・３８・ 小番柱采 核电厂主泵振动报警诊断与治理 李 振 （福建福清核电有限公司，福州：３５０３００） 摘要：介绍某核电站主泵振动报警现象，对主泵的振动总量进行了对比，研究主泵泵轴频率特性．分析轴心轨迹 对振动波动原因进行了探讨，诊断出主泵振动报警的原因。分析表明，主泵泵轴振动报警是由于工频和半频幅值较 引起的，主泵泵轴存在残余不平衡，且有较大的半速水膜涡动。提出两个治理方向，结合振动报警的实际情况确定ＤＩ 大轴封水流量的治理对策，结果显示此一对策有效、易行，振动报警现象消失。 关键词：核电站用泵中图分类号：ＴＨ３１１ 主泵振动频谱分析轴封水 文献标识码：Ａ 己Ｉ－Ｊ Ｉ 言 核电站反应堆冷却剂泵（下文简称主泵）是一回 路的心脏，其运行性能的优劣直接关系到高温、高 压、高放射性的核反应堆能否安全稳定运行。振动 是主泵转子系统关键问题之一…，是关系主泵能否 长期稳定运转的一个重要质量指标。本文针对某核 电 导 电站主泵振动报警现象，进行了诊断和治理，给出 一个解决问题的对策。 １ 概况 １０００ ＭＷ压水堆核电机组的主泵额定转速为 １４８５ ｒ／ｍｉｎ、电机额定功率为８０００ ｋＷ、额定电压 为６．６ ｋＶ。图１为该主泵结构和振动测点布置示意 图。如图１所示，主泵为立式泵，轴系由泵轴、中 间轴和电机轴组成。整个轴系在径向方向由３个径 向导轴承约束。主泵泵腔内ｌ５．５ ＭＰａ、２９０ ｏＣ的放 至振动数据采集器。 主泵的每个振动测点设置高报警和高一高报警 射性水经过三级轴封降至常温常压。主泵振动监测 包括电机振动和泵的振动监测，从上至下依次布置 电机框架振动、电机轴振动、泵轴振动监测点。每 个监测位置水平面内分别在泵Ｉ叶Ｊ口方向和其９０。正 交方向布置两个传感器。电机框架振动采用速度型 两级报警信号，各级报警值设置如表１所示。当主 泵振动出现高报警时，应对报警原因进行分析，高 度监视主泵运行状况，在合适窗口对泵缺陷进行处 理，消除振动报警，以防止削弱主泵运行的可靠 性。当主泵振动出现高一高报警时，应立即停堆检 修。在该机组热试期间，ｌ＃主泵频繁 现泵轴振 传感器，电机轴和泵轴采用电涡流式位移传感器。 电涡流式位移传感器经前置放大器将轴位移信号送 动高报警，２＃、３＃泵未出现振动报警现象。 ２０１７年第３期 小番柱采 ・３９・ 表１ 主泵振动测点各级报警值设置 位置 高报警值／／ａｎ 高一高报警值／ｐｚｎ 电机上机架 ３５ ７５ 电机轴 ２５０ ３８０ 泵轴 ２５Ｏ ３８０ ２振动报警分析 １８：５６：５８ １８：５８：０１ ｌ８：５９：ｏ４ １９：０ｏ：０７ １９：０１：１ １ ２．１振动总量分析 （ａ）ｌ＃主泵 图２为机组热停平台（一回路冷却剂压力１５．５ 报警值 ＭＰａ、温度２９０ ａ【＝）下１＃主泵振动数据。从图２可以 发现，主泵电机振动比较稳定，电机轴振动约为 ４５～５０ ，电机框架振动在１Ｏ～２０ ｍ之间，而主 Ｉ＾ｊＩ－ｌ＿Ｉ Ｊ ．Ｉ ．＾．Ｌ ＪＩ－ｈ‘—ｌｊ ｌＩｊＩ＾Ｉ ＩＩ＾＾Ｊ ＩＪ Ｊ Ｊ＿＾一Ｌ．上Ｉ－ ．．曲．１Ｉ 泵泵轴振动是不断波动的，波动范围为１５０—２７０ ／ｚｍ，波动幅度达到１２０／ｚｍ。经查，主泵在热停平 台下，流量、进出口压力、流体温度均十分稳定。 虽然立式泵相对卧式泵稳定性较差回，易受泵组管 （ｂ）２＃主泵 道布置和泵组支承约束影响引起主泵振动超标［３１， Ｊ 叫 ６ ５ 图 ２６４１ ９ ３ 报警值 但从三个位置监测的振动波动情况来看，主泵电机 框架上部探头振动非常平稳，且电机轴振动亦平 稳，只有主泵泵轴波动较大。由此可见主泵泵轴振 室 动波动是由泵轴自身波动引起的，非泵组框架约束 妇 ４—４及管道外力变化引起。 ｊ １６：５１：１７ １６：５２：１６ １６：５３：１５ １６：３４：０４ （ｃ）３＃主泵 同一机组３台主泵泵轴振动总量对比 泵振动情况来看，并未发现１＃主泵泵轴振动大于 其他两台泵在测点位置上振动的现象。由此可见， 主泵在一回路的布置位置与主泵泵轴振动并无联 系。 图２主泵振动趋势图 ２．２频谱分析 每台Ｍ３１０压水堆核电机组配备３台主泵，分 ２．２．１频率分布 别布置在３个回路上。图３为同一机组３台主泵同 对ｌ＃主泵和２＃主泵振动信号进行频谱分析， 时运行时泵轴振动总量对比情况。从图３中可以发 频谱如图４所示０从图４可见，１＃主泵和２＃主泵 现，ｌ＃主泵泵轴振动在１５０～２６０胂范围内波动， 振动的第一优势频率均为２５ Ｈｚ 为主泵的工频； ２样主泵泵轴振动在５０—１３０ 范围内波动，３＃主 第二优势频率约为ｌ２ Ｈｚ，为半频。其他频率成分 泵泵轴振动在７０～１５０／ｚｍ范围内波动。对比３台 主要为额定转速的整数倍频，如５０ Ｈｚ、７５ Ｈｚ等， 主泵振动总量可以发现，３台主泵泵轴振动总量均 但幅值非常小，相对工频和半频的幅值可忽略不 呈现波动现象，１＃主泵泵轴振动平均水平大于２＃ 计。对３＃主泵进行频谱分析，发现也是如此。由 和３＃主泵，波动范围也大于 和３＃主泵。３台 此可见，这种三轴承结构主泵的振动频率主要为工 主泵的压力、温度和流量均相同，再从其他机组主 频、半频。 ・４０・ ２ｏｏ １６ｏ 小番被采 ２．２．３振动波动分析 ２０１７年第３期 从图３中可发现３台主泵的泵轴振动均是波动 的，其中１＃主泵泵轴振动波动范围最宽。对一段 时间内１＃主泵振动值最大和最小时进行对比频谱 分析，主要优势频率及幅值结果如表２所示。从表 ２中可见，泵轴通频值最大和最小时，工频幅值几 ２０ ４０ ６０ ８０ ｌｏｏ １２０ １４０ １６０ ｌ８Ｏ ２０ｏ 耋１２０ ８０ ４０ Ｏ 频ｚ￣／Ｈｚ （ａ）１群主泵 乎不变，工频的幅值之差小于１０ ｍ，而半频的幅 值之差超过７５ 。再仔细观察电机轴通频值和各 分频值发现，通频为６２ ｍ时的工频幅值略小于 通频为５０肛ｍ时，通频为６２／．ｔｍ时的半频幅值却 大于通频为５０／ｚｍ时，由此可知半频幅值对通频 幅值的影响甚至超过工频对通频幅值的影响。从电 童 机轴和泵轴通频、半频的分析可知，半频幅值的变 化对通频幅值的变化影响非常大，振动通频值波动 主要是由于半频幅值变化引起的。 表２主要优势频率幅值对比 ２０ ４Ｏ ６ｏ ８０ １０ｏ １２０ １４０ １６ｏ １８０ ２００ 频率／Ｈｚ （ｂ）２＃主泵 测点 统计值 通频ｇｍ 半频／ｇｍ 工频ｇｍ 电机轴 最小值 最大值 最小值 最大值 ５Ｏ ６２ １５Ｏ ２６２ ｌ ４ ８ ８６ ３５ ３４ ｌＯ９ ｌ１６ 图４不同泵频谱特性对比 泵轴 ２．２．２振动均值分析 对比图４（ａ）、图４（ｂ）可以发现，１＃、２＃主泵的 工频幅值分别约为ｌ１０ 、２５／．ａｍ，ｌ＃、２＃主泵的 ２－３轴心轨迹 半频幅值分别约为７０ｐ，ｍ、１５ ｐ，ｍ。图５为１＃主泵 多次频谱分析中半频幅值较小时的频谱图。比较图４ （ａ）和图５可发现，两图中的主要频率均只为工频和 半频，两图中工频幅值相近，均在１ １０ｐ，ｍ左右。观 察其他频谱数据也发现工频幅值非常稳定，且１＃ 主泵始终大于２＃主泵。联系图３（ａ）、图３（ｂ）可发 现，１＃主泵泵轴振动总量的均值大于２｛｝主泵，由 此可见，主泵泵轴振动总量均值水平的高低主要由 工频幅值大小决定。 ２ｏｏ １６０ 图６为１＃主泵泵轴振动监测点的时域波形图 及轴心轨迹图。图６左边是泵轴振动监测点两个互 成９０。探头的时域波形图，图６右边是两个探头合 成的轴心轨迹。从时域波形图中可以发现，两个监 测点的峰值是一大一小依次交替出现，结合上一小 节分析可知，大峰值为半倍频幅值和工频幅值叠加 影响，小峰值主要为工频幅值。从泵轴轴心轨迹形 状来看，其轨迹为不同半径的圆，且圆的直径一直 是变化的，轨迹圆最大半径约为１２５ ｐ，ｍ。这与图 ２和图３（ａ）中振动最大值在２５０／ｘｍ附近波动而不 是一直出现的现象是一致的。从轴心轨迹可以看 出，泵轴处于不稳定的涡动状态。 量１２０ ８０ §¨８量 ８ 、 ／、，、／，＼／、八．一八．．八一ｙ １ ４０４ ｘ４０ 要一Ｏ 二 ０．Ｏ８ Ｏ．１６ Ｏ．２４ ０．３２ ０．４ ０．４８ ２０ ４Ｏ ６Ｏ ８０ １ｏｏ １２０ １４０ １６０ １８０ ２００ 频率／Ｈｚ 图５ １群主泵另一时刻频谱特性 图６轴心轨迹图 ２０１７年第３期 小番柱采 ・４１・ 该主泵为三轴承式主泵 ，电机上框架监测点 和经济代价考虑，在线调整轴封水不需要机组停 处和电机轴监测点处为电机油润滑滑动轴承，泵轴 堆，更易实施，经济代价较低，因此振动报警治理 下端靠近叶轮处有一个水润滑导轴承。根据泵轴的 首先应从调整轴封水流量方面人手。 频谱特性中存在半频特性和泵的轴心轨迹涡动特 经查询主泵轴封运行参数，主泵报警时其轴封 性，可推测泵轴系存在半速涡动，其涡动可能为油 水流量约为２．１ ｔ，｝ｌ，因此决定尝试将主泵的轴封水 膜涡动或者水膜涡动。根据图２中电机轴和电机框 流量提高。图７为轴封水流量调至２．５ ｔ／ｈ后，ｌ＃ 架监测点振动较稳定现象与表２中电机半频率幅值 主泵的振动趋势。由图７可见，轴封水流量加大 非常小，可以推测电机存在油膜涡动可能性较小， 后，泵轴振动由２５０ ｍ降至２００ ｍ左右，振动 因此，推测泵轴振动不稳定主要是由水膜涡动引起 报警现象消失。 的。 ４结语 ３振动治理 本文对某核电厂主泵振动报警情况进行了简要 根据振动频谱分析可知，１撑主泵振动主要由 介绍，对主泵的振动总量进行了对比，研究了主泵 工频和半频构成。只要两个频率成份中任意一个频 泵轴频率成分；对主泵振动波动进行了频率幅值对 率的幅值减小，振动总量就能减小。根据振动相关 比，观察了主泵泵轴振动的轴心轨迹。基于对这些 经验，工频主要由转子自身残余动不平衡引起【５】， 数据的分析，诊断了主泵振动报警的原因，最后提 需要停机才能处理。根据２．３章节可知，振动波动 出了两个治理方向，结合振动报警的实际情况制定 主要是由于水膜涡动引起的。该主泵轴系三轴承约 了振动治理方案，本文得到的主要结论如下： 束式，轴封水对泵轴振动有重要影响，可考虑调节 １）主泵泵轴振动的优势频率为工频和半频， 轴封水抑制泵轴波动。 主泵报警主要由这两个优势频率幅值较高引起。 从图３中１＃主泵报警现象来看，报警不是一 ２）主泵泵轴存在半速水膜涡动。对于转子的 直存在，而是频繁闪发出现，只要振动总量略微降 水膜涡动，调节泵轴的轴封水流量可抑制涡动幅 低，振动报警现象即可消失。因此上述针对工频和 度，解决主泵泵轴振动闪发报警问题。 半频的两个治理方向均可行，但从实施的难易角度 参考文献 ５ｏｏ 【１】任朝晖，陈宏，李鹤，等．某核电站主泵转子一轴承系统碰摩 ４５０ 故障分析［Ｊ】．振动、测试与诊断，２００６，２６（３）：１７１—１７５． ４００ ［２】胡大干，孙忠志．核电厂海水循环泵组振动分析及处理【Ｊ】． ３５０ 量３００ 水泵技术，２０１２（１）：４ｏ＿４３． ２５０ 报警值 【３】袁少波，陈志高，郭龙章，等．秦山第三核电厂１＃机组３＃主 ２ｏｏ 泵振动处理［Ｊ］．核动力工程，２０１５（５）：１０８—１１０． １５０ 坼 【４】吕群贤．反应堆主泵现场动平衡［ＪＪ．核动力工程，２００２，２３ １０ｏ （３）：６３－６８． ５Ｏ 【５］杨璋．三轴承支承主泵振动特性研究［Ｊ］．核动力工程，２０１５ Ｏ ｆ３）：８４—８７． １４：４３：０４ １４１：４３：１７ １４：４３：３ｌ １４：４３：４４ 图７加大轴封流量后ｌ＃泵振动 （本文编辑唐丽丽） （收稿日期２０１７—０３—２１）
