核电站鼓形滤网驱动减速机晃动原因分析及处理

张 宇

(中广核工程有限公司设备采购与成套中心， 广东深圳 518124)

核电站鼓形滤网驱动减速机晃动原因分析及处理

张 宇

(中广核工程有限公司设备采购与成套中心， 广东深圳 518124)

针对核电站鼓形滤网驱动减速机出现整体晃动现象，通过调整驱动机构齿轮啮合间隙，使驱动减速机晃动现象得以消除。为防止晃动再次发生，对驱动机构齿轮啮合情况进行了受力分析，找出了鼓形滤网驱动减速机晃动的根本原因，并提出了在后续设备制造、安装阶段中质量管理和控制的建议方案。

核电站； 鼓形滤网； 驱动减速机； 晃动

鼓形滤网作为滨海核电站全厂海水过滤的主要设备，属于循环水过滤系统的一部分，对核电站安全运行起着重要的保障作用[1]。循环水过滤系统主要是为凝汽器、循环水处理系统、重要厂用水系统和辅助冷却水系统提供冷却水。由此可见，保证循环水过滤系统安全可靠运行将为整个核电站安全提供重要保障。

在滨海核电站1号机组设备安装调试阶段，鼓形滤网驱动减速机出现晃动现象，不仅影响工程安装、调试进度和系统移交，同时对核电站安全运行带来极大隐患。该问题若不能及时有效解决，容易导致设备停运、功能丧失，甚至威胁到核安全。笔者对鼓形滤网驱动机构齿轮啮合情况进行了受力分析，找出了晃动问题的根本原因，并提出了后续改进方案。

1 鼓形滤网的功能和结构

鼓形滤网结构见图1。

1—鼓骨架；2—润滑装置；3—检修平台及排水槽；4—驱动装置；

5—主轴；6—密封装置。

图1 鼓形滤网结构示意图

鼓形滤网位于循环水系统和核岛重要厂用水系统的上游，属于核安全相关设备，用于拦截粗格栅、细格栅不能拦截到的较小悬浮物和漂浮物，如树枝、水草、生活垃圾等，并将污物携带出水面进行冲洗，以保证冷却水质的清洁及下游设备的正常运行。

鼓形滤网旋转部分由钢结构框架构成，通过安装在主轴轮毂上向外发散的钢辐条支撑；主轴两端用密封的自动调心双列球面滚子轴承支撑，其中一个轴承座内部安装有外加电流阴极保护系统的电刷式馈电机构；鼓形滤网两侧设有带低油位报警开关的润滑油箱；滤网的外圆面由单独的、可更换的网片组成，网片用螺栓和螺母固定于鼓网骨架的圆周上。鼓形滤网通过电动机、减速机等驱动装置旋转，带动传动轴上的小齿轮，驱动与之相啮合的鼓形滤网骨架上的大齿圈，实现鼓形滤网的清污功能[2]。

2 鼓形滤网的驱动装置及其安装要求

在鼓形滤网骨架的外圆周中央环处配置大齿圈，由装在驱动轴轴端的小齿轮驱动。驱动轴由两套可拆分的滚子轴承支撑，另外一端即驱动端与组合减速机连接。组合减速机包含两台低速电动机(其中一台备用)和一台中、高速双速电动机。鼓形滤网驱动轴与减速机安装见图2。

1—小齿轮；2—驱动轴；3—组合减速机。

鼓形滤网驱动装置主要包括三大主要部件：大齿圈、驱动轴(含小齿轮)以及组合减速机(含电动机)。在核电站施工现场按照安装指导书和图纸的要求，将三大主要部件合理地装配在一起是鼓形滤网驱动装置能够正常运转的前提和保证。

在大齿圈装配完毕、驱动轴(含小齿轮)与组合减速机(含电动机)就位后，需要对轴端小齿轮与大齿圈的啮合情况进行调整，并检查齿轮间隙，保证小齿轮端轴承与齿轮支座对中，驱动轴保持水平状态，小齿轮齿宽中点与大齿圈最高点上标识的偏转中心对中(见图3)。

图3 齿轮啮合调整示意图

3 鼓形滤网驱动减速机晃动问题

3.1 晃动情况

减速机晃动示意图见图4。

图4 减速机晃动示意图

滨海核电站现场调试部门在进行1号机B列鼓形滤网高速电动机试验时，发现该电动机的运行电流波动很大，为19～34 A，正常情况下该电动机额定电流为21 A。同时发现，试转过程中B列减速机整体晃动较明显，表现为以鼓形滤网驱动轴为圆心来回晃动，通过测量电动机风扇罩端的最大晃动幅度有3 mm。在此之前，1号机A列鼓形滤网高速电动机试转运行电流比较稳定且晃动较小，并无此类问题出现。

3.2 问题分析

根据现场观察，减速机晃动为间歇性发生，并非连续振动，基本可以判断并非组合减速机本体的故障，应为驱动轴轴承故障或大齿圈与小齿轮啮合出现了问题。

另据现场进一步反馈，在高速电动机运转时，驱动轴轴承并没有明显的异响出现，且轴承温度也符合设计要求，轴承箱中定期加油润滑。通过以上判断，驱动轴轴承没有损坏，高速电动机晃动问题极有可能是大齿圈和小齿轮啮合情况不理想导致。当大齿圈和小齿轮由于啮合问题存在间歇卡涩时，将会导致传动负载局部增大，进而导致电动机运行电流增大。

基于上述分析，为消除晃动现象，在现场对大齿圈和小齿轮啮合数据进行了测量。具体结果如下：

(1) 大齿圈径向跳动公差：从测量数据看，大齿圈齿顶到基准点的距离最大为431 mm，最小为426 mm，基本满足径向跳动公差小于5 mm的要求。

(2) 大齿圈与小齿轮之间的侧隙、顶隙：侧隙平均值为0.2 mm，小于最低要求的1.1 mm；顶隙平均值为6.07 mm，处于标准下限(标准为5～10 mm)。

(3) 大齿圈各段齿条间齿距：用齿形样板检测各段齿条拼接处，发现各段齿条拼接处过度不圆滑，拼接间隙处两个大齿之间的距离与同一段齿条上相邻两个大齿之间的齿距普遍偏大3 mm左右。

根据以上测量结果表明：大齿圈与小齿轮啮合间隙不符合设计要求，两者贴合过紧，侧隙过小。

按照齿轮机构设计标准[3]，对于正常齿制，顶隙系数应为0.25。顶隙过大，啮合弧将小于齿距，导致重合度小于1，无法满足连续传动的要求。顶隙过小，齿轮容易在径向受到额外作用力(滨海核电站1号机B列鼓形滤网即是如此)。在鼓形滤网运行时，当遇到侧隙为0或偏小的位置，小齿轮与大齿圈之间将产生额外的作用力F2，使得小齿轮受力不均(见图5)。

图5 小齿轮受力不均示意图

当小齿轮转动到与大齿圈各段齿条连接处啮合时，由于过度不光滑，且大齿条拼接处齿轮间隙较大，小齿轮与大齿条2首齿外缘比与大齿条1末齿外缘更早接触，接触点位置更加靠近大齿条的齿顶，且此接触点不在大小齿轮中心线上，使小齿轮受到一个径向的分作用力，导致小齿轮有向上抬起的趋势(见图6)。

图6 小齿轮晃动原因分析图

由于小齿轮运行到大齿圈局部位置时受力不均，与驱动电动机输出功率不匹配，使得驱动轴产生了晃动，且根据驱动装置的结构布置特点，驱动轴系的晃动被放大，表现为驱动减速机的间歇性晃动。

3.3 现场处理

由于大齿圈与小齿轮啮合间隙过小，因此现场决定对大齿圈与小齿轮的啮合间隙进行调整。考虑到调整大齿圈安装精度现场实施较困难且无时间窗口，现场实际是对小齿轮安装高度进行调整。

将驱动轴端轴承座的连接螺栓孔进行扩孔处理，使驱动轴和小齿轮整体抬高，同时在轴承座下方增加钢板支持，并与轴承支座进行电焊，防止轴承座滑动造成小齿轮下沉的情况。

通过以上处理方案，驱动减速机晃动现象消失。

4 后续项目设备制造及安装的改进方案

为防止后续机组和项目再次出现鼓形滤网驱动减速机晃动的问题，结合滨海核电站1号机B列鼓形滤网驱动减速机晃动问题的处理过程，提出如下改进方案：

(1) 在设备制造阶段，提高大齿圈各齿条铸造工艺，保证每台鼓形滤网96根大齿条长度完全一致。

(2) 在设备安装阶段，应该仔细调整大齿圈各段齿条的安装位置，保证啮合间隙符合设计要求。

(3) 在设备调试准备阶段，应在驱动轴端轴承座固定螺栓处增加防松垫片，保证轴承座在调试和运行过程中不会向下移动导致齿轮啮合间隙减小。

5 结语

滨海核电站1号机组B列鼓形滤网在调试期间出现驱动减速机晃动问题，实质为大齿圈与小齿轮啮合不满足设计要求。在辽宁及福建等同类型核电站均有类似问题发生，具有一定的普遍性。只有在制造阶段严格按照设计要求生产，同时强化现场安装施工管理，才能保证大齿圈与小齿轮良好啮合，避免重复出现鼓形滤网驱动减速机晃动的问题。

[1] 黄海滨. 鼓型滤网在核电项目中的应用[J]. 华电技术, 2011, 33(8): 37-40, 42.

[2] 朱荣生, 王秀礼,李继忠, 等. 核电站鼓型旋转滤网驱动齿轮的改进设计[J]. 机械设计与制造, 2009(9): 116-117.

[3] 成大先. 机械设计手册[M]. 5版. 北京: 化学工业出版社, 2008: 14-13.

Cause Analysis and Treatment on the Shaking of Drum Screen Drive Gear Unit in Nuclear Power Plant

Zhang Yu

(Equipment Procurement and Supply Division, China Nuclear Power Engineering Co., Ltd.,Shenzhen 518124, Guangdong Province, China)

To reduce the integral shaking of drum screen drive gear unit in a nuclear power plant, the meshing clearance of related driving mechanism was adjusted, and subsequently the shaking phenomenon was eliminated. To prevent such shaking from happening again, a force analysis was carried out on the gear meshing, based on which, the primary cause was found, while some suggestions were proposed for future quality management and control during equipment manufacturing and installation.

nuclear power plant; drum screen; drive gear unit; shaking

2016-04-19；

2016-05-17

张 宇(1986—)，男，工程师，主要从事核电设备管理与合同执行工作。

E-mail: peanutfuying@163.com

TM623.7

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1671-086X(2017)01-0040-03