相位信息（圖1）。鍵相信號(hào)和振動(dòng)信號(hào)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)接線盒將信號(hào)傳至主控和Bently3300儀表框架，以供記錄和報(bào)警。因?yàn)橹骺卦诰€系統(tǒng)僅提供振動(dòng)總值而沒(méi)有振動(dòng)頻譜，因此通過(guò)DP1500便攜式測(cè)振儀與儀表框架信號(hào)輸出端子連接，可實(shí)現(xiàn)對(duì)主泵振動(dòng)信號(hào)的采集和監(jiān)測(cè)。

圖1 主泵振動(dòng)傳感器安裝示意圖

1.2 主泵振動(dòng)分析和診斷

主泵現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡試驗(yàn)在熱停堆工況下進(jìn)行，其主要原因是這一工況最接近主泵的正常運(yùn)行工況。前面已分析的24Hz 是不平衡所導(dǎo)致，但不平衡不僅是質(zhì)量不平衡、還包括一部分熱不平衡，這是由于這個(gè)軸系在熱態(tài)工況下受熱膨脹不均造成的，所以動(dòng)平衡試驗(yàn)必須在熱態(tài)工況下進(jìn)行。

2號(hào)機(jī)組第5次換料大修后，在熱態(tài)升溫過(guò)程中1號(hào)主泵振動(dòng)由67um 增大到128um 并有上升趨勢(shì)。從當(dāng)時(shí)的頻譜看，造成軸振動(dòng)的主要頻為工頻，其他偕波分量幅值較小。從幅值上看，工頻分量占振動(dòng)總量的90%以上，基本可以確定當(dāng)時(shí)主泵振動(dòng)偏大的主要原因?yàn)椴黄胶?。而出現(xiàn)的11.8Hz 振動(dòng)分量經(jīng)分析為軸封水注入而引起的振動(dòng)，其產(chǎn)生原因主要與設(shè)計(jì)有關(guān)，且幅值較小，無(wú)需處理。根據(jù)以上分析，決定在機(jī)組熱態(tài)時(shí)對(duì)主泵進(jìn)行動(dòng)平衡試驗(yàn)。

1.3 動(dòng)平衡試驗(yàn)過(guò)程

本次動(dòng)平衡采用的是單面動(dòng)平衡方法，加重平面為聯(lián)軸節(jié)處。在停運(yùn)2號(hào)機(jī)組1號(hào)主泵前對(duì)主泵的數(shù)據(jù)進(jìn)行了振動(dòng)測(cè)量測(cè)，并將該次振動(dòng)測(cè)量作為動(dòng)平衡試驗(yàn)的原始振動(dòng)值（表1），據(jù)此估算試加重量約為851g ∠51°（圖2），對(duì)輪上14#和1#螺栓中間的鍵槽為零相位點(diǎn)。試加重量后，啟動(dòng)主泵，測(cè)量振動(dòng)，采集數(shù)據(jù)見表1。試重后振動(dòng)幅值變化不大，1倍頻振動(dòng)從128um 降低到107um，但相位角度變化很大，由339°變化到235°，改變了90°，幅值變化不大而相位角變化較大說(shuō)明試重偏大，通過(guò)試重后振動(dòng)計(jì)算配重，計(jì)算結(jié)果表明應(yīng)加重550g，加在14°相位上，實(shí)際加重556g。啟動(dòng)主泵，待狀態(tài)穩(wěn)定后采集振動(dòng)數(shù)據(jù)，一倍頻振動(dòng)值下降到63um，主控顯示的振動(dòng)總值也下降到70～90um左右，結(jié)果表明主泵動(dòng)平衡后振動(dòng)狀態(tài)良好。

圖2 加重位置示意圖

1.4 經(jīng)驗(yàn)反饋和幾點(diǎn)建議

當(dāng)主泵振動(dòng)較高時(shí)，首先應(yīng)認(rèn)真分析原因，確定是由不平衡故障引起。通常一倍頻要占總振動(dòng)值的85%以上才可實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡；當(dāng)一倍頻分量中包含較大的熱變量時(shí)，泵啟動(dòng)至狀態(tài)穩(wěn)定需較長(zhǎng)的時(shí)間，數(shù)據(jù)采集應(yīng)在泵的狀態(tài)穩(wěn)定后(包括軸封水流量和軸承溫度)方可進(jìn)行。根據(jù)本次測(cè)量經(jīng)驗(yàn)，2RCP001PO的振動(dòng)約經(jīng)過(guò)20～25min 后幅值趨于穩(wěn)定；試驗(yàn)時(shí)，設(shè)備運(yùn)行工況應(yīng)盡量接近正常運(yùn)行工況。對(duì)于主泵，在進(jìn)行動(dòng)平衡試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)使每次的軸封水流量相同且與正常運(yùn)行時(shí)的流量一致。

表1 2RCP001PO 主泵動(dòng)平衡試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表2 秦山核電廠DVK 風(fēng)機(jī)平衡數(shù)據(jù)

當(dāng)需較大配重時(shí)應(yīng)考慮將矢量分解，一個(gè)螺栓上的配重量不宜超過(guò)1500g。當(dāng)主泵聯(lián)軸器平衡面上已有較多平衡塊時(shí)，應(yīng)綜合考慮原有的平衡塊，盡可能減少平衡面的配重。如難以實(shí)施，可選擇慣性飛輪作平衡面；由于主泵振動(dòng)原因復(fù)雜，影響振動(dòng)的因素較多，特別是熱變量對(duì)動(dòng)平衡試驗(yàn)的影響較大，這種熱不平衡量隨工況和運(yùn)行時(shí)間而變化，試驗(yàn)中必須充分地重視和考慮這個(gè)問(wèn)題。在本次動(dòng)平衡試驗(yàn)中，2RCP001PO 在6月19日啟動(dòng)后進(jìn)行的振動(dòng)測(cè)量中，一倍頻最大振動(dòng)幅值和相位為67um ∠305°，到6月21日該點(diǎn)一倍頻振動(dòng)幅值和相位變?yōu)?28um ∠338°，幅值和相位均有較大變化。

2 核級(jí)風(fēng)機(jī)動(dòng)平衡

核電廠中風(fēng)機(jī)動(dòng)平衡試驗(yàn)同主泵動(dòng)平衡原理相同，風(fēng)機(jī)可以看作具有集中質(zhì)量的單輪盤轉(zhuǎn)子。平衡時(shí)只需要一個(gè)校正平面，校正質(zhì)量安裝在葉輪上。若葉輪有平衡槽，平衡時(shí)將校正質(zhì)量安裝在平衡槽內(nèi)；若葉輪沒(méi)有平衡槽，平衡時(shí)校正質(zhì)量焊接在輪盤的外緣。由于核電廠風(fēng)機(jī)一般未加裝在線振動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置，或加裝的振動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置不具備頻譜分析功能。因此需要使用便攜式振動(dòng)數(shù)據(jù)采集器并加裝鍵相傳感器來(lái)獲取振動(dòng)信號(hào)（圖3）。

示例：秦山核電廠DVK 送風(fēng)機(jī)。該風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速為1500r/min。運(yùn)行中風(fēng)機(jī)振動(dòng)達(dá)7.71mm/s，振動(dòng)為基頻，判斷為不平衡引起。風(fēng)機(jī)葉輪沒(méi)有平衡槽，考慮加重焊接在葉輪輪盤的外緣。平衡過(guò)程見表1，平衡進(jìn)行了兩次。第一次平衡后，依計(jì)算結(jié)果將平衡角度調(diào)整了70度，振動(dòng)達(dá)滿意水平（表2）。

核電廠風(fēng)機(jī)動(dòng)平衡與核電廠主泵動(dòng)平衡原理基本相同，但數(shù)據(jù)采集和振動(dòng)分析方式卻有很大區(qū)別。主要體現(xiàn)在，主泵是通過(guò)主泵自帶傳感器而得到的軸位移和相位數(shù)據(jù)，而風(fēng)機(jī)則是通過(guò)便攜式振動(dòng)數(shù)采器及脈沖轉(zhuǎn)速表測(cè)得的風(fēng)機(jī)軸承座振動(dòng)速度及相位數(shù)據(jù)。由于采集方式不同，采集得到的振動(dòng)數(shù)據(jù)單位不同，直接反應(yīng)在同一測(cè)點(diǎn)上測(cè)量得到的振動(dòng)速度相位會(huì)超前振動(dòng)位移相位90度，用速度單位得到的滯后角也將超前90度，這就要求風(fēng)機(jī)動(dòng)平衡初次試重時(shí)要將滯后角度的區(qū)別考慮進(jìn)來(lái)，避免試重位置加反，造成設(shè)備損壞甚至人身傷害的事故。

圖3 風(fēng)機(jī)振動(dòng)傳感器安裝示意圖

3 結(jié)語(yǔ)

核電廠主泵和核輔廠房通風(fēng)設(shè)備均為核級(jí)設(shè)備，是執(zhí)行核安全功能的關(guān)鍵設(shè)備，當(dāng)這些設(shè)備發(fā)生故障時(shí)對(duì)核安全往往會(huì)造成威脅。因此對(duì)于這些設(shè)備的故障需細(xì)致分析設(shè)備的振動(dòng)故障原因，不僅要了解設(shè)備的各種振動(dòng)原因及振動(dòng)特征，還要考慮設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中綜合故障，才能準(zhǔn)確判斷設(shè)備振動(dòng)故障原因及故障位置，為精確實(shí)施動(dòng)平衡提供理論依據(jù)。通過(guò)以上方法對(duì)設(shè)備的轉(zhuǎn)子進(jìn)行動(dòng)平衡的校正，可以減小轉(zhuǎn)子在工作時(shí)的慣性力和慣性力偶，從而減小了設(shè)備的振動(dòng)。大大提高了設(shè)備工作的穩(wěn)定性和可靠性，增加了設(shè)備的使用壽命，也減少了因質(zhì)量原因而使設(shè)備損壞的因素，為保證產(chǎn)品的質(zhì)量提供了有利的保障。

主泵及風(fēng)機(jī)等設(shè)備動(dòng)平衡試驗(yàn)，在降低設(shè)備振動(dòng)的同時(shí)還可以積累相應(yīng)的測(cè)試數(shù)據(jù)，通過(guò)這些數(shù)據(jù)可計(jì)算出設(shè)備動(dòng)平衡影響系數(shù)，如同類設(shè)備再需要進(jìn)行動(dòng)平衡試驗(yàn)時(shí)可直接通過(guò)影響系數(shù)和設(shè)備的原始振動(dòng)算出應(yīng)加配重質(zhì)量而不需加試重，最少可進(jìn)行一次配重即完成動(dòng)平衡，減少設(shè)備的啟停次數(shù)，保證設(shè)備安全的同時(shí)更具有一定的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。