核電站鼓形濾網驅動減速機晃動原因分析及處理

張 宇

(中廣核工程有限公司設備采購與成套中心， 廣東深圳 518124)

核電站鼓形濾網驅動減速機晃動原因分析及處理

張 宇

(中廣核工程有限公司設備采購與成套中心， 廣東深圳 518124)

針對核電站鼓形濾網驅動減速機出現整體晃動現象，通過調整驅動機構齒輪嚙合間隙，使驅動減速機晃動現象得以消除。為防止晃動再次發生，對驅動機構齒輪嚙合情況進行了受力分析，找出了鼓形濾網驅動減速機晃動的根本原因，并提出了在后續設備制造、安裝階段中質量管理和控制的建議方案。

核電站； 鼓形濾網； 驅動減速機； 晃動

鼓形濾網作為濱海核電站全廠海水過濾的主要設備，屬于循環水過濾系統的一部分，對核電站安全運行起著重要的保障作用[1]。循環水過濾系統主要是為凝汽器、循環水處理系統、重要廠用水系統和輔助冷卻水系統提供冷卻水。由此可見，保證循環水過濾系統安全可靠運行將為整個核電站安全提供重要保障。

在濱海核電站1號機組設備安裝調試階段，鼓形濾網驅動減速機出現晃動現象，不僅影響工程安裝、調試進度和系統移交，同時對核電站安全運行帶來極大隱患。該問題若不能及時有效解決，容易導致設備停運、功能喪失，甚至威脅到核安全。筆者對鼓形濾網驅動機構齒輪嚙合情況進行了受力分析，找出了晃動問題的根本原因，并提出了后續改進方案。

1 鼓形濾網的功能和結構

鼓形濾網結構見圖1。

1—鼓骨架；2—潤滑裝置；3—檢修平臺及排水槽；4—驅動裝置；

5—主軸；6—密封裝置。

圖1 鼓形濾網結構示意圖

鼓形濾網位于循環水系統和核島重要廠用水系統的上游，屬于核安全相關設備，用于攔截粗格柵、細格柵不能攔截到的較小懸浮物和漂浮物，如樹枝、水草、生活垃圾等，并將污物攜帶出水面進行沖洗，以保證冷卻水質的清潔及下游設備的正常運行。

鼓形濾網旋轉部分由鋼結構框架構成，通過安裝在主軸輪轂上向外發散的鋼輻條支撐；主軸兩端用密封的自動調心雙列球面滾子軸承支撐，其中一個軸承座內部安裝有外加電流陰極保護系統的電刷式饋電機構；鼓形濾網兩側設有帶低油位報警開關的潤滑油箱；濾網的外圓面由單獨的、可更換的網片組成，網片用螺栓和螺母固定于鼓網骨架的圓周上。鼓形濾網通過電動機、減速機等驅動裝置旋轉，帶動傳動軸上的小齒輪，驅動與之相嚙合的鼓形濾網骨架上的大齒圈，實現鼓形濾網的清污功能[2]。

2 鼓形濾網的驅動裝置及其安裝要求

在鼓形濾網骨架的外圓周中央環處配置大齒圈，由裝在驅動軸軸端的小齒輪驅動。驅動軸由兩套可拆分的滾子軸承支撐，另外一端即驅動端與組合減速機連接。組合減速機包含兩臺低速電動機(其中一臺備用)和一臺中、高速雙速電動機。鼓形濾網驅動軸與減速機安裝見圖2。

1—小齒輪；2—驅動軸；3—組合減速機。

鼓形濾網驅動裝置主要包括三大主要部件：大齒圈、驅動軸(含小齒輪)以及組合減速機(含電動機)。在核電站施工現場按照安裝指導書和圖紙的要求，將三大主要部件合理地裝配在一起是鼓形濾網驅動裝置能夠正常運轉的前提和保證。

在大齒圈裝配完畢、驅動軸(含小齒輪)與組合減速機(含電動機)就位后，需要對軸端小齒輪與大齒圈的嚙合情況進行調整，并檢查齒輪間隙，保證小齒輪端軸承與齒輪支座對中，驅動軸保持水平狀態，小齒輪齒寬中點與大齒圈最高點上標識的偏轉中心對中(見圖3)。

圖3 齒輪嚙合調整示意圖

3 鼓形濾網驅動減速機晃動問題

3.1 晃動情況

減速機晃動示意圖見圖4。

圖4 減速機晃動示意圖

濱海核電站現場調試部門在進行1號機B列鼓形濾網高速電動機試驗時，發現該電動機的運行電流波動很大，為19～34 A，正常情況下該電動機額定電流為21 A。同時發現，試轉過程中B列減速機整體晃動較明顯，表現為以鼓形濾網驅動軸為圓心來回晃動，通過測量電動機風扇罩端的最大晃動幅度有3 mm。在此之前，1號機A列鼓形濾網高速電動機試轉運行電流比較穩定且晃動較小，并無此類問題出現。

3.2 問題分析

根據現場觀察，減速機晃動為間歇性發生，并非連續振動，基本可以判斷并非組合減速機本體的故障，應為驅動軸軸承故障或大齒圈與小齒輪嚙合出現了問題。

另據現場進一步反饋，在高速電動機運轉時，驅動軸軸承并沒有明顯的異響出現，且軸承溫度也符合設計要求，軸承箱中定期加油潤滑。通過以上判斷，驅動軸軸承沒有損壞，高速電動機晃動問題極有可能是大齒圈和小齒輪嚙合情況不理想導致。當大齒圈和小齒輪由于嚙合問題存在間歇卡澀時，將會導致傳動負載局部增大，進而導致電動機運行電流增大。

基于上述分析，為消除晃動現象，在現場對大齒圈和小齒輪嚙合數據進行了測量。具體結果如下：

(1) 大齒圈徑向跳動公差：從測量數據看，大齒圈齒頂到基準點的距離最大為431 mm，最小為426 mm，基本滿足徑向跳動公差小于5 mm的要求。

(2) 大齒圈與小齒輪之間的側隙、頂隙：側隙平均值為0.2 mm，小于最低要求的1.1 mm；頂隙平均值為6.07 mm，處于標準下限(標準為5～10 mm)。

(3) 大齒圈各段齒條間齒距：用齒形樣板檢測各段齒條拼接處，發現各段齒條拼接處過度不圓滑，拼接間隙處兩個大齒之間的距離與同一段齒條上相鄰兩個大齒之間的齒距普遍偏大3 mm左右。

根據以上測量結果表明：大齒圈與小齒輪嚙合間隙不符合設計要求，兩者貼合過緊，側隙過小。

按照齒輪機構設計標準[3]，對于正常齒制，頂隙系數應為0.25。頂隙過大，嚙合弧將小于齒距，導致重合度小于1，無法滿足連續傳動的要求。頂隙過小，齒輪容易在徑向受到額外作用力(濱海核電站1號機B列鼓形濾網即是如此)。在鼓形濾網運行時，當遇到側隙為0或偏小的位置，小齒輪與大齒圈之間將產生額外的作用力F2，使得小齒輪受力不均(見圖5)。

圖5 小齒輪受力不均示意圖

當小齒輪轉動到與大齒圈各段齒條連接處嚙合時，由于過度不光滑，且大齒條拼接處齒輪間隙較大，小齒輪與大齒條2首齒外緣比與大齒條1末齒外緣更早接觸，接觸點位置更加靠近大齒條的齒頂，且此接觸點不在大小齒輪中心線上，使小齒輪受到一個徑向的分作用力，導致小齒輪有向上抬起的趨勢(見圖6)。

圖6 小齒輪晃動原因分析圖

由于小齒輪運行到大齒圈局部位置時受力不均，與驅動電動機輸出功率不匹配，使得驅動軸產生了晃動，且根據驅動裝置的結構布置特點，驅動軸系的晃動被放大，表現為驅動減速機的間歇性晃動。

3.3 現場處理

由于大齒圈與小齒輪嚙合間隙過小，因此現場決定對大齒圈與小齒輪的嚙合間隙進行調整。考慮到調整大齒圈安裝精度現場實施較困難且無時間窗口，現場實際是對小齒輪安裝高度進行調整。

將驅動軸端軸承座的連接螺栓孔進行擴孔處理，使驅動軸和小齒輪整體抬高，同時在軸承座下方增加鋼板支持，并與軸承支座進行電焊，防止軸承座滑動造成小齒輪下沉的情況。

通過以上處理方案，驅動減速機晃動現象消失。

4 后續項目設備制造及安裝的改進方案

為防止后續機組和項目再次出現鼓形濾網驅動減速機晃動的問題，結合濱海核電站1號機B列鼓形濾網驅動減速機晃動問題的處理過程，提出如下改進方案：

(1) 在設備制造階段，提高大齒圈各齒條鑄造工藝，保證每臺鼓形濾網96根大齒條長度完全一致。

(2) 在設備安裝階段，應該仔細調整大齒圈各段齒條的安裝位置，保證嚙合間隙符合設計要求。

(3) 在設備調試準備階段，應在驅動軸端軸承座固定螺栓處增加防松墊片，保證軸承座在調試和運行過程中不會向下移動導致齒輪嚙合間隙減小。

5 結語

濱海核電站1號機組B列鼓形濾網在調試期間出現驅動減速機晃動問題，實質為大齒圈與小齒輪嚙合不滿足設計要求。在遼寧及福建等同類型核電站均有類似問題發生，具有一定的普遍性。只有在制造階段嚴格按照設計要求生產，同時強化現場安裝施工管理，才能保證大齒圈與小齒輪良好嚙合，避免重復出現鼓形濾網驅動減速機晃動的問題。

[1] 黃海濱. 鼓型濾網在核電項目中的應用[J]. 華電技術, 2011, 33(8): 37-40, 42.

[2] 朱榮生, 王秀禮,李繼忠, 等. 核電站鼓型旋轉濾網驅動齒輪的改進設計[J]. 機械設計與制造, 2009(9): 116-117.

[3] 成大先. 機械設計手冊[M]. 5版. 北京: 化學工業出版社, 2008: 14-13.

Cause Analysis and Treatment on the Shaking of Drum Screen Drive Gear Unit in Nuclear Power Plant

Zhang Yu

(Equipment Procurement and Supply Division, China Nuclear Power Engineering Co., Ltd.,Shenzhen 518124, Guangdong Province, China)

To reduce the integral shaking of drum screen drive gear unit in a nuclear power plant, the meshing clearance of related driving mechanism was adjusted, and subsequently the shaking phenomenon was eliminated. To prevent such shaking from happening again, a force analysis was carried out on the gear meshing, based on which, the primary cause was found, while some suggestions were proposed for future quality management and control during equipment manufacturing and installation.

nuclear power plant; drum screen; drive gear unit; shaking

2016-04-19；

2016-05-17

張 宇(1986—)，男，工程師，主要從事核電設備管理與合同執行工作。

E-mail: peanutfuying@163.com

TM623.7

A

1671-086X(2017)01-0040-03