嶺澳核電站主泵動平衡

趙振宇，高 培

（大亞灣核電運營管理有限責任公司，廣東 深圳 518124）

反應堆冷卻劑系統（RCP）的主要功能是使冷卻劑循環(huán)流動，將堆芯中核裂變產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。反應堆冷卻劑泵（簡稱主泵）是RCP系統中最重要的設備。

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。機組到達熱停堆狀態(tài)時，主泵軸振動位移值達到165μm。這種情況下，嶺澳核電站通過對主泵振動的測試和分析，對設備實施了現場動平衡試驗，平衡后的主泵振動達到良好水平。

一、嶺澳核電站反應堆冷卻劑泵概述

1.反應堆冷卻劑泵簡介

嶺澳核電站采用CPR1000型反應堆，每個反應堆有三個環(huán)路，每條環(huán)路包含一臺主泵，用于驅動冷卻劑在RCP系統內循環(huán)流動，連續(xù)不斷地把堆芯中產生的熱量傳遞給蒸汽發(fā)生器二次側給水。主泵正常運轉可以確保有適當流量的冷卻劑流經堆芯，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，額定轉速1 485r/min，葉輪是一個整體鑄件，并帶有7枚扭曲形葉片，導葉由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。

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，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，測量轉子的相對振動。上述4個振動傳感器經信號處理模塊調制后，再將其通頻振動對應的電壓值送至主控制記錄儀。另外由于主泵在線安裝轉速信號屬核級保護信號，出于安全準則要求，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現場條件和試驗要求在試驗前單獨架構。

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。根據嶺澳核電站主泵振動標準，各部門達成共識，熱停堆狀態(tài)主泵軸振動位移值超過140μm，即進行動平衡試驗。

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到165μm，決定實施現場動平衡。

在熱停堆工況下進行現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，為了更好地實現動平衡試驗的治理效果，因此現場動平衡試驗必須在此工況下進行。其二，主泵不平衡不單純是質量不平衡，主泵在冷啟動后，經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)工況下會產生一定的熱變量，其微變的方向不可預知，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個聯軸節(jié)上任意聯接螺栓為鍵相零位，在其上貼反光貼紙，激光轉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。位移傳感器布置在電機側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；一塊長40mm、寬5mm的反光片貼在主泵的聯軸節(jié)上，作為健相零位。激光轉速傳感器裝在主泵防護網外，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，一回路溫度達到熱停堆工況（289.8℃，壓力為154.4bar），3號主泵軸振動位移值達到221μm，詳細數據見表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據表 μm

主泵軸振動頻譜以工頻分量為主（圖3），判斷為不平衡原因導致。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

根據嶺澳電站主泵平衡的歷史經驗，并考慮不確定因素可能帶來的影響，保守決定在聯軸節(jié)處試加790g質量塊。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據表（試重790g∠8°）μm

從試重效果上看，選擇的質量和角度基本準確。利用試重數據，根據平衡原理可計算出3號主泵聯軸節(jié)處影響系數，最終計算出不平衡質量為1 000g。由此決定取下試重質量，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據表最終加重（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、經驗總結

（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，才可以對設備實施動平衡。

（2）主泵動平衡試驗應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，否則將導致設備的二次平衡。

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

（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，應當盡量保證主泵軸封水流量與正常運行時一致。

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

四、結束語

嶺澳核電站調試期間主泵動平衡工作主要由生產廠家完成。經過多年的研究，嶺澳核電站性能試驗人員已經可以憑借自己的力量解決主泵、汽機等大設備的振動問題。此次主泵動平衡試驗的成功，再次證明了廣東核電技術人員已掌握核電關鍵設備維修、故障原因分析及后續(xù)處理的核心技術。

[1]蘇林森等.900MW壓水堆核電站系統與設備[M],原子能出版社，2005.

[2]下村玄.旋轉機械的平衡[M],機械工業(yè)出版社.