泵類設備轉子動平衡試驗技術要點

張振杰

（中國核電工程有限公司，北京 100840）

0 引言

由于機械加工制造過程中存在一定的誤差，核電站用離心泵運轉過程中可能會出現轉子質量偏心等不平衡問題，對核電系統的正常運行產生不良影響。所謂轉子不平衡，指的是轉子運行中偏離回轉軸線，主要是由于轉子質量分布不均勻導致，進而可能會出現轉子振動問題。泵類設備一旦發生不平衡運轉問題，附加動壓力影響設備支撐受力情況，進而導致轉子出現變形、磨損等問題，縮短轉子的使用壽命。同時，轉子動平衡出現問題還會導致整個設備和周圍設備出現嚴重振動情況，不利于設備的安全運轉。核電是未來發展的一大趨勢，一旦發生安全問題將產生不可預估的后果，為此，應加強對每個環節和設備的管控，提高泵類設備管理水平，保證泵類設備的正常運轉。為此，將重點探討泵類設備轉子動平衡方面的問題。

1 旋轉機械動平衡的重要性

泵類設備產生振動會加速軸承及動靜配合面的疲勞和磨損，降低泵組的性能和可靠性，產生振動和噪聲，嚴重時會發生機械故障。對于核電站而言，泵類設備作為旋轉機械，特別是像安注安噴泵、上充泵等高速旋轉機械，動平衡對其安全穩定運行尤為重要，核電站還有風機，壓縮機等旋轉機械，動平衡的方法與水泵相似。

1.1 動平衡試驗原理

如果轉子剛體是均勻對稱的，繞對稱中心軸轉動，則各點離心力相互抵消。由于轉子本身組織不均勻，或是加工誤差，裝配等級造成質量偏心等都會引起旋轉軸線的偏移，從而導致不平衡。

動平衡的目的是平衡不平衡力和力矩，由于轉子上的平衡是分布式的，在轉子上存在多個不平衡力，可以分別向任選的2個面簡化，這2個面即通常所說的校正面。通常不平衡量可以由矢量表示。

1.2 動平衡的精度等級

GB/T 9239.1—2006《機械振動 恒態(剛性)轉子平衡品質要求第1部分：規范與平衡允差的檢驗》規定了各類設備的平衡精度等級，泵類設備平衡精度等級可選G6.3，但對特殊情況，可選用相鄰較高或較低的級別代替。作為核電站用泵類設備，其技術規格書一般對振動噪聲要求較高，所以安注安噴泵選擇動平衡等級G2.5。

2 泵轉子許用不平衡量計算和動平衡檢驗方法

2.1 計算步驟

根據合同、技術規格書及產品圖紙規定，低壓安注泵（RVT 250-350/1+2）和安全殼噴淋泵（RVT 250-400/1+2）的平衡等級為G2.5。由于2種泵轉子部件由泵軸部件和上軸部件組成，所以對2個泵轉子部件的許用不平衡量按表1步驟分別進行計算確定，以安全殼噴淋泵（RVT 250-400/1+2）泵軸轉子部件為例。

表1 安全殼噴淋泵泵軸轉子部件許用不平衡量計算

2.2 動平衡試驗要求

（1）在轉子做初次動平衡試驗前，需預校單只葉輪靜平衡。

（2）試驗前，將表1的數據輸入平衡機。

（3）平衡機需保證試驗讀數靈敏、可靠，動平衡試驗轉速取泵的工作轉速n=1485 r/min。

（4）做平衡前，試驗員須檢驗葉輪過流部位是否打磨干凈，葉輪軸心部位是否有芯骨、粘砂、鐵屑等。

（5）平衡前，試驗員須檢查轉子的軸上零件是否固定，用百分表校準轉子、葉輪跳動是否在規定的范圍內。

（6）啟動動平衡機至平衡轉速，測出試驗轉子初始不平衡量及相應的極坐標位置。根據試驗得出的數據，與許用不平衡對比決定要去重。

（7）去重的位置通常分在2個平面上，以減少不平衡力偶。

（8）在平衡機上直接在葉輪蓋板上去重，去重后蓋板厚度不能少于圖紙要求值75%，且同時不能在超出葉輪0.9倍外徑的區域內去重。

（9）去重后再次啟動平衡機至試驗轉速，經過反復多次的測量、去重校正直至最后達到G2.5級的不平衡量要求。

（10）合格后在每個零件上做裝配次序標識，切忌再次裝配時調換零件。

（11）葉片修正或葉輪切割后必須重新做動平衡試驗，直至合格。

（12）動平衡試驗合格后，由試驗員在轉子、葉輪上做出動平衡合格標識，做好動平衡試驗記錄，并開出動平衡試驗報告。

3 動平衡試驗案例

3.1 問題描述

福清5#機組5CSP001PO安全殼噴淋泵泵軸轉子部件進行動平衡試驗時，試驗過程中葉輪（0045/23300/002）蓋板打磨較深，雖動平衡數據合格，但經測量蓋板厚度實測為6.6 mm，要求值（9～12）mm，尺寸超差。動平衡試驗規程要求去重后蓋板厚度不能少于圖紙要求值75%，且同時不能在超出葉輪0.9倍外徑的區域內去重。

3.2 問題處理

問題發生后，經與SEC-KSB技術人員、質保人員、檢驗人員以及項目人員協商。認為該葉輪尺寸已超出圖紙尺寸要求，建議直接報廢。隨即SEC-KSB開啟內部NCR（Non-Conformance Report，不符合項報告）（編號：300002000）進行報廢處理。

3.3 原因分析

（1）動平衡試驗操作人員打磨葉輪蓋板時打磨位置較集中。

（2）該葉輪毛坯可能偏心較大，機加工和葉輪靜平衡時切除部位未能適當有效糾正偏心。

3.4 建議措施

（1）建議對該葉輪按照不符合項管理程序開啟NCR，報廢處理。

（2）提高操作人員質量意識，動平衡試驗打磨葉輪蓋板時在符合要求的前提下適當擴大打磨區域。

（3）建議制造廠在前期工序，比如葉輪靜平衡試驗后葉輪去重（機加工）時，適當考慮葉輪各部位尺寸。

4 轉子動平衡注意事項

（1）在進行動平衡試驗前，應根據轉子部件圖紙合理安裝各個零部件，確保安裝的正確性，將過流部位和軸心部位清潔干凈，保證每個部件干凈整潔。在測試假軸上安裝轉子時，鍵槽空缺部位應用假鍵進行補償。

（2）轉子平衡登記、工作轉速、校正半徑等參數都要通過圖紙確定并對轉子重量進行現場稱取，對允許剩余不平衡量的轉子進行計算。

（3）在泵設備轉子動平衡試驗中，對葉輪結構應當進行充分考慮，分解一個極坐標位置的不平衡量，然后通過打磨、車削等方式適當將扇形范圍內的重量減輕，但是在處理過程中，應當注意控制葉輪強度，嚴格根據圖紙或者動平衡程序控制去除的厚度、質量，嚴格控制平衡過程。

5 結束語

泵類設備是核電設備的重要組成部分，其安全穩定運行關系著整個核電站的安全運行，必須嚴格把關各種泵的動平衡試驗，按照規定的驗收標準嚴格執行，以保證設備的穩定運行，從而更有利于核電站的安全運行。