三门核电设备冷却水泵电机空载缺陷处理分析

摘要：设备冷却水泵电机在空载前，由于不清楚电机出厂时轴承润滑脂的添加量，且经过长期静置后，润滑脂可能出现变质，因此在空载前有必要对润滑脂进行更换并重新加注至符合要求。文章描述了三门核电设备冷却水泵电机在调试期间空载过程中发生的振动超标和轴承异音缺陷以及缺陷处理过程和再次试验测量结果。

关键词：三门核电设备；冷却水泵电机；空载缺陷；振动超标；轴承异音缺陷 文献标识码：A

中图分类号：TB114 文章编号：1009-2374（2015）10-0149-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.0925

1 三门核电设备冷却水泵机组概况

浙江三门核电有限公司正在建设首台AP1000机组，其设备冷却水系统是一个闭式回路的冷却水系统，该系统在电厂运行各阶段将核岛设备运行发热、堆芯衰变热、反应堆冷却剂系统的显热传递给厂用水系统，并传递给最终热阱——海水。

该系统采用2×100%的设备冷却水泵机组，泵与电机采用膜片式联轴器连接。泵结构型式为卧式水平中开单级双吸离心泵，转速为1485r/min，设计流量为2491.1m3/h，扬程为78m，轴功率为640kW，泵制造厂为大连深蓝泵业有限公司。电机为封闭式三相异步电机，采用空-空-冷方式进行冷却，电机采用三滚动轴承结构，即是电机驱动端为深沟球轴承+圆柱滚子轴承，非驱动端采用圆柱滚子轴承，采用润滑脂润滑，电机额定电压10kV，电流45.5A，频率50Hz，转速为1485r/min，整机重量6000kg，制造厂为佳木斯电机股份有限公司。

2 设备冷却水泵电机调试空载情况

2014年7月，三门核电正式开始设备冷却水系统调试，首先进行A列电机空载运行。脱开电机与泵联轴器，点动电机，确认电机转向正确，之后再次启动电机，正式进行电机空载试验，运行约40min，在此过程中加注轴承润滑脂并测量电机两端振动，测量结果如图1、表1所示：

图1 电机振动测点布置图

表1 电机振动数据测量（有垫片、底脚螺栓紧固）

（单位：mm/s，要求值2.8mm/s）

工况 1号测点 2号测点

水平 垂直 轴向 水平 垂直 轴向

定速3min左右 2.71 0.32 / 3.71 0.89 /

稳定20min左右 3.52 0.45 0.32 4.90 1.48 0.85

此时，电机的4颗底脚螺栓处于紧固状态，根据表1测量结果显示，电机两端轴承处的水平振动超标。为了进一步排查振动产生的原因，全部松开电机4颗底脚螺栓，重新启动电机并测量振动，运行约40min，测量结果如表2所示：

表2 电机振动数据测量（有垫片、底脚螺栓松开）

（单位：mm/s，要求值2.8mm/s）

工况 1号测点 2号测点

水平 垂直 轴向 水平 垂直 轴向

定速3min左右 1.96 0.83 / 2.11 1.94 /

稳定20min左右 2.21 0.73 0.35 2.47 1.00 0.86

由表2数据可知，在电机底脚4颗螺栓全松之后，电机两端轴承处的水平振动下降明显。根据两次试验情况以及测量结果，分析如下：（1）无论电机底脚的4颗螺栓是紧固还是全松状态，从启动最初3～20min后的稳定运行阶段，电机振动处于上升状态，可能轴承工作状况不佳。三门核电设备冷却水泵机组自2012年6月到现场后，电机长达2年的静置，轴承的润滑脂可能出现变质，且不清楚电机出厂时轴承润滑脂的添加量。在两次的空载试验过程中，电机两端轴承均出现刺耳的“吱吱”声，期间向电机两端轴承室加注了少量润滑脂，声音正常，利用电子听诊器检查电机两端轴承运行状态，轴承整体运行状态良好，但是需要确认轴承的润滑情况；（2）相比于电机的4颗底脚螺栓处于全松状态，底脚螺栓在紧固状态下的水平方向振动明显更大，这说明电机底脚与电机基座接触不佳，存在软脚，由于四个电机底脚与基座配合面不在同一个大平面上，当电机所有底脚螺栓都紧固后，电机底座产生一定的应力，这种应力导致电机壳体微变形，从而导致电机定转子之间气隙不均或磁力中心发生一定的偏移，从而导致电机水平方向的振动偏大。

3 缺陷处理

根据上述分析，确定了初步的处理方案，即检查确认轴承润滑状态，测量并消除电机软脚。

3.1 检查确认轴承润滑状态

为了确认电机轴承的润滑情况，根据电机的结构，电机驱动端有外置风扇，不方便拆卸，现场只打开电机驱动端轴承外盖检查，发现轴承润滑脂颜色变深（正常为淡黄色）且有微硬化现象，直接加注约500g润滑脂至轴承室，替换原有的润滑脂，装复轴承外盖。非驱动端轴承在电机启动后通过注脂孔加注润滑脂，并通过排脂孔排出旧的润滑脂。

3.2 检查并消除电机软脚

电机底脚布置如图2所示，全部取出电机底脚与基座之间的对中调整垫片，发现如下问题：（1）4个底脚的垫片数量都在5张以上，1号底脚和4号底脚的垫片数量多达7张，各垫片上均有不同程度的锈蚀。由此可以判断，在设备冷却水泵机组安装对中阶段，垫片数量过多导致各垫片之间无法形成完全良好接触，电机底脚、垫片与基座之间没有压实，尤其是使用锈蚀的调整垫片；（2）在取出电机底脚的调整垫片后，发现电机基座表面与电机底脚接触部位存在一层油漆，部分油漆层已经破裂，进一步导致电机地脚、垫片与基座接触不良，引起电机振动偏大。

为了消除电机软脚，抬起电机，清除电机基座表面的油漆并清理干净，保证后续测量的准确性。在电机底脚螺栓处于全松状态下，先利用塞尺测量电机4个底脚与基座之间的间隙，初步获得4个底脚的相互关系，测量结果如表3所示。

图2 电机底脚布置图

表3 电机底脚与基座间隙测量（无垫片）（单位：mm）

测点 1号底脚 2号底脚 3号底脚 4号底脚

数值 0.28 0.10 0.09 0.10

根据表3的结果显示，2、3、4号底脚基本处于同一个平面，1号底脚存在明显的软脚，根据计算，在1号底脚添加0.20mm的垫片。均匀紧固电机4颗底脚螺栓，利用百分表通过3紧1松的方法验证1号底脚添加垫片后的效果，具体操作为架百分表至1号底脚螺栓附近，指针指在电机底脚表面，示意图见图3，松1号底脚螺栓，2、3、4号底脚螺栓保持紧固，观察百分表读数的变化，变化值即是电机底脚的回弹量，记录读数后紧固1号底脚螺栓，同样方法依次进行2、3、4号底脚的测量，电机各底脚回弹量见表4。

图3 电机底脚回弹量测量示意图

表4 电机底脚回弹量（软脚处理后）（单位：mm）

测点 1号底脚 2号底脚 3号底脚 4号底脚

数值 0.04 0.05 0.04 0.03

根据测量的结果，4个电机底脚的回弹量相差无几，4个底脚基本处于同一平面，电机1号底脚的软脚消除，由此可知，本次软脚消除结果符合要求。若测量结果不能符合要求，则根据测量结果重新计算并调整垫片厚度。对于大、重型的电机，利用塞尺进行初步测量调整后再利用百分表验证，可提高处理效率。

3.3 电机空载

电机底脚软脚处理完成后，再次启动设备冷却水泵A电机进行空载，运行稳定后，测得各点振动数据见表5：

表5 电机振动数据测量（软脚处理后、底脚螺栓紧固）

（单位：mm/s，要求值2.8mm/s）

工况 1号测点 2号测点

水平 垂直 轴向 水平 垂直 轴向

稳定

运行后 0.35 1.41 0.13 0.52 1.54 0.58

根据表5结果，电机两端测点位置的水平振动较未处理之前大幅减小，完全符合要求限值，证明电机底脚存在软脚和使用不合格的垫片是影响电机空载振动超标的主要原因。同时，在空载过程中对电机驱动端轴承室加注润滑脂，排出旧的润滑脂，轴承运行无异音。

3.4 带载运行

空载结束后，进行电机与泵的联轴器对中，对中精度控制在0.05mm内。对中调整使用完好、无锈蚀、表面平整的调整垫片，垫片数量控制在3张以内，以减小由于垫片数量过多导致各垫片之间无法形成完全良好接触以及电机底脚、垫片与基座之间没有压实的可能性。带载运行稳定后，相关振动数据测量见表6：

表6 带载振动数据测量（单位：mm/s，要求值4.5mm/s）

测点

时间 M1H M1V M1A M2H M2V M2A P1H P1V P1A P2H P2V P2A

9∶20 1.992 1.477 0.423 2.841 0.813 0.626 2.075 1.682 — 1.367 1.431 2.094

9∶24 2.137 1.511 0.505 2.897 0.802 0.723 2.022 1.673 — 1.555 1.555 2.084

9∶33 2.291 1.555 0.396 3.230 0.731 0.735 1.986 1.741 — 1.553 1.566 2.332

备注：M1：电机自由端；M2：电机驱动端；P1：泵驱动端；P2：泵非驱动端；H：水平方向；V：垂直方向；A：轴向；N/A：未找到合适测点；—：不需要测量。

由表6可知，带载运行后，泵和电机振动测量均符合要求，空载过程中发生的缺陷完全消除。

4 结语

设备冷却水泵电机在空载前，由于不清楚电机出厂时轴承润滑脂的添加量，且经过长期静置后，润滑脂可能出现变质，因此在空载前有必要对润滑脂进行更换并重新加注至符合要求。在安装阶段，电机与泵对中使用不平整、锈蚀的调整垫片，且垫片数量过多，导致电机底脚、垫片与基座之间接触不良，同时，未对电机的底脚进行软脚测量及消除，导致电机空载振动超标。

良好的处理措施是：（1）调试期间，电机启动前检查轴承润滑脂质量；（2）对中前进行电机底脚的软脚测量；（3）仔细清理检查电机底脚与基座表面；（4）严格管理，把控质量，使用质量合格的垫片，控制垫片数量。

参考文献

[1] 顾军.AP1000核电厂系统及设备[M].北京：原子能出版社，2010.

作者简介：杨安东（1986-），男，重庆人，浙江三门核电有限公司助理工程师，研究方向：水泵维修。

（责任编辑：蒋建华）