核電廠棒電源機組電機振動超標分析與處理

祁國鵬，曾國靖，孫 旭，張水龍，陳 鍵

（福建福清核電有限公司，福建福州 350318）

0 引言

核電廠棒電源系統(tǒng)（RAM）的功能是確保對控制棒驅(qū)動機構(gòu)的線圈連續(xù)供電，一套RAM 系統(tǒng)由兩套MG 機組組成，每套MG 機組包括一臺異步電機、一個調(diào)速飛輪、一臺同步無刷發(fā)電機、電壓調(diào)節(jié)器、溫度傳感器等設(shè)備。某核電廠棒電源機組電機基本參數(shù)如下：電機額定功率135 kW，額定轉(zhuǎn)速1500 r/min，軸承油脂型號為Chevron SRI Grease 2，驅(qū)動端軸承為SKF Nu319、非驅(qū)動端軸承為SKF 6319/C3[1]。

為了確保核電廠運行期間控制棒驅(qū)動機構(gòu)供電穩(wěn)定，通常兩臺MG 機組并聯(lián)運行，3RAM001MO 電機振動高導致一臺MG 不可用，使反應堆控制棒驅(qū)動機構(gòu)線圈失去備用電源，控制棒隨時有可能失電后掉入堆芯導致反應堆停堆[2]。

1 概述

2018 年12 月，某核電廠302 大修對3#機組RAM 系統(tǒng)1#MG 進行了解體檢查，測量電機轉(zhuǎn)軸與軸承、軸承與軸承室公差配合均合格。電機回裝時，使用MOBIL POLYREX EM 油脂替換了之前使用的Chevron SRI Grease 2。機組維修后試驗時電機振動、軸承溫度均未發(fā)現(xiàn)異常，隨后將機組停運。

12 月23 日，對3RAM001MO（AP）棒電源機組進行解體檢修，并經(jīng)維修后試驗驗證合格后停機。2019 年1 月6 日21：00，3RAM001MO （AP） 開始啟動運行，1 月7 日凌晨6：00，3RAM001MO 電機驅(qū)動端振動開始增大，振動平均值4.0 mm/s左右，最高達到13.0 mm/s，振動峰值多次超過10.0 mm/s，出現(xiàn)驅(qū)動端振動高報警。期間電機驅(qū)動端軸承溫度、非驅(qū)動端振動及軸承溫度均無異常。將電機停運重啟后，電機驅(qū)動端振動恢復正常，運行2 h 后電機驅(qū)動端振動再次頻繁出現(xiàn)振動閃發(fā)高報警（圖1）。

圖1 電機驅(qū)動端振動趨勢

2019 年1 月7 日，對3RAM001MO 電機進行解體，更換電機軸承，測量電機公差配合合格后，使用電機原裝的Chevron SRI Grease 2 潤滑脂完成回裝。在此次解體時發(fā)現(xiàn)，電機驅(qū)動度軸承室內(nèi)蓋止口高度、軸承室外蓋止口高度與軸承外圈之和比電機驅(qū)動端軸承室寬度大，但未處理。

1 月9 日，電機二次維修后空載試驗開始，起機后不久電機驅(qū)動端再次出現(xiàn)振動閃發(fā)高報警。當日對3RAM001MO 電機進行第三次解體，經(jīng)測量確認：電機驅(qū)動端軸承室內(nèi)蓋止口高度、軸承室外蓋止口高度與軸承外圈之和與電機驅(qū)動端軸承室寬度大0.50 mm。非驅(qū)動端軸承室內(nèi)蓋止口高度、軸承室外蓋止口高度與軸承外圈之和比電機非驅(qū)動端軸承室寬度大0.17 mm。并在電機回裝時使用青稞紙對軸向間隙進行了補償，1 月11 日空載試車電機振動明顯降低，兩端振動穩(wěn)定在0.7 mm/s 左右，持續(xù)運行未出現(xiàn)波動。

2 故障原因

2.1 電機結(jié)構(gòu)分析

福清3#機組MG 機組由中船重工電機科技股份有限公司制造，額定功率135 kW，額定轉(zhuǎn)速1500 r/min。電機驅(qū)動端使用Nu319 軸承，只能承受徑向負荷，不承受任何徑向載荷。電機非驅(qū)動端使用6319/C3 軸承，其作用為承受徑向負荷、軸向負荷及軸向定位[3]。

電機裝配時，非驅(qū)動端6319/C3 軸承利用過盈配合安裝在非驅(qū)動端轉(zhuǎn)軸，并使用螺栓配合軸承室內(nèi)外蓋止口對電機轉(zhuǎn)子進行軸向定位。驅(qū)動端Nu319 軸承內(nèi)圈利用過盈量固定在電機轉(zhuǎn)軸上，軸承外圈裝在軸承室內(nèi)，使用螺栓配合軸承室內(nèi)外蓋止口實現(xiàn)軸承外圈的軸向固定（圖2）。

2.2 驅(qū)動端軸承外圈未定位

在解體時發(fā)現(xiàn)電機驅(qū)動度軸承室內(nèi)蓋止口高度、軸承室外蓋止口高度與軸承外圈之和比電機驅(qū)動端軸承室寬度大（表1）。從表1 可知，電機驅(qū)動度軸承室內(nèi)蓋止口高度、軸承室外蓋止口高度于軸承外圈之和比電機驅(qū)動端軸承室寬度大，其中12 點鐘方向大0.53 mm、3 點鐘方向大0.55 mm、6 點鐘方向大0.52 mm、9 點鐘方向大0.52 mm。最大偏差0.55 mm，平均偏差為0.53 mm。導致電機驅(qū)動端端蓋不能固定在電機基座，在電機高速運行過程中，軸承室內(nèi)外蓋及驅(qū)動端Nu319 軸承外圈將軸向竄動，竄動量最大將達到0.52 mm（圖3）。

2.3 電機轉(zhuǎn)子軸向竄動過大

電機非驅(qū)動端使用深溝球軸承6319/C3，承受非驅(qū)動端負荷并起到軸向定位作用。在對電機解體時發(fā)現(xiàn)電機非驅(qū)動端軸承室內(nèi)蓋止口高度、軸承室外蓋止口高度于軸承外圈之和比電機非驅(qū)動端軸承室寬度大（表2）。其中，12 點鐘方向大0.16 mm、3 點鐘方向大0.19 mm、6 點鐘方向大0.17 mm、9點鐘方向大0.16 mm，最大值0.19 mm，平均值為0.17 mm。導致電機非驅(qū)動端軸承室內(nèi)外蓋緊固后仍無法固定在電機基座，電機運行時電機轉(zhuǎn)軸軸向竄動量最大將達到0.16 mm（圖4）。

3 解決方案

3.1 確定電機軸向竄動量

電機驅(qū)動端軸承室內(nèi)蓋止口高度、軸承室外蓋止口高度與軸承外圈之和比電機驅(qū)動端軸承室寬度實測寬0.52～0.55 mm；電機非驅(qū)動端軸承室內(nèi)蓋止口高度、軸承室外蓋止口高度與軸承外圈之和比電機驅(qū)動端軸承室寬度實測寬0.16～0.19 mm。實際電機驅(qū)動端軸承室緊固后，軸承室內(nèi)外蓋、軸承外圈、軸承室內(nèi)蓋軸向竄動量為0.52～0.55 mm；驅(qū)動端軸承室內(nèi)外蓋、電機轉(zhuǎn)子軸向竄動量為0.16～0.19 mm。

圖2 電機裝配示意

圖3 電機驅(qū)動端裝配后示意

表1 電機驅(qū)動端軸向數(shù)據(jù)測量記錄表 mm

表2 電機非驅(qū)動端軸向數(shù)據(jù)測量記錄表 mm

圖4 電機非驅(qū)動端裝后配示意

3.2 非驅(qū)動端竄動量補償

使用2 張0.15 mm 厚的青稞紙襯墊于電機非驅(qū)動端軸承室外蓋與端面之間，青稞紙壓縮后使用塞尺測得的補償量為0.28 mm，補償后將消除電機非驅(qū)動端軸承室內(nèi)外蓋的軸向竄動，并將電機軸竄動量削減到0.09～0.12 mm。

3.3 驅(qū)動端竄動量補償

圖5 電機檢修后振動趨勢

使用2 張0.30 mm 厚的青稞紙襯墊于電機驅(qū)動端軸承室外蓋與端面之間，青稞紙壓縮后使用塞尺測得的補償量為0.58 mm，補償后電機驅(qū)動端軸承室內(nèi)外蓋將完全壓緊在電機端蓋上，并將驅(qū)動端軸承外圈在軸承室內(nèi)的軸向竄動量控制在0.02 mm 以內(nèi)。

通過對電機軸向竄動量進行補償，可以降低電機驅(qū)動端軸承外圈及電機轉(zhuǎn)子的軸向竄動，降低電機運行時的振動。補償后再次試車，發(fā)現(xiàn)電機振動明顯下降，振動整體趨于穩(wěn)定，驅(qū)動端振動平均值0.7 mm/s，且長期運行后未出現(xiàn)振動閃發(fā)高的問題（圖5）。

4 結(jié)論

通過某核電廠3#機組1#棒電源電機解體后振動高問題的解決，發(fā)現(xiàn)了M310 系列百萬千瓦機組棒電源電機振動與軸向裝配控制的關(guān)系，給出了軸向竄動量補償?shù)慕鉀Q方案，并通過試驗證明了軸向竄動過大導致棒電源電機振動高的結(jié)論。本文所論述的方案為后續(xù)同類電機振動問題的處理提供了參考，具有較強的實用價值。