宋 軍，陳 光

(中廣核工程有限公司，廣東深圳518124)

0 引 言

核電廠循環(huán)水系統(tǒng)承擔(dān)著常規(guī)島及電廠附屬系統(tǒng)的冷源供應(yīng)，是核電廠汽輪發(fā)電機(jī)組有效輸出電力的基本前提條件，循環(huán)水泵作為循環(huán)水系統(tǒng)重要組成部分，其高效穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)核電機(jī)組的穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)效益的發(fā)揮起著重要作用。

防城港核電站一期循環(huán)水泵主電機(jī)由于傳動(dòng)軸擺度超標(biāo)，導(dǎo)致電機(jī)運(yùn)行時(shí)下導(dǎo)軸瓦溫度異常升高，電機(jī)被迫停運(yùn)，制約整個(gè)機(jī)組熱態(tài)功能試驗(yàn)。軸系擺度超標(biāo)情況在水電機(jī)組運(yùn)行中經(jīng)常出現(xiàn)，國(guó)內(nèi)對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組擺度已有較多的研究和解決措施，而在核能發(fā)電廠中，海水循環(huán)水泵擺度超標(biāo)情況尚屬少見，防城港核電廠循環(huán)水泵同比國(guó)內(nèi)其他核電廠，設(shè)計(jì)有加長(zhǎng)軸，因此泵組軸系擺度超標(biāo)出現(xiàn)的概率偏大。

針對(duì)核電廠海水循環(huán)水泵泵組軸系擺度超標(biāo)，本研究從循環(huán)水泵電機(jī)導(dǎo)瓦結(jié)構(gòu)著手，通過(guò)刮削電機(jī)推力頭鎖環(huán)，解決電機(jī)推力頭與主軸配合較松問(wèn)題，使電機(jī)轉(zhuǎn)軸擺度和各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)在驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)之內(nèi)，海水循環(huán)水泵如期投入穩(wěn)態(tài)運(yùn)行，為核電廠整組啟動(dòng)熱態(tài)功能試驗(yàn)提供有利保障。

1 循環(huán)水泵主要結(jié)構(gòu)參數(shù)

循環(huán)水系統(tǒng)功能(CRF)從取水渠來(lái)的循環(huán)水(海水)，通過(guò)兩臺(tái)循環(huán)水泵(CRF001PO、CRF002PO)升壓后，沿水渠送到凝汽器和輔助冷卻水系統(tǒng)(SEN)，流經(jīng)冷卻管束帶走熱量，經(jīng)出口水室和排水渠送回大海。核電常規(guī)島循環(huán)水系統(tǒng)功能在機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行方面發(fā)揮著重要作用，若一臺(tái)循環(huán)水泵故障跳閘，會(huì)導(dǎo)致汽輪發(fā)電機(jī)組快速甩負(fù)荷;若兩臺(tái)循環(huán)水泵同時(shí)故障跳閘，汽輪發(fā)電機(jī)組將直接打閘停機(jī)，核反應(yīng)堆停堆，給核電機(jī)組帶來(lái)隱患和經(jīng)濟(jì)損失［1］。

循環(huán)水泵泵組主要由電機(jī)、行星齒輪箱、循環(huán)水泵、潤(rùn)滑系統(tǒng)、輔助設(shè)備、管道及閥門儀表組成。循環(huán)水泵為立式離心泵，具有軸向吸入口和混凝土泵殼。

1．1 循環(huán)水泵

循環(huán)水泵的主要特點(diǎn)為大流量低揚(yáng)程。其主要參數(shù)如表1 所示。

表1 循環(huán)水泵主要參數(shù)

1．2 齒輪箱

行星齒輪減速箱機(jī)采用NGW 結(jié)構(gòu)，功率四分流人字齒行星一級(jí)傳動(dòng)，主要由輸入聯(lián)軸器、中間花鍵套、行星包、組合軸承、底座、輸出法蘭、電動(dòng)輔助油泵、機(jī)械油泵等零部件組成。動(dòng)力由立式電機(jī)通過(guò)輸入聯(lián)軸器傳給中間花鍵套，經(jīng)過(guò)行星級(jí)減速后將動(dòng)力傳到輸出法蘭上，驅(qū)動(dòng)循環(huán)冷卻水泵工作，實(shí)現(xiàn)其抽水功能。

1．3 電機(jī)

防城港核電1、2 號(hào)機(jī)組混凝土蝸殼海水循環(huán)泵配套的是大型三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)。

電機(jī)包括定子、轉(zhuǎn)子、上軸承、下軸承、空-水冷卻器、總進(jìn)水管路和出水管路、接線盒(主接線盒、中性點(diǎn)CT 接線盒)等主要部件。

電機(jī)上軸承結(jié)構(gòu)圖如圖1 所示。

圖1 電機(jī)上軸承結(jié)構(gòu)圖

整個(gè)上軸承由推力滑動(dòng)軸承、導(dǎo)軸承、油-水冷卻系統(tǒng)、油箱及軸承防漏油密封系統(tǒng)組成，采用油浴自潤(rùn)滑、水冷卻。

其中，推力滑動(dòng)軸承采用彈性支撐圓形推力瓦結(jié)構(gòu)，用以承受電機(jī)自身轉(zhuǎn)子的重量。導(dǎo)軸承采用徑向可傾瓦滑動(dòng)軸承結(jié)構(gòu)。

電機(jī)下軸承結(jié)構(gòu)圖如圖2 所示。

圖2 電機(jī)下軸承結(jié)構(gòu)圖

下軸承裝置主要由徑向可傾瓦導(dǎo)軸承、油-水冷卻器、油箱及軸承防漏油密封系統(tǒng)組成，采用油浴自潤(rùn)滑、水冷卻。

2 循環(huán)水泵泵組軸線擺度

擺度是指立式安裝轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械，由于受各種因素的影響以及制造和安裝的誤差，轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械主軸的幾何中心線與旋轉(zhuǎn)中心線不重合，在轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，主軸的中心線就會(huì)繞著旋轉(zhuǎn)中心線轉(zhuǎn)動(dòng)，其數(shù)值為直徑方向?qū)?yīng)兩點(diǎn)的單側(cè)擺度值之差［2］。

造成泵組軸線擺度的原因有多種，大致可分為加工制造、運(yùn)輸保管和安裝質(zhì)量等幾類。在以上因素或綜合因素作用下，使得泵組的擺度值過(guò)大超標(biāo)時(shí)，電機(jī)或泵的主軸便與軸承產(chǎn)生摩擦，泵組在運(yùn)行中就會(huì)由于擺度影響而產(chǎn)生劇烈振動(dòng)，加劇機(jī)械部件的磨損和疲勞損壞，降低泵組效率，縮短設(shè)備使用壽命，嚴(yán)重時(shí)造成軸瓦燒毀［3］。因此在制造、安裝、維修過(guò)程中需采用相關(guān)技術(shù)手段將泵組的擺度值控制在規(guī)范規(guī)定的合格范圍內(nèi)。

擺度示意圖如圖3 所示。

圖3 擺度示意圖

電機(jī)轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生擺度的一般原因?yàn)殡姍C(jī)轉(zhuǎn)軸軸線與鏡板摩擦面不垂直，主要因素有:

(1)推力頭、鎖環(huán)上、下兩端面不平行;

(2)推力頭與鏡板間絕緣墊厚薄不均;

(3)鏡板上、下兩平面不平行;

(4)推力頭底面與主軸的垂直度不好;

(5)主軸本身彎曲等［4］。

處理電機(jī)轉(zhuǎn)軸軸線與鏡板摩擦面不垂直的方法有

(1)刮削絕緣墊;

(2)刮削推力頭底面;

(3)刮削鎖環(huán);

(4)在推力頭與鏡板間加墊［5］。

3 試驗(yàn)及結(jié)果分析

在循環(huán)水泵電機(jī)帶齒輪箱試轉(zhuǎn)過(guò)程中，電機(jī)下導(dǎo)軸承溫度以約3 ℃/min 速率迅速升高65 ℃(接近報(bào)警值75 ℃)，電機(jī)被迫停運(yùn)，電機(jī)惰轉(zhuǎn)過(guò)程中下導(dǎo)軸瓦溫度最高達(dá)到70 ℃。

電機(jī)上導(dǎo)軸瓦對(duì)稱布置瓦溫測(cè)點(diǎn)測(cè)量值向差約7 ℃。且在電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，電機(jī)與齒輪箱之間傳動(dòng)軸的滾動(dòng)軸承振幅偏大，反復(fù)波動(dòng)，最大達(dá)到0．152 mm。

電機(jī)停運(yùn)后，本研究從以下幾方面排查軸承溫度異常升高的原因:

(1)從電機(jī)下導(dǎo)軸承油箱內(nèi)取出油樣進(jìn)行化驗(yàn);

(2)檢查電機(jī)導(dǎo)瓦瓦隙;

(3)拆除電機(jī)下導(dǎo)瓦進(jìn)行檢查;

(4)復(fù)測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)軸擺度;

(5)對(duì)電機(jī)上導(dǎo)軸瓦探頭進(jìn)行重新檢查校驗(yàn)，檢查信號(hào)通道。

經(jīng)過(guò)化驗(yàn)，電機(jī)潤(rùn)滑油水分、顆粒度、運(yùn)動(dòng)黏度等各項(xiàng)指標(biāo)在標(biāo)準(zhǔn)以內(nèi);電機(jī)下導(dǎo)瓦PT 檢測(cè)合格;電機(jī)上導(dǎo)軸瓦瓦溫測(cè)點(diǎn)功能正常;通過(guò)復(fù)查電機(jī)上導(dǎo)瓦瓦隙，發(fā)現(xiàn)電機(jī)主軸不在上導(dǎo)瓦的幾何中心處，位置正好與對(duì)稱點(diǎn)瓦溫差異相吻合，這也證明了電機(jī)主軸不在幾何中心線上。

以下本研究分兩步測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)軸擺度，“X”表示該處軸瓦收緊;百分表指向位置為測(cè)量位置［6］:

第一步:收緊電機(jī)上、下導(dǎo)軸瓦，調(diào)整軸瓦單邊間隙為0．03 mm～0．05 mm，對(duì)電機(jī)手動(dòng)盤車，測(cè)量方法如圖4 所示，測(cè)量擺度數(shù)據(jù)為:

(1)電機(jī)下導(dǎo)瓦滑轉(zhuǎn)子處擺度0．03 m;

(2)電機(jī)聯(lián)軸器擺度為0．04 mm。

根據(jù)電機(jī)下導(dǎo)瓦滑轉(zhuǎn)子處擺度(0．03 mm)及電機(jī)聯(lián)軸器處擺度(0．04 mm)，可以判斷電機(jī)主軸不存在彎曲。

第二步:收緊電機(jī)上導(dǎo)軸瓦，調(diào)整軸瓦單邊間隙為0．03 mm～0．05 mm，電機(jī)下導(dǎo)軸瓦調(diào)整至工作間隙，軸瓦單邊間隙為0．10 mm～0．15 mm。對(duì)電機(jī)手動(dòng)盤車，測(cè)量方法如圖4 所示，測(cè)量擺度數(shù)據(jù)為:

圖4 擺度測(cè)量圖

(1)電機(jī)下導(dǎo)瓦滑轉(zhuǎn)子處擺度1．00 mm;

(2)電機(jī)聯(lián)軸器擺度1．35 mm。

電機(jī)下導(dǎo)瓦滑轉(zhuǎn)子處擺度及電機(jī)聯(lián)軸器擺度超標(biāo)(電機(jī)擺度驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)為0．15 mm［7］)。

通過(guò)以上測(cè)量數(shù)據(jù)分析判斷，電機(jī)主軸與鏡板摩擦面不垂直可能是造成電機(jī)主軸擺度超標(biāo)的根本原因。

推力頭與主軸配合較松，鎖環(huán)厚薄不均勻，可能是導(dǎo)致電機(jī)轉(zhuǎn)軸軸線與鏡板摩擦面不垂直的原因。在刮削鎖環(huán)之前，根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)，理論計(jì)算出鎖環(huán)最大刮削量，作為現(xiàn)場(chǎng)刮削工作參考。

已知電機(jī)下導(dǎo)瓦滑轉(zhuǎn)子處擺度，電機(jī)上、下導(dǎo)瓦兩點(diǎn)間的距離L。即可做出一個(gè)直角三角型△ABC，鎖環(huán)刮削量計(jì)算圖如圖5 所示。

圖5 鎖環(huán)刮削量計(jì)算圖

在電機(jī)軸線AB 的延長(zhǎng)線上，作推力頭底面直徑ε的垂線，使它與水平線相交D，通過(guò)F 點(diǎn)作AB 的平行線交于水平線的E，得另一個(gè)直角三角形△DEF［8］。

由于△DEF ∽△ABC，EF/DF = BC/AC = δ/ε =ω/λ。

因此，可求得鎖環(huán)的最大刮削量:

式中:ω—軸線的傾斜值，mm;δ—鎖環(huán)的最大刮削量，mm;Φ—法蘭(或下導(dǎo))處的最大凈擺度，mm;ε—推力頭底面直徑，mm;λ—兩測(cè)點(diǎn)的距離，mm。

隨后本研究在現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)6 次反復(fù)刮削鎖環(huán)、盤車擺度驗(yàn)證，調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)軸與推力頭垂直度，電機(jī)聯(lián)軸器擺度由1．35 mm 調(diào)整到0． 08 mm，優(yōu)于驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)(0．15 mm)。再次啟動(dòng)循環(huán)水泵主電機(jī)，電機(jī)瓦溫和軸振均處于正常范圍內(nèi)，這也證實(shí)了前述對(duì)電機(jī)主軸擺度超標(biāo)原因的推斷。

4 結(jié)束語(yǔ)

本研究通過(guò)排查軸瓦間隙、電機(jī)潤(rùn)滑油油質(zhì)、軸瓦工作面、轉(zhuǎn)軸擺度、軸瓦探頭信號(hào)通道，找出了循環(huán)水泵電機(jī)導(dǎo)瓦瓦溫異常升高的原因。通過(guò)計(jì)算電機(jī)推力頭鎖環(huán)的最大刮削量，現(xiàn)場(chǎng)刮推力頭鎖環(huán)，解決了推力頭與主軸配合較松、鎖環(huán)厚薄不均勻問(wèn)題，使電機(jī)轉(zhuǎn)軸軸線與鏡板摩擦面垂直，以調(diào)整軸線的擺度，使電機(jī)擺度數(shù)據(jù)符合擺度驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，徹底解決了電機(jī)導(dǎo)瓦瓦溫異常升高問(wèn)題，確保了核電重大設(shè)備的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，后續(xù)可為核電廠該類型的電機(jī)擺度調(diào)整提供參考。

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