三門核電設備冷卻水泵電機空載缺陷處理分析

摘要：設備冷卻水泵電機在空載前，由于不清楚電機出廠時軸承潤滑脂的添加量，且經(jīng)過長期靜置后，潤滑脂可能出現(xiàn)變質(zhì)，因此在空載前有必要對潤滑脂進行更換并重新加注至符合要求。文章描述了三門核電設備冷卻水泵電機在調(diào)試期間空載過程中發(fā)生的振動超標和軸承異音缺陷以及缺陷處理過程和再次試驗測量結(jié)果。

關(guān)鍵詞：三門核電設備；冷卻水泵電機；空載缺陷；振動超標；軸承異音缺陷 文獻標識碼：A

中圖分類號：TB114 文章編號：1009-2374（2015）10-0149-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.0925

1 三門核電設備冷卻水泵機組概況

浙江三門核電有限公司正在建設首臺AP1000機組，其設備冷卻水系統(tǒng)是一個閉式回路的冷卻水系統(tǒng)，該系統(tǒng)在電廠運行各階段將核島設備運行發(fā)熱、堆芯衰變熱、反應堆冷卻劑系統(tǒng)的顯熱傳遞給廠用水系統(tǒng)，并傳遞給最終熱阱——海水。

該系統(tǒng)采用2×100%的設備冷卻水泵機組，泵與電機采用膜片式聯(lián)軸器連接。泵結(jié)構(gòu)型式為臥式水平中開單級雙吸離心泵，轉(zhuǎn)速為1485r/min，設計流量為2491.1m3/h，揚程為78m，軸功率為640kW，泵制造廠為大連深藍泵業(yè)有限公司。電機為封閉式三相異步電機，采用空-空-冷方式進行冷卻，電機采用三滾動軸承結(jié)構(gòu)，即是電機驅(qū)動端為深溝球軸承+圓柱滾子軸承，非驅(qū)動端采用圓柱滾子軸承，采用潤滑脂潤滑，電機額定電壓10kV，電流45.5A，頻率50Hz，轉(zhuǎn)速為1485r/min，整機重量6000kg，制造廠為佳木斯電機股份有限公司。

2 設備冷卻水泵電機調(diào)試空載情況

2014年7月，三門核電正式開始設備冷卻水系統(tǒng)調(diào)試，首先進行A列電機空載運行。脫開電機與泵聯(lián)軸器，點動電機，確認電機轉(zhuǎn)向正確，之后再次啟動電機，正式進行電機空載試驗，運行約40min，在此過程中加注軸承潤滑脂并測量電機兩端振動，測量結(jié)果如圖1、表1所示：

圖1 電機振動測點布置圖

表1 電機振動數(shù)據(jù)測量（有墊片、底腳螺栓緊固）

（單位：mm/s，要求值2.8mm/s）

工況 1號測點 2號測點

水平 垂直 軸向 水平 垂直 軸向

定速3min左右 2.71 0.32 / 3.71 0.89 /

穩(wěn)定20min左右 3.52 0.45 0.32 4.90 1.48 0.85

此時，電機的4顆底腳螺栓處于緊固狀態(tài)，根據(jù)表1測量結(jié)果顯示，電機兩端軸承處的水平振動超標。為了進一步排查振動產(chǎn)生的原因，全部松開電機4顆底腳螺栓，重新啟動電機并測量振動，運行約40min，測量結(jié)果如表2所示：

表2 電機振動數(shù)據(jù)測量（有墊片、底腳螺栓松開）

（單位：mm/s，要求值2.8mm/s）

工況 1號測點 2號測點

水平 垂直 軸向 水平 垂直 軸向

定速3min左右 1.96 0.83 / 2.11 1.94 /

穩(wěn)定20min左右 2.21 0.73 0.35 2.47 1.00 0.86

由表2數(shù)據(jù)可知，在電機底腳4顆螺栓全松之后，電機兩端軸承處的水平振動下降明顯。根據(jù)兩次試驗情況以及測量結(jié)果，分析如下：（1）無論電機底腳的4顆螺栓是緊固還是全松狀態(tài)，從啟動最初3～20min后的穩(wěn)定運行階段，電機振動處于上升狀態(tài)，可能軸承工作狀況不佳。三門核電設備冷卻水泵機組自2012年6月到現(xiàn)場后，電機長達2年的靜置，軸承的潤滑脂可能出現(xiàn)變質(zhì)，且不清楚電機出廠時軸承潤滑脂的添加量。在兩次的空載試驗過程中，電機兩端軸承均出現(xiàn)刺耳的“吱吱”聲，期間向電機兩端軸承室加注了少量潤滑脂，聲音正常，利用電子聽診器檢查電機兩端軸承運行狀態(tài)，軸承整體運行狀態(tài)良好，但是需要確認軸承的潤滑情況；（2）相比于電機的4顆底腳螺栓處于全松狀態(tài)，底腳螺栓在緊固狀態(tài)下的水平方向振動明顯更大，這說明電機底腳與電機基座接觸不佳，存在軟腳，由于四個電機底腳與基座配合面不在同一個大平面上，當電機所有底腳螺栓都緊固后，電機底座產(chǎn)生一定的應力，這種應力導致電機殼體微變形，從而導致電機定轉(zhuǎn)子之間氣隙不均或磁力中心發(fā)生一定的偏移，從而導致電機水平方向的振動偏大。

3 缺陷處理

根據(jù)上述分析，確定了初步的處理方案，即檢查確認軸承潤滑狀態(tài)，測量并消除電機軟腳。

3.1 檢查確認軸承潤滑狀態(tài)

為了確認電機軸承的潤滑情況，根據(jù)電機的結(jié)構(gòu)，電機驅(qū)動端有外置風扇，不方便拆卸，現(xiàn)場只打開電機驅(qū)動端軸承外蓋檢查，發(fā)現(xiàn)軸承潤滑脂顏色變深（正常為淡黃色）且有微硬化現(xiàn)象，直接加注約500g潤滑脂至軸承室，替換原有的潤滑脂，裝復軸承外蓋。非驅(qū)動端軸承在電機啟動后通過注脂孔加注潤滑脂，并通過排脂孔排出舊的潤滑脂。

3.2 檢查并消除電機軟腳

電機底腳布置如圖2所示，全部取出電機底腳與基座之間的對中調(diào)整墊片，發(fā)現(xiàn)如下問題：（1）4個底腳的墊片數(shù)量都在5張以上，1號底腳和4號底腳的墊片數(shù)量多達7張，各墊片上均有不同程度的銹蝕。由此可以判斷，在設備冷卻水泵機組安裝對中階段，墊片數(shù)量過多導致各墊片之間無法形成完全良好接觸，電機底腳、墊片與基座之間沒有壓實，尤其是使用銹蝕的調(diào)整墊片；（2）在取出電機底腳的調(diào)整墊片后，發(fā)現(xiàn)電機基座表面與電機底腳接觸部位存在一層油漆，部分油漆層已經(jīng)破裂，進一步導致電機地腳、墊片與基座接觸不良，引起電機振動偏大。

為了消除電機軟腳，抬起電機，清除電機基座表面的油漆并清理干凈，保證后續(xù)測量的準確性。在電機底腳螺栓處于全松狀態(tài)下，先利用塞尺測量電機4個底腳與基座之間的間隙，初步獲得4個底腳的相互關(guān)系，測量結(jié)果如表3所示。

圖2 電機底腳布置圖

表3 電機底腳與基座間隙測量（無墊片）（單位：mm）

測點 1號底腳 2號底腳 3號底腳 4號底腳

數(shù)值 0.28 0.10 0.09 0.10

根據(jù)表3的結(jié)果顯示，2、3、4號底腳基本處于同一個平面，1號底腳存在明顯的軟腳，根據(jù)計算，在1號底腳添加0.20mm的墊片。均勻緊固電機4顆底腳螺栓，利用百分表通過3緊1松的方法驗證1號底腳添加墊片后的效果，具體操作為架百分表至1號底腳螺栓附近，指針指在電機底腳表面，示意圖見圖3，松1號底腳螺栓，2、3、4號底腳螺栓保持緊固，觀察百分表讀數(shù)的變化，變化值即是電機底腳的回彈量，記錄讀數(shù)后緊固1號底腳螺栓，同樣方法依次進行2、3、4號底腳的測量，電機各底腳回彈量見表4。

圖3 電機底腳回彈量測量示意圖

表4 電機底腳回彈量（軟腳處理后）（單位：mm）

測點 1號底腳 2號底腳 3號底腳 4號底腳

數(shù)值 0.04 0.05 0.04 0.03

根據(jù)測量的結(jié)果，4個電機底腳的回彈量相差無幾，4個底腳基本處于同一平面，電機1號底腳的軟腳消除，由此可知，本次軟腳消除結(jié)果符合要求。若測量結(jié)果不能符合要求，則根據(jù)測量結(jié)果重新計算并調(diào)整墊片厚度。對于大、重型的電機，利用塞尺進行初步測量調(diào)整后再利用百分表驗證，可提高處理效率。

3.3 電機空載

電機底腳軟腳處理完成后，再次啟動設備冷卻水泵A電機進行空載，運行穩(wěn)定后，測得各點振動數(shù)據(jù)見表5：

表5 電機振動數(shù)據(jù)測量（軟腳處理后、底腳螺栓緊固）

（單位：mm/s，要求值2.8mm/s）

工況 1號測點 2號測點

水平 垂直 軸向 水平 垂直 軸向

穩(wěn)定

運行后 0.35 1.41 0.13 0.52 1.54 0.58

根據(jù)表5結(jié)果，電機兩端測點位置的水平振動較未處理之前大幅減小，完全符合要求限值，證明電機底腳存在軟腳和使用不合格的墊片是影響電機空載振動超標的主要原因。同時，在空載過程中對電機驅(qū)動端軸承室加注潤滑脂，排出舊的潤滑脂，軸承運行無異音。

3.4 帶載運行

空載結(jié)束后，進行電機與泵的聯(lián)軸器對中，對中精度控制在0.05mm內(nèi)。對中調(diào)整使用完好、無銹蝕、表面平整的調(diào)整墊片，墊片數(shù)量控制在3張以內(nèi)，以減小由于墊片數(shù)量過多導致各墊片之間無法形成完全良好接觸以及電機底腳、墊片與基座之間沒有壓實的可能性。帶載運行穩(wěn)定后，相關(guān)振動數(shù)據(jù)測量見表6：

表6 帶載振動數(shù)據(jù)測量（單位：mm/s，要求值4.5mm/s）

測點

時間 M1H M1V M1A M2H M2V M2A P1H P1V P1A P2H P2V P2A

9∶20 1.992 1.477 0.423 2.841 0.813 0.626 2.075 1.682 — 1.367 1.431 2.094

9∶24 2.137 1.511 0.505 2.897 0.802 0.723 2.022 1.673 — 1.555 1.555 2.084

9∶33 2.291 1.555 0.396 3.230 0.731 0.735 1.986 1.741 — 1.553 1.566 2.332

備注：M1：電機自由端；M2：電機驅(qū)動端；P1：泵驅(qū)動端；P2：泵非驅(qū)動端；H：水平方向；V：垂直方向；A：軸向；N/A：未找到合適測點；—：不需要測量。

由表6可知，帶載運行后，泵和電機振動測量均符合要求，空載過程中發(fā)生的缺陷完全消除。

4 結(jié)語

設備冷卻水泵電機在空載前，由于不清楚電機出廠時軸承潤滑脂的添加量，且經(jīng)過長期靜置后，潤滑脂可能出現(xiàn)變質(zhì)，因此在空載前有必要對潤滑脂進行更換并重新加注至符合要求。在安裝階段，電機與泵對中使用不平整、銹蝕的調(diào)整墊片，且墊片數(shù)量過多，導致電機底腳、墊片與基座之間接觸不良，同時，未對電機的底腳進行軟腳測量及消除，導致電機空載振動超標。

良好的處理措施是：（1）調(diào)試期間，電機啟動前檢查軸承潤滑脂質(zhì)量；（2）對中前進行電機底腳的軟腳測量；（3）仔細清理檢查電機底腳與基座表面；（4）嚴格管理，把控質(zhì)量，使用質(zhì)量合格的墊片，控制墊片數(shù)量。

參考文獻

[1] 顧軍.AP1000核電廠系統(tǒng)及設備[M].北京：原子能出版社，2010.

作者簡介：楊安東（1986-），男，重慶人，浙江三門核電有限公司助理工程師，研究方向：水泵維修。

（責任編輯：蔣建華）