核電站鼓形濾網(wǎng)驅(qū)動減速機(jī)晃動原因分析及處理

張 宇

(中廣核工程有限公司設(shè)備采購與成套中心， 廣東深圳 518124)

核電站鼓形濾網(wǎng)驅(qū)動減速機(jī)晃動原因分析及處理

張 宇

(中廣核工程有限公司設(shè)備采購與成套中心， 廣東深圳 518124)

針對核電站鼓形濾網(wǎng)驅(qū)動減速機(jī)出現(xiàn)整體晃動現(xiàn)象，通過調(diào)整驅(qū)動機(jī)構(gòu)齒輪嚙合間隙，使驅(qū)動減速機(jī)晃動現(xiàn)象得以消除。為防止晃動再次發(fā)生，對驅(qū)動機(jī)構(gòu)齒輪嚙合情況進(jìn)行了受力分析，找出了鼓形濾網(wǎng)驅(qū)動減速機(jī)晃動的根本原因，并提出了在后續(xù)設(shè)備制造、安裝階段中質(zhì)量管理和控制的建議方案。

核電站； 鼓形濾網(wǎng)； 驅(qū)動減速機(jī)； 晃動

鼓形濾網(wǎng)作為濱海核電站全廠海水過濾的主要設(shè)備，屬于循環(huán)水過濾系統(tǒng)的一部分，對核電站安全運(yùn)行起著重要的保障作用[1]。循環(huán)水過濾系統(tǒng)主要是為凝汽器、循環(huán)水處理系統(tǒng)、重要廠用水系統(tǒng)和輔助冷卻水系統(tǒng)提供冷卻水。由此可見，保證循環(huán)水過濾系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行將為整個核電站安全提供重要保障。

在濱海核電站1號機(jī)組設(shè)備安裝調(diào)試階段，鼓形濾網(wǎng)驅(qū)動減速機(jī)出現(xiàn)晃動現(xiàn)象，不僅影響工程安裝、調(diào)試進(jìn)度和系統(tǒng)移交，同時對核電站安全運(yùn)行帶來極大隱患。該問題若不能及時有效解決，容易導(dǎo)致設(shè)備停運(yùn)、功能喪失，甚至威脅到核安全。筆者對鼓形濾網(wǎng)驅(qū)動機(jī)構(gòu)齒輪嚙合情況進(jìn)行了受力分析，找出了晃動問題的根本原因，并提出了后續(xù)改進(jìn)方案。

1 鼓形濾網(wǎng)的功能和結(jié)構(gòu)

鼓形濾網(wǎng)結(jié)構(gòu)見圖1。

1—鼓骨架；2—潤滑裝置；3—檢修平臺及排水槽；4—驅(qū)動裝置；

5—主軸；6—密封裝置。

圖1 鼓形濾網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖

鼓形濾網(wǎng)位于循環(huán)水系統(tǒng)和核島重要廠用水系統(tǒng)的上游，屬于核安全相關(guān)設(shè)備，用于攔截粗格柵、細(xì)格柵不能攔截到的較小懸浮物和漂浮物，如樹枝、水草、生活垃圾等，并將污物攜帶出水面進(jìn)行沖洗，以保證冷卻水質(zhì)的清潔及下游設(shè)備的正常運(yùn)行。

鼓形濾網(wǎng)旋轉(zhuǎn)部分由鋼結(jié)構(gòu)框架構(gòu)成，通過安裝在主軸輪轂上向外發(fā)散的鋼輻條支撐；主軸兩端用密封的自動調(diào)心雙列球面滾子軸承支撐，其中一個軸承座內(nèi)部安裝有外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)的電刷式饋電機(jī)構(gòu)；鼓形濾網(wǎng)兩側(cè)設(shè)有帶低油位報警開關(guān)的潤滑油箱；濾網(wǎng)的外圓面由單獨(dú)的、可更換的網(wǎng)片組成，網(wǎng)片用螺栓和螺母固定于鼓網(wǎng)骨架的圓周上。鼓形濾網(wǎng)通過電動機(jī)、減速機(jī)等驅(qū)動裝置旋轉(zhuǎn)，帶動傳動軸上的小齒輪，驅(qū)動與之相嚙合的鼓形濾網(wǎng)骨架上的大齒圈，實(shí)現(xiàn)鼓形濾網(wǎng)的清污功能[2]。

2 鼓形濾網(wǎng)的驅(qū)動裝置及其安裝要求

在鼓形濾網(wǎng)骨架的外圓周中央環(huán)處配置大齒圈，由裝在驅(qū)動軸軸端的小齒輪驅(qū)動。驅(qū)動軸由兩套可拆分的滾子軸承支撐，另外一端即驅(qū)動端與組合減速機(jī)連接。組合減速機(jī)包含兩臺低速電動機(jī)(其中一臺備用)和一臺中、高速雙速電動機(jī)。鼓形濾網(wǎng)驅(qū)動軸與減速機(jī)安裝見圖2。

1—小齒輪；2—驅(qū)動軸；3—組合減速機(jī)。

鼓形濾網(wǎng)驅(qū)動裝置主要包括三大主要部件：大齒圈、驅(qū)動軸(含小齒輪)以及組合減速機(jī)(含電動機(jī))。在核電站施工現(xiàn)場按照安裝指導(dǎo)書和圖紙的要求，將三大主要部件合理地裝配在一起是鼓形濾網(wǎng)驅(qū)動裝置能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)的前提和保證。

在大齒圈裝配完畢、驅(qū)動軸(含小齒輪)與組合減速機(jī)(含電動機(jī))就位后，需要對軸端小齒輪與大齒圈的嚙合情況進(jìn)行調(diào)整，并檢查齒輪間隙，保證小齒輪端軸承與齒輪支座對中，驅(qū)動軸保持水平狀態(tài)，小齒輪齒寬中點(diǎn)與大齒圈最高點(diǎn)上標(biāo)識的偏轉(zhuǎn)中心對中(見圖3)。

圖3 齒輪嚙合調(diào)整示意圖

3 鼓形濾網(wǎng)驅(qū)動減速機(jī)晃動問題

3.1 晃動情況

減速機(jī)晃動示意圖見圖4。

圖4 減速機(jī)晃動示意圖

濱海核電站現(xiàn)場調(diào)試部門在進(jìn)行1號機(jī)B列鼓形濾網(wǎng)高速電動機(jī)試驗(yàn)時，發(fā)現(xiàn)該電動機(jī)的運(yùn)行電流波動很大，為19～34 A，正常情況下該電動機(jī)額定電流為21 A。同時發(fā)現(xiàn)，試轉(zhuǎn)過程中B列減速機(jī)整體晃動較明顯，表現(xiàn)為以鼓形濾網(wǎng)驅(qū)動軸為圓心來回晃動，通過測量電動機(jī)風(fēng)扇罩端的最大晃動幅度有3 mm。在此之前，1號機(jī)A列鼓形濾網(wǎng)高速電動機(jī)試轉(zhuǎn)運(yùn)行電流比較穩(wěn)定且晃動較小，并無此類問題出現(xiàn)。

3.2 問題分析

根據(jù)現(xiàn)場觀察，減速機(jī)晃動為間歇性發(fā)生，并非連續(xù)振動，基本可以判斷并非組合減速機(jī)本體的故障，應(yīng)為驅(qū)動軸軸承故障或大齒圈與小齒輪嚙合出現(xiàn)了問題。

另據(jù)現(xiàn)場進(jìn)一步反饋，在高速電動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時，驅(qū)動軸軸承并沒有明顯的異響出現(xiàn)，且軸承溫度也符合設(shè)計要求，軸承箱中定期加油潤滑。通過以上判斷，驅(qū)動軸軸承沒有損壞，高速電動機(jī)晃動問題極有可能是大齒圈和小齒輪嚙合情況不理想導(dǎo)致。當(dāng)大齒圈和小齒輪由于嚙合問題存在間歇卡澀時，將會導(dǎo)致傳動負(fù)載局部增大，進(jìn)而導(dǎo)致電動機(jī)運(yùn)行電流增大。

基于上述分析，為消除晃動現(xiàn)象，在現(xiàn)場對大齒圈和小齒輪嚙合數(shù)據(jù)進(jìn)行了測量。具體結(jié)果如下：

(1) 大齒圈徑向跳動公差：從測量數(shù)據(jù)看，大齒圈齒頂?shù)交鶞?zhǔn)點(diǎn)的距離最大為431 mm，最小為426 mm，基本滿足徑向跳動公差小于5 mm的要求。

(2) 大齒圈與小齒輪之間的側(cè)隙、頂隙：側(cè)隙平均值為0.2 mm，小于最低要求的1.1 mm；頂隙平均值為6.07 mm，處于標(biāo)準(zhǔn)下限(標(biāo)準(zhǔn)為5～10 mm)。

(3) 大齒圈各段齒條間齒距：用齒形樣板檢測各段齒條拼接處，發(fā)現(xiàn)各段齒條拼接處過度不圓滑，拼接間隙處兩個大齒之間的距離與同一段齒條上相鄰兩個大齒之間的齒距普遍偏大3 mm左右。

根據(jù)以上測量結(jié)果表明：大齒圈與小齒輪嚙合間隙不符合設(shè)計要求，兩者貼合過緊，側(cè)隙過小。

按照齒輪機(jī)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)[3]，對于正常齒制，頂隙系數(shù)應(yīng)為0.25。頂隙過大，嚙合弧將小于齒距，導(dǎo)致重合度小于1，無法滿足連續(xù)傳動的要求。頂隙過小，齒輪容易在徑向受到額外作用力(濱海核電站1號機(jī)B列鼓形濾網(wǎng)即是如此)。在鼓形濾網(wǎng)運(yùn)行時，當(dāng)遇到側(cè)隙為0或偏小的位置，小齒輪與大齒圈之間將產(chǎn)生額外的作用力F2，使得小齒輪受力不均(見圖5)。

圖5 小齒輪受力不均示意圖

當(dāng)小齒輪轉(zhuǎn)動到與大齒圈各段齒條連接處嚙合時，由于過度不光滑，且大齒條拼接處齒輪間隙較大，小齒輪與大齒條2首齒外緣比與大齒條1末齒外緣更早接觸，接觸點(diǎn)位置更加靠近大齒條的齒頂，且此接觸點(diǎn)不在大小齒輪中心線上，使小齒輪受到一個徑向的分作用力，導(dǎo)致小齒輪有向上抬起的趨勢(見圖6)。

圖6 小齒輪晃動原因分析圖

由于小齒輪運(yùn)行到大齒圈局部位置時受力不均，與驅(qū)動電動機(jī)輸出功率不匹配，使得驅(qū)動軸產(chǎn)生了晃動，且根據(jù)驅(qū)動裝置的結(jié)構(gòu)布置特點(diǎn)，驅(qū)動軸系的晃動被放大，表現(xiàn)為驅(qū)動減速機(jī)的間歇性晃動。

3.3 現(xiàn)場處理

由于大齒圈與小齒輪嚙合間隙過小，因此現(xiàn)場決定對大齒圈與小齒輪的嚙合間隙進(jìn)行調(diào)整?？紤]到調(diào)整大齒圈安裝精度現(xiàn)場實(shí)施較困難且無時間窗口，現(xiàn)場實(shí)際是對小齒輪安裝高度進(jìn)行調(diào)整。

將驅(qū)動軸端軸承座的連接螺栓孔進(jìn)行擴(kuò)孔處理，使驅(qū)動軸和小齒輪整體抬高，同時在軸承座下方增加鋼板支持，并與軸承支座進(jìn)行電焊，防止軸承座滑動造成小齒輪下沉的情況。

通過以上處理方案，驅(qū)動減速機(jī)晃動現(xiàn)象消失。

4 后續(xù)項(xiàng)目設(shè)備制造及安裝的改進(jìn)方案

為防止后續(xù)機(jī)組和項(xiàng)目再次出現(xiàn)鼓形濾網(wǎng)驅(qū)動減速機(jī)晃動的問題，結(jié)合濱海核電站1號機(jī)B列鼓形濾網(wǎng)驅(qū)動減速機(jī)晃動問題的處理過程，提出如下改進(jìn)方案：

(1) 在設(shè)備制造階段，提高大齒圈各齒條鑄造工藝，保證每臺鼓形濾網(wǎng)96根大齒條長度完全一致。

(2) 在設(shè)備安裝階段，應(yīng)該仔細(xì)調(diào)整大齒圈各段齒條的安裝位置，保證嚙合間隙符合設(shè)計要求。

(3) 在設(shè)備調(diào)試準(zhǔn)備階段，應(yīng)在驅(qū)動軸端軸承座固定螺栓處增加防松墊片，保證軸承座在調(diào)試和運(yùn)行過程中不會向下移動導(dǎo)致齒輪嚙合間隙減小。

5 結(jié)語

濱海核電站1號機(jī)組B列鼓形濾網(wǎng)在調(diào)試期間出現(xiàn)驅(qū)動減速機(jī)晃動問題，實(shí)質(zhì)為大齒圈與小齒輪嚙合不滿足設(shè)計要求。在遼寧及福建等同類型核電站均有類似問題發(fā)生，具有一定的普遍性。只有在制造階段嚴(yán)格按照設(shè)計要求生產(chǎn)，同時強(qiáng)化現(xiàn)場安裝施工管理，才能保證大齒圈與小齒輪良好嚙合，避免重復(fù)出現(xiàn)鼓形濾網(wǎng)驅(qū)動減速機(jī)晃動的問題。

[1] 黃海濱. 鼓型濾網(wǎng)在核電項(xiàng)目中的應(yīng)用[J]. 華電技術(shù), 2011, 33(8): 37-40, 42.

[2] 朱榮生, 王秀禮,李繼忠, 等. 核電站鼓型旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)驅(qū)動齒輪的改進(jìn)設(shè)計[J]. 機(jī)械設(shè)計與制造, 2009(9): 116-117.

[3] 成大先. 機(jī)械設(shè)計手冊[M]. 5版. 北京: 化學(xué)工業(yè)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

張 宇(1986—)，男，工程師，主要從事核電設(shè)備管理與合同執(zhí)行工作。

E-mail: peanutfuying@163.com

TM623.7

A

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