核电厂主泵轴振异常分析

核电厂主泵轴振异常分析

范春光

中广核工程有限公司 深圳广东 518124

摘要：随着我国经济在快速发展，社会在不断进步，人们的生活质量在不断提高，为解决某核电厂主泵轴振报警问题，对异常现象进行了原因诊断和现场验证。采用对比分析、频谱分析、轴心轨迹分析方法对主泵轴振异常进行研究。分析表明：泵轴振动大于电机轴振动，相同位置测点在水平面内2个不同方向振动基本相当。电机轴Y向振动异常为电缆屏蔽层损坏导致，振动传感器线缆安装宜使用如麻绳等较为软质的材料进行绑扎固定。泵轴振动异常为泵轴存在较大涡动和较高基频成分引起。在泵轴出现较明显的涡动现象时，可提高轴封水抑制泵轴的涡动，以降低泵轴振动。

关键词：主泵；振动；核电厂；涡动

引言

主给水泵是核电厂或者火电厂运行的关键设备，承担着给主锅炉或者蒸汽发生器供水的任务，一旦出现故障，就会导致机组发生降功率或者停机停堆，影响电厂的安全稳定运行。本文以某核电厂在调试期间出现的主给水泵振动高问题为例，结合故障树分析法，对主给水泵的振动问题进行分析。

1概述

某核电厂主泵轴振动每天出现几次报警（报警值设为216μm），均值约在170μm。两套机组8台主泵有6台轴位移超标，位移均值在140～170μm（A区域127μm）。主泵为立式泵，泵电机位于泵的上方，电机由两侧的两个吊挂通过两个预应力拉杆悬挂支承，泵安装于管道上，电机上部还有3个抗震垫支撑，以防止泵倾倒。主泵电机的功率为6711kW，转速为1485r/min；主泵的结构为单级离心式叶片泵，叶轮叶片数Z=5，有一个吸入口，两个出口。振动监测采用的是美国迪飞公司生产的DP104动态型号处理系统，可进行信号分析、模态分析、有限元分析比较和磁盘记录存储。实时处理，高动态范围，可在测量中找出频谱特征。主泵和电机布置了3个壳体振动速度传感器和轴振动电涡流传感器。采用DP104与主传热泵在线保护系统的缓冲输出端连接。拾取没有经过处理的振动速度传感器和非接触式电涡流式振动信号，由DP104数据采集器采集振动信号并进行振动频谱分析。按照ISO10816—3标准及ISO7919—3标准，分别监测和评定电机上下轴承座和泵轴承座径向方向振动速度和泵轴振动。

2核电厂主泵轴振异常分析

2.1泵轴异常

根据泵轴的频谱分析及轴心轨迹可知，泵轴发生振动超标的原因主要有如下2个方面：（1）泵轴涡动现象明显。从轴心轨迹上可以看出，泵轴存在明显涡动现象，而电机轴这种现象不明显。结合图3电机轴瓦和泵轴轴瓦的间隙对比可知，电机轴轴瓦间隙比泵轴轴瓦间隙要小很多，由此可见，泵轴更易发生涡动现象。（2）泵轴存在较大基频分量。从泵轴振动频谱中可以发现，泵轴的频率成分除了半频外，基频的幅值也较高。而且在振动最大和最小时，振动基频的幅值变化不大。

2.2进行振动测量

主泵泵轴的具体运行会产生振动，所以要分析振动是否存在异常，必须要使用专业性测量技术对振动的信号做收集与分析，这样，异常信号的分析才会更加的准确。就目前的具体振动测量来看，主要使用的测量技术频谱分析法，即通过振动频谱的收集和分析了解异常频谱的来源，这样，振动异常的发生位置确定会更加的准确。简单来讲，要有效的处理振动异常，锁定异常的振动原是非常关键的，只有在异常明确掌握的情况，具体的处理措施才会更加的有效，所以利用频谱分析法进行异常的分析与判断有突出的现实价值。

2.3支架固有频率测量

为了找到8f处共振的原因，在现场对3号主泵轴位移振动传感器的支架进行锤击试验，以确定该固定支架的固有频率。试验时固定支架安装在主泵上，与运转状态时完全相同。固定测试传感器于支架上方，锤击支架末端，抓取振动信号。3号主泵的固有频率约为fn=194.47Hz。这表明3号主泵轴位移8f共振的根源是支架的固有频率和激振力频率接近引起的。同时对其他主泵的支架做同样的锤击试验，结果表明它们的固有频率都不同程度的接近8f，所以共振是这些泵轴位移振动偏高导致报警的共同原因。

2.4泵轴

对泵轴振动超标缺陷进行了如下现场检查和验证：（1）安装记录检查。对泵的动平衡、水平度等记录进行了检查，发现泵轴的振动是满足平衡等级G2.5（GB/T9239.1-2006中的平衡等级）要求的，水平度等记录在厂家规定的限值以下。（2）泵轴检查。对泵轴联轴器进行了检查，发现连轴器无明显磕碰及变形。（3）对轴封水进行调整。根据泵轴存在较大涡动现象，尝试提高轴封水抑制泵轴涡动。轴封水从2.1t/h逐渐增至2.5t/h，泵轴振动最大值从252μm逐渐下降至220μm。

2.5强调核电主泵泵轴的管理和维修

就管理而言，主要的内容有两项：1）明确管理的具体内容。即在管理实践中，核电主泵泵轴的具体管理需要涉及哪些内容，需要明确哪些指标，在具体管理中必须要进行明确，这样，管理的完善性会更加的突出。2）管理的方式方法。从现实分析来看，信息登记管理的实际效果比较的突出。所谓的信息登记管理具体指的是基于管理名目做信息的登记，具体包括设备的参数信息、使用信息、故障信息和维修信息等，通过这些信息的登记，管理的针对性和目的性会更加的突出。就维修而言，需要强调的也是两方面的内容：1）维修项目，主要是对具体检查和维修的内容做名目划分，这样，检查维修工作的落实可靠性会更加的突出。2）确定维修周期。一般来讲，维修周期需要有大小的区分，在小周期内主要是检修比较容易出现故障的内容，而在大周期内，则是对需要维修的内容做彻底、全面的检修，这样，设备整体的运行稳定和安全可以得到保证。

2.6频谱分析

由上述分析可知，电机轴振动超标可能非真实振动引起，为进一步确认原因，对电机轴振动进行频谱分析。电机轴X向振动频谱以25Hz为主，其他频谱成分幅值几乎可忽略不计。电机轴Y向振动频谱中，除了25Hz以外，还出现了50、100Hz振动。其中25Hz的幅值约为40μm，与X向中25Hz幅值相当。50、100Hz振动幅值到过了25Hz振动频谱幅值。从电机轴X向、Y向频率对比来看，50Hz、100Hz为电网电器频率及谐波，这些频率为电气干扰频率成分，非电机轴真实振动。

结语

本文首先简要介绍了核电厂主泵振动测量系统的组成，列出了主泵电机轴及泵轴振动高现象，对振动高现象进行了原因探析和诊断，并开展了现场验证，主要结论如下：（1）主泵的泵轴振动大于电机轴振动。（2）相同位置测点水平面内2个不同方向振动应基本相当。（3）电机轴Y向振动异常为电缆屏蔽层损坏导致的。泵轴振动异常为泵轴存在较大涡动现象和较高基频成分引起。（4）在安装中，振动传感器线缆建议不要使用钢扎带绑扎，而使用如麻绳等较为软质的材料进行绑扎固定。（5）在泵轴出现较明显的涡动现象时，可提高轴封水抑制泵轴的涡动，以降低泵轴振动。

参考文献

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