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摘要：为解决核电厂机组主泵的振动问题，通过在核电厂反应堆停堆期间，测量主泵系统的振动特性和模态参数，在反应堆启动升功率和满功率运行期间，测量主泵系统运行时的热位移、振动和相位变化过程，结合故障诊断分析技术、主泵运行历史数据分析、反应堆机组各种运行工况及运行参数变化对主泵振动的敏感度分析，确定了控制主泵振动的技术。首次将主泵振动水平控制在可长期稳定运行的优良水平，确保了核电厂反应堆长期安全运行的可靠性。
关键词：核电厂；主泵；振动控制技术
前言
反应堆主泵是压水堆核电站一回路主要的旋转设备，承担着补偿一回路冷却剂压力降、推动冷却剂循环等重要功能。每台主泵均为空气冷却、三相感应式电动机驱动的单级轴密封机组。整机是一台立式组件，从顶部到底部由电动机、密封组件和泵的水力部件组成，串联布置的三级轴封控制泵轴的泄漏。由化容控制系统供应的密封水注入到泵轴承和密封件之间，以防止反应堆冷却剂向上流动，同时冷却轴封和泵轴承。电动泵组装有三个径向轴承和一个止推轴趣，其中两个径向轴承和一个止推轴承用来支撑电动机转子，另一个径向轴承形成泵轴承，它是水润滑轴承，由斯太立合金堆焊的不锈钢轴颈和石墨环构成的套筒组成。
1核电厂主泵振动原因分析
1.1固体硼结晶在轴承内表面造成的缺陷
针对主泵存在的振动问题，我们向法国电力公司（EDF）发文，希望对方可以利用其雄厚的技术实力与丰富的运行经验给我们帮助[1]。EDF在回文中承认他们的电站也存在同样问题，同样也是通过动平衡来解决，但遗憾的是对于根本原因对方也莫衷一是，只是笼统地提到固体硼结晶在轴承内表面造成的缺陷可能是造成振动的原因等等。对于这个解释我们并不认同。首先，轴承存在缺陷的设备振动问题不可能通过平衡解决；其次，轴承存在缺陷导致设备振动较高也不可能通过调整轴封水流量来得到缓解。可以说，EDF提供的这个解释完全不能说明我们面对的振动现象，因而是不能令人信服的。
1.2质量不平衡
质量不平衡是旋转机械产生振动问题的主要原因之一。根据一般的振动分析理论，转予存在质量不平衡时主要的频谱特征是工频分量占到振动总水平的80％以上。这一点应该与我们采集的频谱表现一致。加之每次解决主泵振动问题都是通过现场动平衡的方式，因此有人便认为主泵转子上一定存在质量平衡问题需要不断矫正[2]。事实上转子质量不平衡还有一个基本特征，那就是相位基本稳定，这一点明显与主泵振动矢量存在变化的事实不符，同时对转子质量不平衡进行处理后，在较短的时间里一般不会出现需要频繁矫正的情况。很明显，反应堆主泵的振动问题不是完全由于质量不平衡造成的。
1.3主泵轴系的热变量
一段时间以来，主泵轴系的热变量被认为是造成主泵振动问题的主要原因。这个解释认为主泵大轴各向、各个部件的温度差异导致主泵转子存在一个热变量，正是由于这个热变量的存在和不断变化才造成主泵轴振动表现出特殊性。而每次进行现场动平衡试验就是对这个热变量进行平衡。应该说，热变量的理论基本可以解释前面列举的问题，如：转子存在随工况而变化的热变量会造成转子振动矢量的变化，热变量在一定程度上也确实可以通过现场动平衡来矫正等等。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆但热变量的解释却不能完全说明轴封水流量的改变到底是如何明显影响到转子轴振动的。同时两次简单的起停过程就会引起轴振动剧烈变化用该理论也无法完美地做出解释。据此，可以说热变量应该是导致主泵振动的因素之一，但却不是根本原因。
2核电厂主泵振动控制技术分析
2.1主泵热位移测量敏感性分析
大修期间，将弹簧式位移传感器安装于主泵电机热位移较大处，连续监测启泵、升温、运行期间主泵因为管道的热位移牵引导致的热位移变化，以此分析主泵热位移大小和振动的关系。在大修后的启动调试期间，测量发现从冷态到热态主泵整体往堆芯方向移动较大。同时采用机械式测量方法（塞尺）测量了抗震垫间隙，与热位移传感器测量结果吻合，测量发现主泵的热位移远大于其他主泵的位移。为进一步分析主泵异常振动原因，进行了热位移和振动速度随时间变化的敏感性分析，建立了温度、振动和热位移数据随着时间变化的关联，温度的变化导致热位移的变化，热位移的变化再导致振动速度的变化，可以认为热位移是导致振动异常的根本原因[3]。
2.2主泵振动和相位测量与分析
通过分析主泵在升温升压、升功率阶段的测量数据和相应的图形、频谱得到：在温度或功率变化阶段，当泵组边界条件发生变化或边界条件处于不稳定状态时，会严重影响转子自身旋转的稳定性，转子不能及时进行自我调节到稳定状态，导致一倍频和五倍频振动分量放大、相位不稳定，表现为振动突然增大或来回波动；随着温度、功率稳定运行一段时间后，转子自我调节到稳定状态，通频振动、一倍频幅值和相位也相对稳定，并逐步接近大修前l00％功率稳态运行时状态。因此可以初步判断，壳振过大的直接原因不是转子不平衡故障，而是由泵组边界条件的变化或不稳定引起。
2.3提高立式转子稳定性
实际中可以操作的手段立式转子稳定性问题是在机械设计时就确定了，但这并不意味着运营单位一定无所作为。支撑系统的刚度、滑动轴承的间隙、质量平衡的精度等诸多因素都可以影响到转子的稳定性。在实践中如果主泵振动较大，在检修过程中可以重点检查：（1）轴承、密封等支撑系统螺栓的紧力。在转子扰动力一定的情况下，刚度越大振动的响应就越小。支撑系统处于设计的理想状态有利于提高转子的稳定性。（2）转子与滑动轴承的间隙。间隙过大的滑动轴承可以让小的不平衡、不对称引起大的振动。（3）尽量提高转予的平衡精度。根据振动理论，不平衡扰动力在任何转子上都会存在。提高平衡精度有利于减小对稳定性脆弱的转子的扰动。当然对涡动占据主要成分的情况，进一一步提高平衡精度非常困难，此时还是应该在帮助转子稳定方面多下功夫。为了解决立式转子稳定性差的问题，国外有的技术文献提出建议，要求在安装立式转子的靠背轮时预置一个偏心，用转予偏心的挠性力来提高转予的稳定性，当然这个偏心量应该是经过严格计算的数值，它既能够提高转子的稳定性又保证轴系不会由于太大的偏心而造成设备损坏。可以要求主泵的厂家进行这项工作。
总结
经过项目组各方共同努力，全面完成了反应堆主泵的振动特性和模态试验、振动监测和相位测量、热位移测量工作，结合主泵运行历史资料数据进行了综合分析，确定了主泵振动的根本原因，振动控制方案已应用于核电厂商业运行，验证了振动控制技术的有效性。本项目的现场试验方法和振动综合分析技术也为国际上同类型堆的反应堆主泵振动控制研究提供了借鉴经验。采用本项目的振动控制技术将反应堆主泵振动控制在可长期稳定运行的良好水平，在国内尚属首次，具有较大的经济效益和社会效益。
参考文献
[1]李振.核电厂主泵振动报警诊断与治理[J].水泵技术，2017（03）：38-41.
[2]何超，喻丹萍，袁少波，陈志高，郭龙章，黄勇波，丛滨，柳琳琳.核电厂主泵振动控制技术研究[J].中国核电，2016，9（02）：102-105.
[3]欧阳钦，周正平.振动诊断在核电厂主泵检修指导中的应用[J].中国核电，2015，8（02）：142-146.
论文作者:杨月胜
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第36期
论文发表时间:2019/4/25
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