核電站棒電源機(jī)組振動高處理及改進(jìn)

吳文軒，林紹斌，王一凡，賴澤彬，張水龍

（中核國電漳州能源有限公司，福建漳州 363000）

0 引言

棒電源機(jī)組對控制棒驅(qū)動機(jī)構(gòu)的線圈連續(xù)供電，如果兩套棒電源機(jī)組同時故障，將使控制棒驅(qū)動機(jī)構(gòu)磁力線圈失去電源，導(dǎo)致驅(qū)動桿和控制棒依靠自身的重力落入堆芯，使反應(yīng)堆緊急停堆。

對于電機(jī)設(shè)備而言，其振動值大小對于電機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行具有非常重要的影響。電機(jī)長時間高振動值運(yùn)行，容易使軸承發(fā)生位移，造成電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)卡澀，電機(jī)內(nèi)部溫度升高，最終導(dǎo)致電機(jī)跳機(jī)，影響機(jī)組正常運(yùn)行。因此，在機(jī)組日常運(yùn)行時應(yīng)對重要電機(jī)的振動值加以監(jiān)測。某核電站棒電源機(jī)組電機(jī)長時間以接近規(guī)定的振動標(biāo)準(zhǔn)值運(yùn)行，存在設(shè)備故障的風(fēng)險。為保證設(shè)備和機(jī)組正常運(yùn)行，有必要采取有效措施降低該電機(jī)的振動值。

1 某核電站棒電源機(jī)組設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)

某核電站一套棒電源機(jī)組自2018 年12 月開始出現(xiàn)電機(jī)振動高的問題，至2020 年6 月，一直處于接近振動標(biāo)準(zhǔn)值的狀態(tài)運(yùn)行。

2 棒電源機(jī)組電機(jī)振動分析

2.1 頻譜分析

2018 年12 月，維修人員現(xiàn)場巡檢時發(fā)現(xiàn)棒電源機(jī)組電機(jī)非驅(qū)動端軸向振動達(dá)到5.0 mm/s（標(biāo)準(zhǔn)值≤5.6 mm/s），隨后持續(xù)監(jiān)測，電機(jī)和發(fā)電機(jī)聲音、溫度均正常，無升高趨勢，振動值保持在4.9～5.2 mm/s 波動，性能測振人員在線測量電機(jī)振動和頻譜，棒電源機(jī)組測點(diǎn)如圖1 所示，振動測量記錄數(shù)據(jù)見表1。

表1 振動測量記錄

圖1 棒電源機(jī)組測點(diǎn)布置

電機(jī)額定轉(zhuǎn)速1480 r/min，轉(zhuǎn)速頻率為25 Hz，通過頻譜分析主要為1×頻率，少量2×頻率，振動貢獻(xiàn)頻率主要為25 Hz和50 Hz，大量低頻產(chǎn)生的振動可能是不對中或電機(jī)不平衡引起的[1]。

2.2 可能性分析

根 據(jù)RAM 機(jī)組結(jié)構(gòu)以及性能頻譜分析，判斷電機(jī)非驅(qū)動端軸向振動高可能原因如下：

（1）電動發(fā)電機(jī)耦合套件中的緩沖塊磨損或受擠壓變形，造成電機(jī)轉(zhuǎn)子受力不均勻，導(dǎo)致軸向振動高。

（2）耦合套件中的魚尾板長時間受擠壓拉扯變形，造成電機(jī)轉(zhuǎn)子中心偏移，導(dǎo)致軸向振動高。

（3）如電機(jī)空載振動超標(biāo)，電機(jī)非驅(qū)動端內(nèi)部軸承壓緊彈簧可能損壞，使非驅(qū)動端軸承在軸承室內(nèi)發(fā)生軸竄，造成非驅(qū)動端軸向振動高。

（4）電動發(fā)電機(jī)在日常運(yùn)行中對中跑偏，使電動發(fā)電機(jī)同軸度與平行度不滿足要求，導(dǎo)致軸向振動增大。

（5）電機(jī)軸承與軸承室、軸頸的公差配合不合格，導(dǎo)致運(yùn)行中振動高。

3 振動高改進(jìn)措施及效果驗證

3.1 對可能性原因進(jìn)行排查

（1）更換魚尾板和耦合套件緩沖塊，新的魚尾板厚度為9.5 mm，比原魚尾板厚度小0.5 mm。

（2）解體時檢查非驅(qū)動端軸承壓緊彈簧，發(fā)現(xiàn)無異常。

（3）脫開聯(lián)軸器，重新復(fù)查對中，同軸度與平行度均合格，對中不是振動高的根本原因。

（4）電機(jī)驅(qū)動端和非驅(qū)動端均采用6322/C3 軸承，解體檢修后測量公差數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)均合格。

（5）電機(jī)軸向間隙測量及動平衡校驗，測量間隙和轉(zhuǎn)子動平衡，均符合標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 深入分析

通過分析可以排除電機(jī)驅(qū)動端端蓋軸向間隙配合過大和非驅(qū)動端軸承壓緊彈簧損壞等故障，并根據(jù)檢修廠家提出的意見，針對聯(lián)軸套件進(jìn)行排查（圖2）。

圖2 聯(lián)軸器組件及實物

3.2.1 第一次啟機(jī)試驗

使用新的聯(lián)軸器套件（魚尾板和緩沖塊），調(diào)整魚尾板與飛輪之間的間隙（表2），將電機(jī)和發(fā)電機(jī)飛輪連接后啟機(jī)試驗，試驗數(shù)據(jù)見表3。

表2 第一次啟機(jī)試驗聯(lián)軸器端面間隙記錄

表3 第一次啟機(jī)試驗數(shù)據(jù)記錄 mm/s

本次使用新聯(lián)軸器后，電機(jī)非驅(qū)動端軸向振動仍然為5.3 mm/s，無明顯下降趨勢，且對比電機(jī)停運(yùn)之前的振動值，均偏高，說明新的緩沖墊塊與魚尾板、彈性螺栓和飛輪之間未形成一定的磨合，聯(lián)軸器套件與飛輪之間未形成漲力平衡。

3.2.2 第二次啟機(jī)試驗

重新更換舊聯(lián)軸器套件（魚尾板及緩沖墊塊），測量10 個緩沖墊塊的長度，再次調(diào)整聯(lián)軸器間隙，根據(jù)舊魚尾板的形變量（0.6 mm），通過與停機(jī)前和廠家檢修時的聯(lián)軸器間隙數(shù)據(jù)對比，調(diào)整緩沖墊塊位置，重新測量魚尾板外端面到飛輪之間的間距（表4）。

表4 第二次啟機(jī)試驗聯(lián)軸器端面間隙記錄 mm

更換緩沖墊塊位置后，聯(lián)軸器的端面最大間隙差由停機(jī)前的1.20 mm 下降到0.50 mm，這與廠家檢修試驗時的間隙完全一致，聯(lián)軸器間隙達(dá)到相對均勻狀態(tài)，啟機(jī)試驗，數(shù)據(jù)記錄見表5。

表5 第二次啟機(jī)試驗數(shù)據(jù)記錄 mm/s

第二次啟機(jī)試驗，電機(jī)非驅(qū)動端軸向振動由最大5.0 mm/s 下降到2.8 mm/s，說明電機(jī)在運(yùn)行過程中，受到來自發(fā)電機(jī)方向的反向拉力或壓力變小，魚尾板與飛輪之間達(dá)到相對平衡的狀態(tài)。

4 結(jié)束語

根據(jù)試驗數(shù)據(jù)，判斷棒電源機(jī)組電機(jī)非驅(qū)動端軸向振動高的主要原因為聯(lián)軸器魚尾板與飛輪之間間隙不均勻[2]，使10 塊聯(lián)軸器在運(yùn)行過程中受不同程度擠壓，造成電機(jī)轉(zhuǎn)子受力不平衡。同時得出如下結(jié)論：

（1）更換新聯(lián)軸器套件后，機(jī)組的振動不降反升，說明新的聯(lián)軸器套件與飛輪之間的磨合度較低，機(jī)組無法達(dá)到平衡狀態(tài)。

（2）魚尾板端面與飛輪之間的間隙，會影響電機(jī)運(yùn)行過程中的轉(zhuǎn)子受力，因此間隙的距離和均勻度都要保持適當(dāng)。

（3）魚尾板通過螺栓固定在靠背輪上，并通過10 個緩沖墊塊與飛輪連接，因魚尾板已有0.6 mm 的彈性形變，以靠背輪的端面和外圈為基準(zhǔn)面對中不夠準(zhǔn)確，會影響到魚尾板與飛輪間間隙的均勻性，因此對中時應(yīng)以魚尾板的端面和外圈與飛輪進(jìn)行對中。