核電站棒電源機組振動高處理及改進

吳文軒，林紹斌，王一凡，賴澤彬，張水龍

（中核國電漳州能源有限公司，福建漳州 363000）

0 引言

棒電源機組對控制棒驅動機構的線圈連續供電，如果兩套棒電源機組同時故障，將使控制棒驅動機構磁力線圈失去電源，導致驅動桿和控制棒依靠自身的重力落入堆芯，使反應堆緊急停堆。

對于電機設備而言，其振動值大小對于電機的穩定運行具有非常重要的影響。電機長時間高振動值運行，容易使軸承發生位移，造成電機運轉卡澀，電機內部溫度升高，最終導致電機跳機，影響機組正常運行。因此，在機組日常運行時應對重要電機的振動值加以監測。某核電站棒電源機組電機長時間以接近規定的振動標準值運行，存在設備故障的風險。為保證設備和機組正常運行，有必要采取有效措施降低該電機的振動值。

1 某核電站棒電源機組設備運行狀態

某核電站一套棒電源機組自2018 年12 月開始出現電機振動高的問題，至2020 年6 月，一直處于接近振動標準值的狀態運行。

2 棒電源機組電機振動分析

2.1 頻譜分析

2018 年12 月，維修人員現場巡檢時發現棒電源機組電機非驅動端軸向振動達到5.0 mm/s（標準值≤5.6 mm/s），隨后持續監測，電機和發電機聲音、溫度均正常，無升高趨勢，振動值保持在4.9～5.2 mm/s 波動，性能測振人員在線測量電機振動和頻譜，棒電源機組測點如圖1 所示，振動測量記錄數據見表1。

表1 振動測量記錄

圖1 棒電源機組測點布置

電機額定轉速1480 r/min，轉速頻率為25 Hz，通過頻譜分析主要為1×頻率，少量2×頻率，振動貢獻頻率主要為25 Hz和50 Hz，大量低頻產生的振動可能是不對中或電機不平衡引起的[1]。

2.2 可能性分析

根 據RAM 機組結構以及性能頻譜分析，判斷電機非驅動端軸向振動高可能原因如下：

（1）電動發電機耦合套件中的緩沖塊磨損或受擠壓變形，造成電機轉子受力不均勻，導致軸向振動高。

（2）耦合套件中的魚尾板長時間受擠壓拉扯變形，造成電機轉子中心偏移，導致軸向振動高。

（3）如電機空載振動超標，電機非驅動端內部軸承壓緊彈簧可能損壞，使非驅動端軸承在軸承室內發生軸竄，造成非驅動端軸向振動高。

（4）電動發電機在日常運行中對中跑偏，使電動發電機同軸度與平行度不滿足要求，導致軸向振動增大。

（5）電機軸承與軸承室、軸頸的公差配合不合格，導致運行中振動高。

3 振動高改進措施及效果驗證

3.1 對可能性原因進行排查

（1）更換魚尾板和耦合套件緩沖塊，新的魚尾板厚度為9.5 mm，比原魚尾板厚度小0.5 mm。

（2）解體時檢查非驅動端軸承壓緊彈簧，發現無異常。

（3）脫開聯軸器，重新復查對中，同軸度與平行度均合格，對中不是振動高的根本原因。

（4）電機驅動端和非驅動端均采用6322/C3 軸承，解體檢修后測量公差數據，數據均合格。

（5）電機軸向間隙測量及動平衡校驗，測量間隙和轉子動平衡，均符合標準。

3.2 深入分析

通過分析可以排除電機驅動端端蓋軸向間隙配合過大和非驅動端軸承壓緊彈簧損壞等故障，并根據檢修廠家提出的意見，針對聯軸套件進行排查（圖2）。

圖2 聯軸器組件及實物

3.2.1 第一次啟機試驗

使用新的聯軸器套件（魚尾板和緩沖塊），調整魚尾板與飛輪之間的間隙（表2），將電機和發電機飛輪連接后啟機試驗，試驗數據見表3。

表2 第一次啟機試驗聯軸器端面間隙記錄

表3 第一次啟機試驗數據記錄 mm/s

本次使用新聯軸器后，電機非驅動端軸向振動仍然為5.3 mm/s，無明顯下降趨勢，且對比電機停運之前的振動值，均偏高，說明新的緩沖墊塊與魚尾板、彈性螺栓和飛輪之間未形成一定的磨合，聯軸器套件與飛輪之間未形成漲力平衡。

3.2.2 第二次啟機試驗

重新更換舊聯軸器套件（魚尾板及緩沖墊塊），測量10 個緩沖墊塊的長度，再次調整聯軸器間隙，根據舊魚尾板的形變量（0.6 mm），通過與停機前和廠家檢修時的聯軸器間隙數據對比，調整緩沖墊塊位置，重新測量魚尾板外端面到飛輪之間的間距（表4）。

表4 第二次啟機試驗聯軸器端面間隙記錄 mm

更換緩沖墊塊位置后，聯軸器的端面最大間隙差由停機前的1.20 mm 下降到0.50 mm，這與廠家檢修試驗時的間隙完全一致，聯軸器間隙達到相對均勻狀態，啟機試驗，數據記錄見表5。

表5 第二次啟機試驗數據記錄 mm/s

第二次啟機試驗，電機非驅動端軸向振動由最大5.0 mm/s 下降到2.8 mm/s，說明電機在運行過程中，受到來自發電機方向的反向拉力或壓力變小，魚尾板與飛輪之間達到相對平衡的狀態。

4 結束語

根據試驗數據，判斷棒電源機組電機非驅動端軸向振動高的主要原因為聯軸器魚尾板與飛輪之間間隙不均勻[2]，使10 塊聯軸器在運行過程中受不同程度擠壓，造成電機轉子受力不平衡。同時得出如下結論：

（1）更換新聯軸器套件后，機組的振動不降反升，說明新的聯軸器套件與飛輪之間的磨合度較低，機組無法達到平衡狀態。

（2）魚尾板端面與飛輪之間的間隙，會影響電機運行過程中的轉子受力，因此間隙的距離和均勻度都要保持適當。

（3）魚尾板通過螺栓固定在靠背輪上，并通過10 個緩沖墊塊與飛輪連接，因魚尾板已有0.6 mm 的彈性形變，以靠背輪的端面和外圈為基準面對中不夠準確，會影響到魚尾板與飛輪間間隙的均勻性，因此對中時應以魚尾板的端面和外圈與飛輪進行對中。