岭澳核电站主泵动平衡

赵振宇，高 培

（大亚湾核电运营管理有限责任公司，广东 深圳 518124）

反应堆冷却剂系统（RCP）的主要功能是使冷却剂循环流动，将堆芯中核裂变产生的热量通过蒸汽发生器传输给二回路，同时冷却堆芯，防止燃料元件烧毁或烧坏。反应堆冷却剂泵（简称主泵）是RCP系统中最重要的设备。

2009年初，岭澳核电站主泵更换了水力部件，泵启动后轴振动水平持续上升。机组到达热停堆状态时，主泵轴振动位移值达到165μm。这种情况下，岭澳核电站通过对主泵振动的测试和分析，对设备实施了现场动平衡试验，平衡后的主泵振动达到良好水平。

一、岭澳核电站反应堆冷却剂泵概述

1.反应堆冷却剂泵简介

岭澳核电站采用CPR1000型反应堆，每个反应堆有三个环路，每条环路包含一台主泵，用于驱动冷却剂在RCP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。主泵正常运转可以确保有适当流量的冷却剂流经堆芯，以保证偏离泡核沸腾比(DNBR)大于允许限值。岭澳核电站3号机主泵是由法国日蒙厂制造的100型主泵(立式、电动、单级离心泵)，带有可控泄漏轴封装置，电机定子绕组水冷，额定转速1 485r/min，叶轮是一个整体铸件，并带有7枚扭曲形叶片，导叶由12枚扭曲形叶片组成。正常运行时，主泵在15.5MPa压力和292℃温度下工作。另外每台主泵配有功能简单的在线振动监测系统。

2.辅助在线振动测量装置简介

岭澳核电站每台主泵配有一套辅助在线振动监测系统，两个动圈式速度传感器和两个非接触式电涡流式位移传感器。前者互成90°安装在电动机壳体下法兰上，一只与主泵出口管嘴的方向平行，另一只与主泵出口管嘴的方向垂直，测量电机下轴承的绝对振动；后者安装在电机靠背轮高度的平面上，安装方向与速度传感器的安装位置相反，测量转子的相对振动。上述4个振动传感器经信号处理模块调制后，再将其通频振动对应的电压值送至主控制记录仪。另外由于主泵在线安装转速信号属核级保护信号，出于安全准则要求，该信号通道不允许中间提取给动平衡试验做键相使用，由此可见，利用主泵辅助在线振动测量系统无法生成对动平衡试验有用的工频矢量信号，因此主泵动平衡试验所需振动与键相通道需由试验人员根据现场条件和试验要求在试验前单独架构。

二、岭澳电站1号机组3号主泵动平衡试验

1.振动分析及试验工况

2009年初，岭澳核电站1号机组在第七次大修中，更换了3号主泵水力部件。由于新水力部件与泵的匹配问题，可能带来泵轴的不平衡，从而引起振动增大。根据岭澳核电站主泵振动标准，各部门达成共识，热停堆状态主泵轴振动位移值超过140μm，即进行动平衡试验。

主泵启动后，轴振动位置值为130μm，并随着一回路升温升压，轴振动水平持续上涨。2009年3月24日，一回路温度289.8℃，压力154.4bar时，3号主泵轴振动位移值达到165μm，决定实施现场动平衡。

在热停堆工况下进行现场动平衡试验有两方面原因：其一，热停堆工况下的温度、压力最接近主泵的正常运行工况，为了更好地实现动平衡试验的治理效果，因此现场动平衡试验必须在此工况下进行。其二，主泵不平衡不单纯是质量不平衡，主泵在冷启动后，经过一回路的升温升压过程，主泵的整个轴系、支撑、管道以及蜗壳在热态工况下会产生一定的热变量，其微变的方向不可预知，主泵冷态下和热态下的不平衡分量的大小和方向会有一定的偏差，即热不平衡分量。

2.振动测试仪表布置

本次现场动平衡试验的平衡仪表采用申克41便携式振动分析仪，主泵电机的上下轴承各安装两个VS-080动圈式速度传感器，电机和泵水力部件的联轴节处安装两个8mm非接触式电涡流传感器，并确定12个联轴节上任意联接螺栓为键相零位，在其上贴反光贴纸，激光转速表的光点打在该处（图1）。速度传感器布置在电机的上轴承和下轴承的法兰面上，每一面上互成90°，上下两面安装位置对应。位移传感器布置在电机侧靠背轮同一高度的平面上，互成90°，安装方向与速度传感器对应；一块长40mm、宽5mm的反光片贴在主泵的联轴节上，作为健相零位。激光转速传感器装在主泵防护网外，其射出光点打在反光片高度（图2）。

3.试验过程

主泵冷态启动后，在一回路升温升压过程中，3号主泵轴振动位移值持续上涨。3月24日，一回路温度达到热停堆工况（289.8℃，压力为154.4bar），3号主泵轴振动位移值达到221μm，详细数据见表1。

图1 振动传感器布置示意图

图2 键相器布置示意图

表1 动平衡试验前主泵振动数据表 μm

主泵轴振动频谱以工频分量为主（图3），判断为不平衡原因导致。新更换的水力部件与电机之间各自不平衡分量的配合问题，是不平衡的主要原因。另一方面，由于主泵振动随工况变化而上升，判断存在一定热不平衡分量。因此决定采取现场动平衡方法解决本次振动大的问题。

图3 3号主泵轴振动频谱图

根据岭澳电站主泵平衡的历史经验，并考虑不确定因素可能带来的影响，保守决定在联轴节处试加790g质量块。3号主泵运行稳定后轴振动位移值由221μm下降到168μm，电机振动情况稳定(表2)。

表2 动平衡试验主泵振动数据表（试重790g∠8°）μm

从试重效果上看，选择的质量和角度基本准确。利用试重数据，根据平衡原理可计算出3号主泵联轴节处影响系数，最终计算出不平衡质量为1 000g。由此决定取下试重质量，并在322°位置加重1 005g。3号主泵运行稳定后轴振动位移值由221μm下降到64μm，电机振动水平有所降低，且保持稳定(表3)。动平衡试验成功。

表3 动平衡试验主泵振动数据表最终加重（1 005g∠322°）μm

4.运行跟踪

2009年4月7日至2010年3月25日期间，共巡视岭澳核电站1号机组3号主泵振动情况52次。主泵振动情况良好，轴振动位移值稳定在75～85μm，电机上下轴承振动位移值稳定在20μm以下。

三、经验总结

（1）平衡手段不是解决振动问题的万能方法，只有确定是由于不平衡引起的振动时，才可以对设备实施动平衡。

（2）主泵动平衡试验应考虑一回路的温度压力状态，尽量在接近正常运行的工况下执行，否则将导致设备的二次平衡。

（3）动平衡试验数据很重要，建议每隔一段时间记录一组数据，直到停泵，然后从记录的数据中选择较稳定的振动数据，作为计算依据。

（4）主泵轴封水流量对泵本身振动情况有很大影响。动平衡试验时，应当尽量保证主泵轴封水流量与正常运行时一致。

（5）如果根据理论计算出的平衡质量过大，则应该采用质量分解，将其分成两个或几个较轻的质量加在泵上。否则在同一位置加重超过1 500g，泵转动时会带来很大的转动惯量，对设备运行不利。

四、结束语

岭澳核电站调试期间主泵动平衡工作主要由生产厂家完成。经过多年的研究，岭澳核电站性能试验人员已经可以凭借自己的力量解决主泵、汽机等大设备的振动问题。此次主泵动平衡试验的成功，再次证明了广东核电技术人员已掌握核电关键设备维修、故障原因分析及后续处理的核心技术。

[1]苏林森等.900MW压水堆核电站系统与设备[M],原子能出版社，2005.

[2]下村玄.旋转机械的平衡[M],机械工业出版社.