核岛主泵振动异常原因分析及治理

福建宁德核电有限公司 李子斌

核岛主泵振动异常原因分析及治理

福建宁德核电有限公司 李子斌

主泵是核电站核岛内最核心的设备之一，保证主泵能安全、连续、稳定运行对核安全有着重要的意义。宁德核电站1号机组在调试过程中1号主泵出现振动异常情况，通过分析，诊断出主泵振动超标的原因为质量不平衡和热不平衡，通过动平衡处理后主泵振动达到优秀水平。

核电站；主泵；故障诊断

核电站反应堆冷却剂泵（简称主泵），主泵用于驱动冷却剂在反应堆冷却系统内循环流动，连续不断地把堆芯中产生的热量传递给蒸汽发生器二次侧给水，同时冷却堆芯，防止燃料元件烧毁或烧坏。主泵是核岛内最重要的旋转设备，它的运行状态直接关系到核电厂的效益和核安全。

2012年5月核电国内某核电站1号机核岛进行热态功能试验，期间发现1号主泵轴振高达288μm，远超过了250μm的报警值，通过对数据分析，诊断出振动超标的是由质量不平衡和热弯曲造成的，通过对主泵进行现场动平衡处理，平衡后主泵的振动达到优秀水平。

1.反应堆冷却剂泵简述

1.1 反应堆冷却剂泵简介

该核电站采用CPR1000型反应堆，每个反应堆有三个环路，每个环路有一台主泵，主泵是由东方阿海珐核泵有限责任公司生产的立式、电动、单极离心泵，带有可控泄漏轴封装置，电机定子绕组水冷，额定转速1485r/min，叶轮是一个不锈钢整体铸件，并带有7枚扭曲形叶片。每台主泵配有一套在线振动系统，但是该系统只能显示振动幅值，无法通过它实现故障诊断功能。

1.2 临时加装振动监测系统简介

为全面、科学评估主泵的运行状态，在主泵调试阶段加装临时多通道振动监测系统，待主泵能正常运行后再进行拆除。通过该系统可以得到振动频谱图、趋势图、轴心轨迹图等详细参数，科学评估主泵运行状态。该监测系统主机采用BENTLY408数据采集器，振动传感器有6个，分别是在主泵电机的上下轴承同一平面处互成90°角安装两个速度传感器，电机和泵联轴器同一平面处互成90°角安装两个8mm非接触式电涡流传感器，另外在联轴器上贴反光纸作为键相零位，用激光转速表光点打在该处采集键相信号。

2.主泵振动测量以及故障诊断

2.1 主泵振动测量

1号核岛在冷态功能试期间，1号主泵振动最高达到了170μm，通过频谱图、轴心轨迹等数据，诊断出该转子存在一定的质量不平衡故障。热试期间，由于一回路升温、升压，1号主泵受到转子材质不均匀导致的热膨胀不均匀影响，转子出现轻微热弯曲现象，振动幅值有一定程度上升，之后接着做了几次BAS（电源切换试验）试验，BAS试验期间主泵连续急停急起，受热冲击的影响，1号主泵转子热弯曲进一步加剧，此时1号主泵轴振最高达288μm，远超过了250μm的报警值。根据运行规程，必须对其进行振动治理。

2.2 主泵故障诊断

引起主泵振动异常的原因有很多，例如动不平衡、转子弯曲、基础松动、对中不良、动静摩擦、轴承出现故障等等。处理主泵振动超标缺陷，首先必须分析清楚导致振动超标的原因，找出振源才能对症下药。

2.2.1 1号主泵振动数据分析（振动数据如表1所示）

对比分析表1各试验平台下的振动数据，可以发现：

(1)1号主泵的轴振一倍频幅值占通频值主要成分，约占62%左右，而且相位比较稳定，另外结合停机时的数据，随着转速的下降，振动的幅值和转速成比例进行下降，从而可以初步判断此时1号主泵只是存在着一定的质量不平衡量；

(2)对比冷态试验和热态试验时的振动数据，热态工况下主泵振动通频值比冷态时有一定上涨，且一倍频幅值仍占主要成分，约占通频值的70%左右；冷、热态工况下一倍频相位比较稳定。可以判断1号主泵的振动故障仍以质量不平衡为主，同时显现出一定热不平衡，热不平衡与质量不平衡的相位一致；

(3)BAS试验后的振动幅值有了很大的上涨；轴振幅值基本稳定(288μm左右)；此时主泵轴振振幅仍以一倍频为主(约占通频值的79%左右)；BAS试验前后振动相位基本接近。

2.2.2 轴心轨迹图和波形图分析(见图1所示)

表1 1号主泵的振动数据

表2 动平衡过程轴振显示的数据和加重情况

图1 BAS试验后1号主泵D1/D2通道轴心轨迹图和波形图

从图1中可以看出，轴心轨迹基本上为一椭圆形，波形图大致为正弦波形，该图形为典型的动不平衡和热弯曲图形。

综合以上的数据、图形进行分析，1号主泵在BAS试验后振动发生突变的原因是BAS试验前后主泵经过几次的急停急起，对主泵产生热冲击，原来的热平衡被破坏，热不平衡量引起变形的相位和质量不平衡的相位接近，两者叠加导致振动的一倍频幅值增大，振幅通频值快速上升。由于此时振动幅值中仍以一倍频振动为主，可通过实施现场动平衡处理降低振动。

3.动平衡试验

3.1 试加重

2012年5月27日，第一次试加重实施后，减振效果明显，振动由之前的288μm降低至173μm，动平衡调整初见成效。

3.2 计算配重和再加重

从试重效果看，试重块的质量和角度很正确。利用试重数据，根据平衡原理计算出1号主泵联轴节处影响系数，并计算出加重的质量和位置为在37.5°和112.5°位置分别加上1000g的重量，将试重块取出，并在37.5°和112.5°位置分别加上1000g的重量，重新启泵后振动降低至122μm，且经过一段时间的观察振动保持稳定，动平衡试验成功。整个过程的数据见表2。

4.结束语

通过这次热试期间主泵振动故障诊断和处理，成功诊断了导致主泵振动超标的原因，并在有限的时间窗口内通过动平衡治理，成功降低了主泵振动水平，取得了良好的减振效果，推动了工程顺利向前进行。

[1]苏林森,杨辉玉,王复生,等.900MW压水堆核电站系统与设备[M].北京:原子能出版社,2009.

[2]陈长征,胡立新,周勃,等.设备振动分析与故障诊断技术[M].北京:科学出版社,2007.

[3]安胜利,杨黎明.转子现场动平衡技术[M].北京:国防工业出版社,2007.

李子斌（1982—），男，广东台山人，福建宁德核电有限公司振动监测工程师，研究方向：设备振动监测与故障诊断。