百萬核電汽輪發電機組頂軸油泵振動問題處理

徐仕海，鄧曉暉，李誠

(東方汽輪機有限公司，四川德陽，618000)

百萬核電汽輪發電機組頂軸油泵振動問題處理

徐仕海，鄧曉暉，李誠

(東方汽輪機有限公司，四川德陽，618000)

文章通過對國內百萬等級半轉速核電機組頂軸油泵在實際運行過程中的振動問題進行分析，并對處理過程進行描述，可作為經驗反饋對后續核電機組頂軸油泵選型及安裝進行改進。

核電汽輪機，頂軸油泵，振動

0 引言

頂軸油系統的作用是在汽輪機低速階段提供高壓油，在轉子和軸承之間形成靜壓油膜將轉子頂起，避免汽輪機低轉速過程中軸頸和軸瓦之間的干摩擦，防止低速碾瓦，并減少盤車力矩，對轉子和軸承起著重要的保護作用。通常百萬級火電機組采用全轉速機型，軸系及葉片總重相對較小，因而頂軸壓力一般在20 MPa（a）左右，頂軸油泵出口油量100 L/min左右；而作為百萬級核汽輪機發電機組采用半轉速機型的特點，軸系重量會比較大，葉片也相對比較長，包含葉片在內的軸系重量高達500～600 t，因而頂軸油泵的出口額定壓力甚至要保持在30 MPa（a），額定流量高達250 L/min，這樣大的壓力和流量要求，勢必對核電汽輪機頂軸油泵的運行造成極大挑戰。

1 設備簡介

百萬核電頂軸裝置采用2臺容積式真空泵，一臺運行，一臺備用，每臺頂軸油泵由一臺交流電機驅動。每臺頂軸油泵的出口設置有壓力控制閥、過濾器、隔離閥和止回閥，過濾器上安裝有差壓傳感器以監測濾網的堵塞情況。頂軸油供油母管上安裝了一只放油閥，還安裝了2個壓力傳感器以監測頂軸油壓。

每個支持軸承設置了5個帶壓力測點的頂軸油分配器，其中4個分配器將頂軸油送至底部支撐瓦塊上的頂軸油囊內，另外1個分配器將頂軸油送至側部瓦塊上的頂軸油囊內。

頂軸系統運行時必須保證有一臺頂軸油泵投運，另一臺處于備用狀態。頂軸油泵在核電汽輪發電機系統中的典型安裝位于主油箱頂部。安裝示意圖如圖1所示。

圖1 一用一備頂軸油泵安裝示意圖

2 振動問題描述

以國內某百萬核電項目中的頂軸油泵運行時的振動情況為例進行描述。該機組在進行頂軸油泵調試時，發現電機局部振動超標。

為了對振動獲得全面的數據，首先根據現場實際環境，對頂軸油泵電機不同區域設置振動測量點，如圖2所示。

圖2 頂軸油泵振動點劃分 （正視圖）

分別選取電機非驅動端水平向、電機非驅動端垂直向、電機驅動端水平向、電機驅動端垂直向、電機驅動端軸向進行測振。表1和表2分別為圖1左側（#1）和右側（#2）電機振動測量值。

表1 #1電機振動測量值

表2 #2電機振動測量值

3 振動問題分析

3.1 頻譜分析

從表1～2中的數據可以看出，2臺頂軸油泵電機的非驅動端都有測點的振動值超過報警值4.5 mm/s。針對上述2臺頂軸油泵電機的振動，做了曲線對比，對比結果如圖3所示。

圖3 振動曲線對比

為了分析上述振動測量值部分超標的原因，利用頻譜分析儀獲得如圖4～5所示的頻譜 （只列#2電機非驅動端和#1電機驅動端）。

圖4 #2電機非驅動端水平向 （上圖），垂直向 （中圖）和軸向 （下圖）頻譜圖

圖5 #1電機驅動端水平向 （上圖），垂直向 （中圖）和軸向 （下圖）頻譜圖

對比#1和#2頂軸油泵電機頻譜，發現2臺電機的頻譜特征非常相似，這說明造成2臺頂軸油泵電機局部振動超標的原因存在共性。

電機非驅動端的頻譜成分主要是轉速的1倍頻。1倍頻主要與2個因素有關：一是不平衡量，可以說是轉子質心偏離其旋轉中心線的程度；二是剛度，現場觀察發現，雖然已經加了抱箍和支撐，但抱箍與電機的接觸不充分，支撐的鐵棒也比較細，電機水平方向的剛度還是較小。

電機驅動端除了1倍頻以外，還有9倍頻及其諧波。在對軸承的檢查過程中，未發現軸承的故障頻率，說明電機軸承運轉正常。9倍頻及其諧波來自頂軸油泵本身，詳細檢查了頂軸油泵的出廠試驗情況，同時在現場也重新測了頂軸油泵的振動，未見異常。

3.2 gSE能量譜分析

為了更深入地查找原因，對頂軸油泵與電機之間連接的軸承再次進行了確認，獲取了軸承的尖峰振動能量譜 （gSE譜），該能量譜中主要存在的是轉速的倍頻，因而也未發現存在軸承的故障頻率，可以排除。

3.3 數據分析

（1）從振動數值可知，2臺電機的非驅動端都有測點的振動值超過報警值4.5 mm/s；

（2）頻譜分析中，發現造成非驅動端振動超標的主要振動來源是1倍頻。影響1倍頻的兩個因素有不平衡量。對于不平衡度，即上面提到的頂軸油泵轉子和電機轉子的對中，仔細核對了轉子此時的偏心情況，同時嚴格地進行了對中，未發現是造成振動超標的主因，因而重點放在提高剛度上。

4 實施措施及效果

根據分析，在現場減振主要從剛度方面入手，實施了如下措施：

（1）重新加工抱箍，保證抱箍與頂軸油泵電機接觸更充分、更均勻；

（2）抱箍設計成可調整松緊度的部件，在現場設備運行時可以調整；

（3）更換較粗支撐的鐵棒以增加剛度。

通過上述改進后，根據圖2的測點布置，重新對各點進行測振，振動值都在報警值4.5 mm/s以下，達到預期目的。

另外，在處理過程中對于不平衡量 （轉子質心偏離其旋轉中心線）的調整時，也獲得了一些經驗：可以通過提高電機與聯軸器之間接合面的平面度或泵裝配間隙使振動得到改善。

5 結束語

通過對核電半轉速機頂軸油泵現場振動問題的分析及處理，找到一些關于核電半轉速機型大容量頂軸油泵振動的原因及處理方法。今后，對頂軸油泵及電機的選型需提出更高要求，在生產制造及安裝、運行過程中，必須嚴格執行標準規范要求，否則，就很可能造成局部的振動超標。也積累了局部振動超標可通過加固或者改善部件的裝配等達到要求的經驗。同時，在處理問題過程中，對核電頂軸油泵的實際運行過程及運行經驗有了全面的認識。

[1]陳勝軍,劉金生,高鵬里.1 000 MW汽輪機頂軸油系統異常的原因分析與處理[J].浙江電力,2008,（5）:48-49

[2]王銀豐,柴錫強,吳硯華,等.600 MW汽輪機頂軸油系統調試與問題處理[J].陜西電力,2006,34（1）:24-25

[3]蔡頤年,王璧玉.汽輪機裝置[M].北京:機械工業出版社, 1989

Analysis and Disposal of Vibration Problem for Jacking-up Oil Pump in 1 000 MW Nuclear Turbine

Xu Shihai，Deng Xiaohui，Li Cheng

（Dongfang Turbine Co.,Ltd.,Deyang Sichuan,618000）

The article analyses the vibration problem of jacking-up oil pump in 1 000 MW grade half speed nuclear turbine in actual operation process.And it can be taken as experience feedback to improve the selection and erection of nuclear turbine jackingup oil pump.

nuclear turbine,jacking-up oil pump,vibration

TK262

B

1674-9987（2015）03-0056-03

10.13808/j.cnki.issn1674-9987.2015.03.013

徐仕海 (1980-)，男，工程師，機械電子工程專業，目前在東汽產品開發處從事核電汽輪機設計工作。