泵類設(shè)備轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡試驗(yàn)技術(shù)要點(diǎn)

張振杰

（中國(guó)核電工程有限公司，北京 100840）

0 引言

由于機(jī)械加工制造過程中存在一定的誤差，核電站用離心泵運(yùn)轉(zhuǎn)過程中可能會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)子質(zhì)量偏心等不平衡問題，對(duì)核電系統(tǒng)的正常運(yùn)行產(chǎn)生不良影響。所謂轉(zhuǎn)子不平衡，指的是轉(zhuǎn)子運(yùn)行中偏離回轉(zhuǎn)軸線，主要是由于轉(zhuǎn)子質(zhì)量分布不均勻?qū)е?，進(jìn)而可能會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)子振動(dòng)問題。泵類設(shè)備一旦發(fā)生不平衡運(yùn)轉(zhuǎn)問題，附加動(dòng)壓力影響設(shè)備支撐受力情況，進(jìn)而導(dǎo)致轉(zhuǎn)子出現(xiàn)變形、磨損等問題，縮短轉(zhuǎn)子的使用壽命。同時(shí)，轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡出現(xiàn)問題還會(huì)導(dǎo)致整個(gè)設(shè)備和周圍設(shè)備出現(xiàn)嚴(yán)重振動(dòng)情況，不利于設(shè)備的安全運(yùn)轉(zhuǎn)。核電是未來發(fā)展的一大趨勢(shì)，一旦發(fā)生安全問題將產(chǎn)生不可預(yù)估的后果，為此，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)每個(gè)環(huán)節(jié)和設(shè)備的管控，提高泵類設(shè)備管理水平，保證泵類設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。為此，將重點(diǎn)探討泵類設(shè)備轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡方面的問題。

1 旋轉(zhuǎn)機(jī)械動(dòng)平衡的重要性

泵類設(shè)備產(chǎn)生振動(dòng)會(huì)加速軸承及動(dòng)靜配合面的疲勞和磨損，降低泵組的性能和可靠性，產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲，嚴(yán)重時(shí)會(huì)發(fā)生機(jī)械故障。對(duì)于核電站而言，泵類設(shè)備作為旋轉(zhuǎn)機(jī)械，特別是像安注安噴泵、上充泵等高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械，動(dòng)平衡對(duì)其安全穩(wěn)定運(yùn)行尤為重要，核電站還有風(fēng)機(jī)，壓縮機(jī)等旋轉(zhuǎn)機(jī)械，動(dòng)平衡的方法與水泵相似。

1.1 動(dòng)平衡試驗(yàn)原理

如果轉(zhuǎn)子剛體是均勻?qū)ΨQ的，繞對(duì)稱中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)，則各點(diǎn)離心力相互抵消。由于轉(zhuǎn)子本身組織不均勻，或是加工誤差，裝配等級(jí)造成質(zhì)量偏心等都會(huì)引起旋轉(zhuǎn)軸線的偏移，從而導(dǎo)致不平衡。

動(dòng)平衡的目的是平衡不平衡力和力矩，由于轉(zhuǎn)子上的平衡是分布式的，在轉(zhuǎn)子上存在多個(gè)不平衡力，可以分別向任選的2個(gè)面簡(jiǎn)化，這2個(gè)面即通常所說的校正面。通常不平衡量可以由矢量表示。

1.2 動(dòng)平衡的精度等級(jí)

GB/T 9239.1—2006《機(jī)械振動(dòng) 恒態(tài)(剛性)轉(zhuǎn)子平衡品質(zhì)要求第1部分：規(guī)范與平衡允差的檢驗(yàn)》規(guī)定了各類設(shè)備的平衡精度等級(jí)，泵類設(shè)備平衡精度等級(jí)可選G6.3，但對(duì)特殊情況，可選用相鄰較高或較低的級(jí)別代替。作為核電站用泵類設(shè)備，其技術(shù)規(guī)格書一般對(duì)振動(dòng)噪聲要求較高，所以安注安噴泵選擇動(dòng)平衡等級(jí)G2.5。

2 泵轉(zhuǎn)子許用不平衡量計(jì)算和動(dòng)平衡檢驗(yàn)方法

2.1 計(jì)算步驟

根據(jù)合同、技術(shù)規(guī)格書及產(chǎn)品圖紙規(guī)定，低壓安注泵（RVT 250-350/1+2）和安全殼噴淋泵（RVT 250-400/1+2）的平衡等級(jí)為G2.5。由于2種泵轉(zhuǎn)子部件由泵軸部件和上軸部件組成，所以對(duì)2個(gè)泵轉(zhuǎn)子部件的許用不平衡量按表1步驟分別進(jìn)行計(jì)算確定，以安全殼噴淋泵（RVT 250-400/1+2）泵軸轉(zhuǎn)子部件為例。

表1 安全殼噴淋泵泵軸轉(zhuǎn)子部件許用不平衡量計(jì)算

2.2 動(dòng)平衡試驗(yàn)要求

（1）在轉(zhuǎn)子做初次動(dòng)平衡試驗(yàn)前，需預(yù)校單只葉輪靜平衡。

（2）試驗(yàn)前，將表1的數(shù)據(jù)輸入平衡機(jī)。

（3）平衡機(jī)需保證試驗(yàn)讀數(shù)靈敏、可靠，動(dòng)平衡試驗(yàn)轉(zhuǎn)速取泵的工作轉(zhuǎn)速n=1485 r/min。

（4）做平衡前，試驗(yàn)員須檢驗(yàn)葉輪過流部位是否打磨干凈，葉輪軸心部位是否有芯骨、粘砂、鐵屑等。

（5）平衡前，試驗(yàn)員須檢查轉(zhuǎn)子的軸上零件是否固定，用百分表校準(zhǔn)轉(zhuǎn)子、葉輪跳動(dòng)是否在規(guī)定的范圍內(nèi)。

（6）啟動(dòng)動(dòng)平衡機(jī)至平衡轉(zhuǎn)速，測(cè)出試驗(yàn)轉(zhuǎn)子初始不平衡量及相應(yīng)的極坐標(biāo)位置。根據(jù)試驗(yàn)得出的數(shù)據(jù)，與許用不平衡對(duì)比決定要去重。

（7）去重的位置通常分在2個(gè)平面上，以減少不平衡力偶。

（8）在平衡機(jī)上直接在葉輪蓋板上去重，去重后蓋板厚度不能少于圖紙要求值75%，且同時(shí)不能在超出葉輪0.9倍外徑的區(qū)域內(nèi)去重。

（9）去重后再次啟動(dòng)平衡機(jī)至試驗(yàn)轉(zhuǎn)速，經(jīng)過反復(fù)多次的測(cè)量、去重校正直至最后達(dá)到G2.5級(jí)的不平衡量要求。

（10）合格后在每個(gè)零件上做裝配次序標(biāo)識(shí)，切忌再次裝配時(shí)調(diào)換零件。

（11）葉片修正或葉輪切割后必須重新做動(dòng)平衡試驗(yàn)，直至合格。

（12）動(dòng)平衡試驗(yàn)合格后，由試驗(yàn)員在轉(zhuǎn)子、葉輪上做出動(dòng)平衡合格標(biāo)識(shí)，做好動(dòng)平衡試驗(yàn)記錄，并開出動(dòng)平衡試驗(yàn)報(bào)告。

3 動(dòng)平衡試驗(yàn)案例

3.1 問題描述

福清5#機(jī)組5CSP001PO安全殼噴淋泵泵軸轉(zhuǎn)子部件進(jìn)行動(dòng)平衡試驗(yàn)時(shí)，試驗(yàn)過程中葉輪（0045/23300/002）蓋板打磨較深，雖動(dòng)平衡數(shù)據(jù)合格，但經(jīng)測(cè)量蓋板厚度實(shí)測(cè)為6.6 mm，要求值（9～12）mm，尺寸超差。動(dòng)平衡試驗(yàn)規(guī)程要求去重后蓋板厚度不能少于圖紙要求值75%，且同時(shí)不能在超出葉輪0.9倍外徑的區(qū)域內(nèi)去重。

3.2 問題處理

問題發(fā)生后，經(jīng)與SEC-KSB技術(shù)人員、質(zhì)保人員、檢驗(yàn)人員以及項(xiàng)目人員協(xié)商。認(rèn)為該葉輪尺寸已超出圖紙尺寸要求，建議直接報(bào)廢。隨即SEC-KSB開啟內(nèi)部NCR（Non-Conformance Report，不符合項(xiàng)報(bào)告）（編號(hào)：300002000）進(jìn)行報(bào)廢處理。

3.3 原因分析

（1）動(dòng)平衡試驗(yàn)操作人員打磨葉輪蓋板時(shí)打磨位置較集中。

（2）該葉輪毛坯可能偏心較大，機(jī)加工和葉輪靜平衡時(shí)切除部位未能適當(dāng)有效糾正偏心。

3.4 建議措施

（1）建議對(duì)該葉輪按照不符合項(xiàng)管理程序開啟NCR，報(bào)廢處理。

（2）提高操作人員質(zhì)量意識(shí)，動(dòng)平衡試驗(yàn)打磨葉輪蓋板時(shí)在符合要求的前提下適當(dāng)擴(kuò)大打磨區(qū)域。

（3）建議制造廠在前期工序，比如葉輪靜平衡試驗(yàn)后葉輪去重（機(jī)加工）時(shí)，適當(dāng)考慮葉輪各部位尺寸。

4 轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡注意事項(xiàng)

（1）在進(jìn)行動(dòng)平衡試驗(yàn)前，應(yīng)根據(jù)轉(zhuǎn)子部件圖紙合理安裝各個(gè)零部件，確保安裝的正確性，將過流部位和軸心部位清潔干凈，保證每個(gè)部件干凈整潔。在測(cè)試假軸上安裝轉(zhuǎn)子時(shí)，鍵槽空缺部位應(yīng)用假鍵進(jìn)行補(bǔ)償。

（2）轉(zhuǎn)子平衡登記、工作轉(zhuǎn)速、校正半徑等參數(shù)都要通過圖紙確定并對(duì)轉(zhuǎn)子重量進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)稱取，對(duì)允許剩余不平衡量的轉(zhuǎn)子進(jìn)行計(jì)算。

（3）在泵設(shè)備轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡試驗(yàn)中，對(duì)葉輪結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)進(jìn)行充分考慮，分解一個(gè)極坐標(biāo)位置的不平衡量，然后通過打磨、車削等方式適當(dāng)將扇形范圍內(nèi)的重量減輕，但是在處理過程中，應(yīng)當(dāng)注意控制葉輪強(qiáng)度，嚴(yán)格根據(jù)圖紙或者動(dòng)平衡程序控制去除的厚度、質(zhì)量，嚴(yán)格控制平衡過程。

5 結(jié)束語(yǔ)

泵類設(shè)備是核電設(shè)備的重要組成部分，其安全穩(wěn)定運(yùn)行關(guān)系著整個(gè)核電站的安全運(yùn)行，必須嚴(yán)格把關(guān)各種泵的動(dòng)平衡試驗(yàn)，按照規(guī)定的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格執(zhí)行，以保證設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，從而更有利于核電站的安全運(yùn)行。