泵類設備轉(zhuǎn)子動平衡試驗技術(shù)要點

張振杰

（中國核電工程有限公司，北京 100840）

0 引言

由于機械加工制造過程中存在一定的誤差，核電站用離心泵運轉(zhuǎn)過程中可能會出現(xiàn)轉(zhuǎn)子質(zhì)量偏心等不平衡問題，對核電系統(tǒng)的正常運行產(chǎn)生不良影響。所謂轉(zhuǎn)子不平衡，指的是轉(zhuǎn)子運行中偏離回轉(zhuǎn)軸線，主要是由于轉(zhuǎn)子質(zhì)量分布不均勻?qū)е拢M而可能會出現(xiàn)轉(zhuǎn)子振動問題。泵類設備一旦發(fā)生不平衡運轉(zhuǎn)問題，附加動壓力影響設備支撐受力情況，進而導致轉(zhuǎn)子出現(xiàn)變形、磨損等問題，縮短轉(zhuǎn)子的使用壽命。同時，轉(zhuǎn)子動平衡出現(xiàn)問題還會導致整個設備和周圍設備出現(xiàn)嚴重振動情況，不利于設備的安全運轉(zhuǎn)。核電是未來發(fā)展的一大趨勢，一旦發(fā)生安全問題將產(chǎn)生不可預估的后果，為此，應加強對每個環(huán)節(jié)和設備的管控，提高泵類設備管理水平，保證泵類設備的正常運轉(zhuǎn)。為此，將重點探討泵類設備轉(zhuǎn)子動平衡方面的問題。

1 旋轉(zhuǎn)機械動平衡的重要性

泵類設備產(chǎn)生振動會加速軸承及動靜配合面的疲勞和磨損，降低泵組的性能和可靠性，產(chǎn)生振動和噪聲，嚴重時會發(fā)生機械故障。對于核電站而言，泵類設備作為旋轉(zhuǎn)機械，特別是像安注安噴泵、上充泵等高速旋轉(zhuǎn)機械，動平衡對其安全穩(wěn)定運行尤為重要，核電站還有風機，壓縮機等旋轉(zhuǎn)機械，動平衡的方法與水泵相似。

1.1 動平衡試驗原理

如果轉(zhuǎn)子剛體是均勻?qū)ΨQ的，繞對稱中心軸轉(zhuǎn)動，則各點離心力相互抵消。由于轉(zhuǎn)子本身組織不均勻，或是加工誤差，裝配等級造成質(zhì)量偏心等都會引起旋轉(zhuǎn)軸線的偏移，從而導致不平衡。

動平衡的目的是平衡不平衡力和力矩，由于轉(zhuǎn)子上的平衡是分布式的，在轉(zhuǎn)子上存在多個不平衡力，可以分別向任選的2個面簡化，這2個面即通常所說的校正面。通常不平衡量可以由矢量表示。

1.2 動平衡的精度等級

GB/T 9239.1—2006《機械振動 恒態(tài)(剛性)轉(zhuǎn)子平衡品質(zhì)要求第1部分：規(guī)范與平衡允差的檢驗》規(guī)定了各類設備的平衡精度等級，泵類設備平衡精度等級可選G6.3，但對特殊情況，可選用相鄰較高或較低的級別代替。作為核電站用泵類設備，其技術(shù)規(guī)格書一般對振動噪聲要求較高，所以安注安噴泵選擇動平衡等級G2.5。

2 泵轉(zhuǎn)子許用不平衡量計算和動平衡檢驗方法

2.1 計算步驟

根據(jù)合同、技術(shù)規(guī)格書及產(chǎn)品圖紙規(guī)定，低壓安注泵（RVT 250-350/1+2）和安全殼噴淋泵（RVT 250-400/1+2）的平衡等級為G2.5。由于2種泵轉(zhuǎn)子部件由泵軸部件和上軸部件組成，所以對2個泵轉(zhuǎn)子部件的許用不平衡量按表1步驟分別進行計算確定，以安全殼噴淋泵（RVT 250-400/1+2）泵軸轉(zhuǎn)子部件為例。

表1 安全殼噴淋泵泵軸轉(zhuǎn)子部件許用不平衡量計算

2.2 動平衡試驗要求

（1）在轉(zhuǎn)子做初次動平衡試驗前，需預校單只葉輪靜平衡。

（2）試驗前，將表1的數(shù)據(jù)輸入平衡機。

（3）平衡機需保證試驗讀數(shù)靈敏、可靠，動平衡試驗轉(zhuǎn)速取泵的工作轉(zhuǎn)速n=1485 r/min。

（4）做平衡前，試驗員須檢驗葉輪過流部位是否打磨干凈，葉輪軸心部位是否有芯骨、粘砂、鐵屑等。

（5）平衡前，試驗員須檢查轉(zhuǎn)子的軸上零件是否固定，用百分表校準轉(zhuǎn)子、葉輪跳動是否在規(guī)定的范圍內(nèi)。

（6）啟動動平衡機至平衡轉(zhuǎn)速，測出試驗轉(zhuǎn)子初始不平衡量及相應的極坐標位置。根據(jù)試驗得出的數(shù)據(jù)，與許用不平衡對比決定要去重。

（7）去重的位置通常分在2個平面上，以減少不平衡力偶。

（8）在平衡機上直接在葉輪蓋板上去重，去重后蓋板厚度不能少于圖紙要求值75%，且同時不能在超出葉輪0.9倍外徑的區(qū)域內(nèi)去重。

（9）去重后再次啟動平衡機至試驗轉(zhuǎn)速，經(jīng)過反復多次的測量、去重校正直至最后達到G2.5級的不平衡量要求。

（10）合格后在每個零件上做裝配次序標識，切忌再次裝配時調(diào)換零件。

（11）葉片修正或葉輪切割后必須重新做動平衡試驗，直至合格。

（12）動平衡試驗合格后，由試驗員在轉(zhuǎn)子、葉輪上做出動平衡合格標識，做好動平衡試驗記錄，并開出動平衡試驗報告。

3 動平衡試驗案例

3.1 問題描述

福清5#機組5CSP001PO安全殼噴淋泵泵軸轉(zhuǎn)子部件進行動平衡試驗時，試驗過程中葉輪（0045/23300/002）蓋板打磨較深，雖動平衡數(shù)據(jù)合格，但經(jīng)測量蓋板厚度實測為6.6 mm，要求值（9～12）mm，尺寸超差。動平衡試驗規(guī)程要求去重后蓋板厚度不能少于圖紙要求值75%，且同時不能在超出葉輪0.9倍外徑的區(qū)域內(nèi)去重。

3.2 問題處理

問題發(fā)生后，經(jīng)與SEC-KSB技術(shù)人員、質(zhì)保人員、檢驗人員以及項目人員協(xié)商。認為該葉輪尺寸已超出圖紙尺寸要求，建議直接報廢。隨即SEC-KSB開啟內(nèi)部NCR（Non-Conformance Report，不符合項報告）（編號：300002000）進行報廢處理。

3.3 原因分析

（1）動平衡試驗操作人員打磨葉輪蓋板時打磨位置較集中。

（2）該葉輪毛坯可能偏心較大，機加工和葉輪靜平衡時切除部位未能適當有效糾正偏心。

3.4 建議措施

（1）建議對該葉輪按照不符合項管理程序開啟NCR，報廢處理。

（2）提高操作人員質(zhì)量意識，動平衡試驗打磨葉輪蓋板時在符合要求的前提下適當擴大打磨區(qū)域。

（3）建議制造廠在前期工序，比如葉輪靜平衡試驗后葉輪去重（機加工）時，適當考慮葉輪各部位尺寸。

4 轉(zhuǎn)子動平衡注意事項

（1）在進行動平衡試驗前，應根據(jù)轉(zhuǎn)子部件圖紙合理安裝各個零部件，確保安裝的正確性，將過流部位和軸心部位清潔干凈，保證每個部件干凈整潔。在測試假軸上安裝轉(zhuǎn)子時，鍵槽空缺部位應用假鍵進行補償。

（2）轉(zhuǎn)子平衡登記、工作轉(zhuǎn)速、校正半徑等參數(shù)都要通過圖紙確定并對轉(zhuǎn)子重量進行現(xiàn)場稱取，對允許剩余不平衡量的轉(zhuǎn)子進行計算。

（3）在泵設備轉(zhuǎn)子動平衡試驗中，對葉輪結(jié)構(gòu)應當進行充分考慮，分解一個極坐標位置的不平衡量，然后通過打磨、車削等方式適當將扇形范圍內(nèi)的重量減輕，但是在處理過程中，應當注意控制葉輪強度，嚴格根據(jù)圖紙或者動平衡程序控制去除的厚度、質(zhì)量，嚴格控制平衡過程。

5 結(jié)束語

泵類設備是核電設備的重要組成部分，其安全穩(wěn)定運行關(guān)系著整個核電站的安全運行，必須嚴格把關(guān)各種泵的動平衡試驗，按照規(guī)定的驗收標準嚴格執(zhí)行，以保證設備的穩(wěn)定運行，從而更有利于核電站的安全運行。